RLSZM.S2

Transcription

1 21 世纪高等医学院校教材 ( 供研究生用 ) 人类生殖学 主编史小林

2 内容简介近年来, 生殖医学的研究进展很快, 为了使教学适应于当前生殖医学的研究进展, 我们编写了这本枟人类生殖学枠教材 本教材主要由首都医科大学生殖医学研究中心和上海第二医科大学生殖医学中心的专家 教授共同编写 全书共设 13 章, 以生殖系统的基础知识为重点, 从形态 生理和病理的角度进行了较系统的论述 其内容包括人类性别决定 生殖功能的神经内分泌调控 性激素与性激素受体 生殖免疫 机体内分泌与生殖 不孕 避孕 生殖工程及常用的实验室技术等 本书资料新, 其中还包括编写人员近年来的研究成果 本书的读者对象主要是硕士研究生, 也可供从事 生殖医学 的科研人员和教学人员 有关的临床医师 计划生育 和 优生优育 的医务工作者等参考 图书在版编目 (CIP) 数据人类生殖学 / 史小林主编畅唱北京 : 科学出版社, 2001 畅 世纪高等医学院校教材 ( 供研究生用 ) ISBN 7 唱 03 唱 唱 6 Ⅰ 畅人 Ⅱ 畅史 Ⅲ 畅生殖医学唱研究生唱教材 Ⅳ 畅 R339 畅 2 中国版本图书馆 CIP 数据核字 (2001) 第 号 北京东黄城根北街 16 号邮政编码 : 出版 印刷 科学出版社发行 各地新华书店经销 倡 2001 年 10 月第 一 版 开本 : / 年 10 月第一次印刷 印张 : 25 1/2 印数 : 字数 : 定价 : 39 畅 90 元 ( 如有印装质量问题, 我社负责调换枙环伟枛 )

3 枟人类生殖学枠编写人员 主 编史小林 副主编王春年翁 静 编著者 ( 以姓氏笔画为序 ) 马唯王春年 王桂茹 史小林 朱继业李伟毅 吴明章 高惠宝 诸定寿翁 静 童明汉

4 前 言 生殖健康, 是 1994 年在埃及开罗召开的 世界人口与发展大会 (ICPD) 上通过的枟世界人口与发展大会行动纲领枠后, 被正式提出的 生殖健康 是贯穿终生的一系列状态 事件和过程 世界卫生组织对 生殖健康 的定义是 : 人类生殖过程处于在体格上, 精神上和社会上完全健康的状态, 而不仅是没有生殖过程的疾病和失常 国际上 生殖健康 的概念一般包括人类生育 不育和节育 ; 围生和婴幼儿的卫生保健 ; 防治性传播疾病 ; 预防性优生等范畴 近年来由于青春期明显提前, 性教育问题也日益受到重视 由此可以概括为 生殖系统及其功能和其所涉及的一切 就是 生殖健康 的内容 生殖医学的基本任务是实行 计划生育 和维护人类的 生殖健康 在生殖医学学科中, 除妇产科 男科学外, 相继产生了生殖形态学, 生殖生物学, 生殖生理学, 生殖内分泌学, 生殖免疫学, 生殖病理生理学, 生殖药理学, 生殖毒理学, 生殖工程学, 围生医学, 妇幼保健和妇幼卫生学, 性医学等众多学科, 此外, 还有与遗传优生有关的学科, 说明生殖医学的内容在深度和广度上都在不断地扩展 在科学事业发展中, 往往在高度分化中又实现高度结合 生殖医学贯穿于各有关学科之间, 促进相互间的联系和渗透, 围绕生殖系统 生殖机能 生殖卫生 生殖健康等有关问题而开展的活动已成为新的趋势, 并成为了一门非常重要的学科 相对任何其他学科, 社会 心理和生理因素在生殖健康中的相互联系也许更为紧密 20 世纪 60 年代, 国际上建立了生殖医学学科 当前世界卫生组织大力倡导 生殖健康, 进一步使生殖医学和生殖健康成为国际性关注的领域 有专家预言, 21 世纪 生殖健康 的研究将与生物工程 电子网络成为世界三大热门课题 在这一形势下, 本教材的编者, 首都医科大学和上海第二医科大学从事生殖医学研究多年的教授们, 为医学生, 特别是将从事或正在从事与生殖医学研究有关的硕士研究生编写了这本枟人类生殖学枠教材, 本教材以生殖医学的基础理论为重点, 加入了部分临床和研究技术等内容, 希望这本教材能有助于生殖医学专业的研究者和医务工作者的学习与工作 限于能力与时间的关系, 本教材未能收集更广泛的资料, 尚望见谅 史小林 2001 年 7 月 i

5 目 录 前言 第一章男性生殖系统的结构与功能 1 第一节男性生殖系统的功能解剖学 1 一 睾丸 1 二 生殖管道 13 三 附性腺 18 第二节精子发生 成熟及其调节 19 一 精子发生及其调节 19 二 精子成熟及其调节 29 第三节精液 32 第二章女性生殖系统 34 第一节女性生殖系统的结构与功能 34 一 卵巢 34 二 输卵管 39 三 子宫 41 四 阴道 47 五 外生殖器 48 第二节妊娠 48 一 精卵运行与精子获能 48 二 透明带 55 三 受精与着床 57 四 胎盘激素 65 附文 71 一 细胞因子 生长因子和黏着蛋白在着 床中作用的研究近况 71 二 滋养层发育和机能分化与黏附因子及 细胞因子 77 三 胚泡的发育及着床期与子宫内膜的相 互作用 83 第三章性别决定与分化 88 第一节性别决定及调控 88 一 染色体性别的调控 89 二 表现型性别的调控 89 第二节性别分化 97 一 原始生殖腺的形成与分化 97 二 睾丸分化 98 三 卵巢的分化 102 四 生殖管道的分化 103 五 外生殖器分化 104 第三节性别分化异常 104 一 雄激素合成障碍 105 二 雄激素不敏感综合征 106 三 5α 唱还原酶缺乏 107 四 M IS 异常 109 五 睾丸对人绒毛膜促性腺激素 (hcg) 与 黄体生成素 (LH) 不反应 109 六 母亲孕期服用含雄激素类药物 109 第四章生殖功能的神经内分泌调节 110 第一节神经内分泌调节的概念 110 一 神经分泌细胞的性质 110 二 神经内分泌调节的方式 111 三 下丘脑唱垂体唱性腺轴的概念 114 第二节下丘脑唱垂体 114 一 下丘脑和垂体的关系 114 二 下丘脑对垂体促性腺激素的调节 117 第三节 中枢神经系统对下丘脑唱垂体 活动的调节 118 一 中枢神经系统对 GT H 释放的调节 119 二 中枢神经系统对 PRL 释放的调节 120 三 垂体激素的相互调节 121 第四节睾丸的功能与调节 121 一 精子的发生与调控 121 二 支持细胞的功能与调控 123 三 Leydig 细胞的功能与调控 124 四 睾丸对下丘脑和垂体的反馈作用 137 第五节卵巢功能的调节 138 i

6 iv 人类生殖学 一 卵子生成的调节 138 二 卵巢甾体激素分泌的调节 141 三 卵巢激素对促性腺激素分泌的反馈 调节 145 第五章性激素与性激素受体 147 第一节性激素 148 一 甾体激素的一般特性 148 二 甾体激素的生化与生理作用 151 第二节性激素受体 158 一 激素受体的基本概念 158 二 激素受体 159 第六章生殖免疫 168 第一节免疫的基本概念和免疫系统 168 一 免疫器官 168 二 免疫细胞 170 三 免疫分子 174 第二节男性生殖与免疫 177 一 睾丸与免疫 177 二 血附睾屏障和黏膜屏障 179 三 免疫细胞 179 四 免疫球蛋白 180 五 细胞因子 181 第三节精浆免疫抑制因子 183 一 精浆的免疫抑制作用 183 二 精浆免疫抑制因子特性 184 三 精浆免疫抑制因子的作用机制 186 四 精浆免疫抑制因子的生理和病理 187 第四节男性不育与免疫 188 一 人精子抗原 188 二 抗精子抗体 190 三 抗精子抗体与男性不育 192 四 抗精子抗体的测定及临床意义 193 第五节女性生殖与免疫 194 一 女性生殖道的免疫保护机制 195 二 精子在女性生殖道免遭攻击的机制 196 三 女性不孕与免疫 196 四 习惯性流产与免疫异常 197 第七章机体内分泌与生殖 200 第一节生殖器官的发育 200 一 性激素与生殖器官的发育 200 二 机体内分泌腺的发育 201 第二节 机体内分泌腺功能异常对生殖 的影响 203 一 肾上腺皮质与生殖 203 二 甲状腺与生殖功能 207 三 松果体与生殖 210 第三节内分泌异常对生殖的影响 214 一 高雄激素血症 214 二 高催乳素血症 220 第八章避孕 224 第一节女性避孕 224 一 避孕药 224 二 避孕针剂 248 三 皮下埋植剂 251 四 避孕工具 253 五 自然避孕法 263 第二节男性避孕 269 一 避孕套避孕 269 二 体外排精避孕法 272 三 会阴尿道压迫避孕法 272 四 外用杀精子药物避孕法 273 第九章不孕症 275 第一节女性不孕 276 一 病因 276 二 不孕症检查 284 三 不孕症治疗 285 第二节男性不育 288 一 病因 288 二 不育症检查及治疗 290 第十章生殖工程 293 第一节试管婴儿的培育方法 293 一 常规 试管婴儿 培养技术 293 二 显微授精 299 三 着床前遗传病诊断技术 302 四 传统 IVF 唱 ET 基础上衍生的技术 303 五 未成熟卵的体外成熟 303 第二节人工授精 306 一 适用的范围 306 二 人工授精的治疗程序 306 第三节 精子 卵子和胚胎的冷冻 保存 308

