【doc】睾丸生精障碍的靶区、靶细胞和靶点

【doc】睾丸生精障碍的靶区、靶细胞和靶点 睾丸生精障碍的靶区、靶细胞和靶点 58ChineseJournalofAndrologyVo1.22No.72008 睾丸生精障碍的靶区,靶细胞和靶点 曹兴午综述 中日友好医院男科(北京100029) 睾丸内含有4类主要细胞:间质细胞(Leydig cell,LC),支持细胞(Sertolicell,SC),生 精细胞(spermatogeniccel1)和肌样细胞(myoid cel1).睾丸内的生殖细胞在曲细精管内规律,持续 地产生精子,并使之发育完善,均需在完善的局部 细胞群体的密切合作,神经内分泌功能的调节下进 行,尤其是"下丘脑一垂体一睾丸轴"的功能是否 正常发挥,直接关系到睾丸生精功能和精子质量.就 睾丸生精过程而言,曲细精管的界膜(1imitans),LC 和SC是调控生殖细胞功能状态的中心环节,而LC和 SC的损伤,以及细胞内线粒体功能异常,常常是造 成的关键因素.为此,睾丸生殖障碍是以界膜为靶区 (targetarea),LC和SC为靶细胞(targetcel1), 线粒体为靶点(targetpoint)的病理生理过程,现 分述如下. 一 ,靶区:曲细精管界膜 (一)曲细精管界膜与病理改变 睾丸内曲细精管的界膜由3层组成…:内层为基 膜,中层为肌样细胞层,最外层是成纤维细胞.细 胞外结缔组织由生精上皮的基膜和界膜内的细胞间质 组成.界膜有维持SC的功能,参与调控SC分裂, 以及调控运动细胞代谢,肌样细胞收缩,调节曲细 精管内压和促进管液流动等功能.睾酮可扩散入管 内直接作用于SC,LC和生精细胞,也可以作用于 类肌样细胞,与其雄激素受体结合,由类肌样细胞 产生旁分泌因子,发挥调节作用. 1.睾丸曲细精管界膜病理改变与临床表现:段 国兰(1995)等曾经对303例无精予症患者双侧睾 丸针吸活检进行病理组织学观察,结果:303例生 精上皮病变为92.1%,界膜异常67.7%.表明在特 异性和非特异性炎症,缺血,先天性发育异常,毒 素作用,激素失调,遗传与免疫缺陷等病理状态 下,生精上皮所有病变均可直接造成生精障碍;界 膜增生变性则间接影响精子发生.生精上皮与界膜 病变和生精障碍程度呈正相关. 孙辉臣等少精子症,无精子症患者的基膜改 变表现在生精功能低下,生精阻滞,唯支持细胞综合征 的病理改变与界膜厚度关系,他们研究了三类疾病造成 基膜的改变并与正常进行了对照,见表1. 表1三类病变曲细精管内径界膜厚度比较 注:三组分别与对照组相比P均<O.O1,与生精功能低下 组相比P均<0,01,?组间相比P<0,01,?组间相比P<0.05 由曲细精管内径界膜厚度可以看出:三类病变 的曲细精管界膜均增厚,其厚度与正常对照之间均有 非常显着差异.三类病变的曲细精管内径明显变大, 与对照组之间也有非常显着差异;病变者的管内径越 小,界膜越厚,其中以唯支持细胞综合征的界膜变化 最为严重,提示界膜的增厚及管内径的改变均与生精 上皮的受损程度相关.增厚界膜的主要成份是I型或 III型胶原,这两型胶原是胶原纤维的主要蛋白.界膜 结构和成份的异常破坏了SC的正常生精的微环境, 导致生精细胞出现功能障碍.界膜的正常结构受损是 SC幼稚化的重要因素之一,幼稚化的SC不能维持适 宜的生精环境,从而导致睾丸生精功能失调,产生少精 子症或无精子症.SC是通过类肌细胞或界膜与LC之间 存在着相互调节的作用,由于界膜纤维化增厚和类肌细 胞性状的改变,导致SC与LC功能紊乱,破坏了睾丸 内生精微环境的局部调节作用,或是使SC和精原细胞 失去生存和发育的依托,出现生精障碍. 2.