睾丸生精小管界膜和管周肌样细胞调控睾丸功

曹兴午1、2，林凯3，李翠英2，袁长巍2。综述

　　1.医院(北京)

　　2.医院生精细胞学研究室(北京)

　　3.医院临床检验中心(北京)

　　精子的发生除了受下丘脑-垂体-性腺轴分泌的激素调节外，还受到睾丸组织本身分泌的一些因子的调控。旁分泌是指某种组织中的一种细胞产生的因子作用于同一组织中的另一种细胞，从而起到调节靶细胞的功能。睾丸内多种细胞分泌的因子是通过旁分泌起作用的,可对精子发生进行更精细的调控。《美国实验生物学会联合会杂志》(FASEBJournal)年12月刊上，MichelleWelsh等研究证实睾酮作用于睾丸中的另一类细胞——管周肌样细胞(peritubularmyoid,PTM)上的受体(AR)，调控支持细胞的功能，进而调节精子形成。笔者就界膜和管周细胞与旁分泌以及激素对精子的调控进行综述。

一、睾丸生精小管管周组织与管周细胞

1生精小管的界膜结构与厚度

　　界膜(limitingmembrane)也有人称之为固有层(laminapropria)、管周层(peritubularlayer)、管周组织(peritubulartissue)或边界组织(boundarytissue)。近年来对人睾丸界膜的形态学研究使人们对其微细结构有了更全面的认识[1]：它由5到7层细胞及细胞外结缔组织成分构成，细胞主要包括肌样细胞和成纤维细胞，细胞外结缔组织则由生精上皮的基膜及界膜内的细胞间质成分共同构成。基膜位于界膜的最内层，紧贴在支持细胞和精原细胞的基底面，呈均质状。基膜外是3～4层肌样细胞。界膜的外周部分有1～2层成纤维细胞，胞质内无肌丝和密斑，它们与周围的间质组织无明显界限。在外贮存器部分还常可见间质细胞(Leydigcell)和小血管。关于界膜的厚度各家报道相近，其中Martin等[2]将正常界膜分为a、b两型，a型界膜厚度≤7μm，b型界膜厚度为7.1~10μm。界膜作为睾丸生殖障碍的靶区[3]，认识界膜正常厚度对了解睾丸生殖功能障碍与界膜增厚的病理学观察十分重要。我国才秀莲[4]对50例不育症患者睾丸穿刺组织对界膜厚度测量：厚度范围在2~12μm之间。平均厚度，轻度生精障碍为2.96μm;中度生精障碍为4.56μm;重度生精障碍为5.84μm。对照组(8例尸检睾丸)界膜厚度范围为2.1~3.5μm;平均为2.59±0.57μm。观察结果证实：随着界膜厚度增加，睾丸生精功能障碍程度加重。界膜厚度≥6.11μm，可引起睾丸重度或不可逆性生精功能障碍。界膜厚度能够比较准确地判断生精功能障碍的程度[4]。而评估睾丸生殖功能障碍不能完全依靠睾丸活检，精液脱落细胞学是一项有利手段。

2生精小管的管周细胞

　　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。管周细胞为一到多层,位于生精小管界膜中层,内侧有生精上皮基膜,外侧有少量成纤维细胞,细胞扁平呈星形或长形,核椭圆,轮廓平滑,随物种不同，有些动物如啮齿类的排列成单层上皮状，人的则伸出多个细长突起,相邻管周细胞的突起形成连接复合体,胞质有细长的线粒体、发达的高尔基复合体、内质网以及游离核糖体外，有大量细丝束和细丝,两者都是肌动蛋白或类肌动蛋白样物质[5]，为细胞骨架成分。生精小管管周组织结构如图1所示[6]。

