朱清玉，郭樂薇，劉紅羽，趙 靜，呂文發(fā)*，王 軍*

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)教育部國(guó)際合作聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春 130118；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春 130118）

睪酮又稱睪丸素、睪丸酮或睪甾酮，作為動(dòng)物體內(nèi)重要的性腺類固醇激素之一，睪酮不僅可以促進(jìn)性器官的發(fā)育成熟，影響生殖功能，還對(duì)肌肉生長(zhǎng)、骨骼密度、神經(jīng)系統(tǒng)和心血管疾病等有重要作用[1-2]。睪酮合成是一個(gè)精確調(diào)控的過程，其含量不足或過多都會(huì)影響機(jī)體健康。對(duì)睪酮缺乏癥患者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，睪酮缺乏不僅會(huì)降低性欲引發(fā)男性不育，還可能造成患者體力、肌肉質(zhì)量下降、骨質(zhì)疏松、肥胖、睡眠障礙和情緒低落等問題[3]。睪酮含量過高可能導(dǎo)致雄性性早熟、腎上腺疾病、睪丸疾病等[4-5]。在雄性動(dòng)物中，約95%的睪酮由睪丸間質(zhì)細(xì)胞合成[6]。睪酮合成過程復(fù)雜，除經(jīng)典途徑環(huán)磷酸腺苷（Cyclic Adenosine Monophosphate，cAMP）/ 蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）通路外，一些信號(hào)通路、細(xì)胞因子、轉(zhuǎn)錄因子和非編碼RNA 也可調(diào)控睪酮的合成。本文主要總結(jié)了睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮合成過程和合成機(jī)制，為睪酮合成的進(jìn)一步研究提供參考。

1 睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮合成的過程

睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮的合成受下丘腦-垂體-睪丸（Hypothalamus-Pituitary-Testis，HPT）軸調(diào)控，其作用機(jī)制：下丘腦分泌促性腺激素釋放激素（Gonadotropin-Releasing Hormone，GnRH）刺激垂體分泌促黃體生成素（Luteinizing hormone，LH），LH 與睪丸間質(zhì)細(xì)胞表面的促黃體生成素受體（Luteinizing Hormone Receptor，LHR）結(jié)合[7]，之后在G 蛋白（Gprotein，G）的作用下激活腺苷酸環(huán)化酶（Adenylate Cyclase，AC），促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)cAMP 產(chǎn)生，進(jìn)而激活PKA，促進(jìn)cAMP 反應(yīng)原件結(jié)合蛋白（Cyclic AMP Responsive Element-Binding Protein，CREB）磷酸化，激活類固醇合成急性調(diào)節(jié)蛋白（Steroidogenic Acute Regulatory Protein，StAR）。被激活的StAR 通過與線粒體外膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Translocator Protein，TSPO）結(jié)合，加速膽固醇從線粒體外膜向線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)[8]。隨后膽固醇在線粒體內(nèi)膜上通過細(xì)胞色素P450 膽固醇側(cè)鏈裂解酶（Cytochrome P450 Cholesterol Side Chain Lyase，P450scc，又稱CYP11A1）轉(zhuǎn)化為孕烯醇酮，孕烯醇酮被轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在3β-羥基類固醇脫氫酶（3β-hydroxysteroid dehydrogenase，3β-HSD）的作用下酶解為孕酮，孕酮被催化為雄烯二酮，最終雄烯二酮在17β-羥基類固醇脫氫酶（17β-Hydroxysteroid Dehydrogenase，17β-HSD）的作用下生成睪酮[9]（圖1）。

