雄性多能性生殖干细胞及其应用于制作转基因动物的潜能

精原干细胞(spermatogonial stem cells,SSCs)是雄性动物体内唯一可以将遗传信息遗传给后代的成体干细胞,具有自我更新和分化为精子的能力.对于小鼠而言,随着精原干细胞体外培养体系的逐渐建立和完善,人们不仅对精原干细胞自身的增殖和分化调节机制有了较深入的了解,同时也发现了精原干细胞在再生医学和转基因动物领域具有其独有的优越性,目前的研究结果已经可以通过安全的途径将小鼠精原干细胞诱导转变为和胚胎干细胞功能相似的多能性干细胞,同时也实现了通过异体移植精原干细胞的方式来制作转基因小鼠和大鼠.这些研究结果让人们看到了精原干细胞对人类再生医学和制作大型转基因动物具有巨大的应用潜力.本文将对通过诱导精原干细胞获得的多能性干细胞的研究现状及其用于制作大型转基因动物所面临的问题和可能的解决途径加以概述和总结.     

精原干细胞的体外增殖与分化

最近,由于干细胞研究普遍取得的令人鼓舞的进展以及干细胞分离、培养、移植等新技术方法的出现和发展,出生后雄性个体的生殖系干细胞———精原干细胞(spermatogonialstemcell,SSC)已成为一个愈加引人瞩目的课题。SSC位于睾丸曲细精管基膜上,既具有自增殖(self-renewal)潜能和定向分化潜能,又是自然状态下出生后个体内在整个生命期间能够进行自增殖并能将基因传递至子代的惟一成体干细胞。了解干细胞增殖与分化的调节机制,获得足够数量的种子细胞一直是所有干细胞研究共同面临的迫切问题之一。近年来,借助于SSCs移植技术这一功能性检测方法,国内外学者就SSCs体外培养的条件进行了深入探讨,取得了可喜进展。结合自己的前期工作,参考相关最新进展,就影响哺乳类SSCs体外存活、增殖、分化的因素及未来需要解决的问题进行了评述。     

精原干细胞的体外增殖与分化

最近，由于干细胞研究普遍取得的令人鼓舞的进展以及干细胞分离、培养、移植等新技术方法的出现和发展，出生后雄性个体的生殖系干细胞——精原干细胞(spermatogonial stem cell, SSC)已成为一个愈加引人瞩目的课题。SSC位于睾丸曲细精管基膜上，既具有自增殖(self-renewal)潜能和定向分化潜能，又是自然状态下出生后个体内在整个生命期间能够进行自增殖并能将基因传递至子代的惟一成体干细胞。了解干细胞增殖与分化的调节机制，获得足够数量的种子细胞一直是所有干细胞研究共同面临的迫切问题之一。近年来，借助于SSCs移植技术这一功能性检测方法，国内外学者就SSCs体外培养的条件进行了深入探讨，取得了可喜进展。结合自己的前期工作，参考相关最新进展，就影响哺乳类SSCs体外存活、增殖、分化的因素及未来需要解决的问题进行了评述。     

枸杞多糖对小鼠精原干细胞增殖作用的影响

[目的]观察枸杞多糖(LBP)对体外培养的小鼠精原干细胞的增殖作用。[方法]选2～5日龄的ICR小鼠,采用多次贴壁法纯化精原干细胞培养3 d,加入不同浓度的LBP,利用MTT比色分析法和Brdu增殖细胞标记法,检测不同浓度LBP对体外培养精原干细胞增殖的影响。[结果]与对照相比,用LBP处理后的精原干细胞的细胞数量明显增多,高浓度的LBP(200μg/ml)对精原干细胞的增殖有明显的促进作用(P<0.01)。[结论]LBP能够促进精原干细胞的增殖。     

精原干细胞体外培养体系的建立

精原干细胞(spermatogonial stem cells,SSCs)是雄性哺乳动物精子发生及具有生育能力的保障。精原干细胞的体外培养不仅为精子发生的研究提供材料,还有助于开发新的家畜保种方法和动物遗传修饰。为了探索猪精原干细胞体外培养体系的建立方法,本研究采用胶原酶Ⅳ-胰酶两步酶法对3~7日龄大白仔猪睾丸进行消化得到单细胞悬液,利用不同时间程序的差速贴壁对精原干细胞进行纯化,选择大白仔猪睾丸支持细胞作为饲养层,添加不同细胞因子研究精原干细胞的增殖情况以期得到最佳的培养体系。结果显示,通过差速贴壁得到的UCHL-1阳性生殖细胞比例最高为18.59%±0.94%;不同细胞因子组合添加试验发现精原干细胞添加20 ng·mL^-1 GDNF、10 ng·mL^-1 IGF和20 ng·mL^-1 bFGF的增殖效果最佳;以支持细胞作为饲养层、在DMEM/F12中添加1%FBS以及上述细胞因子组合对精原干细胞进行培养15 d后可见大量的精原干细胞集落,通过免疫荧光、AKP染色、荧光定量PCR等试验证明精原干细胞进行了大量增殖。本研究初步建立了猪精原干细胞的体外培养体系,可通过体外培养大量增殖精原干细胞,为后续精原干细胞的研究奠定基础。     

