睾丸支持细胞内的蛋白酪氨酸磷酸酶Shp2调控精子的发生

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支持细胞(sertoli cell)为各级生精细胞提供营养、支持、保护作用,分泌一些对精子发生有重要作用的成分,参与FSH、睾酮对生殖细胞的的调节作用。  Shp2是一种细胞质中的蛋白酪氨酸磷酸酶,弥散性表达于全身各器官,调控多种生长因子的信号,调节细胞增殖和分化、参与免疫反应、调控代谢。研究支持细胞当中的Shp2对精子发生的调控具有理论意义和实用价值。虽然在努男综合症(noonan)中涉及过Shp2与雄性生殖的关系,以及大鼠睾丸支持细胞中Shp2介导肝细胞生长因子(HGF)的Ras-MAPK信号通路,过表达Shp2破坏血睾屏障marker(Zo-1,N-cadherin,β-cantenin,F-actin)的表达分布,且在小鼠整个睾丸或者在生殖细胞内敲除Shp2都能导致雄性不育,但Shp2在睾丸支持细胞内的作用与功能还未完全探讨。  利用两种模型Shp2flox/floxpAMH-cre、Shp2floxp/floxpinhibinα-cre,特异性的在睾丸支持细胞、支持细胞与间质细胞当中去除Shp2。Shp2去除后,2周小鼠睾丸明显减小,发育受阻,成年雄鼠100%不育。HE染色表明,3周开始睾丸出现空泡化,并可见睾丸结构破坏、精子发生受阻;8周附睾中不见成熟精子。虽然直到4周,TUNEL法检测到睾丸切片内凋亡细胞数增加,但支持细胞marker-WT1免疫荧光染色表明,支持细胞数量一直没有减少,到成年后,有部分曲细精管中只剩下支持细胞,没有生殖细胞。  未分化的精原细胞marker-PLZF、精母细胞marker-S TRA8、减数分裂的marker-S CP3免疫荧光染色表明,2周精原干细胞和各级生精细胞的数量明显减少了。然而在1周,精原干细胞数目没有受影响;减数分裂启动marker-STRA8和减数分裂中的marker-SCP3的阳性细胞数却增加了,这表明精原干细胞分化增强了。进一步,精原细胞自我更新的marker-PH3与PLZF双染,及KIT的单染实验表明:Shp2在支持细胞去除后,对精原干细胞的自我更新影响甚微,但在早期引起精原干细胞的过度分化。在探讨分子机制上,Shp2在支持细胞去除后,引起支持细胞旁分泌蛋白SCF,BMP4(调节精原干细胞分化的因子)的表达量升高,而调节精原干细胞增殖的因子GDNF表达量不变;采用基因表达谱芯片分析,许多关于精原干细胞增殖与分化的基因表达产生了变化,如:LIN28a,Epcam,Etv5等。这些结果表明在支持细胞Shp2的去除打破了精原干细胞增殖与分化平衡,引起早期精原干细胞的过度分化。  免疫组化与免疫荧光染色表明,与对照相比,支持细胞敲除组中的血睾屏障marker----紧密连接蛋白Claudin11、间隙连接蛋白Cx43,2周开始分布有明显区别,表达量升高;紧密连接蛋白JAM-A在睾丸切片上连接消失,仅在支持细胞核内有表达,在组织中表达量显著降低。组织免疫荧光染色表明,紧密连接蛋白Zo-1分布没有明显区别,表达量不变,而在4周黏附连接蛋白β-catenin表达量减少。在探讨分子机制上,Shp2在支持细胞去除后,血睾屏障调节蛋白TPA的表达量升高,而它的同类UPA的表达量不变。采用基因表达谱芯片分析,很多有关血睾屏障的基因的表达量发生变化,这些基因包括血睾屏障的某些marker(Claudin1,5,8,10,15下降,Cx43上升,TES下降)及调节蛋白(Icam1,Mmp2,Mmp17下降)。这些结果表明Shp2是血睾屏障的重要调控蛋白。TER实验表明,在敲除Shp2支持细胞内恢复Shp2的表达,能逆转支持细胞间的紧密连接程度;在正常支持细胞内过表达Shp2,紧密连接程度减弱。这个结果表明支持细胞内合适的Shp2活性对血睾屏障的组装是必须的。我们进一步探讨了这个体系的机制,在支持细胞内敲除Shp2能抑制P-ERK的活性,而增加P-AKT的活性,转染过表达Shp2的突变体(Q79P)能恢复P-ERK的活性,又能抑制P-AKT的表达(不论在对照还是在敲除细胞内)。  在信号通路机制探讨方面,在支持细胞内Shp2的缺失能抑制FSH和睾酮刺激的P-ERK的活性,而使卵泡刺激素(FSH)和睾酮(testosterone)刺激的P-AKT的活性进一步的升高;在支持细胞内Shp2的缺失能抑制FSH刺激ABP的升高,而使睾酮刺激的AR进一步的升高。Western blot分析了2周睾丸组织内FSH和睾酮target gene的表达,发现SCSKO组中Pem,ABP,PDGF-A,E-FABP的表达量下降;SCF,AR,DMRT1的表达量上升;AMH,FSHR,GDNF,WT1,Dhh,TRF,β-catenin,N-cadherin的表达量没有改变。  在TM4细胞中,Shp2的特异性抑制剂PHPS1抑制FSH引起P-ERK、P-AKT的上升,说明Shp2可通过支持细胞的FSH的MAPK,AKT信号通路来调节下游基因的表达。Shp2的特异性抑制剂PHPS1能抑制睾酮(T)引起TM4细胞P-ERK的上升,说明Shp2可参与支持细胞的睾酮(T)的MAPK信号通路,来调节下游基因的表达。此外,PHPS1能抑制FSH引起的TM4细胞功能性蛋白AR,Zo-1,AMH的升高。
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