郭淑華

(濰坊學(xué)院,山東 濰坊 261061)

相關(guān)分子在哺乳動(dòng)物原始卵泡啟動(dòng)和生長(zhǎng)中的作用＊

郭淑華

(濰坊學(xué)院,山東 濰坊 261061)

本文綜述了調(diào)控原始卵泡生長(zhǎng)啟動(dòng)相關(guān)因子的最新進(jìn)展,為進(jìn)一步研究雌性生殖機(jī)制提供了理論依據(jù);對(duì)拯救瀕危物種甚至復(fù)活已滅絕的物種展示了光明的前景。

哺乳動(dòng)物;卵母細(xì)胞;卵泡啟動(dòng)

卵泡是卵巢功能單位,它的發(fā)育經(jīng)原始卵泡、初級(jí)卵泡、次級(jí)卵泡和成熟卵泡四個(gè)階段[1]。卵泡發(fā)育是一個(gè)以形態(tài)變化為特征的生長(zhǎng)過(guò)程,同時(shí)伴隨著卵泡功能的分化。原始卵泡一旦啟動(dòng)生長(zhǎng),便是一個(gè)連續(xù)不斷的發(fā)育和分化過(guò)程,要么變成優(yōu)勢(shì)卵泡,使卵子排放與成熟;要么中途閉鎖。構(gòu)成卵巢99%以上的卵泡是原始卵泡,在人類維持最后一組分化的原始卵泡其壽命可長(zhǎng)達(dá)50余年。有趣的是為什么一些原始卵泡能啟動(dòng)生長(zhǎng),而其臨近的其它卵泡卻保持靜止。

1 卵泡生長(zhǎng)啟動(dòng)的早期指標(biāo)

哺乳動(dòng)物中,原始卵泡池根據(jù)物種不同是在胎兒或新生兒時(shí)期建立起來(lái)的[2]。一旦這個(gè)原始卵泡池建立起來(lái),原始卵泡就開(kāi)始隨著卵泡的啟動(dòng)或原位凋亡而減少。由于原始卵泡從來(lái)不會(huì)補(bǔ)充更新,所以它最終將枯竭,通常發(fā)生于中年后[3]。卵泡的激活是指卵泡從非活動(dòng)期(原始卵泡)向活動(dòng)期(初級(jí)卵泡)轉(zhuǎn)化。此時(shí),卵細(xì)胞開(kāi)始增大,GC開(kāi)始增殖。緊接著在生長(zhǎng)的卵細(xì)胞和GC間出現(xiàn)透明帶,并在初級(jí)卵泡期較為明顯[4-5]。但形態(tài)學(xué)變化可能是早期生化改變的結(jié)果,因此可以探索一種非常靈敏的、能廣泛應(yīng)用的指標(biāo)來(lái)鑒別卵泡生長(zhǎng)的早期啟動(dòng)過(guò)程。

增殖細(xì)胞核抗原(PCNA)是一個(gè)35KD的核蛋白,并且在整個(gè)細(xì)胞周期里發(fā)揮重要的作用[6]。在S期時(shí),PCNA伴隨著另一種細(xì)胞增殖的重要調(diào)節(jié)因子周期素D(cylin D)出現(xiàn)[7],這個(gè)復(fù)合體由多種生長(zhǎng)因子和其它的生長(zhǎng)刺激所調(diào)節(jié)。如果細(xì)胞在G1期接受了合適的刺激,就將進(jìn)入S期,PCNA表達(dá)在G1/S期增加,在G2期達(dá)到穩(wěn)定,在M期和靜止期急劇下降。這些特性決定了PCNA成為非常有用的細(xì)胞增殖的指標(biāo)。

PCNA表達(dá)量的增加與GC生長(zhǎng)早期標(biāo)志一致,在卵泡生長(zhǎng)早期即細(xì)胞增大之前,卵細(xì)胞便開(kāi)始表達(dá)PCNA。隨后的卵泡生長(zhǎng)期里,GC和TC普遍具有PCNA免疫活性,隨卵泡閉鎖程度的加深而下降,原始卵泡的細(xì)胞沒(méi)有PCNA表達(dá),因此PCNA免疫活性并不比從形態(tài)上可檢測(cè)到的卵泡生長(zhǎng)啟動(dòng)優(yōu)先。然而,在卵泡生長(zhǎng)的最早期階段,PCNA開(kāi)始在GC中表達(dá),甚至在許多并沒(méi)有明顯增大標(biāo)志的細(xì)胞里表達(dá)。但也有些在生長(zhǎng)最早期的GC雖然已明顯增大,卻不表達(dá)PCNA,可能因?yàn)檫@些細(xì)胞正處于M期,此期PCNA表達(dá)急劇下降。盡管也有一些不盡如人意的結(jié)果,PCNA免疫活性仍不失為卵泡生長(zhǎng)啟動(dòng)的早期指標(biāo)。

