卵子发生和卵泡发育

卵子发生和卵泡发育 第二节 卵子发生和卵泡发育 三、卵泡发育 (一)卵泡发育过程 动物在出生前卵巢内就含育大量的原始卵抱，但出生后随着年龄的增长，数量 不断减少，在发育过程中大多数卵泡中途闭锁而死亡，只有少数卵泡才能发育成熟 面排卵。哺乳动物在发情周期中，实际发育的卵泡数多于能达到成熟和排卵的卵泡 数，如猪在卵泡期存在的卵泡数比排卵的卵泡数多2—3倍。 初情期前，卵泡虽能发育，但不能成熟排卵，当发育到一定程度时，便退化萎 缩，到达初情期时，卵巢上的原始卵泡才通过一系列复杂的发育阶段，而达到成熟 排卵。根据卵泡发育的不同阶段和结构，依次分为原始卵泡、初级卵泡、次级卵泡、 三级卵泡和成熟卵泡。有的把初级卵泡至三级卵泡统称为生长卵泡。有的又根据卵 泡是否出现泡腔，分为无腔卵泡(或腔前卵泡)和有腔卵泡，原始卵泡、初级卵泡和次级卵泡为腔前卵泡，而三级卵泡和成熟卵泡为有腔卵泡。 1.原始卵泡 排列在卵巢皮质外围，其核心为一卵母细胞，周围为一层扁平卵泡上皮细胞， 没有卵泡膜和卵泡腔。大量原始卵泡作为储备，除少数发育成熟外，其他均在储备 或发育过程中退化。 2.初级卵泡 排列也在卵巢皮质区外围，是由卵母细胞和周围单层柱状卵泡上皮细胞组成， 卵泡周围包有一层基底膜，无卵泡膜和卵泡腔，有不少初级卵泡在发育过程中退化 消失。 3.次级卵泡 在生长发育过程中，初级卵泡移向卵巢皮质的中央，这时卵泡上皮细胞增殖， 使卵泡上皮形成多层园柱状细胞，细胞体积变小，称颗粒细胞。随着卵泡的生长， 整个卵泡的体积也增大，此时，卵母细胞和颗粒细胞共同分泌出一层由粘多糖构成 的透明带聚积在颗粒细胞与卵黄膜之间，厚3—5微米，卵黄膜微绒毛部分延伸到透明带内。 图4-1：哺乳动物卵泡 ZP:透明带 C:卵黄 4.三级卵泡 随着卵泡的发育，颗粒细胞层进一步增加，并出现分离，形成许多不规则的腔 隙，充满由卵泡细胞分泌的卵泡液，各小腔隙逐渐合并形成新月形的卵泡腔。由于 卵泡液的增多，卵泡腔也逐渐扩大，卵母细胞被挤向一边，并包裹在一团颗粒细胞 中，形成半岛突出在卵泡腔内，称卵丘(Cumulus oophorus)。其余颗粒细胞紧贴于卵泡腔的周围，形成颗粒层。在颗粒层外周形成卵泡膜，卵泡膜有二层，其中内膜 为上皮细胞，并分布有许多血管，内膜细胞具有分泌类固醇激素的能力；外膜由纤 维细胞构成。卵的透明带周围有排列成放射状柱状上皮细胞，形成放射冠，放射冠 细胞有微绒毛伸入透明带内。 5.成熟卵泡 又称葛拉夫氏卵泡。三级卵泡继续生长，卵泡液增多，卵泡腔增大，卵泡扩展 到整个皮质部而突出卵巢面。 发育成熟的卵泡结构，由外向内分别是卵泡外膜、卵泡内膜、颗粒细胞层、卵 丘、透明带、卵细胞。 从初级卵泡开始，经各阶段发育至排卵，这一时间在大鼠为21天，绵羊为6个月，在后者，从初级卵泡至出现卵泡腔，需要130天，出现卵泡腔至排卵需45天。在人出现卵泡腔至排卵的时间需要60天。 各种动物在发情时，能够发育成熟的卵泡数，牛和马一般只有1个，猪10～25个，绵羊1～3个，兔5个，大鼠10个，小鼠8个，仓鼠6个。