精原干细胞更新分化的影响因素*

 精原干细胞可以体外培养、冷冻保存、遗传操作及移植，因而在医学、生物学及动物科学方面均有广泛应用前景。根据现有资料阐述一些因素，包括c-Kit受体及其配体SCF、白血病抑制因子（LIF）、维生素A（V_A）、表皮生长因子（EGF）、胶质细胞源神经营养因子（GDNF）、激素和温度，对精原干细胞更新分化的影响。     

胚胎干细胞诱导分化研究进展

哺乳动物胚胎干细胞一般可从胚胎囊胚内细胞团分离得到 ,具有在体外保持不分化的无限增殖能力 ,在合适的培养条件下 ,胚胎干细胞可定向诱导分化形成多种细胞类型。人们对胚胎干细胞进行体外培养与定向分化可以得到大量同源细胞 ,以应用于患疾病的细胞或器官移植治疗等研究。文章概述了胚胎干细胞增殖与分化的信号调节机制、诱导分化方法 ,国内外研究概况及展望 4个方面的内容     

利用精原干细胞建立转基因动物的研究进展

精原干细胞(spermatogonial stem cells,SSCs)是雄性哺乳动物体内的一种成体干细胞,在睾丸微环境中既具有自我更新潜能,又具有定向分化潜能,是自然状态下出生后,动物体内在整个生命期间进行自我更新并能将基因传递至子代的唯一成体干细胞。精原干细胞在建立转基因动物中具有重要的应用价值,现已成为转基因研究领域的热点之一。介绍了精原干细胞的来源、形成、类型及分化,同时对其在转基因动物研究中的应用做一综述。     

精原干细胞体外分离培养的研究进展

为探索提高精原干细胞分离和体外培养效率的技术方法,以建立长期稳定的动物精原干细胞培养体系,对动物精原干细胞的分离纯化和体外培养的研究进展进行综述。以"Spermatogonial stem cell,Isolation,Culture,Enrichment,in vitro"和"精原干细胞、分离、培养和体外扩增"为检索词,查阅精原干细胞相关文献,并进行归纳整理。精原干细胞分离主要有机械分离法和酶消化法,纯化精原干细胞的方法有差速贴壁法、密度梯度离心法、免疫磁珠法、流式细胞法等,目前大动物精原干细胞的富集常使用酶消化法、差速贴壁法和Percoll梯度离心法相结合。精原干细胞体外培养需模拟体内生境,通常在基础培养基中添加血清、饲养层细胞和各类生长因子等,培养条件会影响精原干细胞培养的效果。小鼠精原干细胞已建立较完善的培养体系,而人和多数大动物还缺乏完善的精原干细胞体外培养体系。     

鱼类精原干细胞的研究进展

鱼类精原干细胞是鱼类精子发生的起始细胞,是一群具有自我更新和分化潜能的细胞.其独具的生物学特性,使其在干细胞生物学、遗传资源保存和转基因动物等研究领域具有重要价值.就鱼类精原干细胞的生物学特性、培养鉴定、分化潜能、移植和冷冻保存方面做一简要综述,以期为精原干细胞的研究提供借鉴.     

Regulation of cell fate decision of undifferentiated spermatogonia by GDNF

The molecular control of self-renewal and differentiation of stem cells has remained enigmatic. Transgenic loss-of-function and overexpression models now show that the dosage of glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), produced by Sertoli cells, regulates cell fate decisions of undifferentiated spermatogonial cells that include the stem cells for spermatogenesis. Gene-targeted mice with one GDNF-null allele show depletion of stem cell reserves, whereas mice overexpressing GDNF show accumulation of undifferentiated spermatogonia. They are unable to respond properly to differentiation signals and undergo apoptosis upon retinoic acid treatment. Nonmetastatic testicular tumors are regularly formed in older GDNF-overexpressing mice. Thus, GDNF contributes to paracrine regulation of spermatogonial self-renewal and differentiation.     