界膜破坏通透性改变:界膜的正常结构遭受 破坏,可致通透性改变,使曲细精管内的抗原物质容 易暴露或漏出(包括支持细胞,精母细胞,精子细胞, 和精子的抗原成份),同时又使正常状态下不能进入 曲细精管的有害物质可以自由通行,而营养物质的运 送受阻,导致睾丸内的生理功能失调,从而可以看出: 由于不同的致病因素(物理的,化学的,生物的,环 境的)导致了曲细精管界膜纤维化,界膜增厚致使LC 分泌的睾酮及某些小分子因子扩散入曲细精管内受阻, 生精内环境改变,影响了生精细胞的正常发育和精子的 产生,而出现了生精功能异常.为此,在治疗中必须考 虑促进生殖细胞分裂增殖,改善曲细精管的微环境,控 制生殖激素的水平,利于精子生长.此外,界膜损 伤后还可直接影响LC和SC的凋亡性损伤. 中国男科学杂志2008年第22卷第7期59 二,靶细胞:间质细胞和支持细胞 (一)间质细胞与凋亡 LC过度凋亡会使睾酮分泌明显减少,导致生精 细胞凋亡增加.诸多有害因素造成睾丸生精障碍最 先受到损害的细胞是LC,它的发生与成熟过程都与 细胞凋亡有关.Helal等用原位末端标记法观察, 发现胎儿LC凋亡在孕3个月时已经出现,并持续于 整个孕期,而且凋亡率较生精细胞和支持细胞高. Hadziselimovic等报告在睾丸扭转后LC存在一定程 度的凋亡,其意义是通过凋亡清除受损伤的细胞. 总之,LC存在一定程度的凋亡,机体通过细胞凋亡 去除严重损伤,畸变和衰老的LC以维持LC群质量和 数量的相对稳定,保证其发挥正常功能,减少肿瘤的 发生.一定范围内的凋亡调节对机体具有积极的生理意 义,LC过度凋亡对机体产生不利的影响.Henriks6n等 研究发现LC过度凋亡后血中睾酮水平下降,导致生 精细胞大量凋亡,而给予睾酮能够防止大部分生精 细胞凋亡.Kawakami等研究4只无精子症狗的睾 丸细胞凋亡情况,结果发现其中有3只表现为LC凋 亡,提示LC凋亡与精予缺乏相关. 1.影响睾丸问质细胞凋亡的素:有害因素可 影响LC凋亡,如化学因素:二甲磺基乙烷(ethane dimethanesulphonate,EDS)是成熟大鼠LC特异性的 凋亡诱导剂.Morris等研究证实体内注射EDS后24h 引起大鼠LC凋亡的数量增加l0倍.体外实验发现EDS 与LC共同孵育24h,出现细胞特征性细胞凋亡.童 明汉等研究结果提示:体外实验经皮质酮处理的 LC无论成熟或未成熟型LC的凋亡量显着高于对照 组.体内实验切除双侧.肾上腺再注射皮质酮,见LC 凋亡增加,同时睾酮水平下降.结果提示:皮质酮 浓度提高引发LC凋亡,应激和其他情况下的糖皮质 激素浓度提高能够抑制血清睾酮水平. 此外,LC凋亡还与生殖激素水平和不同的LC 发育阶段有关. 2.睾丸间质细胞凋亡与基因调控:LC同其他生 殖分化的细胞一样,涉及到诸多因素和多种基因调 控.任何因素对LC凋亡的影响最终要通过改变基因 的表达来实现.凋亡相关基因可以分为:凋亡抑制 性基因和凋亡刺激性基因,它们所表达的基因产物 具有协同或拈抗作用,共同维持细胞生与死的,种 动态平衡,共同控制着LC的凋亡,任何一种形式 破坏了LC的平衡,必然引起一系列的生殖细胞凋亡 现象,引发睾丸生精功能障碍. (二)支持细胞功能障碍 1.支持细胞在精子发生过程中的自发性凋亡适应 与协调作用:研究证实,在正常大鼠首次精子发生 过程中会出现大量细胞凋亡现象,有学者认为这是 保证未来精子正常发生所必需的过程,说明细胞凋 亡对精子的生成具有平衡和保护作用.目前还不清 楚这种凋亡的确切机制,但推测可能和SC的数目有 关.生精细胞通过自发性凋亡使其数量和支持细胞 相适应,以保证它们之间的最适当数量比,从而保 持其通过支持细胞得到充分的营养,维持生殖功能. 研究认为,生精细胞的自发性凋亡也与促性腺激素及 一 些凋亡相关基因如Bc1.2,FaS,p53,C.myc, CREM等的表达调控有关.