專家點評Nat Commun｜陳浩/段樹民/李霞合作發現附睾上皮細胞間新的“細胞間細胞器儲庫”
點評｜俞立（清華大學生命科學學院）
附睾是除睾丸外另一個重要的雄性生殖器官，睾丸產生的精子通過附睾獲得運動和受精的能力。臨牀上發現男性不育症不僅與精子數量減少和密度降低相關，還與附睾中精子成熟異常密切相關【1, 2】。相較於睾丸，人們對附睾的關注不多，上世紀末，張永蓮院士發現了大鼠附睾特異表達的新基因Bin1b並鑑定了一系列β-防禦素家族基因，推動了國際生殖生物學屆對附睾基因的關注【3-5】。此外，近年來的研究發現，附睾還可以通過小RNA分泌【6-9】或外泌體【10】的形式，影響子代的胚胎髮育和子代健康，並具有父系表觀遺傳模式【11】。
長久以來，人們在附睾上皮細胞的透射電鏡結果中觀察到了一些空泡狀結構。然而迄今爲止，既不能確定其屬於細胞內還是細胞外，也未對這些空泡進行標註，其生理和病理學意義也不明確。體積電鏡（volume electron microscopy,vEM） 是一項新興技術，通過此技術可以使電子顯微鏡在三維層面、微米到毫米的體積尺度和納米級分辨率條件下探索細胞的超微結構【12, 13】。這項技術被《Nature》雜誌評爲“2023年最值得關注的7項技術”之一【14】。
2025年2月15日，廣州醫科大學陳浩、浙江大學段樹民和南通大學李霞課題組共同在Nature Communications上發表研究論文In situ architecture of the intercellular organelle reservoir between epididymal epithelial cells by volume electron microscopy，使用體電鏡技術發現附睾細胞的空泡樣結構存在於附睾上皮細胞之間而非細胞內，在此結構中存在包括蛋白聚集體、自噬樣小體、溶酶體相關細胞器和線粒體在內的多種細胞器。基於空泡樣結構的特徵，將其命名爲“細胞間細胞器儲庫（ I ntercellular O rganelle R eservoir,IOR） ”，並揭示了其在細胞器週轉和回收過程中的重要作用。
研究人員首先通過基於聚焦離子束掃描電子顯微鏡 （FIB-SEM） 的vEM技術收集了附睾不同區段的數據集，在介觀尺度下重構了這些區段的附睾上皮細胞的三維 （3D） 結構，首次發現空泡狀的結構存在於細胞側向間隙 （Lateral Intercellular Space, LIS） 中，且內含有蛋白質聚集體、自噬體、溶酶體相關細胞器和線粒體殘留物等成分。而傳統的教科書理論認爲，上皮細胞的側面是緊密連接排列，細胞和細胞之間無縫隙存在或僅有細微的空間 （Knobil and Neill’s Physiology of Reproduction, 4th edition） 。爲了排除固定液等實驗過程中可能引入的僞象，研究團隊使用了不同的小鼠品系和包括高壓冷凍替代的非化學固定的附睾樣本，均證實了IOR的存在。
進一步的三維重構結果發現，IOR中存在包括蛋白聚集體、自噬小體、溶酶體相關細胞器（LRO） 和線粒體等多種細胞器成分。隨後的激光共聚焦顯微鏡和免疫電子顯微鏡結果證明了自噬和溶酶體標記物LC3、P62、LAMP1和線粒體標記物TOMM20在細胞外IOR的表達信號。有趣的是，IOR的數量隨年齡增長顯著下降並伴隨着自噬相關蛋白 （如P62） 表達的下降，提示IOR在維持附睾上皮完整性和老齡小鼠生育能力降低相關。除附睾外，在小腸上皮細胞間也發現了IOR結構，提示IOR在上皮細胞中的功能具有一定的普適性。
