改善睾丸免疫微环境丨摄胺补精，开拓亚精胺治疗生精障碍新思路

原创 李文博、徐帅 李铮博士 2023-01-14 10:47 发表于上海

无精症作为上海市一男科医疗服务的核心病种，2022年度共服务门诊患者超过两万人次，累计为患者实施手术900余台。市一男科接待了众多的无精症患者，作为无精子症最严重的类型--非梗阻性无精子症（NOA）(图1)，可以由多种因素造成，如遗传学因素、隐睾、炎症、放/化疗、药物等。近期，上海市一男科李铮团队通过睾丸单细胞转录组学测序，初步研究发现，睾丸免疫微环境可能成为影响精子发生的重要原因，通过调节睾丸免疫微环境，是否能成为治疗无精症的临床新路径呢？

图1. 多种致病因素可导致无精

睾丸免疫微环境是由多种细胞构成的、极其复杂的生精微环境，有多种免疫调控物质发挥作用，经过筛选，我们发现亚精胺有希望成为改善无精症的新靶点。作为使精液散发特殊“芳香”的元凶，精胺及亚精胺是前列腺分泌物中最早被知晓的有机组分。两者均属于多胺，是一类含两个或更多氨基(-NH₂)的化合物，可在生理pH下有效结合于核酸、蛋白和磷脂等多阴离子分子。根据已有研究，亚精胺的应用有望为改善非梗阻性无精症患者生精障碍提供新的治疗手段。该化合物既可经膳食摄取，又能通过肠道微生物合成，以及精氨酸、脯氨酸和甲硫氨酸的从头合成途径得以补充。机体的多胺稳态也受其代谢途径及跨膜转运等诸多因素共同调控。

图2. 亚精胺影响精原干细胞增殖分化

既往研究往往聚焦于精胺和多胺代谢通路的关键酶鸟氨酸脱氢酶(Ornithine decarboxylase, ODC1)，以及调控ODC1活性的抗酶(Antizyme，AZI)和抗酶抑制因子(Antizyme inhibitor, AZIN)。而近期上海交通大学附属第一人民医院李铮教授团队通过解析不同睾丸单细胞转录组谱差异，发现人精原细胞中特异性的精胺合成酶若表达异常则可影响精子发生。相关动物模型和体外实验也进一步验证：亚精胺可能通过影响细胞自噬促进精子发生并维持其正常功能(图2)。另外，此前日本京都大学Tasuku Honjo与Sidonia Fagarasan两研究组联合在Science发表Spermidine activates mitochondrial trifunctional protein and improves antitumor immunity in mice(图3)，揭示了亚精胺通过激活线粒体三功能蛋白MTP促进CD8⁺T细胞的脂肪酸氧化，也为亚精胺改善精子发生提供了新的补充和可能性。

图3.文章封面

首先，本文作者验证了衰老小鼠中总亚精胺及游离亚精胺水平均显著降低，但腐胺和精胺未见明显改变。另外，还发现衰老小鼠初始CD8⁺T细胞中亚精胺含量约降至年轻小鼠的一半。依据上述结果，作者们希望进一步探究亚精胺缺乏是否造成衰老小鼠对程序性死亡配体1(PD-L1)单克隆抗体治疗的无应答。研究人员后续发现，亚精胺补充能通过上调CD8⁺T细胞数量及功能，显著提升PD-L1单抗的抗肿瘤效应，并大大延长衰老荷瘤小鼠的寿命。然而，单剂亚精胺并无抗肿瘤的效果。

既往研究报道记忆T细胞的增殖和维持都取决于脂肪酸氧化(Fatty acid oxidition, FAO)，并且T细胞线粒体活性与之抗肿瘤效应相关。作者们通过Seahorse Assay System发现亚精胺联合PD-L1处理可增强CD8 ⁺ T细胞氧化磷酸化及ATP产生。并且细胞内上调的95个蛋白中有35个蛋白与氧化磷酸化相关。由此可推断，亚精胺能够凭借激活CD8 ⁺ T细胞中线粒体代谢来提高PD-L1免疫抑制疗效。

通过质谱分析、蛋白互作近距离连接试验(Duolink proximity ligation assay)等，该研究团队最终发现亚精胺可以与线粒体三功能蛋白(Mitochondrial trifunctional protein, MTP)这一脂肪酸氧化的中心酶结合。并且该酶所包含的HADHA和HADHB两个亚基与亚精胺均具有高亲和力，并可变构增强其脂肪酸氧化酶活性。另外，该文章还阐述了多胺代谢途径中的另一多胺——精胺(Spermine)也能够直接与MTP结合并竞争性抑制亚精胺诱导的MTP活化，这说明了多胺稳态对衰老及功能障碍细胞的脂肪酸氧化至关重要。

图4.亚精胺结合于MTP增强线粒体代谢及功能

总而言之，该文章完整论述了亚精胺可直接结合于MTP以促进其脂肪酸氧化酶活性，增强线粒体代谢活性和功能( 图4 )。 该研究成果为亚精胺治疗生精障碍开拓了新思路。 首先，相关结论提示亚精胺可能通过代谢途径影响精原细胞的自我更新及增殖分化；其次，根据多胺化合物能与多阴离子分子有效结合之特性，探索亚精胺的直接结合效应有望为其治疗生精障碍提供新的理论依据；再其次，验证亚精胺与其他药物联合应用的临床效应，可能为既往治疗方案提供补充治疗策略；最后，亚精胺摄入也可能通过调控多胺的稳态，即多胺代谢及转运平衡来改善生精发生。

参考文献

1.Al-Habsi M, Chamoto K, Matsumoto K, et al. Spermidine activates mitochondrial trifunctional protein and improves antitumor immunity in mice. Science. 2022;378(6618):eabj3510.

2.Madeo F, Eisenberg T, Pietrocola F, Kroemer G. Spermidine in health and disease. Science. 2018;359(6374):eaan2788.

3.Lefèvre PL, Palin MF, Murphy BD. Polyamines on the reproductive landscape. Endocr Rev. 2011;32(5):694-712.