精子发生的有丝分裂增殖的过程

从精原干细胞(spermatogonia type A stem cell)形成高度分化和特异的精子是一个极其复杂的细胞分化过程,由精原干细胞的增殖分化、精母细胞的减数分裂和精子形成3个阶段组成。增殖分化是指精原干细胞通过有丝分裂形成了大量的生精细胞;减数分裂包括染色体配对和遗传重组,并形成单倍体的细胞;精子形成是通过独特的形态学转化过程,使一个球形精子细胞变成一个种属特异、形状特异的精子。在睾丸中,精子产生的数量为300~600个/(g•s)。

在青春期睾丸,处于分裂间期的生精细胞被启动进入周而复始的有丝分裂,这些细胞称之为精原干细胞或A型精原细胞(type A spermatogonia),它们在增殖过程中形成了两种精原细胞:一种是与精原干细胞完全相同的细胞;一种是正在分化的精原细胞。A型精原细胞分化显示出混合的细胞型,包括A0、A1、A2、A3和A4型精原细胞,但不清楚在这些种类的A型精原细胞中究竟哪种细胞与原始的精原干细胞相同。目前对于精原干细胞的更新和分化提出了几种模式,其中被广泛接受的模式是:在生精小管的基底小室,A0型精原细胞是一种储备型的细胞,这些细胞分裂缓慢,在睾丸损伤后,这种细胞能加快分裂。A1~A4型精原细胞是更新精原干细胞,以维持生育能力,经数次有丝分裂形成同源的姐妹细胞群。其间分裂的次数和产生的细胞群数目视种属而定。

如大鼠在42h内进行了6次分裂,理论上应产生64个细胞,但由于许多细胞发生凋亡,实际增殖的细胞数较低。大鼠A1型精原细胞的前3次有丝分裂,形成A1~A4型精原细胞,第4次的分裂形成中间型精原细胞(type intermediate spermatogonia),第5次及以后的分裂形成B型精原细胞(type B spermatogonia)(下图)。一旦精原细胞进入中间型和B型,实际上就进入了形成精子的分化之路,这些细胞分裂分化的程序不再可逆,此时的精原细胞不能再回到干细胞。B型精原细胞分裂形成初级精母细胞。在精子发生的有丝分裂增殖的过程中,有丝分裂的精原细胞均位于睾丸的基底小室。

 大鼠精子发生谱系中有丝分裂相的细胞

大鼠精子发生谱系中有丝分裂相的细胞

A型精原细胞的核较大,呈卵圆形,染色较浅,染色质均质细粒状,中间型精原细胞的染色质集中分布在核膜下方,B型精原细胞的核较小,呈球形,染色质更集中在核膜下方。

此外,根据灵长类精原细胞核的形态、染色质的致密程度及核仁的数量等,将A型精原细胞分成A暗型精原细胞(dark type A spermatogonia,Ad)和A亮型精原细胞(pale type A spermatogonia,Ap)。Ap型精原细胞是更新干细胞,为精子发生不断提供干细胞,是否Ad型精原细胞是Ap型精原细胞的前身以及是否有储备干细胞存在,这些仍需要进一步研究。Weinbaure等人发现在猴和人类精子发生的过程中,处于细胞分裂周期S期的Ap型精原细胞能特异表达一种特有的标志蛋白,称之为增殖细胞核抗原(proliferating cell-nuclear antigen,PCNA),在成年灵长类Sertoli细胞和Ad型精原细胞不表达PCNA,表明成年灵长类睾丸Sertoli细胞不发生分裂,Ad型精原细胞是处于静止期的细胞。在未成熟的罗猴睾丸,FSH和hCG刺激Ap型精原细胞增殖,同时也增强Ap型精原细胞表达PCNA,提示这些精原细胞具有增殖的活性。此外,激素也作用于Ad型精原细胞,使其增殖,但这些细胞极少表达PCNA,支持了Ap型精原细胞起源于Ad型精原细胞的推论。

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