成熟卵泡的大小， 各种动物差异很大，牛为12～19毫米，猪为8～12毫米，马为25～70毫米，绵羊为5～10毫米。山羊为7～10毫米，犬为2～4毫米。 (二)激素对卵泡发育的调节 在卵泡发育过程中，垂体分泌的促性腺激素(FSH和LH)起着重要作用，它可以 促进卵母细胞的生长、卵泡细胞的增殖和卵泡腔的形成以及诱导卵泡排卵、黄体生 成。近年来实验证明，促性腺激素与甾体激素(特别是雌激素)都调节卵泡的发育和黄体的生成过程。垂体激素似乎不激发卵泡的最初生长，在卵泡生长的最初级阶段 即生长到四层颗粒细胞之前，一般并不是依靠垂体激素。 哺乳动物每个发情周期中，卵巢上有大量的卵泡发育，但最终仅有少数(甚至一个)卵泡发育成熟并排卵。多数卵泡在发育到一定阶段则发生闭锁。由此可见， 不同卵泡对促性腺激素的反应性不同，这一反应性与卵细胞的受体种类和数量有 关，而受体的种类和数量又与卵泡生长和卵泡细胞(颗粒层细胞和被膜细胞)的分化发育阶段有关。这说明生殖激素对卵泡生长发育的调节作用，是通过相应激素受体 来实现的。FSH受体位于颗粒细胞上，在所有发育阶段的卵泡颗粒细胞上都有FSH受体，而LH受体存在于卵袍早期发育阶段卵泡被膜细胞和间隙细胞及排卵前成熟 卵泡的颗粒细胞上，同时卵泡颗粒细胞也具有雌二醇受体。 那么FSH、LH和雌二醇3种激素又如何通过相应受体对卵泡的生长发育进行调 节呢?首先是FSH与卵泡颗粒细胞上的FSH受体结合。一方面促进颗粒细胞增生， 激活颗粒细胞芳香化酶的活性，使其雄激素转变为雌激素；另一方面可诱导卵泡内 膜细胞形成LH受体，而雌激素有促进对上述的作用。其次是LH和内膜细胞的LH受体结合，在促进内膜细胞分化的同时，还刺激内膜细胞产生雄激素，通过卵泡基 膜被运转到颗粒细胞后，在芳香化酶的作用下，转变为雌激素。而后随着卵泡的发 育，颗粒细胞中芳香化酶的活性也增强，雌激素增多，卵泡中激素受体也增多，卵 泡对激素的敏感性增强，使卵泡迅速生长。 当卵泡发育到一定阶段，在FSH和雌激素协同作用下，刺激最大卵泡颗粒细胞 LH受体形成和增加，使卵泡具备了排卵前卵泡的特征，同时血浆中雌激素的增多， 可引起LH分泌浓度升高，因而出现排卵前LH峰，最后在LH的作用下，成熟卵泡排卵，其中颗粒细胞黄体化。 在各激素受体消长调节过程中，可以认为雌激素起着关键性作用。在卵泡生长 各个阶段，FSH都能结合于颗粒细胞，但是对FSH的反应性，因雌二醇的含量而有 明显的差异。在发育的大卵泡中雌激素含量较多，这不仅能提高卵泡对FSH的摄取，而且还可通过提高FSH浓度来刺激cAMP的积累能力，从而进一步提高颗粒细胞对 FSH的反应性，雌二醇还能增进FSH刺激其受体含量的作用。雌二醇与FSH协同作用又能使颗粒细胞LH受体明显增加，因此生长的大卵泡LH受体较多。如猪小卵泡中LH受体仅300个左右，而到排卵前增加到1000个。FSH和LH受体含量增加，大大提高了卵泡对两种促性腺激素的反应性，在FSH和LH的协同下，卵巢最终发育 成熟并发生排卵，进而黄体化。 