女性生殖衰老與受孕時(shí)間延長(cháng)和更高的流產(chǎn)率有關(guān)。男性生殖衰老的后果一直被低估，主要是因為男性在整個(gè)生命過(guò)程中不斷產(chǎn)生精子，但現在，我們開(kāi)始越來(lái)越認識到衰老對男性生育力的影響，這種影響包括環(huán)境因素和生理因素。睪丸衰老與生殖健康下降有關(guān)，但其中的分子機制尚不清楚。
2025 年 3 月 3 日，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所郭靖濤團隊聯(lián)合猶他大學(xué)醫學(xué)院研究人員（崔利娜、聶熙琛、郭懌暄為論文共同第一作者），在 Nature 子刊 Nature Aging 上發(fā)表了題為：Single-cell transcriptomic atlas of the human testis across the reproductive lifespan 的研究論文。
該研究通過(guò)對 35 名 21-69 歲男性睪丸組織進(jìn)行單細胞轉錄組測序，結合分子、細胞生物學(xué)及機器學(xué)習技術(shù)，系統解析了睪丸主要細胞類(lèi)型在衰老過(guò)程中的時(shí)序轉錄變化，揭示了人類(lèi)睪丸的兩波衰老及其分子機制，還揭示了睪丸衰老與體重指數（BMI）的關(guān)系。
衰老是男性生育力下降的一個(gè)主要決定因素，其通過(guò)多種機制表現出來(lái)，包括細胞功能障礙、疾病易感性增強以及生殖內分泌功能的改變。高齡父親會(huì )影響精子和生精小管的多個(gè)方面功能，包括血清睪 酮水平、基底膜完整性以及睪丸大小和重量。此外，衰老會(huì )影響精子基因組的完整性，包括端粒長(cháng)度、 DNA 穩定性和 DNA 突變。生殖細胞 DNA 甲基化在衰老過(guò)程中的變化可能會(huì )導致后代疾病增多。此外，衰老的睪丸會(huì )出現多種變化，從而導致睪 酮生成減少、睪丸間質(zhì)細胞（TPC）異常增殖以及精原干細胞（SSC）數量下降。
之前的研究表明，在遲發(fā)性性腺功能減退癥的病例中，支持細胞會(huì )出現衰老跡象以及溶酶體酸度改變，這表明與衰老相關(guān)的代謝途徑受到干擾。對人類(lèi)一生中血漿蛋白質(zhì)組的分析發(fā)現了三個(gè)與衰老相關(guān)的蛋白質(zhì)峰值，尤其是動(dòng)態(tài)細胞外基質(zhì)（ECM）相關(guān)蛋白質(zhì)。
盡管組織學(xué)研究已指出人類(lèi)、非人靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物、小鼠和果蠅的睪丸存在與衰老相關(guān)的改變，但對于人類(lèi)睪丸細胞類(lèi)型如何隨個(gè)體衰老而變化仍存在不確定性。
包括精子基因組分析、睪丸轉錄組、精漿蛋白質(zhì)組學(xué)或精子代謝組學(xué)以及精子表觀(guān)基因組學(xué)在內的廣泛多組學(xué)研究，已被開(kāi)展以探究衰老和生活方式對男性生育力的影響。這些研究旨在闡明衰老或生活方式因素對男性生育力的影響。然而，盡管做出了這些努力，對于全面了解衰老和生活方式選擇對男性生殖健康的影響，仍存在大量的知識空白。
人類(lèi)之間的個(gè)體差異以及諸如體重指數（BMI）之類(lèi)的生活方式因素，使我們難以理解人類(lèi)睪丸在分子和細胞層面上如何應對衰老。因此，足夠大的樣本量以及注釋詳盡、質(zhì)量上乘的睪丸組織對于獲得系統性和機制性的見(jiàn)解至關(guān)重要。此外，該團隊之前的研究側重于年齡對來(lái)自年齡相對極端的捐贈者的不同睪丸細胞類(lèi)型的影響，具體來(lái)說(shuō)是 20 歲和 60 歲的人。