图1生精小管管周组织[2]：基膜(B)、胶原纤维区(C)肌样细胞(M)、成纤维细胞(F)×

　　人睾丸发育过程中管周细胞可能分化为间质细胞[7]。管周细胞既有成纤维细胞的特点又有平滑肌细胞的特性,受到病理刺激后可转化为成纤维细胞,分泌过多的基质和纤维,在病理改变中起着一定的作用[8~10]。管周细胞在曲细精管中起收缩作用,参与调控睾丸精子和睾丸液的输出。为此，我们在睾丸生精障碍患者的精液中可以看到纤维组织脱落的现象。

二、睾丸生精小管细胞的依赖关系

1细胞之间相互依赖关系

　　睾丸各种类群的细胞不是孤立存在、独立起生物学功能的，它们彼此之间存在着相互联系和相互介导的功能。间质细胞是睾丸雄激素的生产者,管周细胞的发育依赖于雄激素作用，间质细胞合成雄激素过程被阻断或抗雄激素抗体的出现，都可以直接影响管周细胞的发育和发挥生理功能。管周细胞含有雄激素受体(AR)，且其数量与支持细胞中相当,故雄激素是管周细胞和支持细胞之间的调节因素[11]。间质细胞分泌的雄激素睾酮作为主要旁分泌刺激物，刺激管周细胞中肌样细胞旁分泌因子(P-Mod-S)的合成,而P-Mod-S合成可以调节支持细胞的功能和供给营养，从而间接地影响生精细胞的发育[12,13]。

2生殖激素与因子介导及旁分泌

　　管周细胞合成的胰岛素样生长因子-1(insulinlikegrowthfactor,IGF-1)，IGF-1能增强LH与间质细胞的结合以及增加LH诱导的睾酮含量。此外，胰岛素和IGF-1具有刺激减数分裂前期生精细胞DNA合成的作用。表皮生长因子(epidermalgrowthfactor,EGF)样物质，已经证明存在口腔的颌下腺与睾丸的联系，形成颌下腺-睾丸轴[14]，颌下腺分泌的表皮生长因子(EGF)对雄性生殖功能具有调节作用，主要影响精母细胞的减数分裂。表皮生长因子a型转化生长因子(transforminggrowthfactora,TGFa)和b型转化生长因子(transforminggrowthfactorb,TGFb),可以作为旁分泌因子调节间质细胞增殖和激素合成的功能。TGF-a可由间质细胞和支持细胞分泌，在人类正常精子发生时,间质细胞大量分泌TGF-a。TGF-a通过自分泌作用，增强支持细胞对FSH的应答，刺激间质细胞合成睾酮。而TGF-β一般于青春期开始时，由支持细胞分泌较多，并与精子发生同步升高。IGF-a和TGF-b刺激间质细胞的激素合成，TGF-a可能调节间质细胞的功能。尽管管周细胞合成的生长因子能影响间质细胞的功能,而间质液中来源于血浆的高浓度EGF-1(表皮生长因子-1)对间质细胞的调节作用可能会更强[15]。

　　肿瘤坏死因子(TNF)动物实验发现，睾丸巨噬细胞和生精细胞都能分泌大量的TNF,其中TNF-a可抑制支持细胞a-抑制素和β-B亚单位mRNA表达，进而参与影响FSH对支持细胞生精功能的调节。另外，TNF-a可通过抑Cyp17基因的表达，直接抑制cAMP刺激睾丸支持细胞睾酮的生物合成;TNF-a作用于下丘脑-垂体-性腺轴，影响血LH水平，间接影响睾丸支持细胞对睾酮的合成与分泌。抑制素(inhibin)和激活素(activin)抑制素是支持细胞在FSH刺激下产生和分泌的，而激活素是在LH刺激下由间质细胞合成与分泌的。抑制素能负反馈调控精原细胞和前线期精母细胞合成DNA，激活素能增加精原细胞DNA的合成与细胞增殖。白介素1(IL-1)可能由睾丸间质中的巨噬细胞和支持细胞产生，具有调节间质细胞分泌睾酮以及与其他生殖激素协同促进精原细胞DNA合成的作用。间质细胞可产生β-内啡肽及其衍生物。β-内啡肽主要作用于支持细胞，正常情况下，对其具有调控功能[16]。