7 目录 v 一 精子的冷冻保存 308 二 胚胎和卵子的冷藏技术 309 第四节转基因动物技术的简介 309 一 转移系统的构成 310 二 技术方法 310 第五节动物克隆技术 ( 细胞核移植 ) 概述 311 一 概述 311 二 哺乳动物细胞核移植 ( 克隆 ) 的方法 313 附文有关干细胞 (stem cell) 315 一 小鼠胚胎干细胞的分离培养 315 二 胚胎干细胞的生物学特性与鉴定 316 三 干细胞系 317 第十一章性与生殖健康 319 第一节性生理学 319 一 性成熟的表现 319 二 性行为与性反应 321 三 性功能障碍 326 第二节性心理学 327 一 性意识的发展 327 二 恋爱与婚姻 330 三 性心理的调整与治疗 334 第三节性社会学 336 一 性行为的功能 336 二 性行为与健康 337 三 青少年的性行为 341 第四节人类的优生 343 一 遗传学 343 二 畸形学 344 三 环境学 345 第十二章细胞凋亡与生殖 347 第一节研究简史 347 一 一般历史过程 347 二 细胞凋亡的生物学意义 348 第二节细胞凋亡的应用远景 349 一 细胞凋亡与机体稳态 349 二 细胞凋亡与疾病 349 三 肿瘤细胞凋亡的研究 350 四 药物研制开发与细胞凋亡 351 第三节凋亡细胞 352 一 形态学特征 352 二 生化特征 354 三 蛋白酶在细胞凋亡中的作用 355 四 胞浆 Ca 2+ 与细胞凋亡 355 五 胞浆 ph 的变化及其对细胞凋亡的 调控 356 六 线粒体与细胞凋亡 356 第四节女性生殖与细胞凋亡 357 一 女性生殖系统 357 二 黄体细胞凋亡与黄体萎缩 359 三 妇科恶性肿瘤与细胞凋亡 360 第十三章生殖医学的实验技术 363 一 精子染色技术 363 二 精浆生化及微量元素的测定 364 三 精子功能的检测 367 四 精液免疫学检测 368 五 精子表面标志的检测 370 六 精子处理技术 370 附录 376 一 精子染色技术 376 二 精浆生化及微量元素的测定 378 三 精子功能的检测 383 四 精液免疫学检测 385 五 精子表面标志的检测 388 六 精子处理技术 388

8 第一章 男性生殖系统的结构与功能 第一节 男性生殖系统的功能解剖学 一 睾丸 ( 一 ) 睾丸的解剖结构 睾丸 (testis) 左右各一, 呈卵圆形, 位于阴囊中 成人的睾丸长约 4 畅 5cm, 宽约 2 畅 5cm, 厚约 3 畅 0cm, 重约 12g 睾丸大小有一定的个体差异 睾丸表面包以睾丸被膜, 包括鞘膜脏层 白膜和血管膜三部分 鞘膜脏层是睾丸被膜的最外层, 很薄, 为浆膜 它与贴附于阴囊壁的鞘膜壁层之间有一很狭小的鞘膜腔, 正常时, 鞘膜腔内有少量液体, 称鞘膜液 鞘膜液具润滑睾丸 减少睾丸活动时的摩擦作用 白膜较厚, 由致密结缔组织构成, 含有大量的胶原纤维和少量的成纤维细胞 人类白膜有成层分布的平滑肌纤维 白膜在睾丸后缘增厚形成睾丸纵隔 睾丸纵隔形成系列的小隔伸入睾丸实质, 将睾丸实质分成 200~300 个锥形睾丸小叶, 每个睾丸小叶含有 1~4 条高度弯曲的生精小管 生精小管在近睾丸纵隔处汇合成短而直的直精小管 直精小管进入睾丸纵隔相互吻合, 形成睾丸网, 最后与输出小管相连通 生精小管之间的疏松结缔组织为睾丸间质, 含有能分泌雄激素的间质细胞 血管膜是睾丸被膜的最内层, 薄而疏松, 与睾丸实质紧密相连, 并深入至生精小管之间, 难以与睾丸实质剥离 睾丸被膜有支持和容纳睾丸实质的作用 在人类, 睾丸被膜有节律的收缩和舒张对睾丸实质有按摩作用, 并增加睾丸内压, 促使睾丸精子向附睾排放 睾丸被膜的舒缩与神经和温度刺激 前列腺素以及钙离子相关 睾丸血供来自于睾丸动脉, 而睾丸动脉血供主要来源于精索内动脉和输精管动脉, 睾丸动脉从睾丸后缘进入睾丸后反复分支 ; 有的通过睾丸纵隔进入睾丸小隔, 有的通过白膜和血管膜进入睾丸小隔, 然后进入睾丸小叶的间质并形成毛细血管网, 分布于生精小管周围, 继而先后汇合成管间静脉, 白膜静脉和睾丸静脉, 最后形成蔓状静脉丛 睾丸静脉表浅, 位于阴囊皮下, 因此返回至蔓状静脉丛的静脉血 1

9 2 人类生殖学 温度接近于阴囊表面温度 蔓状静脉 丛与细长弯曲的精索内动脉关系密 切, 血流在精索内动脉时进行了逆行 性热交换, 降低了动脉血温度 而睾丸 动脉血流速度缓慢, 使到达睾丸的动 脉血温度更有明显降低 阴囊皮肤菲薄, 缺少皮下脂肪, 并 有一层平滑肌, 称肉膜 阴囊皮肤还富 含温度感受器, 可对周围环境温度的 变化作出积极的应答 当受到冷刺激 时, 平滑肌收缩, 阴囊皮肤形成皱褶, 阴囊体积减小, 散热减少 当受到热刺 激时, 平滑肌舒张, 阴囊皮肤伸长, 有 利于散热 同时, 阴囊血供丰富, 并富 含汗腺, 温度增高时, 阴囊皮肤汗腺汗 液排出量增加, 增加散热 由于睾丸血管及阴囊形态结构的 上述一系列特点, 使阴囊温度低于体 温 3 以上, 睾丸温度也明显低于体 温 这是保证正常精子发生的重要条 件之一 ( 图 1 唱 1) ( 二 ) 生精小管 成人的生精小管 (seminiferous 图 1 唱 1 睾丸 tubule ) 长 30 ~ 80 cm, 直径 150 ~ 250nm 两侧睾丸的生精小管总长度约 500~600m 左右 生精小管由界膜围绕, 管 壁上皮由两类结构和功能不同的细胞组成, 一类是生精细胞, 包括精原细胞 初级 精母细胞 次级精母细胞 精子细胞及精子 ; 另一类是支持细胞 1 畅生精小管界膜 生精小管界膜, 也称固有层 管周组织 管周层或边界组织 人类生精小管界膜 可分三层 : 内层为基膜, 其厚度呈年龄性递增 基膜向内贴附于支持细胞和精原细 胞基底部, 有时可见基膜形成的结节状突起伸入生精上皮 基膜主要含有层粘连蛋 白 Ⅳ 型胶原蛋白 硫酸肝素类糖胺多糖等, 邻近肌样细胞的基膜还含有纤维蛋白 和 Ⅰ 型胶原蛋白 中层为肌样细胞层 肌样细胞呈扁长形, 胞质含有两种细丝, 为肌 动蛋白或类肌动蛋白样物质 基膜层的主要成分由支持细胞和肌样细胞共同分泌 形成 界膜的最外层是淋巴样内皮细胞层 在界膜中还存在少量的巨噬细胞和肥大 细胞 生精小管的界膜有一系列重要功能 :

