精子发生的睾丸局部调节(Sertoli细胞、管周细胞)

研究表明,睾丸各细胞间存在着复杂的旁分泌调节机制,许多细胞还有自分泌调节功能,睾丸生精上皮中的生精细胞是在许多旁分泌因子及自分泌因子形成的局部激素环境(local hormonal milieu)中进行增殖、分裂及分化的。

Sertoli细胞

Leydig细胞分泌的睾酮是启动和维持精子发生的最重要的激素,但是睾酮和FSH两种激素的受体均位于Sertoli细胞而不在各级生精细胞,因此,Sertoli细胞不仅是精子发生的神经内分泌调节中介,也是精子发生的局部调节核心。Sertoli细胞位于睾丸生精小管内皮,参与构成血-睾屏障。作为与生精细胞接触的唯一体细胞,每个Sertoli细胞在其基部平均与47个不同阶段的生精细胞和5个其他Sertoli细胞相接触。相邻Sertoli细胞侧面近基部的胞膜形成紧密连接,将生精上皮分为基底室和近腔室。生精细胞穿越生精上皮由基底室向腔内的运动同Sertoli细胞-Sertoli细胞、Sertoli细胞-生精细胞间的紧密连接、黏附连接和桥粒样连接的结构重建有广泛的联系,为不同阶段生精细胞接受相应调控创造了有利的“空间条件”,对精子发生的调控具有重要作用。

各级生精细胞位于Sertoli细胞间的腔隙中,从基底膜向腔面依次为精原细胞、精母细胞、精子细胞和精子,Sertoli细胞分别将各种营养成分运输给生精细胞。生精细胞成熟过程中的能源—乳酸盐、丙酮酸盐是Sertoli细胞在FSH作用下生成并供给的,初级精母细胞减数分裂期和精子细胞ATP的生成量,也依赖于支持细胞的乳酸盐总生成量。还有铜蓝蛋白、维生素结合蛋白、硫酸糖蛋白1和硫酸糖蛋白2、谷氨酰转移酶等,将生精过程中需要的脂类、各种维生素和金属元素等通过支持细胞之间的紧密连接输送到生精细胞,为精子的正常发育提供了必要的物质基础。

Sertoli细胞可分泌多种物质,参与生精过程的调控:①ABP:与雄激素结合,保持了生精小管内雄激素的高水平,造成有利于生精细胞分化成熟的内环境,促进精子发生;②转铁蛋白:转铁蛋白结合铁离子,将铁转给生精细胞,维持其细胞色素活动和呼吸功能;③抑制素:抑制素除与FSH形成负反馈抑制外,还可减少鼠睾丸精原细胞的数量;④胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor 1,IGF-1):其受体存在于人睾丸Leydig细胞、Sertoli细胞及生精细胞,通过旁分泌机制作用于有丝分裂的精子细胞,调节DNA合成,能增加鼠、猪支持细胞转铁蛋白的生成以及睾丸间质细胞hCG引导下的睾酮合成;⑤转化生长因子:其受体位于管周细胞(peritubular cell),可促进生精上皮的形成。另外,Sertoli细胞产生的内皮素、刺激素、白细胞介素、苗勒管抑制物等均通过旁分泌方式调节生精过程。

管周细胞

管周细胞是分布在生精上皮基膜外,围绕生精小管呈环形排列的一类肌成纤维细胞。除了可以促进睾丸液和睾丸精子输往睾丸网外,它也是一种分泌细胞,能合成多种生物活性物质,旁分泌调节Leydig细胞、Sertoli细胞的功能,同时,管周细胞也受这两种细胞的调控,三者相互协调促进精子发生和睾丸雄激素合成。

Leydig细胞产生的雄激素可以影响管周细胞中肌样细胞旁分泌因子(PModS)的合成,而PModS可以调节支持细胞的功能和营养供给,从而间接地影响生精细胞的发育。巨噬细胞移动抑制因子(macrophage migration inhibitory factor,MIF)在睾丸中由Leydig细胞分泌直接进入细胞间液,作用于Sertoli细胞和管周细胞,MIF具有信号转导特性,介导了Leydig细胞与管周细胞之间的细胞通讯。管周细胞合成的IGF-1、EGF样物质、TGFα和TGFβ可以作为旁分泌因子调节Leydig细胞增殖及雄激素合成。管周细胞能分泌一种非有丝分裂原性旁分泌因子PModS来影响Sertoli细胞的功能,在体外尚可引起转铁蛋白和ABP的合成,PModS已被分离和纯化,在体外培养中显示比其他调节因子(如FSH)对Sertoli细胞具有更强的效应。管周细胞的非特异性转运与生精功能有密切的关系,而体外实验也表明管周细胞的缺失可导致生精障碍。管周细胞内AR持续表达,且表达稳定,不像Sertoli细胞的AR表达呈生精阶段依赖性,提示他们参与雄激素对精子发生的调控,而且管周细胞可能一直参与维持精子的发生。

精子发生是一个复杂的过程,是生精细胞在不同的内分泌激素和旁分泌因子作用下,不同基因以特定的时空程序精确有序地表达和相互作用的结果,并受神经内分泌和局部调节。内分泌激素对精子发生、成熟的作用是多途径、多层次、多功能的,许多机制还不清楚,但精子的产生是在内分泌激素多重作用下进行的。以上内容有助于对这一问题的了解。

(臧光辉,王友宝)

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