　　研究证明血清LH、FSH和T水平的明显改变与睾丸病理性损伤程度具有相关性。LH升高、T/LH比值随之递减，是睾丸生精功能障碍的敏感指标。才秀莲报告[4]轻、中度生精障碍FSH值比对照组高1.83倍，但没有超过2倍，LH、T水平无明显差异，T/LH比值降低不明显(T19.55nmol/L/LH7.40IU/L=2.64)。表明轻、中度生精障碍睾丸间质细胞、支持细胞功能损伤较轻，其界膜增厚不明显，提示在轻、中度生精障碍患者如果能够积极进行治疗，睾丸功能尚可恢复。LH、FSH水平增高，T水平降低，T/LH比值显著下降(T16.57nmol/L/19.24IU/L=0.86)，界膜亦明显增厚。当界膜增厚≥6.11μm，FSH≥22.58IU/L(为对照组的3.43倍)，说明FSH升高与界膜的损伤有直接关系，当T/LH的比值=0.86时，为重度生精障碍，甚至是不可逆性生精障碍。结果表明：界膜厚度与LH、FSH、T水平及睾丸生精障碍程度相关。生精小管界膜厚度是反映LH、FSH、T水平及判断睾丸生精障碍程度的较为可靠的指标[4]。T水平下降不仅反映了间质细胞的分泌水平降低，也反映了管周肌样细胞损伤，不能进行正常的旁分泌功能，导致T不能为支持细胞利用。

3管周细胞外基质与支持细胞

　　管周细胞之间及界膜中基膜的成分，属于细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)，ECM是介导支持细胞和管周细胞间机械作用的基本成分[16]。支持细胞合成和分泌的有层黏连蛋白Ⅰ型和Ⅳ型、胶原蛋白和糖蛋白;管周细胞合成和分泌有Ⅰ型胶原蛋白、糖蛋白和纤维黏连蛋白，这两类细胞分别合成与分泌各自的产物,共同参与基膜的构建[17,18]和发挥生理功能。如图1所示。

　　管周细胞还能分泌一种非有丝分裂原性旁分泌调节因子(P-Mod-S)来影响支持细胞的功能[19],无血清的管周细胞培养液能刺激支持细胞合成多种蛋白质,如雄激素结合蛋白(androgenbindingprotein,ABP)和转铁蛋白[20]。P-Mod-S已被分离和纯化,并且在体外培养中显示比其它调节因子对支持细胞具有更强的生物效应[21]。为此,在睾丸内，睾酮也是一种旁分泌因子，睾酮的靶细胞是肌样细胞和支持细胞。肌样细胞受睾酮(刺激)作用，才可以分泌多种因子，其中包括旁分泌调节因子。而且P-Mod-S对支持细胞的作用可比FSH还要明显，它能刺激支持细胞产生ABP、转铁蛋白等许多因子，并抑制芳香化酶的活性;同时，睾酮也可以直接作用于支持细胞，调节其功能。如图2所示。

图2生殖激素与因子对生精细胞调控的示意图

　　内皮素-1(endothelin-1,ET-1)是调控管周细胞收缩的多肽，在睾丸内ET-1由支持细胞合成，旁分泌参与调节曲细精管和间质的功能。管周细胞膜上有高度亲和的ET-1受体，通过受体-配体复合体向细胞内转导信号，引起三磷酸肌醇的迅速合成,并以浓度依赖方式使细胞内Ca2+浓度迅速升高,而Ca的动员则是通过细胞内贮存的Ca2+和细胞外Ca2+内流来实现的，并以剂量依赖方式促进管周细胞收缩。ET-1是管周细胞收缩强有力的激动剂,此外,管周细胞的收缩，促进生精小管内液体的流动和精子移动到附睾，也要受前列腺素、TGFb和NO/cGMP的调节[22]。

