相關分子在哺乳動物原始卵泡啟動和生長中的作用＊

郭淑華

(濰坊學院,山東 濰坊 261061)

相關分子在哺乳動物原始卵泡啟動和生長中的作用＊

郭淑華

(濰坊學院,山東 濰坊 261061)

本文綜述了調控原始卵泡生長啟動相關因子的最新進展,為進一步研究雌性生殖機制提供了理論依據(jù);對拯救瀕危物種甚至復活已滅絕的物種展示了光明的前景。

哺乳動物;卵母細胞;卵泡啟動

卵泡是卵巢功能單位,它的發(fā)育經原始卵泡、初級卵泡、次級卵泡和成熟卵泡四個階段[1]。卵泡發(fā)育是一個以形態(tài)變化為特征的生長過程,同時伴隨著卵泡功能的分化。原始卵泡一旦啟動生長,便是一個連續(xù)不斷的發(fā)育和分化過程,要么變成優(yōu)勢卵泡,使卵子排放與成熟;要么中途閉鎖。構成卵巢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達50余年。有趣的是為什么一些原始卵泡能啟動生長,而其臨近的其它卵泡卻保持靜止。

1 卵泡生長啟動的早期指標

哺乳動物中,原始卵泡池根據(jù)物種不同是在胎兒或新生兒時期建立起來的[2]。一旦這個原始卵泡池建立起來,原始卵泡就開始隨著卵泡的啟動或原位凋亡而減少。由于原始卵泡從來不會補充更新,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期(原始卵泡)向活動期(初級卵泡)轉化。此時,卵細胞開始增大,GC開始增殖。緊接著在生長的卵細胞和GC間出現(xiàn)透明帶,并在初級卵泡期較為明顯[4-5]。但形態(tài)學變化可能是早期生化改變的結果,因此可以探索一種非常靈敏的、能廣泛應用的指標來鑒別卵泡生長的早期啟動過程。

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

PCNA表達量的增加與GC生長早期標志一致,在卵泡生長早期即細胞增大之前,卵細胞便開始表達PCNA。隨后的卵泡生長期里,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,原始卵泡的細胞沒有PCNA表達,因此PCNA免疫活性并不比從形態(tài)上可檢測到的卵泡生長啟動優(yōu)先。然而,在卵泡生長的最早期階段,PCNA開始在GC中表達,甚至在許多并沒有明顯增大標志的細胞里表達。但也有些在生長最早期的GC雖然已明顯增大,卻不表達PCNA,可能因為這些細胞正處于M期,此期PCNA表達急劇下降。盡管也有一些不盡如人意的結果,PCNA免疫活性仍不失為卵泡生長啟動的早期指標。

2 調控原始卵泡生長啟動的因素

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

2.1 FSH及其受體(FSHR)

通常認為卵泡發(fā)育是通過垂體促卵泡生長激素(FSH)調控的。但有報道指出,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,一旦卵泡直徑達到1mm,此時若沒有充足的FSH供給,卵泡將退化。一旦卵泡啟動生長,FSH能刺激竇前卵泡GC的生長和分化,并分泌某種因子,該因子又可刺激 TC的分化,TC能分泌多種生長因子,從而刺激卵泡的進一步發(fā)育。

2.2 LH及其受體(LHR)

LHR分化較遲,FSH通過其 GC受體與卵泡內源的雌二醇、IGF-I以及激動素等的協(xié)同作用誘發(fā)GC上LHR出現(xiàn),這是形成優(yōu)勢卵泡的關鍵,但L HR對原始卵泡生長啟動的研究很少。Flaw s J A等[11]通過對轉基因小鼠的觀察發(fā)現(xiàn),轉有LH亞基的小鼠卵巢在產后三周內,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、初級卵泡和大的竇前卵泡的數(shù)目與閉鎖的卵泡同樣多,而轉基因的小鼠卵巢中有充血的竇,形態(tài)不佳的GC,黃體化的細胞,以及比正常少45%的原始卵泡。三個月后,轉基因小鼠的原始卵泡比正常的低68%,初級卵泡低53%。由此可以推測,L H除對發(fā)育中的卵泡有更進一步的作用外,長期緩慢地提高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,能在24小時內提高卵泡液中IGF-I的濃度, 72小時達到最大水平。而在此過程中血清IGF-I水平未見增加。這表明卵泡液IGF-I水平的提高是卵泡內源的,并非從血清中攝取的。從而進一步證實在促性腺激素介導卵泡生長過程中,IGF-I以卵巢內旁分泌或自分泌機制發(fā)揮作用。

2.4 EGF/TGF-α

體外研究發(fā)現(xiàn),無論FSH存在與否,EGF都能刺激卵細胞-GC復合體的生長[13-14];不管有無IGF -I存在,EGF可促進卵丘細胞的擴展,而有無 EGF,IGF-I都可促進未成熟卵細胞的成熟;FSH和LH能增加EGF結合到GC上的能力,但并不改變其受體結合親和性[15]。這些研究表明EGF對卵泡發(fā)生有重要作用。它通過刺激FSHR表達和孕酮產生;抑制FSH誘導的LHR分化、抑制素分泌和芳香化酶活性;以及促進GC中tPA活性等,調節(jié)卵巢GC的生長和分化。在生長期,EGF作為抗原因子誘導 GC增殖;在竇狀卵泡期,調節(jié)GC分化和卵細胞成熟等。正如促性腺激素調節(jié)甾體發(fā)生機制一樣,EGF可能通過調控tPA的活性來影響排卵或黃體化。

