官繼承 李 倩 左福元

西南大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,重慶400715

越來(lái)越多的研究證明,細(xì)胞表面的糖復(fù)合物在細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞周?chē)|(zhì)之間的相互識(shí)別和粘附中起中介作用,在受精和著床中也體現(xiàn)了這種功能。本文從糖生物學(xué)和生殖生物學(xué)交叉的角度來(lái)探討糖復(fù)合物在生殖早期的作用,以期了解在妊娠過(guò)程中糖復(fù)合物可能具有的生物學(xué)功能。

1 糖復(fù)合物與生殖細(xì)胞

1.1 糖復(fù)合物和精子的發(fā)生

精子的發(fā)生包括了精原細(xì)胞的分化及其與支持細(xì)胞的粘附等,其中糖蛋白的作用,特別是N-聚糖的生物合成、加工一直是關(guān)注的焦點(diǎn)。

為了揭示N-聚糖與精子的發(fā)生關(guān)系,Fukuda M N等[1]制作了α-甘露糖苷酶(N-聚糖生物合成所必需的酶)缺失小鼠?；蛐头治鼋Y(jié)果顯示,由雌雄雜合子MX+/-交配得到的MX+/+∶MX+/-∶MX-/-為66∶75∶25,顯著低于按照孟德?tīng)栆?guī)則推測(cè)的1∶2∶1,且雄性MX-/-幾乎無(wú)生育能力。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn),雄性MX-/-的睪丸明顯比MX+/+和MX+/-的小。透射電鏡分析觀察到在MX-/-的睪丸中精子周?chē)嬖诿黠@的細(xì)胞間隙,而MX+/+的精子細(xì)胞緊密填充在曲細(xì)精管中,提示在曲細(xì)精管中精原細(xì)胞不能與支持細(xì)胞粘附。此外,在MX+/+的附睪尾部導(dǎo)管中充滿密集的精子,而MX-/-的精子數(shù)量大幅減少,這表明由于正在發(fā)育中的未成熟的精子從曲細(xì)精管上皮釋放進(jìn)入了附睪中,MX-/-的精子生成受到了抑制。比較MX-/-和MX+/+的睪丸N-聚糖的結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)在MX-/-中,以乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)為末端的寡糖水平顯著降低。

上述試驗(yàn)揭示,N-聚糖對(duì)于支持細(xì)胞和精原細(xì)胞的粘附以及精原細(xì)胞的分化都起著重要作用。

1.2 糖復(fù)合物與卵細(xì)胞的發(fā)育

當(dāng)卵母細(xì)胞由非生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)入到生長(zhǎng)期時(shí),首先形成透明帶(ZP),ZP主要由糖蛋白構(gòu)成,糖鏈以O(shè)-連接和N-連接形式與蛋白質(zhì)連接,其中蛋白質(zhì)與糖的比例為(3∶1)～(5∶1)[2]。在小鼠中,ZP蛋白有3種,分別命名為ZP1、ZP2、ZP3。ZP3上的O-連接寡糖鏈能被精子頂體膜上的外周蛋白識(shí)別并特異性結(jié)合,精子質(zhì)膜對(duì)鈣離子的通透性增加,促使頂體深入到卵子的透明帶中,頂體釋放的酸性水解酶分解透明帶及卵黃膜,使精卵細(xì)胞質(zhì)融合[3]。經(jīng)一系列代謝變化,ZP3最終失去精子受體和誘導(dǎo)頂體反應(yīng)的活性,對(duì)其他精子不再發(fā)生反應(yīng),避免了多精子受精的出現(xiàn)。

2 糖復(fù)合物與受精

Aitken[4]認(rèn)為,在受精開(kāi)始階段,精子必須先與卵子表面的精子受體識(shí)別,才能實(shí)現(xiàn)精卵結(jié)合,這種特異性結(jié)合是同種精卵識(shí)別與受精的關(guān)鍵。精細(xì)胞在其發(fā)生、發(fā)育、成熟、獲能以及受精等不同階段,細(xì)胞膜表面發(fā)生很大變化[5-6]。美國(guó)Wassarman[7]的研究指出哺乳動(dòng)物未受精卵有一層透明包被(即透明帶,ZP)是精子受體所在部位,精子表面有與之互補(bǔ)的“卵結(jié)合蛋白”,兩者專(zhuān)一的識(shí)別導(dǎo)致受精。