三、管周细胞与生精细胞间的作用

　　精子发生是一个复杂而高度有序的过程,有很多阶段性的基因产物参与，并且这些基因产物的表达程序非常精确协调。这些基因表达的调节主要在①细胞内水平②细胞间水平和③细胞外水平的表现形式。生精细胞内高度保守的基因序列，决定了生精细胞的分化,生精细胞内的特殊基因调控，需要来自生精细胞周围细胞提供的信息。其中支持细胞在细胞之间调控中，提供给生精细胞必需的和必要的支持,例如生精细胞的发育、增殖以及各个阶段的细胞分化、变态和精子生成。

　　细胞间的调控也依赖细胞外的影响,主要是T和FSH的作用。这2种激素作用于管周细胞和支持细胞，由此间接作用于生精细胞[23]。生精细胞发生大量凋亡时,同时也诱导间质细胞凋亡。人工诱导间质细胞全部凋亡后,支持细胞和管周细胞数目也相应地减少,并伴随生精细胞发生凋亡[24]。为此，可以在精液中检出支持细胞凋亡和骨架、微管、萎缩等有形成分，为临床提供睾丸损伤的有益信息。正常精子发生有赖于睾酮,管周细胞与支持细胞间的旁分泌参与了间质细胞分泌睾酮的调节[25]。所以说，细胞之间是互相沟通、互相依赖和互相介导的关系。Welsh通过[26]统计金黄仓鼠睾丸生精小管内精子生成过程中的残余体——吞饮小泡的总体积，作为评估管周细胞和支持细胞功能的指标，对生精繁殖活跃的生精小管和繁殖不活跃的生精小管进行比较,前者管周细胞内吞饮小泡的总体积是后者的近3倍，表明管周细胞的非特异性转运与生精生殖功能有密切的关系[26]。而体外实验也表明管周细胞的缺失可导致生精功能障碍[26]。笔者发现精液中残渣过多也说明支持细胞的功能吞噬功能减退，间接反映了睾丸生殖功能的损伤，所以说，精液中无形成分反映了生化、免疫和激素调控水平，脱落的有形成分反映了睾丸生殖功能的水平。

　　在睾丸内,只有间质细胞、支持细胞和管周细胞表达雄激素受体(AR)，成熟睾丸的生精细胞上没有雄激素受体,故睾酮作为一种主要的雄激素不直接作用于生精细胞,而是通过支持细胞起间接效应[27]。另外，管周细胞内AR持续表达，且表达稳定,不像支持细胞的AR表达，跟随生精发育的不同阶段和不同时间，产生依赖性，提示支持细胞参与雄激素对精子发生的调控有阶段的依赖性,而且管周细胞可能一直参与维持精子的发生。

　　综上所述,近年来发现管周细胞在睾丸内发挥着持续而多样的作用，通过其收缩、合成ECM和分泌生物活性物质等多种功能,介导了睾丸精子发生和雄激素合成的调节。管周细胞与睾丸其它类群细胞的相互作用,协调维持着睾丸内环境的动态平衡。管周细胞的发育依赖于雄激素作用,间质细胞合成雄激素过程被阻断或抗雄激素抗体的出现都能抑制管周细胞的发育与功能。单独雄激素不能促使管周细胞分化,它需要同时有促性腺激素作用于支持细胞,间接地刺激管周细胞分化。管周细胞分泌旁分泌因子等作为调节支持细胞功能,促进支持细胞合成雄激素合成蛋白和转铁蛋白。管周细胞、间质细胞和支持细胞相互之间密切联系,协调促进精子发生和睾丸雄激素合成[16]。

关键词：管周细胞;肌样细胞;间质细胞;支持细胞;基因;激素

参考文献略