10 第一章 男性生殖系统的结构与功能 3 (1) 界膜是生精上皮和睾丸间质进行物质交换的通道, 是构成血睾屏障的组成部分, 对正常精子发生起重要作用 (2) 基膜的细胞外基质对支持细胞的分化 正常形态结构维持 细胞间紧密连接的形成以及正常功能的行使具有重要调节作用 ; 基膜的细胞外基质还能储存生长因子, 这些生长因子在精子发生和雄激素合成过程中发挥调节作用 (3) 肌样细胞能够收缩, 有助于精子向附睾方向输送 ; 如果肌样细胞功能受损, 界膜可能发生病理性增厚 (4) 肌样细胞有旁分泌和自分泌功能 它分泌的肌样细胞刺激支持细胞因子 (peritubular modifees sertoli, 简称 PM ods) 对支持细胞合成 分泌 A BP 运铁蛋白具有强烈的刺激作用, 分泌的其他生长因子如 T GFα T GFβ IGF 唱 1 等和睾丸其他细胞分泌的生长因子, 共同构成了一复杂的生长因子网络, 对睾丸的功能起局部调节作用 2 畅支持细胞 (1) 支持细胞的形态结构 :1865 年, 德国人 Enricol Sertoli 首先描述了支持细胞, 故支持细胞又称 Sertoli 细胞 在光镜下, 支持细胞轮廓不清, 核不规则, 染色浅, 核仁明显 在电镜下, 支持细胞呈高度不规则的圆柱形, 其基部紧贴生精小管基膜, 顶部突向生精小管腔面, 侧面和管腔面有许多不规则凹陷, 其内镶嵌着各级生精细胞, 每个支持细胞大约能与 47 个处于不同发育阶段的生精细胞相接触 支持细胞核大, 多呈细长形, 与细胞长轴方向相一致, 细胞核多位于细胞基底部, 有的核凹陷深, 呈分叶状, 核膜有较多的皱褶 核孔多, 核质呈均质状, 染色质稀疏, 核仁发达 人支持细胞的核仁为复合体结构, 由中间的核仁网和两侧致密的核旁小体组成 核仁网, 呈 Feulgen 反应阴性 ; 核旁小体, 呈 Feulgen 反应阳性 支持细胞胞质电子密度高于生精细胞, 但不同的支持细胞也有差异, 因而有人根据胞质电子密度的高低, 将支持细胞分为 暗型 和 亮型 两种, 其确切意义尚不清楚, 可能与细胞的不同功能状态有关 暗型支持细胞在细胞增殖期多见, 被认为是增殖型细胞, 也有人认为暗型支持细胞是一种变性细胞 支持细胞胞质内基质致密, 线粒体多而细长 高尔基体发达, 位于核旁, 由一些平行扁平囊及小囊泡组成 粗面内质网丰富, 多分布于细胞基底部, 呈管状 滑面内质网尤其丰富, 在细胞基部, 滑面内质网常聚集于脂滴周围, 形成多个同心圆状的内质网结构, 称为环行板层结构 ; 在围绕精子顶体的支持细胞顶部胞质中, 滑面内质网平行排列, 形成表面小池, 可能与精子的释放有关 致密小体多见, 并有膜包裹, 形态大小各异, 可能是溶酶体 自噬体和异噬体 细胞质中还有许多微丝 微管 微丝和微管是细胞骨架, 与支持细胞的运动及形态维持有关, 并参与支持细胞的信号传导 人支持细胞胞质内还有两种不同的晶体 :L ubarsch 晶体和 Spangaro 晶体, 前者较大, 长 10~25nm, 宽 2~3nm ; 后者较小, 长约 1 畅 5nm, 宽约 1nm 晶体的功能目前仍不清楚 支持细胞顶部胞质中常常可见吞噬的精子残余体, 基部胞质中有脂滴 糖原等内含物 其含量与支持细胞的功能状态有关, 部分脂滴可能是吞噬的残余体分解产物 ( 图 1 唱 2)

11 4 人类生殖学 图 1 唱 2 支持细胞超微结构模式图 (2) 支持细胞的发育和成熟 : 支持细胞有一发育与成熟的过程 青春期前的支持细胞属未成熟型 未成熟型支持细胞有 Sf 型 Sa 型和 Sb 型三种 Sf 型为胚胎型支持细胞, 一般在出生后 2 周转化为 Sa 型 1 岁后,Sa 型转化为 Sb 型 至青春期, 随着生精小管管腔的出现,Sb 型细胞转化为 Sc 型, 即成熟型支持细胞 未成熟型支持细胞呈立方形或矮柱状, 核卵圆形, 有 1~3 个, 凹陷少, 界浅, 核仁呈核仁网状或致密体, 但未形成核仁复合体结构 ; 内质网不丰富, 未出现晶体结构 ; 相邻的支持细胞未形成连接复合体, 仅为结构简单的指状镶嵌 未成熟型支持细胞具有较强的吞噬能力, 并能抑制精原细胞完成减数分裂 至青春期, 支持细胞发生一系列成熟变化, 出现了具有特征性的形态结构, 使睾酮转化为雌激素的芳香化酶逐渐减少 ; FSH 受体逐渐增多, 并开始具有合成雌激素结合蛋白运铁蛋白的能力 成熟型支持细胞无分裂能力 (3) 支持细胞的功能 1) 支持细胞参与形成血睾屏障 ( 血唱生精屏障 ), 创造了相对稳定的生精内环境 相邻的支持细胞在近基底面形成了紧密连接和缝隙连接的连接复合体, 对组织液有选择性通透作用, 构成了血睾屏障的重要组成部分 电镜观察显示, 在支持细胞紧密连接的两侧胞质中存在着与粗面内质网相连续的内质网池, 称表面下池 (subsurface cisternae), 表面下池和紧密连接的胞膜之间有大量相互平行的微丝束, 紧密连接 微丝束和表面下池形成了一外形似 三明治 的结构 支持细胞的连接复合体将生精上皮分隔成基底小室和连腔小室两部分 ; 也有人认为将生精上皮分为基底小室 中间小室和连腔小室三部分 基底小室位于基膜和支持细胞的连接复合体之间, 精原细胞和细线前期精母细胞位于其中 ; 连腔小室内有正在发育的其他各级生精细胞 ( 图 1 唱 3) 基底小室和连腔小室内的微环境是不同的, 血循环和淋巴循环中的一些物质可能通过睾丸间质的结缔组织和生精小管的界膜, 进入基底小室, 与其中的生精细

12 第一章 男性生殖系统的结构与功能 5 图 1 唱 3 血睾屏障示意图 胞相接触, 但为支持细胞的连接复合体所阻挡, 不能进入连腔小室 所以, 连腔小室与血循环和淋巴循环是分隔开的, 这保证了连腔小室内精母细胞的成熟分裂和精子细胞的变态在稳定的微环境中进行, 免受循环中有害物质的损害 由于血睾屏障的存在, 使基底小室和连腔小室之间维持着一定渗透压梯度, 这有利于生精上皮产生的液体向管腔方向排泌 同时, 血睾屏障也是有效的免疫屏障 发育中的精母细胞 精子细胞和精子具有特异的自身抗原, 正常情况下的血睾屏障阻止这些特异性抗原与机体的免疫系统相接触, 因而不会发生免疫反应 即使生殖管道远端的屏障受到破坏, 机体对精子抗原发生了自身致敏而产生抗精子抗体, 但是循环中的抗精子抗体也不能通过血睾屏障进入连腔小室, 故而不能与发育中的生精细胞发生免疫反应 临床上也发现了一些男性血循环中存在抗精子抗体, 但他们仍具有生育力 2) 支持细胞有支持生精细胞和促进生精细胞转位及精子释放的作用 支持细胞是各级生精细胞的支架, 支持细胞结构和位置的变化可以影响生精细胞的排列规律和正常发育 支持细胞与各级生精细胞之间形成的连接结构, 可能是机体内细胞之间最为复杂的连接 支持细胞不但与生精细胞形成桥粒 缝隙连接 连接复合体, 而且各自还能形成一些与对方密切相关的特化性结构 如 : 在围绕精子细胞顶体和精母细胞的支持细胞形成了一种胞浆特化性复合体 (ectoplasmia spec 唱 ialization), 它由肌动蛋白丝组成, 连接胞膜和内质网池 ; 伸入支持细胞凹陷的一些

13 6 人类生殖学 精子细胞浆内形成了管泡状结构 ; 此外, 还有支持细胞隆突 (sertoli cell processes) 精子细胞隆突 (spermatids processes) 和精子残余体 (residual bodies), 这些特化结构参与了支持细胞和生精细胞之间的连接 物质转运和信号传导 并且与支持细胞结构一样, 这些特化结构也随着生精周期而呈现相应的变化 大量研究证实, 支持细胞的数目及其正常结构和功能, 在很大程度上决定了一种动物或某个个体的生精效率 精细胞转位包括精子释放于生精小管管腔, 都是在支持细胞作用下完成的 重要依据有 :1 精子释放是不同因子直接作用于支持细胞的结果 ;2 支持细胞能合成分泌纤溶酶原激活因子和其他蛋白水解酶, 精母细胞进入连腔小室, 精子细胞移位和精子释放都需要这些蛋白水解酶 ;3 生精细胞的运动与自身无关, 但依赖于支持细胞骨架系统的完整 ;4 支持细胞隆突和胞浆特化复合体参与了生精细胞转位和精子释放 ( 图 1 唱 4) 图 1 唱 4 精子排放过程示意图 3) 支持细胞有旺盛的分泌功能 随着分子生物学的进展和支持细胞体外培养体系的完善, 对支持细胞的分泌功能有了更广泛的了解, 除了生精小管管腔液主要由支持细胞分泌外, 支持细胞还能分泌多种物质, 按照其功能, 可粗略归为以下几类 : a. 转运蛋白类 : 雄激素结合蛋白 (androgen binding protein,a BP) 运铁蛋白 (transferrin) 铜蓝蛋白(cerula plasmin) 维生素结合蛋白 硫酸糖蛋白 1 和硫酸糖蛋白 2 γ 唱谷氨酰转移酶等属于此类 A BP 与睾酮 脱氢睾酮有高亲和力, 与雄激素结合后, 可维持生精小管内雄激素的高浓度, 形成有利于生精细胞分化 成熟的内环境 同时, 它随睾丸液流向附睾, 对附睾结构和功能的正常维持有重要意义 而运铁蛋白 铜蓝蛋白 维生素结合蛋白 硫酸糖蛋白 1 和硫酸糖蛋白 2 及 γ 唱谷氨酰转移酶分别可转运 Fe 2+ /Fe 3+ Cu 2+ 维生素 脂类及氨基酸至生精细胞, 参与精子发生 b. 调节蛋白类 : 中肾旁管抑制物质 (mullerian 唱 inhibiting substance,m IS) 是胚胎早期支持细胞分泌的一种蛋白质, 它能使中肾旁管退化消失, 参与性别分化 成熟型支持细胞能分泌一种分子量为 80kDa 的间质细胞激活蛋白, 可促进间质细胞