圖1 睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮合成過程和膽固醇來源（自繪）

膽固醇作為睪酮合成的原料，參與睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮合成過程[10]。在間質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的膽固醇主要由細(xì)胞外轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞內(nèi)脂滴轉(zhuǎn)化而來。其中，胞外的低密度脂蛋白（Low Density Lipoprotein，LDL）通過低密度脂蛋白受體（Low Density Lipoprotein Receptor，LDLR）進(jìn)入細(xì)胞后，在前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草桿菌蛋白酶（Proprotein Convertase Subtilisin Kexin 9，PCSK9）的作用下被溶酶體降解為膽固醇[11]。載脂蛋白A-1（Apolipoprotein A-1，Apo A-1）可利用胞外的高密度脂蛋白（High Density Lipoprotein，HDL）調(diào)節(jié)睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮合成[12]。HDL 還可通過清道夫受體BI（Scavenger receptor-BI，SR-BI）轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)，直接為睪酮合成提供原料。當(dāng)SR-BI 的表達(dá)受到抑制時(shí)，胞內(nèi)膽固醇供應(yīng)不足，睪酮的合成減少[13]，表明HDL 可能影響睪酮合成。在間質(zhì)細(xì)胞中，脂滴在脂肪分解相關(guān)酶（PLIN1、HSL 和ATGL 等）的作用下分解變小轉(zhuǎn)化為膽固醇，分散在整個(gè)細(xì)胞質(zhì)中[14-15]。另外，也有研究發(fā)現(xiàn)自噬可調(diào)控細(xì)胞內(nèi)脂滴的積累，當(dāng)自噬被抑制后，大鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞內(nèi)脂滴積累增加，游離膽固醇含量減少，睪酮合成減少[16]，提示胞內(nèi)脂滴含量影響睪酮的合成。這些發(fā)現(xiàn)指出膽固醇的任一來源受到影響均可能影響睪酮的合成。

膽固醇從線粒體外膜向線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)是睪酮合成的關(guān)鍵步驟[10]。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體外膜上的1 種膜蛋白TSPO 通過與StAR 結(jié)合后相互作用促進(jìn)膽固醇向線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)[17]。促進(jìn)TSPO 表達(dá)可提高睪丸間質(zhì)細(xì)胞生成睪酮的能力[18]，反之則降低睪丸間質(zhì)細(xì)胞生成睪酮的能力[19]。此外，TSPO 特異性配體也可刺激膽固醇向線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)睪丸間質(zhì)細(xì)胞生成類固醇，升高睪酮水平[20]。這些研究有力地支持了TSPO促進(jìn)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)在類固醇合成中發(fā)揮重要作用的觀點(diǎn)。

2 信號(hào)通路對(duì)睪酮的調(diào)控作用

2.1 cAMP/PKA 信號(hào)通路 cAMP/PKA 信號(hào)通路是調(diào)控睪酮合成的經(jīng)典途徑。已有研究報(bào)道，激活cAMP/PKA信號(hào)通路可促進(jìn)間質(zhì)細(xì)胞睪酮的合成，而抑制cAMP/PKA 信號(hào)通路可抑制睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮的合成[21]。近年來，研究睪酮合成的機(jī)制也多集中于該通路。如外源添加脂聯(lián)素旁系同源C1q/TNF 相關(guān)蛋白3（Adiponectin paralog C1q/TNF-related protein 3，CTRP3）、順式阿曲庫銨（Cisatracurium，CAC）和3，5，6-三氯-2-吡啶醇（3，5，6-trichloro-2-pyridinol，TCP）等均可調(diào)控睪丸間質(zhì)細(xì)胞中睪酮合成相關(guān)蛋白和CREB 磷酸化水平，進(jìn)而調(diào)控睪酮合成過程[22-24]。無論是在動(dòng)物體內(nèi)還是體外，cAMP/PKA 信號(hào)通路在睪酮合成過程中具有重要的調(diào)控作用。

2.2 PI3K/ AKT 信號(hào)通路 磷脂酰肌醇-3-激酶（Phosp hatidylinositol 3-kinase，PI3K）/絲蘇氨酸激酶（Serine threonine kinase，AKT）信號(hào)通路參與細(xì)胞周期、細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞代謝等多種生物過程[25]。LH/hCG 依賴于PI3K/AKT通路抑制間質(zhì)細(xì)胞中叉頭盒蛋白3（Forheadbox protein 3，F(xiàn)OXO3），促進(jìn)睪酮分泌[26]。Eid 等[27]研究也證實(shí)，PI3K/AKT 通路激活可上調(diào)StAR、3β-HSD 和17β-HSD表達(dá)，促進(jìn)睪丸類固醇生成，同時(shí)增加血清睪酮水平。與之相似的是，本實(shí)驗(yàn)室前期發(fā)現(xiàn)，抑制PI3K/AKT信號(hào)通路會(huì)抑制小鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞StAR、3β-HSD 和CYP11A1 的mRNA 和蛋白表達(dá)從而抑制睪酮的合成，甚至還可能會(huì)影響睪丸間質(zhì)細(xì)胞的凋亡[28]。這些結(jié)果證明了PI3K/AKT 信號(hào)通路可參與調(diào)控睪酮的合成過程。

