Nature Aging：郭靖涛团队揭示男性睾丸衰老的关键时期及其与肥胖的关系

女性生殖衰老与受孕时间延长和更高的流产率有关。男性生殖衰老的后果一直被低估，主要是因为男性在整个生命过程中不断产生精子，但现在，我们开始越来越认识到衰老对男性生育力的影响，这种影响包括环境因素和生理因素。睾丸衰老与生殖健康下降有关，但其中的分子机制尚不清楚。

2025 年 3 月 3 日，中国科学院动物研究所郭靖涛团队联合犹他大学医学院研究人员（崔利娜、聂熙琛、郭怿暄为论文共同第一作者），在 Nature 子刊 Nature Aging 上发表了题为：Single-cell transcriptomic atlas of the human testis across the reproductive lifespan 的研究论文。

该研究通过对 35 名 21-69 岁男性睾丸组织进行单细胞转录组测序，结合分子、细胞生物学及机器学习技术，系统解析了睾丸主要细胞类型在衰老过程中的时序转录变化，揭示了人类睾丸的两波衰老及其分子机制，还揭示了睾丸衰老与体重指数（BMI）的关系。

衰老是男性生育力下降的一个主要决定因素，其通过多种机制表现出来，包括细胞功能障碍、疾病易感性增强以及生殖内分泌功能的改变。高龄父亲会影响精子和生精小管的多个方面功能，包括血清睾酮水平、基底膜完整性以及睾丸大小和重量。此外，衰老会影响精子基因组的完整性，包括端粒长度、 DNA 稳定性和 DNA 突变。生殖细胞 DNA 甲基化在衰老过程中的变化可能会导致后代疾病增多。此外，衰老的睾丸会出现多种变化，从而导致睾酮生成减少、睾丸间质细胞（TPC）异常增殖以及精原干细胞（SSC）数量下降。

之前的研究表明，在迟发性性腺功能减退症的病例中，支持细胞会出现衰老迹象以及溶酶体酸度改变，这表明与衰老相关的代谢途径受到干扰。对人类一生中血浆蛋白质组的分析发现了三个与衰老相关的蛋白质峰值，尤其是动态细胞外基质（ECM）相关蛋白质。

尽管组织学研究已指出人类、非人灵长类动物、小鼠和果蝇的睾丸存在与衰老相关的改变，但对于人类睾丸细胞类型如何随个体衰老而变化仍存在不确定性。

包括精子基因组分析、睾丸转录组、精浆蛋白质组学或精子代谢组学以及精子表观基因组学在内的广泛多组学研究，已被开展以探究衰老和生活方式对男性生育力的影响。这些研究旨在阐明衰老或生活方式因素对男性生育力的影响。然而，尽管做出了这些努力，对于全面了解衰老和生活方式选择对男性生殖健康的影响，仍存在大量的知识空白。

人类之间的个体差异以及诸如体重指数（BMI）之类的生活方式因素，使我们难以理解人类睾丸在分子和细胞层面上如何应对衰老。因此，足够大的样本量以及注释详尽、质量上乘的睾丸组织对于获得系统性和机制性的见解至关重要。此外，该团队之前的研究侧重于年龄对来自年龄相对极端的捐赠者的不同睾丸细胞类型的影响，具体来说是 20 岁和 60 岁的人。

而这项初步研究旨在确定年轻和年老睾丸组织之间是否存在分子水平的变化。在这项研究中，研究团队扩大了研究范围，收集了更多数量的睾丸样本，且样本覆盖的年龄范围更广。该研究的目标是确定睾丸衰老反应中的特定时间点，并了解几种睾丸细胞类型对衰老的反应，以及驱动这些变化的潜在分子机制。

精子发生是一个复杂的过程，发生在人类睾丸的生精小管内，包括三个阶段：1）精原细胞的有丝分裂；2）精母细胞的减数分裂；3）圆形精子细胞向长形精子细胞的转变。诸如睾丸支持细胞（Sertoli细胞）、睾丸间质细胞（Leydig细胞）、管周肌样细胞（TPC）、巨噬细胞和内皮细胞等体细胞积极参与并调节这一过程。

Sertoli细胞为生殖细胞的发育提供生长因子和营养物质，而Leydig细胞则合成雄激素，这些雄激素通过雄激素结合蛋白运输到Sertoli细胞，管周肌样细胞（TPC）通过蠕动收缩促进睾丸内精子运输，睾丸微环境中的体细胞通过分泌因子调节精原干细胞（SSC）的自我更新和分化。

年龄相关的改变发生在生殖细胞和体细胞形成的微环境中。研究团队对于睾丸细胞群对衰老的反应进行了研究，采用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）来表征单个细胞，识别特征和通路，描绘生殖细胞命运决定，并针对多个年龄段探讨与衰老相关的分子和细胞机制方面的问题。

在这项研究中，研究团队利用 35 名年龄在 21-69 岁之间的捐赠者的样本，构建了一张全面的睾丸衰老单细胞转录组图谱，涵盖了男性的整个生殖寿命。该数据集为我们提供了一个宝贵的机会，能够系统地探究生殖领域中一些最有趣的问题，比如男性生育力下降与衰老相关的影响是累积性的还是瞬间性的？以及不同睾丸细胞对衰老的反应是同步的还是异步的？如果是后者，哪些细胞类型对衰老表现出最高的敏感性，其影响又会是什么？此外，衰老和肥胖是如何协同作用影响男性生育力的？

总的来说，这项研究使我们能够探究与人类睾丸衰老相关的细胞和分子变化，识别潜在的睾丸衰老诊断标志物，并展示了机器学习在衰老研究中的有效性，还提供一个涵盖从青年到老年的人类睾丸特征的全面数据集。

人类睾丸的单细胞转录组

具体来说，该研究绘制了一个包含 35 名年龄在 21-69 岁男性个体的睾丸的  214369 个单细胞转录组数据的图谱，为研究睾丸衰老和生理学提供了资源。机器学习分析表明，睾丸中的体细胞比生殖细胞表现出更强的衰老反应，研究团队确定了两波与衰老相关的改变：第一波出现在 30 多岁捐赠者的管周肌样细胞（TPC）中，其特征是基底膜厚度增加，表明处于衰老的启动状态。第二波发生在 50 多岁时，睾丸细胞会出现功能变化，包括Leydig细胞中类固醇代谢的改变以及巨噬细胞中免疫反应的变化。

进一步的分析显示，随着年龄的增长，体重指数（BMI）对精子发生能力产生影响，尤其是在 45 岁以后，45 岁以上且 BMI 超过 30 的男性面临较高的不育风险。

总的来说，这些研究结果阐明了睾丸衰老过程中的分子变化及其与体重指数（BMI）的关系，为未来的研究奠定了基础，并提供了潜在的诊断标志物和治疗靶点。