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目的:无精子症和精原细胞瘤均可以伴随精子发生障碍,是男性不育的重要原因。导致精子发生障碍的病因中,除生殖细胞本身的问题外,睾丸精子发生微环境的异常也很常见。Sertoli细胞是精子发生微环境的关键组成成分。近年发现,Sertoli细胞在精子发生异常患者中表现出细胞数量、形态、成熟度和生物学功能的改变。因此,研究影响Sertoli细胞生长及其功能的因子已成为当前的一个重点。BMP4在Sertoli细胞有大量的表达,对精原细胞增殖和分化起重要作用,但其对Sertoli细胞的功能及其作用机制目前尚无报道。本学位论文首次研究了BMP4在人睾丸Sertoli细胞的表达、功能、作用机制及其与非梗阻性无精子症和精原细胞瘤的相关性。方法:我们首先利用逆转录PCR(RT-PCR)、免疫印迹(Western blots)、免疫细胞化学(Immunocytochemistry)、免疫组织化学(Immunohistochemistry)等方法分别从基因和蛋白质水平在人睾丸组织和分选的Sertoli细胞中检测BMP4及其受体的表达。然后外源添加BMP4或其拮抗剂noggin,或通过转染BMP4的小分子干扰RNA(si RNA)后,结合细胞增殖(CCK-8)和Brd U渗入等实验方法,检测其对人睾丸Sertoli细胞的数量和生物学功能的作用及其机制。最后,我们用组织芯片检测不同类型无精子症和精原细胞瘤患者的睾丸生精小管BMP4的表达水平。本研究采用χ2检验方法统计所获得的数据,采用t检验进行单因素的比较,设定P<0.05具有统计学差异。实验结果采用Prism GraphPad5作图。结果:研究发现,BMP4和其三个常见受体,即ALK3、ALK6和BMPRII,在人睾丸Sertoli细胞中均有表达,提示BMP4可能对人Sertoli细胞起作用。CCK-8细胞增殖检测、BrdU渗入实验、PCNA免疫细胞化学染色等实验的结果表明,BMP4促进人Sertoli细胞的DNA合成和细胞增殖。相反,在体外培养的人Sertoli细胞中外源性加入BMP4的拮抗剂noggin,或者对Sertoli细胞内源性BMP4合成进行siRNA干扰,发现人Sertoli细胞的分裂和增殖减慢。并且,siRNA干扰降低BMP4表达后在转录水平发现一些因子,如FGF2、SCF、claudin 11和ZO-1的表达均有下调。而且,我们检测了BMP4作用的信号通路,包括Smad1/5通路、PI3K/AKT和ERK通路在人睾丸Sertoli细胞的变化。我们发现,BMP4通过激活Smad1/5通路,上调ID2和ID3表达,并降低p27Kip1表达对人Sertoli细胞发挥作用;BMP4并不激活人Sertoli细胞的PI3K/AKT和ERK通路。值得注意的是,睾丸组织芯片的免疫组化染色发现,与梗阻性无精子症(有正常精子发生)相比,BMP4在包括唯支持细胞综合征、精子成熟停滞于精原细胞或精母细胞阶段在内的非梗阻性无精子症睾丸组织中表达增高,而在人精原细胞瘤的睾丸组织不表达。结论:该研究首次发现BMP4通过激活Smad1/5通路,上调ID2和ID3,降低p27Kip1调节人睾丸Sertoli细胞的生长和生物学功能,并且,BMP4在非梗阻性无精子症患者和精原细胞瘤的睾丸中异常表达。由此推测,异常表达的BMP4可能通过破坏男性睾丸微环境平衡而引起男性精子发生障碍和精原细胞瘤,从而为男性不育病因学提供理论依据。