原来亦有研究认为，卵泡从初级卵泡开始发育的机制目前尚不清楚，似乎并不 需要促性腺激素。在摘除垂体的大鼠，卵泡在缺乏促性腺激素时仍可发育至次级卵 泡后期阶段，但不能形成卵泡腔。在摘除垂体的羊，卵泡可以健康发育至直径达2mm的三级卵泡阶段，直径大于2mm的卵泡都闭锁。因此卵泡发良存在一个因种类而异 的界限，将卵泡发育分为前期的促性腺激素不依赖期和后期的促性腺激素依赖期， 这一界限在大鼠为形成卵泡腔，在羊为卵泡直径超过2mm。 在促性腺激素依赖期，除了垂体FSH和LH之外，参与调节卵泡发育的因子尚 有卵泡自身分泌的物质如雌二醇、雄激素、抑制素、胰岛素样生长因子 l(Insulin-like Growth Factor 1，IGF1)等，并且各激素和因子的作用也与卵泡 发育的阶段有关，因此是一个复杂的过程。 在完整的次级卵泡，颗粒细胞表面有FSH受体，内膜细胞具有LH受体。FSH和LH分别与细胞表面受体结合，通过产生第二信使cAMP促进卵泡合成类固醇激素。 颗粒细胞和膜细胞可以将胆固醇转化成孕酮，但仅有颗粒细胞可能通过芳香化作用 将孕酮转化为雌二醇，膜细胞仅能将孕酮转化为雄激素。催乳素(PRL)则对两种细胞的类固醇激素的合成具有抑制作用。此外，FSH还促进颗粒细胞合成IGFI和抑制素，FSH、雌二醇和IGF1都可以促进颗粒细胞的增殖并维持芳香化功能，使卵泡进 一步发育和提高雌二醇的合成，而雄激素则可以抑制以上因子的作用，如果卵泡腔 内雌二醇与雄激素的比例降低，将导致卵泡闭锁。 随着卵泡的进一步发育，颗粒细胞表面除存在大量FSH受体外，FSH和雌二醇还促进颗粒细胞形成大量LH受体。此时LH可以直接作用于颗粒细胞加强芳香化功 能。在发情周期的卵泡期LH分泌频率升高，刺激膜细胞产生大量雄激素，雄雌素 被扩散进入卵泡腔后就被发育接近成熟的卵泡转化为雌二醇。因此卵泡期体内雌二 醇水平上升很高，而且体内90％的雌二醇来自一个发育成熟的卵泡。大量的雌二醇 通过正反馈作用促进垂体释放LH，形成排卵前LH高峰，此高峰在羊可以维持3--4小时，且比正常脉冲峰高10倍，达80ng／ml。造成颗粒细胞黄体化和排卵，激素 生成从合成雌二醇转化为合成孕酮。 对羊和牛卵泡发育的研究发现，三级卵泡发育至成熟卵泡或排卵卵泡．存在吸 收(Recruitment)，选择(Selection)和优势(Dominance)三阶段。在发情周期的大部分时期内，卵泡上都存在直径2～4mm(羊)或4～8mm(牛)的三级卵泡，对应于三个不同的发育阶段。吸收是指从大量不依赖促性腺激素的小卵泡中有一组卵泡被 “吸收”进入促性腺激素依赖期，这一阶段在羊为直径2mm左右的卵泡继续发育增大的阶段。在羊和牛，吸收主要是由FSH促进的，可能LH也参与其中，被“吸收”的卵泡数量一般为最终排卵数目的2～3倍。 当被“吸收”的卵泡细胞发育时，雌二醇和抑制素的合成和分泌增加，二者通 过负反馈作用于垂体降低FSH的分泌，以至其他小卵泡不能被“吸收”继续发育。 对牛和人的研究表明，被“吸收”的卵泡中最大的一个会分泌某种物质，抑制其他 稍小卵泡的发育，加上此时FSH分泌的下降，使得被“吸收”的一组卵泡中较小的 卵泡发生闭锁，直到继续发育的卵泡数量等于排卵数。