2.3 MAPK 信號(hào)通路 絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen-Activated Protein Kinase，MAPK）信號(hào)通路由絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶構(gòu)成，其可將細(xì)胞外的信號(hào)刺激傳遞至細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)而調(diào)節(jié)生物過程[29]。研究發(fā)現(xiàn)，MAPK通路的主要成員c-Jun N 末端蛋白激酶（c-JUN NH2-Teminal Protein Kinase，JNK）和p38 絲裂原活化蛋白激酶（p38 Mitogen-Activated Protein Kinase，p38 MAPK）均可調(diào)控睪酮合成的過程，但它們對(duì)睪酮合成的具體作用存在爭(zhēng)議[30]。Jing 等[31]指出，小鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞中的p38 MAPK 的磷酸化水平降低，抑制了StAR、CYP11A1 和3β-HSD 表達(dá)和睪酮合成；但Adedara 等[32]在大鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞中添加黃曲霉毒素B1發(fā)現(xiàn)p38MAPK 磷酸化水平升高，StAR、3β-HSD 和CYP11A1表達(dá)降低，睪酮合成受到抑制。Han 等[33]在鎳的誘導(dǎo)下大鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞內(nèi)檢測(cè)到p38 MAPK 和JNK 的磷酸化水平升高，StAR、CYP11A1、3β-HSD、CYP17A1和17β-HSD 的表達(dá)水平降低，睪酮合成受到抑制；而Sokanovic 等[34]研究指出，在大鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞中，JNK 可通過抑制磷酸二酯酶5（PDE5）促進(jìn)睪酮合成。雖然這些研究沒有明確MAPK 信號(hào)通路對(duì)睪酮合成的具體作用，但可以確定的是MAPK 信號(hào)通路對(duì)睪酮合成的調(diào)控是通過睪酮合成的關(guān)鍵酶StAR、CYP11A1 和3β-HSD 實(shí)現(xiàn)的。

3 細(xì)胞因子的調(diào)控作用

細(xì)胞因子由多種組織細(xì)胞合成和分泌，主要分為生長(zhǎng)因子、白細(xì)胞介素和干擾素等。睪酮合成過程中，睪丸間質(zhì)細(xì)胞中的一些生長(zhǎng)因子參與其中，如血小板衍生生長(zhǎng)因子（Platelet Derived Growth Factor，PDGF）和沙漠刺猬因子（Desert Hedgehog Factor，DHH），在影響睪丸間質(zhì)細(xì)胞增殖、分化的同時(shí)還可影響睪酮合成[35-36]。纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（Fibroblast Grow Factors，F(xiàn)GF9）和胰島素生長(zhǎng)因子I（Insulin-like Growth Factors，IGF-I）也可通過影響3β-HSD、CYP11A1 和CYP17A1的表達(dá)調(diào)控睪酮的合成[37-38]。其他的一些細(xì)胞因子，如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（Cytokine Transforming Growth Factorβ，TGF-β）、腫瘤壞死因子（Tumor Necrosis Factorα，TNFα）、白介素-1（Interleukin 1，IL-1）和白介素-6（Interleukin 6，IL-6）等也參與調(diào)控睪酮合成過程，其作用機(jī)制可能與睪丸間質(zhì)細(xì)胞的狀態(tài)有關(guān)[39]。

