正常生理状态下，成年后哺乳动物精子发生（Spermatogenesis）的维持依赖于精原干细胞(SSC)的自我更新和定向分化的平衡。这种平衡的破坏将对睾丸发育和精子发生造成严重的影响。由此引发的生殖细胞发生障碍是一类常见的男性非梗阻性不育的直接致病原因，常伴表现为睾丸发育过小，生精上皮不足，生精功能减退，呈现唯支持细胞综合征，导致无精子症或精子功能低下。SSCs自我更新和定向分化平衡取决于周围微环境的改变及其自身对微环境反应敏感度的变化，而后者可能发挥主导的作用。精原干细胞内P I3K/Akt/mTORC1信号通路的相对活化程度影响了自身对GDNF的敏感度，决定了SSC的自我更新和定向分化命运。而mTORC1的一个上游调控因子Rheb的活化受到异戊二烯化修饰的调控。　　蛋白质的异戊二烯化修饰包括香叶基香叶基化修饰和法尼基化修饰，用于修饰的香叶基香叶基二磷酸(GGPP)和法尼基二磷酸(FPP)基团通过甲羟戊酸合成途径合成。平衡这两种修饰的是将FPP转化为GGPP的关键性合成酶GGPPS（香叶基香叶基二磷酸合成酶）。本实验室的前期研究表明，支持细胞特异性敲除GGPPS导致成年小鼠生精作用障碍引起雄鼠不育，其原因是支持细胞内蛋白质的香叶基香叶基修饰与法尼基修饰的平衡被破坏，支持细胞大量合成和分泌细胞因子和趋化因子，诱发SSC的凋亡，造成睾丸发育过小，成年雄性不育。另外也有报道表明香叶基香叶基修饰与法尼基修饰蛋白的相对比值的变化对精子的发生非常重要。　　本文通过构建生殖细胞特异性敲除小鼠，在胚胎期14.5天的原始生殖细胞形成伊始中对GGPPS进行敲除。这样当出生后原始生殖细胞开始启动精子发生时，会显现出由于GGPP缺乏和FPP积累所造成的一系列对精子发生的影响。我们通过对这些表型的分析研究生殖细胞中GGPP和FPP含量及对蛋白异戊二烯化修饰的改变是否参与精原干细胞自我更新和定向分化平衡的调控。　　首先我们发现成年的GGPPS生殖细胞敲除小鼠GGPP含量明显减少，FPP过度积累，并呈现出精子细胞的完全缺失和睾丸发育过小。接着依照精子发生的正常过程，排除了出生后0到6天敲除小鼠精原细胞归巢和有丝分裂增殖能力的异常。在出生后7天由精原细胞向减数分裂分化的关键时间段，敲除小鼠的精子发生开始出现障碍。GGPP和FPP含量的变化影响了精原干细胞的自我更新和定向分化的平衡，过度积累的FPP使小鼠的精原干细胞更多的转为分化状态进入减数分裂，并发生大量凋亡;未分化精原细胞数量持续减少而且无法维持自我更新。继而在14天时，精原细胞和精母细胞都消失殆尽，管腔出现空泡样病变，直径严重萎缩，呈现唯支持细胞综合征。　　结合正常小鼠精原细胞分化前后GGPP、FPP含量的变化，综合分析这些表型产生的原因，我们发现敲除小鼠的生精细胞中的FPP异常积累使小G蛋白Rheb法尼基化增加而过度活化，继而激活了mTOR信号通路及下游的p70S6K和p70，使精原干细胞分化加剧。同时持续活化的mTOR抑制了Akt的活性，阻断了精原干细胞对GDNF信号的应答，从而降低了精原干细胞的自我更新能力。　　我们的实验结果证明生殖细胞内的GGPP和FPP能够通过对小G蛋白的异戊二烯化修饰而改变mTOR信号通路的活化水平，影响精原干细胞对环境调控因子的应答，参与精原干细胞分化命运的调控。本文提出了一个全新的精原干细胞自我更新和定向分化命运的调控机制，为治疗精子发生障碍提供一定的理论支持和可能的作用靶点。