这一现象被称为选择。 卵泡发育的最后阶段仅有少数几个或一个具有优势的卵泡能继续发育，而其他 卵泡的发育受到抑制，为“优势”阶段。此时FSH水平因负反馈而继续下降，但大卵泡内颗粒细胞上已经存在有LH受体，而且在卵泡期LH分泌频率增高，LH的持续 作用使卵泡细胞内仍然维持高水平的cAMP，这可补偿FSH下降以支持卵泡继续发育。另外，大卵泡本身产生的雌二醇和IGFl也继续促进和维持细胞增殖的芳香化功能， 使卵泡继续发育成熟并排卵。 以上卵泡发育的吸收和选择环节，也成为人工控制排卵率的基础。通过给予外 源促性腺激素FSH或PMFG，可以增加卵泡被吸收的数量，减少卵泡在选择期的闭锁， 造成超数排卵。或者也可能通过主动免疫抑制素或类固醇激素如雄烯二酮、睾酮或 孕酮，以减少这些激素对垂体的负反馈作用，使FSH的分泌在卵泡期得以维持而减少选择期卵泡的闭锁，使更多的卵泡成熟排卵。主动免疫雄烯二酮或睾酮提高羊产 羔率(提高30～50％)已经得到推广，而主动免疫抑制素也可能成为提高牛产犊率的 实用技术。 综上所述，在卵泡发育和黄体化过程中，是受垂体激素和甾体激素的调节，而 这种调节包括刺激卵泡细胞的增生、调节激素受体的数量以及与激素相关的细胞内 的特异反应系统等来改变卵泡细胞的机能状态，从而出现不同等级的卵泡。因此， 如果使用外源激素以期促进卵泡发育和排卵，就必须根据雌性动物生理状态，在卵 泡发育不同阶段，使用适量特异激素，才能达到预期的效果。 (三)卵泡闭锁和退化 动物出生前，卵巢上就有许多原始卵泡，但只有少数卵泡和卵子能够发育成熟 和排卵，绝大多数卵泡发生闭锁和退化。退化的卵泡数出生前较出生后多，出生后， 又是初情期前较初情期后多．因此卵泡的绝对数随着年龄的增长而减少。如初生母 犊有75000个卵泡，10～14岁时25000个，到20岁时只有3000个。随着动物的成长，卵泡及卵子数减少的程度减慢，但发生退化、畸形卵子的比例却有所增加。 卵泡的闭锁和退化，包括卵泡颗粒细胞和卵母细胞的一系列形态学的变化，其 主要特征是染色体浓缩，核膜起雏，颗粒细胞核发生固缩，颗粒细胞离开颗粒层悬 浮于卵泡液中，卵丘细胞发生分解，卵母细胞发生异常分裂或碎裂，透明带玻璃化 井增厚，细胞质碎裂等变化。闭锁的细胞被卵巢中纤维细胞所包围，通过吞噬作用， 最后消失而变成疤痕。 卵泡闭锁(Follicular atresia)的发生是由于FSH分泌不足，使卵泡芳香化酶活性降低，雌激素合成和含量下降，雄激素积蓄对雌二醇产生拮抗作用，使卵泡对 促性腺激素的反应差，不能充分分化发育，而在发育到一定阶段发生闭锁。因为雌 二醇能增进FSH刺激其受体的产生，雌二醇与FSH共同作用使颗粒细胞LH受体增 加，FSH和LH等受体增加就可提高卵泡对FSH和LH等促性腺激素的反应性。因此增加促性腺激素浓度，使颗粒细胞芳香化酵的活性增强，将雄激素(转化为雌激素是减少卵泡发生闭锁的关键措施，这也说明雌激素在促进卵泡发育中起的重要作 用。