不育困扰着10-15%的育龄夫妇,其中一半的因素来源于男性。尽管有数十种造成男性不育的病因学机制,但大多数男性不育的发生是原发性的。例如,很大比例的男性不育被诊断为不可解释的非梗阻性无精症(NOA)。进而,NOA患者通常具有较低的精子质量和临床受孕率。因此,阐明NOA潜在的分子发病机理将会限制促进男性不育的诊断和治疗。精子发生是从精原干细胞发育到高度分化的精子细胞的过程,这个过程被严格调控。在精子发生减数分裂和单倍体形成时期,转录活性增加,翻译被抑制。这些时期的mRNA翻译抑制主要是通过转录后调控机制调控,其中就包括microRNA(miRNA).我们研究组已经报道microRNA-383(miR-383)在成熟抑制型(MA)男性不育患者的睾丸中显著下调,在本论文的首要研究目的就是阐明miR-383在MA型男性不育发生中潜在的分子机制。我们发现miR-383通过靶向肿瘤抑制因子interferon regulatory factor-1(IRF1)介导抑制细胞增殖、细胞周期G1期停滞和诱导细胞凋亡的效应,导致IRF1的下游靶基因Cyclin D1、CDK2、p21下调,而最终导致pRb磷酸化被抑制。这些结果将导致miR-383通过靶向IRF1、失活pRb而成为细胞增殖的负调因子。异常的miR-383表达可能成为连接男性不育和生殖细胞肿瘤的桥梁。尽管上部分研究发现miR-383在MA型男性不育患者中下调,但miR-383的功能和靶向性是如何被调控的依旧未知。因此在本论文第二部分(第三章)的研究中,我们试图阐述miR-383在精子发生中的调控机理。我们发现FMRP在小鼠睾丸中结合包括miR-383在内的88个miRNAs。FMRP将通过抑制miR-383结合到其靶基因(IRF1(?)CyclinD1)的3’非编码区而提高miR-383诱导的细胞增殖抑制效应。另一方面,在NT-2和GC1(小鼠精原细胞系)中,FMRP的水平也被miR-383直接靶向Cyclin D1而下调。在Fmr1基因敲除小鼠睾丸中,我们发现miR-383表达下调、CDK4表达定位失调、DNA损伤增加等现象,而相似的现象在FMRP下调的MA型男性不育患者的睾丸中也被检测到。因而,FMRP-miR-383在精子发生中可以构成一个潜在的反馈调控回路,FMRP则扮演miR-383功能的负调因子角色。我们的研究成果也表明FMRP-miR-383调控通路的失调可能和MA型男性不育的发生密切相关。另一方面,遗传因素也能影响男性不育。Kallmann综合症(KS)是一个遗传性进行性的失调疾病,症状为低促性腺激素功能减退症(导致不育)和嗅觉缺失／降低。由于在胚胎期的嗅球发育不全,神经内分泌细胞GnRH不能正常的沿着嗅神经纤维从鼻部向前脑迁移。现在已经发现大量的基因均与这种神经元的轴突导向相关,KS也被发现是一种遗传异质性疾病,涉及到多种遗传方式。但是,如今已经发现的致病基因只能解释近三分之一的KS患者的病因,还远远不能完全解释这种疾病,提示了还存在其他基因或调控通路参与到KS的发生中。在本论文的第三部分中,我们报道了一个汉族母系遗传KS家系。这个家系存在两个新发协同突变,分别是KAL1基因146G>T突变(p.49Cys>Phe)线粒体tRNAcysmt.5800A>G突变。进一步,线粒体cysteinyl-tRNA途径的失调能显著影响GnRH神经元细胞的体外迁移。而且,线粒体cysteinyl-tRNA转移酶Cars2基因也是调控斑马鱼GnRH3神经元迁移、幼鱼存活和斑马鱼嗅觉功能的关键因素。因此,在这部分我们提出了线粒体在GnRH(?)神经元迁移中起到重要的作用,为KS的遗传病因学提供了新的线索。综上所述,本论文研究结果阐述了miR-383/FMRP反馈调控回路在精原细胞增殖凋亡调控和KAL1/线粒体半胱氨酸tRNA途径在Kallmann综合症中的功能。这些研究成果将为进一步理解精子发生缺陷和GnRH神经元迁移异常的分子调控机制奠定基础。