14 第一章 男性生殖系统的结构与功能 7 的功能 c. 生长因子类 : 抑制素 (inhibin) 激活素(activin) 转化生长因子 α(t GFα 转化生长因子 β(t GFβ) 胰岛素样生长因子 1(IGF 唱 1) 白介素唱 1(IL 唱 1) 等, 这些生长因子与睾丸其他细胞分泌的生长因子, 构成了一睾丸局部生长因子网络 d. 其他 : 参与构成生精小管基膜的层粘连蛋白 Ⅳ 型胶原蛋白 enactin 和硫酸肝素类糖胺多糖 ; 与支持细胞间 支持细胞与生精细胞间连接有关的细胞黏附分子 ; 参与基膜更新及支持细胞连接复合体开放和关闭的纤溶酶原激活子和抑制子 ; 以及雌激素和可渗透的甾体类物质 4) 支持细胞有营养生精细胞的作用 因为血睾屏障的存在, 连腔小室内生精细胞正常发育所需的营养物质和代谢废物的排出, 都必须通过支持细胞转运 生精细胞发育过程中的能源物质如丙酮酸盐 乳酸盐, 是支持细胞生成, 并通过支持细胞与生精细胞之间的桥粒 缝隙连接供给的 而 Fe 2+ /Fe 3+ Cu 2+ 氨基酸 脂类和各种维生素营养物质也都由支持细胞产生的相应转运蛋白输送给生精细胞 精子发生过程中, 大量变性或凋亡图 1 唱 5 支持细胞吞噬功能示意图的生精细胞 变态时形成的大量残余体 代谢废物, 多数都可被支持细胞吞噬 吞饮, 而加以消化 ( 图 1 唱 5) 5) 支持细胞有免疫屏障功能 支持细胞能表达 FasL, 并有膜结合型和分泌型两种存在形式 FasL 结合于侵入的免疫细胞膜上 Fas 受体, 诱导免疫细胞凋亡 所以支持细胞是睾丸作为免疫豁免 (immune privilege) 的重要物质基础 3 畅生精细胞生精细胞 (spermatogenic cell) 包括精原细胞 初级精母细胞 次级精母细胞 精子细胞和精子 青春期启动之前, 生精上皮只有支持细胞和精原细胞, 其他生精细胞缺如 ; 青春期启动之后, 生精细胞不断增殖 分化, 形成精子, 生精上皮中可见各级生精细胞 将精原细胞增殖 精母细胞减数分裂到精子形成的连续发育过程, 称为精子发生 (spermatogenesis)( 图 1 唱 6) (1) 精原细胞 (spermatogenium ): 精原细胞是成熟睾丸中最幼稚的生精细胞, 位于基底小室, 贴附于生精上皮基膜 根据精原细胞核的形态 大小, 染色质的染色致密度, 核仁的位置及数量, 胞质中有无糖原等特点, 可将精原细胞分为三型 : 暗型精原细胞 A (dark type A,A d) 亮型精原细胞 A (pale type A,A p) 和 B 型精原细胞 (type B) A d 型精原细胞核呈圆形或卵圆形, 染色质呈细粒状, 染色深, 核中常有 1 ~2 个浅染区, 核仁明显, 胞质中有糖原 微管及由很多小管组成的 L ubarsch 晶体 每个小管的长度大约为 3μm, 相互平行, 并有致密物质相连形成片层状结构 A p 型

15 8 人类生殖学 图 1 唱 6 精子发生示意图 精原细胞大而圆, 核圆形, 染色质呈细颗粒状, 染色浅, 核膜处有 1~2 个核仁, 胞质中无糖原, 无微管, 无 L ubarsch 晶体, 在相邻的 A p 型精原细胞间有桥粒样结构 在 A d 型精原细胞中, 线粒体常成堆分布, 线粒体间有深染的电子致密物质连接 A p 型精原细胞线粒体单个或成双存在, 相互间有致密物质相连 B 型精原细胞为圆形, 与生精上皮基膜接触面较小, 有时仅有一个狭窄的胞质突起与其接触 核呈球形, 染色质呈细颗粒状, 大小各异, 沿核膜分布或附于核仁, 核仁不规则, 一般位于核中央, 线粒体分散在胞质中 (2) 精母细胞 (spermatocyte): 精母细胞位于生精上皮的中层, 分为近基底的初级精母细胞和近腔面的次级精母细胞 B 型精原细胞经过数次有丝分裂, 分化形成为初级精母细胞 ; 初级精母细胞经第一次成熟分裂, 形成两个次级精母细胞 初级精母细胞体积较大, 直径约 18μm, 染色体核型为 46,XY,DN A 含量为 4n, 细胞分裂期分为前 中 后和末期 初级精母细胞分裂前期的染色体变化十分复杂, 历时较长 因此, 前期依次可分为细线期 (lepotene ) 偶线期 (zygotene) 粗线期 (pachytene) 双线期(dipotene) 终变期(dlakinesis) 细线期的 DN A 已完成复制, 胞核的染色体呈细丝状, 每一条染色体均形成双股线 在偶线期, 来自两个亲本的同源染色体相互配对, 联结在一起, 叫联会 (synapsis) 联会的结果, 是每对同源染色体形成一双价体 (bivalent ) 或联合复合体 (synaptonemd complex ) 在电镜下, 双价体的两侧为两条平行的致密粗线, 中间为透亮的细丝, 呈三分体结构 粗线期的染色体经螺旋化渐为粗短, 每条染色体分裂成两条染色单体, 称二分体 这样, 每个二价体有 4 条染色单体, 称四分体 (tetrad): 每条染色体的两条染色单体称姐妹染色单体, 同源染色体的染色单体称非姐妹染色单体 两条非姐妹染色单体之间有时

16 第一章 男性生殖系统的结构与功能 9 存在部分交叉, 同源染色体之间发生了片断的互换, 具有重要的生物学意义 接着细胞进入双线期, 同源染色体之间相互排斥而分离, 但发生交叉的部位仍相连, 各染色体的交叉数目不一 至终变期, 染色体进一步螺旋化而更为粗短, 核仁 核膜消失 随后, 细胞分裂进入分裂中期, 各四分体排列于核中央, 形成赤道板, 纺锤丝与着丝粒相连 在分裂后期, 纺锤丝牵引每个四分体中的一个二分体, 随机平均移向细胞两极, 即同源染色体发生了分离, 但着丝粒并不分裂 ; 进入细胞分裂末期后, 各二分体移至细胞两极, 染色体解旋, 核仁 核膜重新出现, 分别形成两个细胞核, 胞体一分为二, 形成两个次级精母细胞 次级精母细胞的染色体数为 23 条,DN A 含量为 2n 次级精母细胞形成后, 经过或不经过短暂的细胞间期,DN A 不进行复制, 即进入第二次成熟分裂 第二次成熟分裂时, 各二分体的着丝粒分裂, 形成两条相当于染色体的单分体 (monad), 纺锤丝牵引单分体移向细胞两极, 形成两个细胞, 即精子细胞 由于第一次成熟分裂前期持续时间长, 所以在睾丸组织切片上可见到处于不同增殖阶段的初级精母细胞, 而次级精母细胞间期短, 甚至不存在间期, 迅即进行并完成第二次成熟分裂, 形成精子细胞, 故而睾丸组织切片中难以见到次级精母细胞 (3) 精子细胞 (spermatid): 精子细胞靠近管腔, 体积较小, 直径约 9μm, 为初级精母细胞的一半 核圆, 直径约 6μm, 相对较大, 位于细胞中央, 染色体致密 精子细胞染色体 23 条,DN A 含量为 1n 精子细胞不再分裂, 它经过一个结构复杂的变化过程, 由球形转变为蝌蚪形的精子, 该过程称为精子形成 (sperminogenesis) 或精子变态 在形态上 : 哺乳动物的精子形成一般可分为高尔基期 顶帽期 顶体期和成熟期 4 个时期 主要变化有 :1 核染色质极度浓缩, 核变长并移向细胞一侧, 形成精子头部 ;2 高尔基复合体形成顶体泡, 并逐渐增大, 凹陷为双层帽状覆盖于核的头侧, 成为顶体 (acrosome);3 中心粒迁移至核的尾侧, 发出轴丝, 随着轴丝长长, 精子细胞形成鞭毛 ;4 线粒体从膜下聚集于轴丝近侧端周围, 形成螺旋形的线粒体鞘 ;5 在精子核 顶体和轴丝周围仅存有薄层细胞质, 多余的细胞质形成残余体, 最后脱落, 为支持细胞所吞噬或吞饮 根据精子细胞核的形态变化, 可将精子细胞分为 4 种类型, 即 S a 型 S b 1 和 S b 2 型 S c 型 S d1 和 S d2 型 S a 型相当于高尔基期,S b1 和 S b2 型涉及到顶帽期和顶体期 ;S c 核进一步变长, 在核内出现电子致密颗粒, 散在分布, 核电子密度深, 但在核后区可较清亮 ;S d1 型染色质颗粒增粗, 体积变小,S d2 型已接近成熟, 染色质颗粒呈致密的团块 ( 图 1 唱 7) (4) 精子 (spermatozoon): 精子是一种高度分化的细胞 精子形成时, 大部分细胞器丢失, 核高度浓缩, 基因关闭, 基本上不表达蛋白质 精子中无核糖体 粗面内质网及高尔基体 正常精子形似蝌蚪, 全长 60μm 光镜下, 精子分为头 尾两部分 头部主要由核 顶体及后顶体鞘所组成 ; 尾部又称鞭毛, 在电镜下, 可看到分为中段 主段和末端, 在精子头 尾部之间为精子颈部 ( 图 1 唱 8) 1) 精子头部 : 正面观, 头部呈卵圆形, 侧面观呈梨形, 长 4~ 5μm, 宽 2 畅 5~ 3 畅 5μm 人精子核染色质呈细颗粒状, 不像其他哺乳动物成熟精子核的染色质致密

