精原幹細胞

精原幹細胞（SSC ）はA型精原細胞とも呼ばれ、精細胞の前駆細胞である精母細胞に分化しない精原細胞である。代わりに、他の精原細胞に分裂し続けるか、精原細胞の予備を維持するために休眠状態のままになります。一方、B型精原細胞は精母細胞に分化し、精母細胞は減数分裂を経て最終的に成熟した精細胞を形成します。^{[1] [2] [3]}

胎児の発育中、始原生殖細胞からゴノサイトが発達し、続いて精巣でゴノサイトからSSCが発達します。^{[4] SSCは}精子の初期の前駆体であり、成体哺乳類の精子形成の継続を担っています。幹細胞はより多くのSSCに分裂することができ、これは幹細胞プールを維持するために不可欠です。あるいは、それらは精母細胞、精子細胞、そして最終的に精子に分化していきます。

1つのSSCは複数の精子の前駆体であるため、精巣内のSSCの数は精子形成中の細胞よりもはるかに少ない。^{[5] [6] [7] [8] [9] [10]}

_{未分化精原細胞は、暗い色（A d}）と淡い色（A _p） の2つのグループに分けられます。

A _d精原細胞は予備の幹細胞です。これらの細胞は分裂してより多くの SSC を生成できますが、通常は分裂しません。A _p精原細胞は幹細胞プールを維持するために活発に分裂しています。B1-B4 精原細胞は分化中の精原細胞を包含しており、もはや幹細胞とは見なされません。

SSCに関する研究のほとんどはげっ歯類で行われており、マウスとヒトでは精原細胞のサブタイプが異なります。^{[11] [12] [13]}

単一（A _s）精原細胞は、分裂時に 2 つの別々の娘 SSC を作成することができます。または、娘細胞が結合してペア（A _pr）精原細胞を形成することもできます。

A _{s 精原}細胞と A _{pr精原細胞はどちらも未分化です。これらの細胞の鎖が形成され、A 整列 (A al} )と呼ばれます。A _al精原細胞は分化するため、もはや幹細胞として分類されません。これらは 6 回分裂して最終的に B 型精原細胞を形成します。

SSCの調節をサポートする最も重要な体細胞はセルトリ細胞です。間質組織の他のさまざまな体細胞は、ライディッヒ細胞や尿細管周囲筋様細胞など、セルトリ細胞をサポートしているため、間接的にSSCとそのニッチの場所に影響を及ぼすことができます。^[14]

哺乳類の精原細胞幹細胞は、精細管の基底膜とセルトリ細胞の間に存在します。減数分裂の前期段階までここに留まります。ここで精母細胞はセルトリ細胞バリアを経由して基底膜を通過します。

SSCは自己複製を促すニッチ内に留まります。基底膜を通過すると、細胞シグナルによって分化します。^{[15] [16] [17] [18] [19]}

局所シグナルは精原幹細胞（SSC）の自己複製を制御します。^[20] SSC集団の約50％は幹細胞数を維持するために自己複製を起こし、残りの50％は精子形成中に精子に分化する前駆細胞になります。^[21]精巣に存在する細胞は、SSCの自己複製の制御に重要な役割を果たす分子を発現します。マウスでは、セルトリ細胞が幹細胞の自己複製を刺激するグリア細胞株由来神経栄養因子（GDNF）を分泌することが示されています。この因子は、ヒトの精巣の精管周囲細胞で発現していると考えられています。^[4]線維芽細胞増殖因子（FGF2）は、幹細胞の再生の制御に重要な別の分子であり、セルトリ細胞、ライディッヒ細胞、生殖細胞で発現しています。FGF2シグナル伝達はGDNFと相互作用して増殖率を高めます。^[4]ケモカイン（CXCモチーフ）リガンド12（CXCL12）シグナル伝達は、その受容体CXCケモカイン受容体4型（CXCR4）を介してSSCの運命決定の調節にも関与している。CXCL12は成体マウスの精巣の精細管基底膜にあるセルトリ細胞に存在し、その受容体は未分化精原細胞で発現している。^[22]

GDNFとFGF2はともに、SSCの増殖と生存を促進するホスホイノシチド3キナーゼ（PI3K）-Akt経路とミトゲン活性化プロテインキナーゼ/ERK1キナーゼ1（MEK）経路を活性化するために必要である。^[23] CXCL12、FGF2、GDNFはすべてネットワークを介して通信し、SSC機能を媒介する。^[22]

精原幹細胞は精子の前駆細胞であり、一連の分化段階を経て生成される。^[4]これは自己複製に代わるSSCの結果である。SSCはニッチと呼ばれる微小環境内で生存し、ニッチは幹細胞の分化または自己複製を促す外的刺激を与える。^[24] SSCニッチは哺乳類の精巣の精巣上皮に見られ、主にセルトリ細胞と精管周囲筋様細胞から構成される。^[22]