2 調(diào)控原始卵泡生長(zhǎng)啟動(dòng)的因素

原始卵泡是由一層扁平的卵泡細(xì)胞和一個(gè)未分化的卵母細(xì)胞組成,其生長(zhǎng)啟動(dòng)可分為兩個(gè)階段,首先卵泡細(xì)胞由扁平變成立方形,開(kāi)始增殖,此過(guò)程與卵泡抑素(follistatin)的表達(dá)同步發(fā)生;隨后卵母細(xì)胞開(kāi)始生長(zhǎng),并伴有GC數(shù)的增加及功能的分化[8-9]。由此看來(lái),卵泡細(xì)胞的生長(zhǎng)分化是原始卵泡生長(zhǎng)、啟動(dòng)的關(guān)鍵。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),主要有以下幾種因子調(diào)控原始卵泡的生長(zhǎng)啟動(dòng)。

2.1 FSH及其受體(FSHR)

通常認(rèn)為卵泡發(fā)育是通過(guò)垂體促卵泡生長(zhǎng)激素(FSH)調(diào)控的。但有報(bào)道指出,FSH從原始卵泡直至晚期竇前或早期竇狀卵泡分化過(guò)程中并不起決定性作用,敲除FSH基因的小鼠,其卵泡亦能發(fā)育至多層GC的竇前階段[10]。由此提示我們,FSHR在原始卵泡啟動(dòng)的初期不必需,但在卵泡的后期發(fā)育中卻是不可忽視的。在恒河猴中,一旦卵泡直徑達(dá)到1mm,此時(shí)若沒(méi)有充足的FSH供給,卵泡將退化。一旦卵泡啟動(dòng)生長(zhǎng),FSH能刺激竇前卵泡GC的生長(zhǎng)和分化,并分泌某種因子,該因子又可刺激 TC的分化,TC能分泌多種生長(zhǎng)因子,從而刺激卵泡的進(jìn)一步發(fā)育。

2.2 LH及其受體(LHR)

LHR分化較遲,FSH通過(guò)其 GC受體與卵泡內(nèi)源的雌二醇、IGF-I以及激動(dòng)素等的協(xié)同作用誘發(fā)GC上LHR出現(xiàn),這是形成優(yōu)勢(shì)卵泡的關(guān)鍵,但L HR對(duì)原始卵泡生長(zhǎng)啟動(dòng)的研究很少。Flaw s J A等[11]通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因小鼠的觀察發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)有LH亞基的小鼠卵巢在產(chǎn)后三周內(nèi),卵泡的形態(tài)與正常小鼠相似。但五周后,正常小鼠中健康的原始卵泡、初級(jí)卵泡和大的竇前卵泡的數(shù)目與閉鎖的卵泡同樣多,而轉(zhuǎn)基因的小鼠卵巢中有充血的竇,形態(tài)不佳的GC,黃體化的細(xì)胞,以及比正常少45%的原始卵泡。三個(gè)月后,轉(zhuǎn)基因小鼠的原始卵泡比正常的低68%,初級(jí)卵泡低53%。由此可以推測(cè),L H除對(duì)發(fā)育中的卵泡有更進(jìn)一步的作用外,長(zhǎng)期緩慢地提高LH水平能耗盡原始卵泡池,加速生殖衰老的開(kāi)始。

2.3 IGF-I

Hammond發(fā)現(xiàn)豬卵泡液中含有IGF-I,在性腺甾體和促性腺激素的作用下[12],由GC分泌。用eCG處理青春前期的雌性小豬,注射劑量可有效刺激卵泡生長(zhǎng),能在24小時(shí)內(nèi)提高卵泡液中IGF-I的濃度, 72小時(shí)達(dá)到最大水平。而在此過(guò)程中血清IGF-I水平未見(jiàn)增加。這表明卵泡液IGF-I水平的提高是卵泡內(nèi)源的,并非從血清中攝取的。從而進(jìn)一步證實(shí)在促性腺激素介導(dǎo)卵泡生長(zhǎng)過(guò)程中,IGF-I以卵巢內(nèi)旁分泌或自分泌機(jī)制發(fā)揮作用。