而這項初步研究旨在確定年輕和年老睪丸組織之間是否存在分子水平的變化。在這項研究中，研究團隊擴大了研究范圍，收集了更多數量的睪丸樣本，且樣本覆蓋的年齡范圍更廣。該研究的目標是確定睪丸衰老反應中的特定時(shí)間點(diǎn)，并了解幾種睪丸細胞類(lèi)型對衰老的反應，以及驅動(dòng)這些變化的潛在分子機制。
精子發(fā)生是一個(gè)復雜的過(guò)程，發(fā)生在人類(lèi)睪丸的生精小管內，包括三個(gè)階段：1）精原細胞的有絲分裂；2）精母細胞的減數分裂；3）圓形精子細胞向長(cháng)形精子細胞的轉變。諸如睪丸支持細胞（Sertoli細胞）、睪丸間質(zhì)細胞（Leydig細胞）、管周肌樣細胞（TPC）、巨噬細胞和內皮細胞等體細胞積極參與并調節這一過(guò)程。
Sertoli細胞為生殖細胞的發(fā)育提供生長(cháng)因子和營(yíng)養物質(zhì)，而Leydig細胞則合成雄激素，這些雄激素通過(guò)雄激素結合蛋白運輸到Sertoli細胞，管周肌樣細胞（TPC）通過(guò)蠕動(dòng)收縮促進(jìn)睪丸內精子運輸，睪丸微環(huán)境中的體細胞通過(guò)分泌因子調節精原干細胞（SSC）的自我更新和分化。
年齡相關(guān)的改變發(fā)生在生殖細胞和體細胞形成的微環(huán)境中。研究團隊對于睪丸細胞群對衰老的反應進(jìn)行了研究，采用單細胞 RNA 測序（scRNA-seq）來(lái)表征單個(gè)細胞，識別特征和通路，描繪生殖細胞命運決定，并針對多個(gè)年齡段探討與衰老相關(guān)的分子和細胞機制方面的問(wèn)題。
在這項研究中，研究團隊利用 35 名年齡在 21-69 歲之間的捐贈者的樣本，構建了一張全面的睪丸衰老單細胞轉錄組圖譜，涵蓋了男性的整個(gè)生殖壽命。該數據集為我們提供了一個(gè)寶貴的機會(huì )，能夠系統地探究生殖領(lǐng)域中一些最有趣的問(wèn)題，比如男性生育力下降與衰老相關(guān)的影響是累積性的還是瞬間性的？以及不同睪丸細胞對衰老的反應是同步的還是異步的？如果是后者，哪些細胞類(lèi)型對衰老表現出最高的敏感性，其影響又會(huì )是什么？此外，衰老和肥胖是如何協(xié)同作用影響男性生育力的？
總的來(lái)說(shuō)，這項研究使我們能夠探究與人類(lèi)睪丸衰老相關(guān)的細胞和分子變化，識別潛在的睪丸衰老診斷標志物，并展示了機器學(xué)習在衰老研究中的有效性，還提供一個(gè)涵蓋從青年到老年的人類(lèi)睪丸特征的全面數據集。
人類(lèi)睪丸的單細胞轉錄組
具體來(lái)說(shuō)，該研究繪制了一個(gè)包含 35 名年齡在 21-69 歲男性個(gè)體的睪丸的 214369 個(gè)單細胞轉錄組數據的圖譜，為研究睪丸衰老和生理學(xué)提供了資源。機器學(xué)習分析表明，睪丸中的體細胞比生殖細胞表現出更強的衰老反應，研究團隊確定了兩波與衰老相關(guān)的改變：第一波出現在 30 多歲捐贈者的管周肌樣細胞（TPC）中，其特征是基底膜厚度增加，表明處于衰老的啟動(dòng)狀態(tài)。第二波發(fā)生在 50 多歲時(shí)，睪丸細胞會(huì )出現功能變化，包括Leydig細胞中類(lèi)固醇代謝的改變以及巨噬細胞中免疫反應的變化。
進(jìn)一步的分析顯示，隨著(zhù)年齡的增長(cháng)，體重指數（BMI）對精子發(fā)生能力產(chǎn)生影響，尤其是在 45 歲以后，45 歲以上且 BMI 超過(guò) 30 的男性面臨較高的不育風(fēng)險。
總的來(lái)說(shuō)，這些研究結果闡明了睪丸衰老過(guò)程中的分子變化及其與體重指數（BMI）的關(guān)系，為未來(lái)的研究奠定了基礎，并提供了潛在的診斷標志物和治療靶點(diǎn)。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s43587-025-00824-2
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