Ccdc117缺陷引发高雄激素血症,尽管睾丸减小但仍维持正常精子产生

Ccdc117 deficiency triggers hyperandrogenemia, maintaining normal sperm production despite reduced testis size

作者信息Min Zang, Wei Huang, Ningling Wang, Linzi Ma, Bian Wang, Ke Wang, Yuting Huang, Haibo Wu, Yong Fan, Xinxi Zhao, Jing Yang, Tiantian Wang, Bing Yao, Meng Ma, Xin Jin, Kaibo Lin
PMID41866304
发布时间2026-04-05
DOI10.1093/reprod/xaag037

实验完整度

包含CRISPR/Cas9基因敲除小鼠模型、转录组分析(RNA-seq)、蛋白表达验证(Western blot)、免疫荧光定位、血清及睾丸内激素水平检测(ELISA)、精子参数分析及连续交配生育力测试等多个独立证据层级,并有明确功能验证和机制探究。

主要模型

Ccdc117敲除小鼠(C57BL/6J背景) 野生型小鼠(C57BL/6J背景) 小鼠睾丸组织 人类睾丸组织

重点核对

Ccdc117基因敲除:CRISPR/Cas9技术,gRNA靶序列5'-CCTTTCTGACACCATGAAAACGG-3',造成外显子4中46-bp移码缺失 小鼠遗传背景:C57BL/6J,SPF级动物房,温度22±2°C,12小时光照/12小时黑暗循环 血清激素检测:ELISA试剂盒(Elabscience),样本重复两次,批内和批间变异系数<10% 生育力评估:8周龄雄性小鼠与8-10周龄雌性小鼠连续交配10个月,记录产仔数和窝产仔数 睾丸组织学:4%多聚甲醛固定,石蜡包埋,5μm切片,HE染色,深度学习算法进行细胞计数

摘要

睾丸类固醇生成的局部调节对男性生育力至关重要,但尚未完全阐明。在此,我们确定睾丸富集蛋白CCDC117是睾丸睾酮产生的关键局部制动器。Ccdc117敲除小鼠表现出矛盾的表型:睾丸大小显著减小(重量减少约21%),生精小管面积减少,但精子产生完全保留,生育力接近正常。机制上,CCDC117缺失触发Leydig细胞中类固醇生成途径的细胞自主性补偿性上调,导致血清睾酮增加2倍,而黄体生成素未升高。一致地,睾丸内睾酮水平显著升高(约1.5倍),直接证实了局部雄激素产生增强。这种不依赖促性腺激素的高雄激素血症可能支持在受损的生精小管内维持正常的生精细胞数量,促进更高效率的精子发生,最终在睾丸较小的情况下保持男性生育力。总之,这些发现表明CCDC117缺陷释放了Leydig细胞类固醇生成的组成性制动器。由此产生的代偿性高雄激素血症在结构受损的情况下维持生殖功能,从而揭示了一种以前未被认识的确保生殖弹性的局部机制。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
CCDC117在睾丸生理中是否发挥支持精子发生的作用,还是扮演其他独特角色?
核心机制
CCDC117缺乏触发Leydig细胞中类固醇生成途径的细胞自主性、不依赖促性腺激素的上调,导致代偿性高雄激素血症,使血清和睾丸内睾酮水平升高,从而在生精小管面积减小的情况下维持精原细胞、精母细胞和精子细胞数量,保持精子发生和生育力。
主要证据
Ccdc117敲除小鼠显示睾丸重量减少约21%,但精子参数正常;RNA-seq显示类固醇生成途径(Hsd3b2, Cyp17a1, Star)上调,Western blot和免疫荧光证实这些酶在Leydig细胞中表达增加;血清睾酮升高约2倍,LH和GnRH不变;睾丸内睾酮升高约1.5倍;10个月交配试验显示生育力轻度下降但总体保留。
研究意义
该研究揭示了CCDC117作为睾丸内不依赖促性腺激素的类固醇生成负调控因子,其缺失可触发代偿性高雄激素血症以保护生殖功能,为理解睾丸局部雄激素调节提供了新机制,并可能为临床评估男性特发性不育或高雄激素血症提供新靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

CCDC117表达与保守性分析

评估CCDC117在进化上的保守性及其在睾丸中的表达特征,以推测其潜在的生理功能。

通过系统发育分析比较CCDC117直系同源物,并与其他CCDC家族成员进行聚类分析;使用qPCR和Western blot检测成年野生型小鼠多组织中Ccdc117 mRNA和蛋白表达;通过Western blot检测出生后发育过程中(P3-P21)CCDC117蛋白水平变化;通过免疫荧光检测小鼠和人睾丸组织中CCDC117的定位。