17 10 人类生殖学 图 1 唱 7 精子细胞的变态及精子细胞类型 均一 此外, 浓密的核染色质常有不规则的透亮区, 即核内空泡 核膜在形态上可分为三个不同区域 : 位于核前端的为前核膜或称核膜前区, 它覆盖核大部, 紧贴染色质并无核孔 核后端是后环或称横带 该部核膜与精子质膜相融合 后环尾侧, 核膜脱离核染色质, 形成皱褶, 并延伸至精子颈部, 该核膜称为过剩核膜 过剩核膜与核染色质之间有 40~50nm 的间距, 称核后间隙 过剩核膜有核孔, 孔上有隔膜, 内外层核膜增厚 靠近核膜外层有一连续的致密带, 称基底板 核膜皱褶反折至核基部形成凹陷, 即附着凹, 为精子尾部固着头部之处 人精子核富含精氨酸的核蛋白, 并富含二硫键, 这更有利于精子核的稳定和抗有害因子能力 精子顶体由单层膜包绕, 近精子质膜为顶体外膜, 与核膜相邻接的称为顶体内膜, 两者之间有 20nm 的顶体下间隙 顶体内 外之间, 充满着均质状 电子密度中等的顶体内容物, 主要为酶系, 如顶体素 透明质酸酶 放射冠分散酶 酸性磷酸酶等多种蛋白质和基质水解酶 在精子穿透放射冠和透明带时发挥重要作用 精子头部的后顶体鞘为顶体后缘与后环之间细胞质特化薄层致密带结构, 间

18 第一章 男性生殖系统的结构与功能 11 图 1 唱 8 精子断面的模式图 断性伸向精子膜内侧面, 使精子膜增厚 根据其形态不同, 可分为前区 后区 前区有横纹 细小而有间隔 ; 后区均质 在受精过程中, 卵细胞膜特异性识别并结合于后顶体鞘相应部位的精子膜 后顶体鞘缺乏或破坏, 可能影响该区域的精子膜, 以致影响精卵识别, 从而导致男性不育 2) 精子鞭毛 : 由贯穿鞭毛全长的 微管的轴丝 直接包绕轴丝的 9 条外周致密纤维和位于鞭毛主段高度特化的纤维鞘所组成 而为精子功能活动提供能量的线粒体集中而有序地排列于鞭毛中段的线粒体鞘 鞭毛轴丝微管滑动可使精子产生运动 外周致密纤维 纤维鞘都含有丰富的蛋白质, 并富含二硫键及 Zn 2+, 使二者都具有特殊刚性, 对精子有支持 保护作用, 并可能对精子前向运动有一定影响力 有人报道, 外周致密纤维有 A T P 酶活性区, 提示它可能有收缩功能 纤维鞘的特殊附着, 可以改变鞭毛的肋柱间隙, 使鞭毛产生某种弯曲及摆动 若微管缺失 移位, 外周致密纤维 纤维鞘排列无序 无规则增生, 都会使精子失去运动能力 精子鞭毛中段和主段之间有一环形结构, 称为终环, 它是中 主段的分界标志 终环结构与电子密度相似于纤维鞘 精子终环附着于精子膜, 精子运动时, 终环能防止线粒体滑向尾端 精子膜也为液态镶嵌脂质双分子层结构 构成精子膜的膜脂主要有磷脂 中性脂和糖脂三部分 其中, 膜脂以磷脂含量最高, 占总脂的 70%, 磷脂主要有磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺 ; 中性脂主要为甾醇 脂肪酸 而精子膜的蛋白种类繁多, 与膜脂

19 12 人类生殖学 及糖类结合形成脂蛋白和糖蛋白 膜蛋白是实现精子功能的最主要物质 精子膜存 在大量的凝集素受体, 精子膜的生化特征也有显著的区域性差异 通常情况下, 大部分精子膜表面较光滑, 没有粗大颗粒, 但近顶体部分, 则比较 粗糙, 主要是精子膜糖蛋白附着了一些细胞衣成分 精子膜表面有一系列标志, 一 条环状沟将精子头部分成不均等的两部分, 即顶体区及顶体后区 顶体区表面不光 滑, 有凹陷, 也有小颗粒, 并有一条细线, 这条细线将顶体区分为顶体前区及赤道 部 精子顶体后区呈扁平的圆锥形, 被后环分成两部分 在顶体后区前半部分, 有两 条体积相等的后环, 紧靠顶体的一条后环崎岖不平, 这两条后环相当于顶体后板带 区 生精上皮产生的精子释放入生精小管腔, 再由直精小管 睾丸网进入附睾 由 睾丸释放的精子还不具有运动和受精能力, 需要经过附睾成熟, 才能获得运动和受 精能力 4 畅血睾屏障 广义的血睾屏障由毛细血管管壁 睾丸间质内的结缔组织 生精小管的界膜和 支持细胞间的连接复合体四部分组成 狭义的血睾屏障指支持细胞间的连接复合 体 血睾屏障对维持正常生精微环境具有关键性作用 详见前述 ( 三 ) 睾丸间质及间质细胞 生精小管之间充填的疏松结缔组织, 称为睾丸间质 睾丸间质中, 富含血管 淋 巴管 除有未分化间质细胞 肥大细胞 巨噬细胞 淋巴细胞等结缔组织细胞外, 还 有一种成群分布的间质细胞, 又称 Leydig 细胞 1 畅间质细胞形态结构 间质细胞有一发育成熟的过程 成熟的间质细胞胞体较大, 呈圆形或多边形 核圆而大, 常居中, 核仁明显 细胞质嗜酸性, 呈细颗粒状 酶组织化学法显示胞质 中含有乳酸脱氢酶,3β 唱羟甾脱氢酶和 6 唱硫酸脱氢酶 其中 3β 唱羟甾脱氢酶为间质细 胞的标志酶 电镜下观察, 可见间质细胞具有典型的分泌类固醇类激素的内分泌细 胞结构特征 间质细胞的滑面内质网有管状和池状两种形式, 一般认为管状滑面内 质网功能状态活跃 滑面内质网由相互连接的膜性管道组成, 表面积巨大 若一个 间质细胞的表面积为 800mm 2, 而它的滑面内质网表面积可达 4000mm 2, 为间质细 胞表面积的 5 倍 滑面内质网上具有丰富的合成胆固醇酶 线粒体大而丰富, 主要 是管状嵴, 也有少量板状嵴线粒体 胞质中常有脂滴, 在脂滴中含有合成类固醇激 素所必需的基本物质 胞质内还有微丝 微管 溶酶体及脂褐素等结构 在人的间质 细胞中, 还有一种特殊的晶体叫 Rinke 晶体 晶体呈多边形, 由细丝组成, 其化学本 质为一种蛋白质 有时在核内也可见到该晶体 晶体的生理功能尚不明了 ( 图 1 唱 9) 2 畅间质细胞的功能 (1) 间质细胞的主要功能是合成雄激素 男性体内 95% 的雄激素是由睾丸间 质细胞合成 分泌的 雄激素在胚胎生殖管道及外生殖器性分化 青春期男性生殖

20 第一章 男性生殖系统的结构与功能 13 图 1 唱 9 间质细胞的分布及超微结构模式图 系统启动和发育 青春期后 男性生殖功能 性功能及男性第二性征的维持等方面有重要作用 ( 详见第五章 ) (2) 间质细胞还能分泌一些非甾体类激素及生长因子, 如 β 唱内啡呔, 前阿片黑皮质素 A CT H M SH 和 ZGF 唱 1 抑制素等 这些因子对支持细胞和间质细胞自身的分泌功能具有调节作用 (3) 间质细胞也能分泌少量雌激素 二 生殖管道 生殖管道包括睾丸内生殖管道和睾丸 外生殖管道 前者指直精小管和睾丸网 ; 后 者指附睾 输精管和射精管 ( 图 1 唱 10) 图 1 唱 10 直精小管 睾丸网 输出小管和附睾模式图