Generation and in vitro differentiation of a spermatogonial cell line

Spermatogenesis is the process by which spermatogonial stem cells divide and differentiate to produce sperm. In vitro sperm production has been difficult to achieve because of the lack of a culture system to maintain viable spermatogonia for long periods of time. Here we report the in vitro generation of spermatocytes and spermatids from telomerase-immortalized mouse type A spermatogonial cells in the presence of stem cell factor. This differentiation can occur in the absence of supportive cells. The immortalized spermatogonial cell line may serve as a powerful tool in elucidating the molecular mechanisms of spermatogenesis. Furthermore, through genomic modification and transplantation techniques, this male germ cell line may be used to generate transgenic mice and to develop germ cell gene therapy.     

小鼠睾丸支持细胞的分离培养与生物学研究

[目的]分离得到高纯度的小鼠睾丸支持细胞(Sertoli cell),用以研究它对精原干细胞(SSCs)生长的影响。[方法]取鼠龄3~7 d的雄性ICR小鼠睾丸,采用胶原酶、透明质酸酶、胰蛋白酶和DNA酶消化分离Sertoli细胞及SSCs,经多次差异离心贴壁及低渗处理法进行纯化,用Sertoli细胞作饲养层观察SSCs的生长情况。[结果]Sertoli细胞纯度达90%,且以Sertoli细胞作饲养层培养SSCs,与对照相比,能明显促进SSCs的增殖。[结论]四酶消化低渗处理法可获得高纯度的Sertoli细胞,且Sertoli细胞能明显促进SSCs的增殖。     

温度及BRL饲细胞对体外小鼠精原干细胞的影响

 将6 日龄小鼠生精上皮单细胞分别接种于BRL和STO饲养层上,于32 ℃或37 ℃培养,研究其对精原干细胞的影响。结果:在培养的第1周内,2个及4个相连的精原细胞合胞体明显增多。培养１周后,多数精原细胞经短暂的存活及分裂活动后退化消失,培养体系中仅保留下少量单个及由细胞间桥相连的双个及4个成串或成团的A型精原细胞。这些细胞在随后的培养过程中,不表现明显的分裂活动,呈碱性磷酸酶阳性反应。根据精原干细胞生物学特性,它们极有可能就是精原干细胞及其子代细胞。不同条件培养体系中的精原干细胞的生物学行为无明显不同,培养60 d时均仅有少量精原干细胞存活。结论: BRL细胞能用作饲养层促进精原干细胞存活,但对其更新性增殖没有明显作用;32～37 ℃对精原干细胞的生物学行为无明显影响,均可用于培养精原干细胞。     

Trolox对猪肌肉干细胞增殖及分化的影响

【目的】探究抗氧化剂-水溶性维生素E的类似物（Trolox）通过调控活性氧对猪肌肉干细胞增殖及分化过程产生的影响,为进一步优化培养肉种子细胞在体外增殖及分化过程提供研究基础。【方法】首先在猪肌肉干细胞增殖过程中,添加不同浓度（0、50、100和200 μmol∙L^-1）的Trolox培养3 d,利用血细胞计数板进行细胞计数,统计细胞增殖倍数,同时利用CCK8技术检测不同浓度的Trolox对细胞增殖的影响;利用RT-qPCR技术检测不同浓度Trolox处理后表征干性的PAX7表达水平,Western Blotting技术检测PAX7蛋白的表达水平;通过CellROX荧光染料对细胞内活性氧进行染色并通过高通量高内涵活细胞共聚焦成像系统检测Trolox对活性氧的调控作用;进一步在猪肌肉干细胞体外成肌分化进程中添加Trolox处理,利用RT-qPCR技术检测分化早期标志基因MYOG、CAV-3及终末分化标志基因肌球蛋白重链（MyHC）的表达水平,并利用Western Blotting技术检测MyHC蛋白的表达,利用免疫荧光技术对MyHC进行染色并统计MyHC阳性细胞比例。【结果】细胞增殖倍数统计显示,50和100 μmol∙L^-1的Trolox处理组猪肌肉干细胞增殖倍数显著高于对照组（P<0.05）;CCK8测得50和100 μmol∙L^-1 Trolox处理组第3天的吸光值显著高于对照组（P<0.05）;100和200 μmol∙L^-1的Trolox显著上调了PAX7的表达（P<0.05）,对PAX7蛋白的表达有上调趋势,但无显著差异（P>0.05）;添加Trolox后,细胞内活性氧水平被极显著降低（P<0.001）;在分化进程中添加Trolox后,预分化阶段的MYOG和CAV-3及终末分化阶段的MyHC均显著上调（P<0.05）,而Western blotting结果显示MyHC蛋白的表达无显著变化（P>0.05）;免疫荧光结果显示MyHC阳性细胞比例有增多的趋势,但无显著差异（P>0.05）。【结论】Trolox通过降低细胞内的活性氧,促进猪肌肉干细胞的增殖以及分化进程。