主な分化段階は2つあり、最初の段階ではA _s（単一）精原細胞が分化するように運命づけられた娘子孫A _{pr （ペア）精原細胞に変換されます。これらはさらに分裂してA al}（A配列）精原細胞を作成できます。 ^[4]

2番目のステップでは、A _prまたはA _al精原細胞から分化A1精原細胞が生成されます。これらのA1精原細胞はさらに5回の分裂を経て、A2、A3、A4、中間、B型精原細胞が生成され、減数分裂Iに進むことができます。^[4]

分化中のSSCから成熟した精子が生成されるまでには約64日かかり、1日あたり1億個の精子が生成されます。^[22]

SSCの分化、ひいては精子の生成を促進する主要な既知の物質の一つは、レチノイン酸（RA）である。^{[14]間接的（}セルトリ細胞経由）経路と直接的経路の両方の仮説を支持する理論がある。^[4]

セルトリ細胞は、循環するレチノールをレチナールに変換し、最終的にRAに変換することでRAを生成すると考えられています。^[14] RAへの曝露は、A1精原細胞への細胞分化を促進し、さらなる減数分裂分化に関与しています。^[4]分化の結果、SSC状態を維持するために必要な遺伝子は発現しなくなります。^[14]

男性の生殖機能は加齢とともに低下し、精子の質と生殖能力の低下がみられる。^[25] ラットは加齢とともに、未分化精原細胞の遺伝子発現にさまざまな変化がみられる。^{[26]これらの変化には、} DNA損傷応答 に関与するいくつかの遺伝子の上方制御が含まれる。この発見は、加齢とともにDNA損傷が増加し、DNA損傷応答タンパク質の上方制御が起こり、損傷の修復を助けることを示唆している。 ^[26] したがって、生殖老化は未分化精原細胞に由来すると思われる。^[26]

SSCは、不妊症（体外精子形成）の治療や、性腺毒性治療前の生殖能力の温存において、臨床的にますます重要になる可能性があります。 ^[27]この目的のために、SSCは精巣生検から確実に分離されなければなりません（例：増殖と精製）。現在のプロトコルには、 CD90 ^[28]やFGFR3 ^[29]などの陽性SSC細胞マーカーとCD45などの陰性マーカーを組み合わせた磁気活性化細胞選別（MACS）と蛍光活性化細胞選別（FACS）が含まれます。^[28]後者は、癌患者の生検から悪性細胞を除外する上で特に重要です。

一旦分離されると、SSC集団は増幅、特性評価、系統維持、そして将来的にはin vitro精子形成またはゲノム編集のために培養される。^[30] SSC培養における主な課題は、培地物質と多能性の根底にあり将来の子孫に影響を与える可能性のあるエピジェネティックな構成との相互作用である。これらの細胞の短期的なin vitro増殖は、成長因子を添加したStem-Pro 34培地で行われている。^[31]ヒトSSCの長期培養はまだ確立されていないが、あるグループは成長因子とハイドロゲルを添加したフィーダー細胞フリー培地で増殖に成功したと報告している。^[32]

1994年にマウスで初めてSSC移植が成功し、不妊だったマウスの精子形成が完全に回復したと報告されました。^[33]これらのマウスはその後、生存可能な子孫を産むことができ、将来の人間への治療法の可能性に新たな扉を開きました。

がん治療はがん細胞特異的ではなく、多くの場合ゴナド毒性（卵巣と精巣に有毒）であるため、特に思春期前の男児では生殖能力を温存する方法がまだ確立されておらず、治療の結果として子供は通常不妊症に直面します。がん治療後の不妊症は治療の種類と投与量によって異なりますが、患者の17％から82％までさまざまです。^[34]精原幹細胞療法（SSCT）は、将来子供を持つことを希望するがん生存者の生殖能力を回復させる可能性のある方法として提案されています。この方法は、非ヒト霊長類を含む多数の動物モデルでテストされています。Hermannら[ ^35]は、 思春期前と成体のアカゲザルからSSCを取り出し、分離し、ブスルファン（化学療法で使用されるアルキル化剤）で処理しました。その後、SSC は、治療後約 10～12 週間で採取した同じ動物の精巣網に注入され、ほぼすべての受容者 (16/17) で精子形成が観察されました。ただし、これらの SSC は検出が困難であったため、子孫精子の受精能力のさらなる分析は決定できませんでした。この技術の有用性を真に判断するには、SSC 移植後にドナー精子によって受精した胚の生存率を評価する必要があります。

最近、SSC 移植は、異種移植による絶滅危惧種の保全のための潜在的な方法として提案されています。Roeら ^[36]は、そのような種の生殖細胞を家畜宿主に移植することで、生殖寿命を延ばすことができると示唆しました。彼らの研究では、外来種のモデルとしてウズラを使用し、SSC をニワトリの胚に移植したところ、宿主胚の生殖腺隆起にうまく定着しました。これにより、ドナーが死亡した後でも、成長の遅い成熟精子を宿主から分離することができ、将来の受精に使用して、より効果的な保全を図ることができます。^[37]