2.4 EGF/TGF-α

體外研究發(fā)現(xiàn),無(wú)論FSH存在與否,EGF都能刺激卵細(xì)胞-GC復(fù)合體的生長(zhǎng)[13-14];不管有無(wú)IGF -I存在,EGF可促進(jìn)卵丘細(xì)胞的擴(kuò)展,而有無(wú) EGF,IGF-I都可促進(jìn)未成熟卵細(xì)胞的成熟;FSH和LH能增加EGF結(jié)合到GC上的能力,但并不改變其受體結(jié)合親和性[15]。這些研究表明EGF對(duì)卵泡發(fā)生有重要作用。它通過(guò)刺激FSHR表達(dá)和孕酮產(chǎn)生;抑制FSH誘導(dǎo)的LHR分化、抑制素分泌和芳香化酶活性;以及促進(jìn)GC中tPA活性等,調(diào)節(jié)卵巢GC的生長(zhǎng)和分化。在生長(zhǎng)期,EGF作為抗原因子誘導(dǎo) GC增殖;在竇狀卵泡期,調(diào)節(jié)GC分化和卵細(xì)胞成熟等。正如促性腺激素調(diào)節(jié)甾體發(fā)生機(jī)制一樣,EGF可能通過(guò)調(diào)控tPA的活性來(lái)影響排卵或黃體化。

2.5 bFGF

原始卵泡的卵母細(xì)胞已證實(shí)產(chǎn)生堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(bFGF)、生長(zhǎng)分化因子-9(GDF-9),并作用于鄰近的體細(xì)胞,促進(jìn)原始卵泡生長(zhǎng),能使初級(jí)卵泡發(fā)育至小竇前卵泡階段[16-17];bFGF m RNA和其蛋白均定位于大鼠膜細(xì)胞[18]。與EGF和IGF-I的作用相反,它明顯減弱GC中由FSH介導(dǎo)的LH受體合成和芳香化酶活性。然而,對(duì)倉(cāng)鼠的竇前卵泡而言,bFGF能刺激3H胸腺嘧啶摻入,但與EGF或IGF -I相比此作用較小。它能明顯降低培養(yǎng)的大鼠膜細(xì)胞中hCG-介導(dǎo)的雄二酮產(chǎn)生,而且抑制P-450活性。FSH可通過(guò)蛋白激酶C機(jī)制,刺激cAM P依賴的蛋白激酶調(diào)節(jié)亞基(RII)增多,但bFGF能減弱FSH的這種作用。近年來(lái)發(fā)現(xiàn),bFGF對(duì)大鼠卵細(xì)胞成熟有一定的作用。它通過(guò)大鼠 GC刺激cAM P產(chǎn)生,并誘導(dǎo)tPA表達(dá)。在不同濃度范圍下,bFGF可誘導(dǎo)10-80%的卵細(xì)胞生發(fā)泡破裂,并刺激相同卵泡的前列腺素產(chǎn)生。這些發(fā)現(xiàn)表明,bFGF能模擬某種LH的重要功能。但其是否是LH調(diào)節(jié)卵泡功能的一部分有待進(jìn)一步的研究。

2.6 TGFβ1/TGFβ2

Levacher等發(fā)現(xiàn),大鼠從胎兒第14.5天直至整個(gè)胎兒期在某些體細(xì)胞里都有TGFβ1和TGFβ2的輕微表達(dá),在出生后第一天的GC中也有表達(dá)。TGFβ1在老齡大鼠的原始和初級(jí)卵泡的GC中表達(dá)下降,而TGFβ2持續(xù)存在。在次級(jí)和小竇狀卵泡中TGFβ1消失,TGFβ2微弱表達(dá)。出生后十四天的大鼠卵巢里,新形成的功能性TIC可中等程度地表達(dá)TGFβ2,但能較強(qiáng)地表達(dá)TGFβ1。

