Ⅰ型胶原/DDR2信号通路对睾丸间质细胞雄激素合成的作用及机制研究

As an essential component of the non-integrin-type tyrosine kinase receptors, DDR2 plays an important role in cellular proliferation and differentiation via interaction with fibrillar collagen. Male homozygous smallie mutant mice (BKS.HRS. Ddr2slie/slie/J, Ddr2slie/slie mutants), which lack a functional DDR2 in whole body, exhibit serum testosterone (T) deficiency and spermatogenic arrest at the level of round spermatid, but the underlying mechanism remain unsolved. We previously found that DDR2 expression level was notably downregulated in the Leydig cells from patients with spermatogenic failure or with oligospermia. Moreover, high concentration of type I collagen significantly inhibited T production in TM3 Leydig cell line. These results collectively suggest a potential involvement of this tyrosine kinase receptor during testicular steroidogenesis. On the above-mentioned basis, we aim to further study the role of DDR2 in Leydig cell and its impact on the spermatogenesis, to reveal the potential mechanism underlying the regulation of DDR2 on testicular steroidogenesis and finally to provide biological evidence for the role of specific expression of type I collagen/DDR2 signaling in testis, by using Leydig cell-specific DDR2 knockout mouse model. Our study would help to elucidate the pathogenesis of DDR2 deficiency-induced male infertility and shed light on spermatogenic failure caused by testicular steroidogenesis disturbance.

DDR2作为一种特殊的膜受体型酪氨酸激酶，是参与胶原代谢介导的细胞增殖、分化过程的关键分子。雄性全身性DDR2基因功能缺失（DDR2slie/slie）小鼠血清睾酮水平下降，导致精子发生停滞于圆形精子细胞，但具体发病机制不清楚。我们前期研究显示，生精障碍症及少精症患者睾丸间质细胞DDR2表达显著降低，较高浓度的I型胶原（DDR2配体）可明显抑制TM3间质细胞的雄激素合成，提示DDR2很可能是参与雄激素合成的关键基因之一。本项目拟在此基础上构建间质细胞特异性DDR2敲除小鼠，探讨DDR2对间质细胞功能和精子发生的影响；并深入研究DDR2参与调控间质细胞雄激素合成及维持间质细胞胞外基质稳态的分子机制，以阐明I型胶原/DDR2在睾丸表达的生物学意义，从而揭示间质细胞特异性DDR2缺陷导致小鼠生精障碍的发病原因，本项目的实施将有助于阐明雄激素合成紊乱及由此引发的生精小管损伤病理发生提供新线索。

由睾丸间质细胞关键性基因表达异常而引起雄激素通路紊乱进而导致精子生成障碍的重要原因之一，因此，积极探索睾丸间质细胞关键性基因的功能及其相关调控机制对于深入认识由于雄激素水平异常引起的生精障碍和男性不育症具有重要意义。一种特殊的膜受体型酪氨酸激酶DDR2 (Discoidin Domain Receptor 2, 盘状结构域受体2) 持续表达于睾丸间质细胞，生精障碍症患者睾丸间质细胞DDR2表达显著降低，而DDR2的配体I型胶原含量显著升高，提示DDR2是参与雄激素合成、调节精子发生的关键基因之一。本课题组通过结合临床不育症患者睾丸穿刺活检标本及ddr2基因功能缺失或基因敲除的小鼠，并配合多种不育症小鼠动物模型等研究发现：1.DDR2在维持睾丸间质细胞胞外基质稳态中起着重要作用，其通过与其配体I型胶原相互作用，调节睾丸间质细胞睾酮分泌；发现较低浓度的I型胶原促进间质细胞分泌睾酮，而高浓度I型胶原则抑制睾酮分泌；干涉降低DDR2表达抑制低浓度I型胶原的促睾酮分泌作用；而过表达DDR2使高浓度I型胶原对睾酮分泌的抑制作用转变为促进作用；I型胶原对睾酮分泌的剂量依赖性作用主要通过调节MAPK信号通路实现。2.唯支持细胞综合征病人睾丸支持细胞DDR2表达异常升高；异常表达的DDR2调控SR-B1表达进而调节支持细胞吞噬能力，且这种调节只在病理状态下发挥作用；DDR2的异常表达由支持细胞AR信号通路受损引起； AR信号通路受损是由于唯支持细胞综合征的生精小管基底膜胶原含量异常增加导致血睾屏障阻滞引起的。3. 男性不育症患者睾丸生精小管异常升高的TNF-α活化细胞核因子κB (NF-κB)转录调控DDR2在生精细胞入核表达，生精细胞中入核表达的DDR2通过抑制Fas-FasL信号通路进而抑制生精细胞凋亡，代偿性修复受损的精子发生。本课题在前期研究的基础上，通过构建DDR2基因功能缺失及基因敲除小鼠模型，揭示了I型胶原/DDR2信号通路在间质细胞中的功能，深入研究了DDR2表达对精子发生的影响，阐明了DDR2在睾丸中表达的生物学意义。