21 14 人类生殖学 ( 一 ) 直精小管和睾丸网 直精小管 (tubulus rectus) 短而直, 一端连接生精小管, 另一端通连于睾丸网 近睾丸网的直精小管管径为 30μm, 而近生精小管侧的直精小管呈扩张状态 在生精小管和直精小管移行处可见瓣膜样结构 大量脱落的生精细胞可阻塞直精小管 直精小管管壁上皮为单层立方或矮柱状, 上皮中无生精上皮 直精小管进入睾丸纵隔后, 分支相互吻合形成网状管道, 称为睾丸网 (rete testis) 根据睾丸网的位置, 可分为睾丸内 白膜内和白膜外睾丸网 睾丸网与睾丸的输出小管相连续 睾丸网管腔大而不规则, 管壁为单层立方上皮 生精小管产生的精子经直精小管和睾丸网随睾丸液一起出睾丸, 进入附睾 ( 二 ) 附睾 1 畅附睾形态与结构附睾 (epididymis) 可分为头 (caput) 体(corpus) 和尾 (cauda) 三部分 头部主要由睾丸输出小管组成, 体 尾部由附睾管组成 输出小管是从睾丸网发出的 10~15 条弯曲小管, 末端通连于附睾管 输出小管上皮由高柱状纤毛细胞及矮柱状细胞相间排列而成, 管腔面高低不平, 高度不规则, 管周由薄层平滑肌包绕 附睾管上皮为假复层柱状上皮, 游离面有静纤毛, 腔面整齐 规则, 管周也有平滑肌 ( 图 1 唱 11) 附睾管远端有丰富的肾上腺素能神经末梢分布, 最近有报道认为, 附睾管也有非肾上腺素能非胆图 1 唱 11 输出小管和附睾管碱能神经分布 (1) 附睾各部上皮细胞 : 大量研究表明, 附睾上皮主要含有主细胞 基细胞 顶细胞 狭窄细胞 亮细胞和晕细胞, 哺乳动物及人之间种属差异不大 1) 主细胞 (principal cell): 附睾各段均有主细胞, 但其形态有区域性差异 输出小管主细胞呈高柱 细窄状, 游离面微绒毛少, 顶端胞质含有较多微丝 微管 糖原和线粒体 有大小不一的囊泡和散在粗面内质网 核上区粗面内质网沿细胞长轴分布于膜下, 可见电子密度不一致的多泡体 核下区可见粗面内质网 多核糖体 线粒体及溶酶体 附睾管主细胞相对矮 宽, 游离面微绒毛丰富, 顶端胞质高尔基体发达, 基底面有足样突体与基膜相接触 主细胞有很强的吞饮功能 ( 图 1 唱 12, 图 1 唱 13) 2) 基细胞 (basal cell): 分布于附睾各段, 位于主细胞基底部之间 与相邻主细胞形成广泛的紧密连接和桥粒连接复合体, 其基底面与基膜接触面大 细胞呈扁平

22 第一章 男性生殖系统的结构与功能 15 形, 核长或圆, 电子密度中等, 胞质少, 染色浅 含有高尔基体 线粒体 少量粗面内质网 沿细胞表面有各级溶酶体, 表明基细胞也有吞饮功能 3) 顶细胞 (apical cell): 细胞狭长, 顶部宽, 基部窄, 游离面有少量微绒毛 顶部胞质内含有大量线粒体, 因而也称富含线粒体细胞, 常见于附睾头部 图 1 唱 12 附睾起始段主细胞 超微结构模式图 图 1 唱 13 附睾体部主细胞 超微结构模式图 4) 狭窄细胞 (narrow cell): 高柱状, 较其他细胞窄, 甲苯胺蓝染色深于主细胞 核长, 近游离面 游离面微绒毛少而短, 胞质含有丰富的光滑囊泡 核上区有高尔基体及多泡体 线粒体丰富, 散见胞质内 基底面窄, 贴近基膜 狭窄细胞多见于输出小管, 其他部位也有, 可能也有吞饮功能 5) 亮细胞 (clear cell): 光镜下, 亮细胞核圆形, 染色浅, 核仁明显 以顶部胞质区充满空泡, 核上或核下区有许多致密颗粒为特征, 电镜下为小囊泡 大空泡 溶酶体以及顶浆小管, 空泡内常有膜性成分 亮细胞有较旺盛的吞饮功能, 存在于附睾各部 6) 晕细胞 (halo cell): 该细胞周围有透亮间隙, 故称为晕细胞 可能是从固有膜进入上皮内的淋巴细胞和巨噬细胞, 确切功能不清楚 在输精管结扎或输精管阻塞的实验动物和人, 其附睾上皮内及附睾腔内巨噬细胞明显增加, 并有吞噬精子现象 附睾上皮晕细胞可能是附睾局部免疫屏障 附睾各部所含的各种细胞比例各不相同, 表现出细胞分布上的区域性差异 大鼠附睾上皮组织发生研究表明 : 主细胞 基细胞和顶细胞均来自于一种柱状细胞, 后者由未分化干细胞分化而来 干细胞也可分化为狭窄细胞 分化过程为雄激素依赖 而狭窄细胞在附睾应可分化为亮细胞 (2) 血附睾屏障 (blood 唱 epididymis barrier): 血附睾屏障主要为主细胞近腔面

23 16 人类生殖学 的紧密连接 将硝酸镧注入精索动脉或输精管动脉, 可见硝酸镧沿着结缔组织, 穿 过基膜, 出现在附睾上皮主细胞间的间隙中, 但为近腔面的主细胞紧密连接所阻 隔 血附睾屏障的形成有利于维持附睾腔面与基底面之间各种物质的浓度梯度, 维 持附睾内环境稳定, 并将精子与免疫系统分隔, 为精子成熟 储存创造了极为重要 的条件 (3) 收缩鞘 (contracfile sheath): 附睾上皮基膜外存在具有收缩舒张功能的连 续结构, 称之为收缩鞘 收缩鞘的厚度和结构有区域性差异 输出小管的收缩鞘由 3~4 个细胞组成, 细胞内含有肌丛, 细胞排列成螺旋形 ; 附睾管近端收缩鞘类似于 输出小管, 只是构成收缩鞘的细胞较小, 并有成纤维细胞夹杂其中, 结构较疏松 ; 附 睾管远段的收缩鞘出现平滑肌细胞, 比附睾管近端收缩鞘细胞大 3 倍以上 ; 至附睾 尾部, 收缩鞘的小型收缩细胞逐渐减少, 主要代之以平滑肌细胞, 形成内纵 中环和 外纵三层平滑肌, 并渐为增厚 2 畅附睾功能 附睾是精子移行 成熟和储存的场所, 这决定于附睾上皮细胞的重吸收 分泌 和浓缩功能 (1) 重吸收功能 : 睾丸液与精子一起进入附睾, 其中 95% 睾丸液在睾丸输出小 管被重吸收 输出小管游离面 基底面有水通道蛋白 钠泵和氯通道分布, 它们参与 了对睾丸液的水和电解质的重吸收 附睾上皮对离子重吸收具有选择作用 在附睾液中, 离子成分最显著的变化是 N a + 锐减,K + 增高,N a + /K + 值, 由头 体 尾逐渐降低 收 附睾上皮细胞内的顶浆小管参与对附睾液的蛋白质和其他大分子物质重吸 (2) 分泌功能 : 附睾上皮主要是主细胞能向附睾管腔中分泌 K + 肌醇 甘油磷 酸胆碱 (GPC) 唾液酸等物质 附睾头 体 尾上皮细胞均能合成 分泌 GPC, 而附睾 液 GPC 浓度自附睾头部至尾部逐渐增加 附睾液以及附睾精子膜所含唾液酸量自 附睾头部至尾部渐为升高, 这也与附睾上皮细胞分泌唾液酸能力相关 此外, 附睾各段上皮细胞能以高度区域特异性方式合成 分泌各种蛋白质, 这 些蛋白质对精子成熟 储存极为重要 例如, 附睾头 体部上皮细胞分泌一种酸性糖 蛋白 前向运动蛋白质, 它能结合于附睾精子, 与附睾精子前向运动能力的发育 密切相关 又如, 大鼠附睾头 体部上皮细胞能合成 分泌一种大分子糖蛋白, 称制 动素, 它随附睾液流入附睾尾部, 在附睾尾部造成一高浓度的制动素环境, 抑制精 子运动, 使精子以静息状态储存于附睾尾部 兔附睾体部上皮细胞还能分泌顶体稳 定因子 (A SF ), 它结合于附睾精子顶体区域, 抑制精子顶体反应, 有利于精子在附 睾内的储存 附睾上皮细胞还能合成 分泌多种具有重要功能的酶, 如糖苷酶 糖基转移酶 血管紧张素转换酶 γ 唱谷氨酰转肽酶 超氧化物歧化酶 过氧化氢酶等 由于这些酶 的作用, 使精子能在附睾中正常的成熟 储存