hibin和Activin屬于TGF-β超家族成員。Inhibin由α亞基與兩個(gè)β亞基(即βA或βB)通過(guò)二硫鍵連接形成兩種具有生物學(xué)活性的二聚體,即Inhibin A(α-βA)和Inhibin B(α-βB)。α,βA和βB三個(gè)亞單位是由不同的編碼產(chǎn)生的三種不同的多肽分子。β亞單位βA和βB相互組合通過(guò)二硫鍵連接形成三種不同形式的具有生物活性的二聚體,即Activin A(βA-βA),Activin B(βB-βB)和Activin AB(βA-βInB)。Follistatin是由單個(gè)基因編碼的富含半胱氨酸的單鏈糖蛋白,不屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)超家族成員,Follistatin通過(guò)與Activin的β亞基相連阻斷其與受體的作用,從而抑制了Activin的生理作用;Fo llistatin雖然也與Inhibin結(jié)合,但其親和系數(shù)較低,起不到抑制 Inhibin的作用。離體實(shí)驗(yàn)證明, Activin可促進(jìn)GC增殖和分化。敲除小鼠Activin II型β受體,卵泡發(fā)育受阻于早期階段;有報(bào)道指出, Activin促進(jìn)小卵泡GC的FSH受體形成和P450芳香化酶活性,從而增加 GC雌激素的產(chǎn)生。抑制素也可通過(guò)促進(jìn)雄激素分泌,間接地增加卵泡雌激素的分泌量,促進(jìn)可分泌雌激素的卵泡被優(yōu)勢(shì)選擇[19]。隨著優(yōu)勢(shì)卵泡的進(jìn)一步發(fā)育,卵泡抑制素和雌激素分泌增加,進(jìn)而降低FSH的分泌水平,并且優(yōu)勢(shì)卵泡還會(huì)分泌Inhibin以旁分泌方式作用于周圍卵泡,使得未被優(yōu)勢(shì)化的卵泡成熟發(fā)育受阻,以此參與卵泡選擇[20-21]。

2.7 TNF-α

Kondo等發(fā)現(xiàn),TNF-α在人胎兒和成年的卵巢中表達(dá),但隨卵泡發(fā)育不同時(shí)期其表達(dá)位點(diǎn)有變化。在原始卵泡中,TNF-α主要出現(xiàn)在原始卵泡的卵細(xì)胞上;在竇前卵泡主要位于 GC,竇狀卵泡位于TIC,在排卵前卵泡又開(kāi)始出現(xiàn)在卵細(xì)胞上,并且隨卵泡的發(fā)育成熟而增高;在中期黃體的顆粒和膜黃體細(xì)胞中也存在有TNF-α,退化黃體中隨著黃體退化程度的增加,TNF-α表達(dá)量下降;閉鎖卵泡的早期階段里卵細(xì)胞中只有微弱TNF-α表達(dá),GC和TC仍有中等程度的表達(dá),晚期階段里 GC上無(wú)表達(dá),TC上仍有表達(dá)。這些研究結(jié)果表明,卵巢內(nèi)卵細(xì)胞是TNF-α的初級(jí)位點(diǎn),而且TNF-α可能參與了卵泡發(fā)育、退化和閉鎖的調(diào)控機(jī)理。

此外,c-kit及其配體系統(tǒng)及Inhibin-α基因在卵泡的發(fā)育中也起到一定的作用,相關(guān)的功能還有待于進(jìn)一步研究。

3 結(jié)束語(yǔ)

了解原始卵泡的生長(zhǎng)啟動(dòng)機(jī)理,開(kāi)發(fā)離體卵泡池中原始卵泡的啟動(dòng),維持其生長(zhǎng)達(dá)到卵細(xì)胞成熟排放時(shí)期,將有助于增大珍稀家禽、瀕危動(dòng)物和不育女性的生育潛力,有利于保護(hù)珍稀物種,給不育女性帶來(lái)福音。

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(責(zé)任編輯:劉乃生)

Study on Mechan ism of In itiation and Growth of the Mammalian Primordial Follicle

GUO Shu-hua
(Weifang Un iversity,Weifang 261061,China)

The new ly research p rogress of the mammalian p rimo rdial follicle initiation w ere summarized, in order to p rovide the theoretical basis for further study on mechanism of female rep roductive.It also show es a p romising future about the endangered species and even the revival of extinct species.

mammalian,oocyte,follicle initiation

2010-09-12

郭淑華(1972-),女,山東昌邑人,濰坊學(xué)院生物工程學(xué)院副教授。

R335 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào)1671-4288(2010)06-0106-04