在機制探索的過程中，研究人員發現Rab27a 突變小鼠 （其Rab27a在純和突變小鼠中缺失） 附睾中IOR數量及其中的LRO和MVB明顯減少，並伴隨着小鼠精子活力下降和生育能力降低，這表明Rab27a是參與IOR形成的重要分子之一。同時，IORs 內含有多種細胞器降解產物，其邊緣存在氨基酸轉運蛋白，提示IORs 可能參與蛋白質的循環利用，爲研究細胞器降解和物質循環提供了全新的思路。
廣州醫科大學陳浩教授 （原南通大學醫學院） 和浙江大學段樹民院士爲本文通訊作者，南通大學特種醫學研究院李霞教授、南通大學醫學院陳浩教授的博士研究生喬楓、浙江大學冷凍電鏡中心郭建勝、南通大學醫學院陳浩教授的碩士研究生薑婷爲本文第一作者。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56807-9.pdf
專家點評
俞立教授（清華大學生命科學學院）
附睾是男性生殖系統中負責精子的成熟、儲存和運輸的器官。在附睾管腔內，精子從功能上不成熟的狀態轉變爲具有完全受精能力的狀態，而這一過程依賴於附睾上皮細胞提供的複雜微環境。在我國，張永蓮先生開創了附睾功能基因鑑定和機制研究的新領域。早期研究主要通過免疫組化、細胞染色和體外模型揭示了附睾表達基因對精子成熟的調節，爲我們瞭解附睾調節精子功能提供了寶貴的理論。然而，對於附睾上皮細胞特徵的研究和細胞-細胞相互作用的研究，則受制於分辨率和非特異性標記等問題。傳統的透射電子顯微鏡 （TEM） 雖然能夠提供高分辨率的二維圖像，但在解析複雜的三維細胞結構方面存在侷限性。
2025年2月15日，廣州醫科大學陳浩教授與浙江大學段樹民院士和南通大學李霞教授團隊合作，在Nature Communications發表題爲In situ architecture of the intercellular organelle reservoir between epididymal epithelial cells by volume electron microscopy的研究論文。該研究使用體電鏡技術 （volume electron microscopy，vEM） ，成功實現了對完整附睾上皮細胞超微結構的高分辨率三維可視化。研究團隊首次揭示並命名了一種全新的細胞外結構—細胞間細胞器儲庫（IOR）。IOR由橋粒穩定，包含蛋白質聚集體、自噬體、溶酶體相關細胞器 （LRO） 和線粒體殘餘。免疫標記顯示IOR中存在P62、LC3、LAMP1和TOMM20等關鍵標誌物，表明IOR能夠介導細胞外的自噬與溶酶體降解。這一發現挑戰了細胞器週轉僅爲細胞內過程的傳統觀點，提示上皮細胞可能通過IOR這一細胞外機制來維持穩態。
更進一步，研究者們發現IOR的結構呈現出“珍珠鏈”樣分佈。IOR的形成依賴於小GTP酶Rab27a，Rab27a缺失的小鼠IOR顯著減少，伴隨細胞器降解受損及生育能力下降，這表明IOR在維持附睾上皮功能和支持附睾環境中精子成熟方面具有重要作用。此外，IOR邊緣的氨基酸轉運蛋白SLC7A14和SLC6A15表明其可能通過循環利用降解產物促進細胞穩態。
值得注意的是，除了附睾，IOR還存在於腸上皮細胞中，這表明其可能是上皮組織的一種普遍特徵。IOR在腸道中的發現也引發了許多有趣的問題，例如它們是否通過降解和循環利用受損細胞器來維持腸道屏障，或者是否在上皮更新和損傷修復中發揮作用。此外，上皮細胞作爲許多組織的基本組成單位，長期以來被認爲是緊密排列的細胞，其細胞側向間隙極小，它們通過自身的細胞器週轉和信號傳遞來維持穩態並執行特定功能。IOR的發現重新定義了上皮細胞間隙的功能，表明LIS不僅是離子運輸的場所，還可能是細胞間通訊和細胞器週轉的重要場所。IOR的發現是對上皮生物學理解的範式轉變，它不僅揭示了上皮細胞如何通過細胞外機制維持穩態，還爲理解男性生殖健康的分子機制開闢了新的研究方向。
製版人：十一
參考文獻
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