在受精階段,精子頭部表面和卵子透明帶表面的糖基互補(bǔ)和匹配構(gòu)成了同種精卵特異性結(jié)合的分子基礎(chǔ)。生化測(cè)定表明透明帶表面富有N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc),半乳糖(Gal)和唾液酸轉(zhuǎn)移酶[8]。未獲能精子表面的糖蛋白末端糖基為唾液酸,唾液酸分布于精子頭部質(zhì)膜和頂體膜上。當(dāng)同種精卵相遇時(shí),卵子表面的唾液酸轉(zhuǎn)移酶可將精子表面的唾液酸轉(zhuǎn)移至透明帶的N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)上,改變了透明帶表面的末端糖基,同時(shí)使精子表面的“卵結(jié)合蛋白”暴露,使精子和卵子達(dá)到相互識(shí)別和結(jié)合從而產(chǎn)生頂體反應(yīng),使精子穿過(guò)透明帶遇到卵子并與卵質(zhì)膜融合,同時(shí)卵子上的精子受體失活,整個(gè)受精過(guò)程結(jié)束[9]。

目前對(duì)精卵相互識(shí)別、粘連過(guò)程中細(xì)胞表面糖復(fù)合物的介導(dǎo)作用,研究較多的是海膽的受精。試驗(yàn)表明,海膽精子與卵子卵黃層的結(jié)合是由結(jié)合素(bindin)介導(dǎo)[10]。結(jié)合素是精子表面的凝集素,是精子頂體顆粒的主要成份,它是在頂體反應(yīng)過(guò)程中通過(guò)這些顆粒的外排才暴露于精子表面[11-12]。結(jié)合素受體是卵子表面的一種糖蛋白,海膽卵子透明帶表面的糖復(fù)合物中巖藻糖、巖藻聚糖(Fueosan)、木聚糖(Xylan)都是通過(guò)與結(jié)合素顆粒的直接作用而抑制精卵的粘連[13]。而此3種抑制劑均富含巖藻糖,提示結(jié)合素的糖特異性可能與巖藻糖有關(guān)[14]。

3 糖復(fù)合物與著床

著床是指囊胚附著于子宮內(nèi)膜,進(jìn)而植入子宮內(nèi)膜的過(guò)程。在植入準(zhǔn)備期和囊胚附著后,子宮內(nèi)膜和囊胚表面的糖復(fù)合物均發(fā)生了質(zhì)和量的變化[15],而這些變化也提示我們糖復(fù)合物參與了囊胚與子宮內(nèi)膜的識(shí)別與粘連。

3.1 子宮內(nèi)膜上皮的糖復(fù)合物變化

朱正美[16-17]觀察到人與家兔不同妊娠期子宮內(nèi)膜與非孕子宮內(nèi)膜比較,其鞘糖脂含量與組分均有明顯變化,尤以早孕期變化顯著。如家兔動(dòng)情期內(nèi)膜未測(cè)得含單及雙糖基的中性糖脂CMH和CDH,而在著床后其含量驟增至29.2%與21.9%。酸性糖脂也以短糖鏈的GM3成倍增加。用凝集素組化染色還觀察到RCA、ConA的受體在早孕時(shí)由發(fā)情期的陰性轉(zhuǎn)為強(qiáng)陽(yáng)性;此外,ConA,PNA,SBA、PSA等凝集素受體也明顯增加[18]。而應(yīng)用凝集素為探針觀察到不育癥患者射出精子表面凝集素受體和正常人的有明顯差異,頂體區(qū)的PSA、ConA、PNA、RCA-I四種 Lectin受體缺失,WGA受體密度下降[19-20]。

Chavez等[21]觀察到,妊娠第3天小鼠子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞表面糖被與發(fā)情期無(wú)明顯差異,均較厚,但隨著妊娠天數(shù)增加,糖被的厚度逐漸變薄,到著床前,表面糖被的厚度大大減少;但與β-D-Gal特異結(jié)合的RCA-I(蓖麻凝集素-I)的受體卻在妊娠第3天出現(xiàn),并隨妊娠進(jìn)展而增加。陳蕙玲等[22]發(fā)現(xiàn)妊娠小鼠著床前,ConA受體明顯增多。

