據(jù)估計，僅在美國每年就有大約10000名兒童接受性腺毒性癌癥治療，存活的兒童會遭受化療和放療，化療后常見的不良反應包括少精子癥和無精子癥，這會導致暫時或永久性男性不育。

目前臨床批準的保留青少年和成人生育能力的選擇是冷凍保存精子，但精子保存不適用于青春期前的男孩，因為精子發(fā)生尚未開始。細胞毒性化療藥物不僅對有絲分裂活躍的細胞產(chǎn)生有害影響，還會破壞精子發(fā)生和細胞凋亡過程之間的調(diào)節(jié)平衡，導致性腺毒性。

近日，芝加哥大學F.L.A等在《INT J MOL SCI 》一項研究中，研究人員通過睪丸內(nèi)（IT）注射人臍帶間充質(zhì)干細胞來源的外泌體治療青春期前化療誘導的睪丸損傷小鼠模型，分析了單次與多次IT注射外泌體對睪丸功能和生育能力的影響，并評估IT注射是否為精子發(fā)生提供了長期保護作用。

一、外泌體對人支持細胞的影響

為了評估外泌體對體外暴露于多化療的人支持細胞的保護作用，研究人員使用人支持細胞的睪丸毒性(TT)模型，并用1.5 109外泌體顆粒預處理生育保護(FP)組24h。

與CTX組相比，F(xiàn)P組顯示出更好的細胞增殖和細胞活力（圖1a）；在測試候選基因中，與CTX組相比，F(xiàn)P組PCNA、Ki67、Bcl-2、RAD51和SSC標記hGDNF、BMP4和IGF-1的相對基因表達顯著上調(diào)，同時下調(diào)CASP3，這表明外泌體具有促細胞增殖、抗凋亡和DNA修復機制（圖1b）。

二、外泌體改善化療后的睪丸大小和睪丸重量

研究人員通過培育成功開發(fā)出了青春期前雄性小鼠群體，將雄性幼崽分為對照、CTX、外泌體單次注射(ES+CTX)和Exo-多次注射(EM+CTX)，4周齡時，外泌體組在CTX腹腔注射前24小時，通過睪丸內(nèi)注射1.5*109顆粒/mL 10μL外泌體。

我們比較了四組之間的睪丸重量和大小。與對照組相比，CTX組的睪丸重量和大小減少了約50%；外泌體組移植后4周，參數(shù)顯著增強，接近正常水平(圖2c、d)。與對照組和外泌體組相比，CTX組的睪丸宏觀外觀明顯更?。▓D2e）。

三、外泌體在化療期間保護睪丸并保留生育能力

通過繁殖實驗的結果表明，CTX組沒有小鼠受孕，外泌體組受孕率和平均幼崽數(shù)量均有增加；健康對照組和EM+CTX組的妊娠率相似（75%），其次是ES+CTX組（62.5%,圖3a）。與ES+CTX組相比，EM+CTX組的幼崽平均數(shù)和總數(shù)均顯著較高（圖3b）。

睪丸組織學顯示，化療破壞了CTX組的生精細胞和間質(zhì)細胞，而外泌體組保留了睪丸形態(tài)、間質(zhì)細胞和生精小管形態(tài)。血清激素分析顯示化療對間質(zhì)細胞造成永久性損傷，睪酮分泌顯著減少，外泌體組表現(xiàn)出間質(zhì)細胞損傷減少，睪酮的產(chǎn)生在8周時恢復（圖3d）。

四、外泌體保護生育力、增強精子發(fā)生相關基因標記并調(diào)節(jié)相關途徑

為了探討外泌體恢復生精功能的潛在程度，我們分析了在生精中起關鍵作用的生殖細胞特異性(GCS)候選基因在小鼠睪丸組織中的mRNA表達。

在測試的基因中，與ES+CTX和CTX組相比，EM+CTX組中的CDK-10、CREM、Mea1、Pou5f1 和ZBTB16顯著上調(diào)（圖4c）。在成熟精母細胞核中強烈表達的SYCP3和抗凋亡標記物Bcl-2僅在ES+CTX組中顯著上調(diào)（圖4d）。精子發(fā)生的中心標記基因，如FSHR和C-Kit，被發(fā)現(xiàn)在 EM+CTX組中表達更多（圖4d）。

為了分析保護作用背后可能的分子機制，我們評估了幾種信號通路蛋白的磷酸化水平。 Western blot結果顯示，外泌體可能抑制p38 MAPK/ERK信號通路，從而提高生殖細胞化療耐受性（圖4e）。 

五、外泌體有助于永久恢復生育能力

為了評估外泌體是否有助于永久恢復化療后的生育能力，研究人員做了多次繁殖實驗。分析第三次繁殖實驗結果顯示，CTX組中有八分之一的小鼠懷孕，而其它組的懷孕率與第一和第二次繁殖周期相似（圖5a），即對照組（100%）、EM+CTX（75%）、ES+CTX (62.5%)，這表明外泌體可能有助于永久恢復化療后的生育能力。

總 結：研究結果發(fā)現(xiàn)，外泌體能通過保留SSC生態(tài)位和防止小鼠睪丸損傷，從而發(fā)揮保護生育能力的作用，而接受多次注射外泌體的小鼠表現(xiàn)出顯著更高的生育率和血清睪酮水平，這表明外泌體療法可能是青春期前男孩化療治療的一種新型生育保護方法。

參考資料：

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.