24 第一章 男性生殖系统的结构与功能 17 (3) 浓缩功能 : 附睾上皮能高度浓缩肉毒碱 附睾头部远段和体部上皮细胞能摄取血液肉毒碱并转运至附睾腔, 附睾液肉毒碱含量从头部至尾部逐渐增加 附睾精子能摄取附睾液内的肉毒碱, 从附睾头部至附睾尾部, 精子肉毒碱含量也递增 低浓度肉毒碱刺激精子运动, 高浓度肉毒碱则抑制精子运动 (4) 精子移行 成熟和储存 : 精子进入附睾后, 沿头 体 尾移行, 与附睾微环境相互作用, 获得了结构和功能的最后成熟, 最后到达附睾尾部静息储存, 直至射精时排出 精子在附睾中运行时间平均为 10d, 但有种属差异 精子在附睾中的运行与附睾管腔内静水压 附睾管收缩和纤毛作用有关 附睾管内静水压存在明显梯度, 附睾头部静水压最小, 尾部最高 附睾管还存在低速而有节律的电活动 目前认为, 肾上腺素能神经 胆碱能神经 非肾上腺素能非胆碱能神经 催产素在调节附睾管电活动中发挥作用 前列腺素也可能参与调节附睾管运动 精子成熟后储存于附睾尾部, 但长期储存会引起精子衰老, 使成熟精子失去运动和受精能力 ( 三 ) 输精管 精索和射精管 输精管是输送精子的管道, 上接附睾尾, 经腹股沟管进入盆腔, 在膀胱底后方和精囊腺排泄管合并成射精管 射精管穿过前列腺, 开口于尿道 精索呈圆索状, 起自睾丸上端, 经腹股沟管, 止于腹股沟管腹环, 包括输精管 睾丸动脉 蔓状静脉丛 淋巴管及神经, 外面有与腹壁相连续的筋膜及提睾肌纤维 输精管管壁可分为黏膜 肌层和外膜 3 层 黏膜上皮为薄层假复层柱状上皮, 固有层有丰富的弹性纤维 肌层很厚, 由内纵 中环和外纵排列的平滑肌细胞组成 ( 图 1 唱 14) 在射精时, 肌层强有力收缩, 可促使精子快速排放 图 1 唱 14 人输精管输精管和附睾尾部有相类似的神经支配, 主要为肾上腺素能神经支配, 也有非肾上腺素能非胆碱能神经支配 它们能对肾上腺素或一氧化氮 (N O ) 做出应答, 增强输精管收缩, 排放精子

25 18 人类生殖学 三 附性腺 附性腺包括前列腺 精囊腺和尿道球腺 它们的分泌物构成了精液的精浆的主要部分 ( 一 ) 前列腺 前列腺呈栗形, 环绕于尿道起始段 前列腺周围由一层被膜包绕 被膜可分为由内向外的肌层 纤维层和血管层三层 被膜中的结缔组织与平滑肌细胞和前列腺实质中的相应结构相连接 前列腺实质由腺组织和基质组成 1 畅腺组织腺组织主要由 30~50 个复管泡状腺组成, 有 15~30 条导管开口于尿道前列腺部精阜两侧 腺实质可分为黏膜腺 黏膜下腺和主腺三大部分 腺泡上皮由单层扁平 单层立方 单层柱状及假复层柱状上皮构成, 腺腔不规则, 假复层柱状上皮主要由主细胞和基细胞组成 腺泡腔内可见分泌物凝固而形成的圆形嗜酸性板层状小体, 称前列腺凝固体, 有时可发生钙化, 称前列腺结石, 结石常随年龄而增多 导管上皮为假复层柱状纤毛上皮 在前列腺精阜处, 可看到涎黏蛋白分泌细胞 嗜铬细胞和星形小颗粒细胞 腺实质的基质由结缔组织 平滑肌纤维和弹性纤维组成, 各种成分比例随年龄而异 2 畅前列腺功能前列腺具有外分泌和内分泌功能 成人前列腺持续分泌一种稀薄液体, 呈酸性 (ph6.5), 在射出精液中占 30% 其分泌液中含有高浓度 Zn 2+ (7.3mg/ml) 柠檬酸盐 (7 畅 2~21mg/ml) 酸性磷酸酶 精胺 亚精胺和蛋白质 前列腺分泌的蛋白质含有纤溶酶原及其激活子, 可能参与精液液化 精子穿透宫颈黏液 前列腺还能分泌内啡肽 松弛素 抑制素及内分泌激素 前列腺的结构和功能受雄激素 雌激素的调控 ( 二 ) 精囊腺 1 畅精囊腺结构精囊腺是一对蟠曲的囊状器官 精囊腺由黏膜 肌层和外膜组成 黏膜上皮为假复层柱状上皮或单层柱状上皮, 随年龄和激素状态变化, 主要由主细胞和基细胞组成, 有人也发现有第 3 种扁平细胞存在 黏膜向腔内突起形成高大皱襞, 皱襞又彼此融合, 将囊腔分隔成不同部分, 呈蜂窝状, 大大增加了黏膜表面积 肌层为内环外纵两层较薄平滑肌 外膜为薄层结缔组织 2 畅精囊腺功能精囊腺分泌物占射出精液 60%~70% 左右, 射精最后部分为精囊腺分泌物 精囊腺分泌物含有果糖 山梨醇 前列腺素 凝固因子以及去能因子 果糖为精子运动

26 第一章 男性生殖系统的结构与功能 19 提供能量, 凝固因子参与精液凝固, 去能因子有利于稳定获能前精子 ( 三 ) 尿道球腺 尿道球腺是一对复管泡状腺, 上皮为单层立方或单层柱状, 上皮内富含黏原颗粒 腺体分泌的黏液于射精前排出, 以润滑尿道 腺体间质中有平滑肌和少量骨骼肌纤维 第二节 精子发生 成熟及其调节 青春期, 在脑垂体释放的 FSH 和 L H 作用下, 睾丸开始产生精子 但离开睾丸 的精子并不具备运动能力和生理条件下的受精能力 精子只有在附睾缓慢移行过 程中, 才逐渐获得了运动能力及受精能力, 达到功能上的最终成熟 一 精子发生及其调节 近年来, 分子生物学技术和细胞生物学技术的迅猛发展和广泛应用, 极大地推动了精子发生及其机制的研究, 取得了诸多突破 ( 一 ) 精子发生的动力学 精子发生是由精原细胞增殖分化形成精子的过程 它主要包括以下三个阶段 : 1 精原细胞增殖阶段 : 精原细胞经过数次有丝分裂, 分化成为精母细胞 ;2 精母细胞成熟分裂阶段 : 精母细胞经减数分裂形成单倍体精子细胞 ;3 精子细胞变态阶段 : 精子细胞不再进行细胞分裂, 而变态为蝌蚪形的精子 在生精小管中进行的精子发生, 是高度组织化的过程 一般而言, 精原细胞位于生精小管基底小室, 紧贴基膜, 依次向上为精母细胞 精子细胞和精子 所以, 精子发生还包括生精细胞经历由生精小管基底面逐渐移向管腔并最后释放精子于管腔的过程, 即生精细胞转位 形态学观察发现, 精子发生是一个沿着生精小管的长轴呈现为一定的生精细胞组合的波浪式过程 将处于不同发育阶段的特定生精细胞组合, 称为细胞群 (cell association ); 生精小管的同一横切面, 由各种不同的生精细胞群组成, 称为期 (stage); 而生精小管的特定部位, 先后两次经历同一特定细胞群所需的时程, 称为一周期 (cycle)( 图 1 唱 15) 同种动物精子发生周期经历的时程为一恒定的常数 在人类, 整个精子发生需要 4 个周期, 每个周期可分为 6 期, 每周期历时 16d, 故人的精子发生过程约有 64d 不同种动物之间精子发生周期各不相同 ( 表 1 唱 1)

27 20 人类生殖学 图 1 唱 15 生精周期 S er. 支持细胞 ;A d.a 型暗核精原细胞 ;A p.a 型亮核精原细胞 ;B.B 型精原细胞 ; R. 间期初级精母细胞 ;L. 细线期精母细胞 ;Z. 合线期精母细胞 ;P. 粗线期精母细胞 ; D i. 双线期精母细胞 ;Spt c 唱 Im. 分裂期初级精母细胞 ;S pt c 唱 Ⅱ. 间期次级精母细胞 ; Sa Sb Sc Sd. 不同分化时期的精子细胞 RB. 残余小体 表 1 唱 1 几种动物及人的精子发生周期时程 动物 周期时程 /d 整个精子发生时程 /d 小鼠 8 畅 6 34 畅 5 大鼠 兔 10 畅 9 47~ 51 畅 8 牛 13 畅 5 54 人 16 70(± ) 精子发生始于精原干细胞, 按照其生物学特征可将之分为 : 储备型精原细胞 更新型精原细胞和定向型精原细胞三类