生精细胞自发凋亡的生理 意义包括:(1)排除受损和染色体异常的细胞; (2)控制精子细胞的数目,保证这些细胞能够为 SC所维持.可见SC对生精细胞的自发性凋亡有很 大协调作用….SC在睾丸生精细胞诱发性凋亡中的 作用,除去发生自发性凋亡外,还能被多种内源性 和外源性因素诱发产生凋亡,如促性腺激素及睾酮 减少,化学药物和毒素,高温,辐射,环境污染 以及睾丸的急性缺血.再灌注损伤等,它们通过多种途 径影响生精细胞的凋亡,其中SC机构及功能的改变扮 演了重要角色.这个过程既有平衡保护又有优胜 劣汰的作用.所以,精子自发凋亡是生精过程中的 必要过程,在精子发生异常时的作用更加重要. 诱发的精子凋亡增加在男性不育中起重要作用,其 诱因较多,如促性腺激素和睾酮的去除,睾丸局部 高热,SC毒物和某些化学药物等都能够促使精子细 胞凋亡的增加.其根本原因是由于界膜损伤导致 细胞凋亡增加. 2.生殖内分泌激素水平紊乱与支持细胞功能障 碍:卵泡刺激素(FSH)及睾酮是保证生精细胞正 常分化的必须因子,它们主要通过SC进行调节.研 究发现,FSH可保护生精细胞免受凋亡,FSH对生 精细胞凋亡的作用是多方面的.Meroni等证实, FSH可能通过与SCI=的受体结合导致细胞内cAMP 和Ca2+的增加而激活蛋白激酶依赖的信号传导途径, 调控SC基因转录,通过表达一些蛋白质产物如雄激 素结合蛋白(ABP),转铁蛋白(Tf)和粘附分 子等调控生精细胞的分化.大量研究也证实,FSH 作用于SC可促进B型精原细胞和细线前期精母细胞 DNA的合成并介导精子的形成.睾酮主要是通过 SC分泌的ABP结合维持它在曲细精管内的高浓度, 为生精细胞的分化提供适宜的内环境,睾酮水平的 下降将触发睾丸生精细胞凋亡.Tesarik等的研究发 现,在精子发生的?期睾酮可以引起生精细胞在减 数分裂前发生凋亡,去除睾酮后在生精周期的?一? 60Cl1ineseJournalofAndrologyVo1.22No.72008 阶段发现粗线期,细线前期精母细胞首先出现凋 亡,且凋亡的发生与血清睾酮含量有明显的依赖 性,推测可能与雄激素受体(AR)有关. 研究发现,在生精周期的?期没有AR表达,而 睾酮主要通过SCAR发挥作用,同时睾酮可增强 FSH对生精细胞的调控作用,并且FSH与睾酮的作 用存在交叉点,推测睾酮可能通过抑制SC来发挥其 对FSH生物学效应的影响.如果睾酮和SC的AR发 生异常,生精细胞的分化成熟也必将发生障碍,造 成生精细胞数目增多,必然使机体采取凋亡的方式 除去多余的细胞,这种凋亡信号的启动尚待研究. 3.支持细胞波形蛋白与骨架的改变:目前仍然 不完全清楚生精细胞的凋亡是由热压直接引起的, 还是sc的损伤间接引起,sc内的波形蛋白 (Vimentin)的变化可能是其原因之一.用一种专 门对睾丸SC生殖毒性物质,磷酸单(2一乙酸己基) 酯(moDo.2ethylphosphoricacid,MEHP),作用 于SC,发现它可以快速改变SC波形蛋白细丝的分 布,继而出现核周围固缩,生精细胞凋亡在早期下 降继而上升,此现象证明,SC内波形蛋白的表达与 生精细胞凋亡密切相关.SC对生精细胞凋亡的调 节作用是非常重要的,精子发生及生精细胞的凋亡 与睾丸内细胞之间的信息传递,细胞膜激素受体的 变化,胞内细胞器,酶及其他成分的改变存在联 系,对明确外界死亡信号触发生精细胞凋亡的信号 传递通路及通路之间的联系有重要意义,同时有助 于阐明男性不育症的分子机制,为治疗男性不育及 开发新的避孕药提供新的思路. 据此设想机制不难看出,环境有害因素,首先 是界膜上皮损伤导致SC受损,继之引起生精细胞出 现凋亡和坏死,因此,可从精液中看到各类凋亡, 胀亡和坏死的生精细胞及脱落的支持细胞骨架可根 据生精细胞的有无,比例,形态及精子形态学特征 与有无精子综合判断出睾丸功能障碍程度,从而提 示临床诊断的依据"". 