生育保护新概念|外泌体可预防化疗后引起的睾丸损伤和不育

据估计，仅在美国每年就有大约10000名儿童接受性腺毒性癌症治疗，存活的儿童会遭受化疗和放疗，化疗后常见的不良反应包括少精子症和无精子症，这会导致暂时或永久性男性不育。

目前临床批准的保留青少年和成人生育能力的选择是冷冻保存精子，但精子保存不适用于青春期前的男孩，因为精子发生尚未开始。细胞毒性化疗药物不仅对有丝分裂活跃的细胞产生有害影响，还会破坏精子发生和细胞凋亡过程之间的调节平衡，导致性腺毒性。

近日，芝加哥大学F.L.A等在《INT J MOL SCI 》一项研究中，研究人员通过睾丸内（IT）注射人脐带间充质干细胞来源的外泌体治疗青春期前化疗诱导的睾丸损伤小鼠模型，分析了单次与多次IT注射外泌体对睾丸功能和生育能力的影响，并评估IT注射是否为精子发生提供了长期保护作用。

一、外泌体对人支持细胞的影响

为了评估外泌体对体外暴露于多化疗的人支持细胞的保护作用，研究人员使用人支持细胞的睾丸毒性(TT)模型，并用1.5 109外泌体颗粒预处理生育保护(FP)组24h。

与CTX组相比，FP组显示出更好的细胞增殖和细胞活力（图1a）；在测试候选基因中，与CTX组相比，FP组PCNA、Ki67、Bcl-2、RAD51和SSC标记hGDNF、BMP4和IGF-1的相对基因表达显著上调，同时下调CASP3，这表明外泌体具有促细胞增殖、抗凋亡和DNA修复机制（图1b）。

二、外泌体改善化疗后的睾丸大小和睾丸重量

研究人员通过培育成功开发出了青春期前雄性小鼠群体，将雄性幼崽分为对照、CTX、外泌体单次注射(ES+CTX)和Exo-多次注射(EM+CTX)，4周龄时，外泌体组在CTX腹腔注射前24小时，通过睾丸内注射1.5*109颗粒/mL 10µL外泌体。

我们比较了四组之间的睾丸重量和大小。与对照组相比，CTX组的睾丸重量和大小减少了约50%；外泌体组移植后4周，参数显著增强，接近正常水平(图2c、d)。与对照组和外泌体组相比，CTX组的睾丸宏观外观明显更小（图2e）。

三、外泌体在化疗期间保护睾丸并保留生育能力

通过繁殖实验的结果表明，CTX组没有小鼠受孕，外泌体组受孕率和平均幼崽数量均有增加；健康对照组和EM+CTX组的妊娠率相似（75%），其次是ES+CTX组（62.5%,图3a）。与ES+CTX组相比，EM+CTX组的幼崽平均数和总数均显著较高（图3b）。

睾丸组织学显示，化疗破坏了CTX组的生精细胞和间质细胞，而外泌体组保留了睾丸形态、间质细胞和生精小管形态。血清激素分析显示化疗对间质细胞造成永久性损伤，睾酮分泌显著减少，外泌体组表现出间质细胞损伤减少，睾酮的产生在8周时恢复（图3d）。

四、外泌体保护生育力、增强精子发生相关基因标记并调节相关途径

为了探讨外泌体恢复生精功能的潜在程度，我们分析了在生精中起关键作用的生殖细胞特异性(GCS)候选基因在小鼠睾丸组织中的mRNA表达。

在测试的基因中，与ES+CTX和CTX组相比，EM+CTX组中的CDK-10、CREM、Mea1、Pou5f1 和ZBTB16显著上调（图4c）。在成熟精母细胞核中强烈表达的SYCP3和抗凋亡标记物Bcl-2仅在ES+CTX组中显著上调（图4d）。精子发生的中心标记基因，如FSHR和C-Kit，被发现在 EM+CTX组中表达更多（图4d）。

为了分析保护作用背后可能的分子机制，我们评估了几种信号通路蛋白的磷酸化水平。 Western blot结果显示，外泌体可能抑制p38 MAPK/ERK信号通路，从而提高生殖细胞化疗耐受性（图4e）。 

五、外泌体有助于永久恢复生育能力

为了评估外泌体是否有助于永久恢复化疗后的生育能力，研究人员做了多次繁殖实验。分析第三次繁殖实验结果显示，CTX组中有八分之一的小鼠怀孕，而其它组的怀孕率与第一和第二次繁殖周期相似（图5a），即对照组（100%）、EM+CTX（75%）、ES+CTX (62.5%)，这表明外泌体可能有助于永久恢复化疗后的生育能力。

总 结：研究结果发现，外泌体能通过保留SSC生态位和防止小鼠睾丸损伤，从而发挥保护生育能力的作用，而接受多次注射外泌体的小鼠表现出显著更高的生育率和血清睾酮水平，这表明外泌体疗法可能是青春期前男孩化疗治疗的一种新型生育保护方法。

参考资料：

Farzana Liakath Ali, Hang-Soo Park, Analea Beckman, Adrian C. Eddy, Samar Alkhrait,Mohammad Mousaei Ghasroldasht, Ayman Al-Hendy and Omer Raheem. Fertility Protection, A Novel Concept: Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes Protect against Chemotherapy-Induced Testicular Cytotoxicity. DOI:10.3390/ijms25010060.