28 第一章 男性生殖系统的结构与功能 21 储备型精原细胞通常处于静止状态, 只有在病理因素作用下, 更新型精原细胞损耗殆尽, 才增殖形成更新型精原细胞和新的储备型精原细胞 机体恢复正常后, 储备型精原细胞回复静止状态 更新型精原细胞以不对称分裂方式, 一方面自我更新, 形成新的更新型精原细胞 ; 另一方面形成更为成熟的定向型精原细胞, 而定向型精原细胞继续增殖 分化, 直至变态为精子 关于精原干细胞的增殖, 更新方式一直有不同的看法, 主要有 Clermont 模式和 Huckins 模式 Clermont 模式认为 :A o 型精原细胞为储备型精原细胞 ; 而 A d 型精原细胞为更新型精原细胞 一个 A d 型精原细胞通过第一次有丝分裂产生两个新的 A d 型精原细胞, 其中一个 A d 为新的更新型精原细胞, 另一个 A d 分裂分化图 1 唱 16 精原细胞增殖分化的形成两个 A p 型精原细胞,A p 型分化为 Clermont 模式定向型的 B 型精原细胞 ( 图 1 唱 16) Huckins 模式认为 :A s 精原细胞为储备型精原细胞 更新型精原细胞进行不对称分裂, 生成更新型精原细胞和分化型精原细胞, 分化型精原细胞经历同步分裂, 形成一链状细胞群, 继而进一步发育为精母细胞 ( 图 1 唱 17) 图 1 唱 17 精原细胞增殖分化的 Huckins 模式近年的研究表明, 每种精原细胞都可能有三种去向 : 作为干细胞保留 ; 作为分化 定向型细胞存在 ; 作为死亡细胞自行消失, 死亡方式主要为细胞凋亡 那么, 精原细胞究竟向哪个方向发展, 通过何种机制, 受什么调节, 精原干细胞何以能以不

29 22 人类生殖学 对称方式分裂等, 都有待于深入的研究和阐明 ( 二 ) 精子发生的调节 精子发生有赖于生精小管完备的微环境和严密完整的全身和睾丸局部调节网络 但就其本质而言, 精子发生是在生精调节网络调控下, 特异基因在特定的时空秩序上, 精密有序地表达和相互作用的结果 已有大量研究表明, 精子发生的任何一个发育阶段都伴随着一些特异基因的表达 1 畅精子发生的激素调节正常的精子发生是在脑垂体释放的 FSH 和间质细胞产生的雄激素调控下进行的 而间质细胞合成分泌雄激素又接受脑垂体释放的 L H 的调节 FSH L H 和雄激素三者之间作用的相互协调对精子发生十分重要 FSH L H 和雄激素是哺乳动物和人精子发生最主要的调节因素, 其依据主要有 :1 性成熟后切除垂体的动物, 以及成年男子继发性性腺功能低下患者, 精子发生都不能维持, 出现无精症和性腺萎缩 ; 补充 FSH 和 L H 后, 则可诱发精子发生 2 正常成年男子注射庚酸睾酮诱导无精症模型, 再补充 hcc hm G h 唱 LH 或 h 唱 FSH, 若上述药物单独使用能在一定程度上恢复无精症模型精子发生, 但不能恢复至治疗前水平 ; 若合并应用 hcg +h 唱 FSH, 可完全恢复其精子发生 现有的资料表明 : 生精细胞并没有雄激素及 FSH 的受体, 而支持细胞含有 FSH 受体和雄激素受体, 肌样细胞也有雄激素受体 这说明 FSH 雄激素调控精子发生, 主要是通过支持细胞 肌样细胞起作用, 而不是直接作用于生精细胞 FSH 与支持细胞膜上的 FSH 受体结合, 刺激其产生第二信使 ca M P, 从而触发细胞内一系列生理反应, 生成雄激素结合蛋白 运铁蛋白等精子发生必需的物质 ; 雄激素结合蛋白与雄激素结合形成复合物, 维持睾丸及生精小管内雄激素的高水平, 造成有利于精子发生的微环境 近期研究证实, 雄激素是精子发生的最基本因素, 但 FSH 对精子发生是否有启动和维持作用, 尚存在着争论 有人认为,FSH 对精子发生的启动和维持并不具有基本作用, 其主要依据有 :1 GnRH 抗血清注入大鼠体内, 造成大鼠 FSH L H 全部消失, 此时, 若给大鼠补充外源性睾酮, 发现睾丸能恢复并维持大鼠的精子发生 ; 若予以足够量的睾酮, 大鼠产生的精子的质和量, 与 FSH L H 和雄激素联合给予的大鼠产生的精子的质和量基本相同 ;2 FSH 受体基因突变致 FSH 受体功能丧失的纯合子男性病人, 虽有不同程度的生精障碍, 但睾丸仍能产生正常数量精子并具有生育力 也有人认为,FSH 对精子发生十分重要 以 EDS 破坏垂体切除的大鼠睾丸间质细胞, 补充 FSH 能使精子发生至精子变态阶段 ; 在此基础上, 再补充少量雄激素, 则可使精子发生恢复至正常 : 这表明,FSH 至少对精子发生的启动有重要作用, 而 FSH 和雄激素的协同作用对精子发生就更为重要了 睾丸内雄激素浓度是外周血雄激素浓度的数 10 倍, 维持如此高浓度的睾丸内雄激素有何作用? 目前所知甚少 : 有实验显示, 生精细胞可能存在一些膜甾体激素受体, 雄激素可能直接作用于该受体, 而不是通常意义上作用于核内受体 ; 也可能是雄激素代谢生成一些

30 第一章 男性生殖系统的结构与功能 23 其他甾体小分子, 这些甾体小分子再作用于生精细胞膜甾体激素受体, 或者是作用 于生精细胞核内未知配体的孤儿受体, 从而发挥其调控精子发生的功能 此外, 雌激素对精子发生也有调节作用 适量的雌激素对精子发生有刺激作 用 如雌二醇能诱导精原细胞增殖分化 而雌激素受体基因敲除 (knockout) 小鼠精 子生成量显著减少, 精子发生障碍 ; 但过量的雌激素可能抑制精子发生, 如人类生 活环境中雌激素摄入量升高是目前造成人精子数目普遍下降的原因之一 2 畅精子发生的睾丸局部调节 哺乳动物的精子发生是在睾丸的生精小管中进行的, 生精小管构成了精子发 生的微环境 临床发现绝大多数男性不育并非源于男性性腺轴失常, 他们有正常的 FSH 和睾酮水平, 故可能为睾丸局部因素所致 尽管睾酮和 FSH 是精子发生调节 的主要因素, 但是 FSH 和睾酮也必须通过睾丸内一系列复杂的调节机制, 维持睾 丸内最适宜的精子发生微环境, 以实现调节精子发生 一方面生精上皮的支持细胞 及其胞外基质 细胞黏附分子与生精细胞密切接触, 直接调节正常的精子发生 ; 另 一方面, 在全身和局部因素作用下, 睾丸内的细胞通过产生多种因子, 在睾丸局部 精细地调节精子发生 ( 1) 细胞外基质 (ECM ) 及细胞黏附分子 (CA M s) 与精子发生 : 细胞外基质由 胶原蛋白 蛋白多糖 弹性蛋白和 ECM 糖蛋白组成 这些组分不仅是细胞支持物, 也具有生物活性, 介导细胞黏附 增殖分化和运动 CA M s 主要有整合素 (lectin) 选择素 依赖 Ca 2+ 粘连素 (cadherin) 和不依赖 Ca 2+ 样 CA M s(ig 唱 CA M s) 四大家族 其中, 整合素 粘连素都由胞外区 跨膜区和胞浆区三部分组成 前者胞浆区通过踝 蛋白 辅肌蛋白与肌动蛋白丝连接 ; 后者胞浆区由连环蛋白 (catenin) 与肌动蛋白丝 相连接 ; 胞外区都可与 ECM 的层黏蛋白 纤黏蛋白和胶原蛋白结合 这样, 整合素 连环蛋白的粘连素能协调细胞骨架与 ECM 的相互作用, 介导 ECM 对细胞的影 响, 而细胞也可改变整合素 粘连素与 ECM 或肌动蛋白双向黏着而调节细胞与 ECM 的粘连 大量实验证明 : 生精小管基膜 支持细胞间 支持细胞与生精细胞间有丰富组 分的 ECM 支持细胞 精母细胞和圆形精原细胞有 N 唱粘连素 ; 支持细胞可表达整 合素, 精原细胞基底面 变态精子细胞头部也有短暂的整合素表达 半乳糖受体 ( 选 择素同源物 ) CalT ase 先表达于支持细胞 精母细胞和精子细胞表面, 精子变态时, 重新分布至精子顶体区 CalT ase 和半乳糖受体与精卵识别有关 这提示 : 整合素 粘连素可能介导生精细胞与胞外基质及支持细胞的黏附, 影响生精细胞增殖 分化 和迁移 其实, 生精细胞转位的本质就是精原细胞与基膜 ECM 以及其子代细胞与 支持细胞之间黏附关系不断调整的过程 显而易见,ECM 与 CA M s 是生精细胞转 位的物质基础 ( 图 1 唱 18) (2) 睾丸内细胞分泌因子与精子发生 : 近年来, 研究者的注意力更集中到精子 发生的睾丸内局部调节过程 目前, 已知在睾丸内有 50 种以上的生物活性物质, 多 数为睾丸内细胞分泌 睾丸内细胞和分泌因子之间旁分泌 自分泌作用, 构成了一 个十分复杂的精子发生调节网络