三,靶点:线粒体 作为细胞凋亡调控网络中最重要的一种细胞器, 是睾丸生殖障碍的靶点,因为任何细胞的损伤都可 能与线粒体的破坏有关.近年来对线粒体的研究倍 受关注,重要原因在于,线粒体在介导细胞凋亡中 起重要作用.研究证实线粒体是细胞死亡信号途径 的重要感受者和放大者.细胞凋亡与线粒体发生一系 列变化密切相关,细胞凋亡时细胞器发生变化尤为突 出,溶酶体增多,内质网和线粒体增殖并区域化,线 粒体骨膜磷脂减少.线粒体在细胞死亡过程中起着重 要作用,而且这种作用不能简单地用细胞能量缺乏 和功能丧失来解释.线粒体参与了细胞凋亡的主动 进程,包括介导和调节细胞凋亡的发生,是一种调 节细胞凋亡的重要细胞器…. 综上所述,睾丸受到各种不同的有害因素影响 可引发睾丸性生精障碍,也导致了曲细精管中各个 细胞的生理性改变向病理性发展.由于受损的程度 (轻或重),时间(长或短)和致受损的因素都不 同,故生精细胞发生凋亡和凋亡细胞的脱落过程, 以及精液中出现的结果也都不同,必须以动态的观 点考虑睾丸生殖障碍的程度和治疗的可行性依据. 关键词睾丸:精子发生 中图分类号R697.22;R363 参考文献 1曹兴午,杨文质,赵广明主编.精液分析与不育症一生 精细胞凋亡,胀亡与精子形态学图谱.北京:中国人 口出版社,2006:20—27 2孙辉臣,董志英,丁卫东,等.中国男科学杂志2000; 14(4):243—246 3常学良,杨书文,蔡广增.中国男科学杂志2oo0;14(4): 240—242 4高惠宝,童明汉,胡燕琴,等,中国男科学杂志2000;14 (3):170-172,181 5He1a1MA.MehmetH.ThomasNS,eta1.JClin EndocrinolMetab2002;87(3):ll89一l193 6HadziselimovicF,GenetoR,EmmomsLR,eta1.Lancet 1997;350(9071):ll8 7Henriks~nK,HakovirtaH,ParvinenM.Endocrinology 1995;136(8):3285-3291 8KawakamiE,HoriT,TsutsuiT.JVetMedSci2000; 62(5):529-531 9MorrisAJ,TaylorMF,MorrisID.JAndrol1997;18 (3):274-280 10童明汉,高惠宝,胡燕琴,等.中华男科学2000;6(1): l1-14 11沈凯.国外医学?泌尿系统分册.1997;17(4):145—147 12KimED,BarqawiAZ,SeoJT,a1.UrolClinNorth Am2002;29(4):755-765 13HikimAP.LueY,YamamotoCM,efa1.Endocrinology 2003;144(7):3167-.3175 l4MeroniS,C6nepaD,PellizzariE,eta1.IntJAndrol 1997;20(4):189—194 15TesarikJ,MendozaC,GrecoE.MolHumReprod2000; (下转第63页) 中国男科学杂志2008年第22卷第7期63 (上接第60页) 88l 6(101:877— 16KawakamiE,HoriT,TsutsuiT.JVetMedSci2000 62(5):529—53l l7曹兴午.中华检验医学杂志2005;28(9):970.972 18曹兴午.中华检验医学杂志2006,29(10):956.960 20 蒋争凡,赵允,卞婕,等.北京:军事医学科学出版社, 1999:204 胡野,凌志强,单小云,等.细胞凋亡的分子医学.北京 军事医学科学出版社,2002;28.30 (2007—10一l8收稿)