4 轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控作用

轉(zhuǎn)錄因子是一種具有特殊結(jié)構(gòu)、行使調(diào)控基因表達(dá)功能的蛋白質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，一些轉(zhuǎn)錄因子可調(diào)控睪酮的合成過程，如肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2（Myocyte Enhancer Factor 2，MEF2）、GATA 結(jié)合蛋白4（Recombinant GATA Bindingprotein 4，GATA4）、核受體類固醇生成因子-1（Steroidogenic Factor-1，SF-1，NR5A1）和神經(jīng)生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)基因B（Nerve Growthfactor-Induced Gene B，NGFI-B，NR4A1，Nur77）等[39-40]。其中MEF2 是最近在睪丸間質(zhì)細(xì)胞中鑒定的轉(zhuǎn)錄因子，通過調(diào)控StAR表達(dá)影響睪丸間質(zhì)細(xì)胞的睪酮合成[41]。GATA4 的磷酸化受到抑制可降低CYP11A1、CYP17A1 和3β-HSD 的表達(dá)，降低小鼠血清睪酮水平[42]。SF-1 可調(diào)控參與膽固醇運(yùn)輸?shù)牡鞍?，如StAR、SR-B Ⅰ和SCP2 等[43]，促進(jìn)睪酮合成相關(guān)酶StAR、CYP11A1、3β-HSD、CYP17A1 和17β-HSD 的表達(dá)，促進(jìn)睪酮合成[44]。Nur77 調(diào)節(jié)睪酮合成相關(guān)酶表達(dá)的機(jī)制與SF-1 相同[45]，而且其對(duì)StAR 表達(dá)的促進(jìn)作用比cAMP 對(duì)StAR 的促進(jìn)作用發(fā)生的更快[46]。

5 非編碼RNA 的調(diào)控作用

非編碼RNA 是指不編碼蛋白質(zhì)的RNA，主要包括小非編碼RNA（MicroRNA，miRNA）、長(zhǎng)鏈非編碼RNA（Long noncoding RNA，lncRNA）和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（Transfer RNA，tRNA）等。隨著大規(guī)模基因組技術(shù)和生物信息學(xué)分析的發(fā)展，越來越多的非編碼RNA 被鑒定出來。在睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮合成過程中，miRNA 發(fā)揮重要的調(diào)控作用。miR-29a、miR-29c、miR-142-3p、miR-451 和miR-335 均 受LH 的調(diào)節(jié)，并參與調(diào)節(jié)未成熟睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮合成的過程[47]。miRNA 也可直接調(diào)控cAMP/PKA 信號(hào)通路，調(diào)節(jié)睪酮合成的過程。如miR-142-3p 可通過抑制cAMP 的產(chǎn)生影響cAMP/PKA 信號(hào)級(jí)聯(lián)，最終抑制類固醇激素的合成[48]。miRNA 還可通過影響睪丸間質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的膽固醇含量調(diào)節(jié)睪酮合成。研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-125a 和miRNA-455 通過抑制睪丸間質(zhì)細(xì)胞中SR-BI 的表達(dá)和膽固醇酯（HDL-associated cholesteryl esters，HDLCEs）的選擇性攝取，參與睪酮合成過程[49]。lncRNA參與表觀遺傳調(diào)控、細(xì)胞周期調(diào)控和細(xì)胞分化調(diào)控等眾多生命活動(dòng)[50]。通過高通量測(cè)序發(fā)現(xiàn)，鎳處理之后大鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮的合成顯著降低，并且伴隨著372個(gè)發(fā)生顯著變化的lncRNA[51]。Yang 等[52]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNATCONS_01981470 可通過靶向調(diào)節(jié)CYP19A1調(diào)節(jié)類固醇激素的生物合成以及雄激素的代謝過程。另外，lncRNA LOC105607399 和LOC105610178 在維持睪酮合成中具有重要作用[53]。雖然，睪酮合成調(diào)控在非編碼RNA 中研究較少，但其調(diào)控過程都與cAMP/PKA 信號(hào)通路以及睪酮合成相關(guān)酶有關(guān)，這也為以后的研究提供思路。

圖2 睪酮的合成調(diào)控

6 結(jié)論與展望

睪酮合成主要受HPT 軸調(diào)控，通過分泌LH 促進(jìn)類固醇激素合成相關(guān)酶的表達(dá)調(diào)控睪酮的合成。cAMP/PKA、MAPK、PI3K/AKT 等多個(gè)通路、生長(zhǎng)因子、轉(zhuǎn)錄因子和非編碼RNA 等參與這一過程。但到目前為止，發(fā)現(xiàn)的各種信號(hào)通路的靶點(diǎn)、轉(zhuǎn)錄因子的靶基因、轉(zhuǎn)錄因子之間的相互作用以及它們翻譯后修飾的作用機(jī)制仍然仍不明確，還需要深入研究睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮合成機(jī)制。揭示間質(zhì)細(xì)胞睪酮合成機(jī)制，不僅可為豐富動(dòng)物生殖內(nèi)分泌調(diào)控理論提供參考，也可為開發(fā)雄性動(dòng)物繁殖調(diào)控技術(shù)奠定基礎(chǔ)。