這些結(jié)果都提示,糖復(fù)合物的糖鏈部分參與了囊胚與子宮內(nèi)膜細(xì)胞的識(shí)別與粘連。

3.2 囊胚表面的糖復(fù)合物變化

哺乳類(lèi)動(dòng)物的胚胎在植入前也經(jīng)歷了復(fù)雜的糖基化過(guò)程。利用單克隆抗糖抗體,發(fā)現(xiàn)分裂時(shí)相的胚胎有紅細(xì)胞系列抗原表達(dá)[23-24]。包括紅細(xì)胞糖苷脂(Globoside)、福斯曼抗原和階段特異性胚胎抗原(SSEA)3和4,SSEA 3和4在卵生成時(shí)期合成。出現(xiàn)于卵及植入前囊胚膜上,植入后從滋養(yǎng)層細(xì)胞上消失,但在植入后發(fā)育階段于原始外胚層及其衍生部分重現(xiàn)[25]。

另外,Chavez等[26]用一系列熒光標(biāo)記的Leetin觀察了著床前后鼠囊胚表面Leetin受體變化情況,發(fā)現(xiàn) UEA(α-L-巖藻糖特異),ConA(甘露糖、葡萄糖特異),WGA(D-N-乙酰氨基葡萄糖及N-乙酰神經(jīng)氨酸特異)與囊胚有結(jié)合,但著床前后受體數(shù)目及分布并無(wú)差異。RCA受體在著床前小鼠囊胚上較多,但到著床時(shí)減少,PNA(花生凝集素)則不與第5天的囊胚結(jié)合,而與第6天的囊胚結(jié)合。Holmes等[27]用膠體鐵追蹤囊胚表面變化,發(fā)現(xiàn)在植入前酸性pH條件下膠體氯化鐵的攝入量是微不足道的,但在植入期或給雌激素后則明顯增加,這可能和囊胚植入前后自身表面糖復(fù)合物數(shù)量和種類(lèi)的變化有關(guān)。

4 糖復(fù)合物與著床后胚胎發(fā)育

目前,在這方面研究比較深入的是N-聚糖對(duì)于胚胎的胚層發(fā)育、神經(jīng)發(fā)育、器官的形成以及血細(xì)胞的生成方面的影響。Stanley P等[28]發(fā)現(xiàn),如果缺乏N-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶I(N-acetylglucosaminyltransferase I,合成N-聚糖必須的一種酶),胚胎的形態(tài)發(fā)育會(huì)受到影響,包括心臟發(fā)育反位畸形、細(xì)支氣管上皮形成缺陷、異常神經(jīng)管形成及血管形成受損等。另一研究表明,在胚胎發(fā)育期間,細(xì)胞粘附分子(LeY聚糖、整聯(lián)蛋白)和一些細(xì)胞因子如白血病抑制因子(LIF)、白細(xì)胞介素(IL-1、IL-6)、生長(zhǎng)因子(EGF、VEGF、ICF、TGF 等),以及細(xì)胞外基質(zhì)(LN 、FN)、基質(zhì)水解酶類(lèi)(MMP)等相關(guān)分子,充當(dāng)子宮內(nèi)膜微環(huán)境的“局部調(diào)節(jié)者”(local mediator),通過(guò)自分泌或旁分泌方式對(duì)胚胎生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)行精細(xì)調(diào)控[29]。

5 糖復(fù)合物與不育癥

Ahuja等[30-31]發(fā)現(xiàn)在精子成熟、獲能過(guò)程中若加入糖蛋白合成抑制劑或者用糖苷酸處理已獲能精子,通過(guò)蛋白糖基化受阻或膜上糖組分構(gòu)造的改變,最終都導(dǎo)致精子喪失受精能力,可推測(cè),精子表面膜上的各種組分都有一定的生物學(xué)意義,寡糖結(jié)構(gòu)的變化可能影響精子膜的某些性質(zhì)使精子喪失受精能力,最終造成不育癥的產(chǎn)生。

綜上所述,糖復(fù)合物對(duì)精-卵和胎-母之間的識(shí)別與粘附起中介作用,保證了受精和著床的正常進(jìn)行。糖復(fù)合物在生殖過(guò)程中的作用的研究,不僅使人們對(duì)細(xì)胞的識(shí)別、粘附和信號(hào)傳導(dǎo)的一般過(guò)程有了新的深入認(rèn)識(shí),而且使人們對(duì)糖復(fù)合物在生殖醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用前景充滿希望。

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