2

Ccdc117敲除小鼠模型构建与表型分析

确定CCDC117缺失对睾丸发育、精子参数和生育力的影响。

使用CRISPR/Cas9技术构建Ccdc117敲除小鼠,通过Western blot确认蛋白缺失;测量体重、体长、睾丸重量及睾丸/体重比;分析附睾精子浓度、活力、形态;进行组织学检查并计数各种生精细胞数量;通过连续交配试验评估生育力。

3

精子发生与生育力评估

验证Ccdc117缺失时生精过程是否完整以及生育力是否受影响。

通过HE染色观察生精上皮各阶段(I-XII)的形态;计数每个小管的生精细胞数量;通过免疫荧光检测PLZF(精原干细胞标志物)和γH2AX(减数分裂标志)的表达;通过Western blot检测DAZL、STRA8、SYCP3等蛋白水平;通过10个月连续交配实验评估生育力。

4

转录组与激素水平分析

阐明Ccdc117缺失导致睾丸减小但精子发生保持的分子机制。

对WT和KO睾丸进行RNA-seq,鉴定差异表达基因并富集分析;通过Western blot和免疫荧光验证类固醇生成酶(CYP17A1、HSD3B2、StAR)的表达和定位;通过ELISA检测血清和睾丸内睾酮、LH、FSH、GnRH水平;通过HE染色计数Leydig细胞数量;通过RT-qPCR验证细胞杀伤通路相关基因表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
CRISPR/Cas9基因组编辑Cyagen Biosciences Inc.--
聚合酶链反应----
Hamilton Thorne IVOS 计算机辅助精子分析系统Hamilton Thorne--
人输卵管液培养基Nanjing Ibe Biotechnology Co., Ltd.M1135
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
PVDF膜Thermo Scientific88518
增强化学发光试剂BeyotimeP0018S
抗CCDC117抗体InvitrogenPA5-51461
抗PLZF抗体Santa Cruzsc-28319
抗DAZL抗体AbD SerotecMCA2336
抗SYCP3抗体Abcamab314751
抗HSD3B2抗体ThermoPA5-106895
抗CYP17A1抗体AbclonalA1373
抗STAR抗体Proteintech12225-1-AP
抗β-actin抗体AbclonalAC026
4',6-二脒基-2-苯基吲哚----
共聚焦显微镜Zeiss--
人睾丸组织切片Zhenjiang Biosc Biotechnology Co., Ltd.--
Illumina Truseq RNA样本制备试剂盒Illumina--
Illumina HiSeq 2500测序仪Illumina--
ELISA试剂盒Elabscience Biotechnology Co., Ltd.--
GraphPad Prism 8GraphPad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型构建与饲养
Ccdc117基因敲除小鼠的构建方法(CRISPR/Cas9,gRNA序列),遗传背景(C57BL/6J),饲养环境(SPF级,温度22±2°C,12小时光照/黑暗循环),伦理审批号(南京医科大学动物伦理与福利委员会 No. IACUC-2406117)
阅读提示:Materials and methods: Animals
精子参数分析
附睾精子采集方法(双侧附睾尾,在1 ml预温人输卵管液中剪碎,37°C孵育30分钟),精子浓度测定(血细胞计数器),活力评估(Hamilton Thorne IVOS系统)
阅读提示:Materials and methods: Sperm count and sperm motility
组织学分析
固定方法(4%多聚甲醛24小时,睾丸再固定24小时),石蜡包埋切片厚度(5μm),HE染色,细胞计数使用深度学习算法并分析每只小鼠3个不连续切片
阅读提示:Materials and methods: Histology and cell counting; Results: Ccdc117-deficient mice maintain intact... Figure 3
激素水平检测
血清采集方法(眶后窦穿刺,凝固30-60分钟,离心2000xg 10分钟),睾丸内激素提取(匀浆,离心12,000xg 20分钟),ELISA试剂盒(Elabscience),样本重复数和变异系数(<10%)
阅读提示:Materials and methods: Enzyme-linked immunosorbent assay; Results: Loss of Ccdc117 triggers... Figure 4G and 4I
生育力评估
交配试验开始年龄(8周),雌鼠年龄(8-10周),交配周期(10个月),雌鼠更换时机(6个月龄时更换为年轻雌鼠),记录指标(产仔数和窝产仔数)
阅读提示:Materials and methods: Fertility assessment; Results: Ccdc117-deficient mice maintain intact... Figure 3G