2.5 bFGF

原始卵泡的卵母細胞已證實產生堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)、生長分化因子-9(GDF-9),并作用于鄰近的體細胞,促進原始卵泡生長,能使初級卵泡發(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胞[18]。與EGF和IGF-I的作用相反,它明顯減弱GC中由FSH介導的LH受體合成和芳香化酶活性。然而,對倉鼠的竇前卵泡而言,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)的大鼠膜細胞中hCG-介導的雄二酮產生,而且抑制P-450活性。FSH可通過蛋白激酶C機制,刺激cAM P依賴的蛋白激酶調節(jié)亞基(RII)增多,但bFGF能減弱FSH的這種作用。近年來發(fā)現(xiàn),bFGF對大鼠卵細胞成熟有一定的作用。它通過大鼠 GC刺激cAM P產生,并誘導tPA表達。在不同濃度范圍下,bFGF可誘導10-80%的卵細胞生發(fā)泡破裂,并刺激相同卵泡的前列腺素產生。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調節(jié)卵泡功能的一部分有待進一步的研究。

2.6 TGFβ1/TGFβ2

Levacher等發(fā)現(xiàn),大鼠從胎兒第14.5天直至整個胎兒期在某些體細胞里都有TGFβ1和TGFβ2的輕微表達,在出生后第一天的GC中也有表達。TGFβ1在老齡大鼠的原始和初級卵泡的GC中表達下降,而TGFβ2持續(xù)存在。在次級和小竇狀卵泡中TGFβ1消失,TGFβ2微弱表達。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TGFβ2,但能較強地表達TGFβ1。

hibin和Activin屬于TGF-β超家族成員。Inhibin由α亞基與兩個β亞基(即βA或βB)通過二硫鍵連接形成兩種具有生物學活性的二聚體,即Inhibin A(α-βA)和Inhibin B(α-βB)。α,βA和βB三個亞單位是由不同的編碼產生的三種不同的多肽分子。β亞單位βA和βB相互組合通過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是由單個基因編碼的富含半胱氨酸的單鏈糖蛋白,不屬于轉化生長因子β(TGF-β)超家族成員,Follistatin通過與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結合,但其親和系數(shù)較低,起不到抑制 Inhibin的作用。離體實驗證明, Activin可促進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;有報道指出, Activin促進小卵泡GC的FSH受體形成和P450芳香化酶活性,從而增加 GC雌激素的產生。抑制素也可通過促進雄激素分泌,間接地增加卵泡雌激素的分泌量,促進可分泌雌激素的卵泡被優(yōu)勢選擇[19]。隨著優(yōu)勢卵泡的進一步發(fā)育,卵泡抑制素和雌激素分泌增加,進而降低FSH的分泌水平,并且優(yōu)勢卵泡還會分泌Inhibin以旁分泌方式作用于周圍卵泡,使得未被優(yōu)勢化的卵泡成熟發(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,但隨卵泡發(fā)育不同時期其表達位點有變化。在原始卵泡中,TNF-α主要出現(xiàn)在原始卵泡的卵細胞上;在竇前卵泡主要位于 GC,竇狀卵泡位于TIC,在排卵前卵泡又開始出現(xiàn)在卵細胞上,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表達量下降;閉鎖卵泡的早期階段里卵細胞中只有微弱TNF-α表達,GC和TC仍有中等程度的表達,晚期階段里 GC上無表達,TC上仍有表達。這些研究結果表明,卵巢內卵細胞是TNF-α的初級位點,而且TNF-α可能參與了卵泡發(fā)育、退化和閉鎖的調控機理。

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,相關的功能還有待于進一步研究。

3 結束語

了解原始卵泡的生長啟動機理,開發(fā)離體卵泡池中原始卵泡的啟動,維持其生長達到卵細胞成熟排放時期,將有助于增大珍稀家禽、瀕危動物和不育女性的生育潛力,有利于保護珍稀物種,給不育女性帶來福音。

[1]史小林.人類生殖學[M].北京:科學出版社,2001.

[2]Bayazit K,Tulpar S,Aker U.Subclavaian steal syndrome[J].Turk Tip Cemiy Mecm,1966,32(7):428-434.

[3]Nelson GD,Barbaro M B.Fight the stigma:a unique app roach to marketing mental health[J].Health Mark Q,1985,2 (4):89-101.

[4]Wassarman PM,Josefow icz W J.Oocyte development in the mouse:an ultrastructural comparison of oocytes isolated at various stagesof grow th and meiotic competence[J].JMorphol,1978,156(2):209-235.

[5]Braw-Tal R.The initiation of follicle grow th:the oocyte o r the somatic cells[J].Mol Cell Endocrinol,2002,187(1-2): 11-18.

[6]Li D,Xiong J,Qu A,et al.Three-dimensional tracking of single secretory granules in live PC12 cells[J].Biophys J, 2004,87(3):1991-2001.

[7]Xiong P,Xiao G,Wang J Q,et al.Chien CL.Extraordinary Hall effect and giant magnetoresistance in the granular Co-Ag system[J].Phys Rev Lett,1992,69(22):3220-3223.

[8]Hirshfield A N.Development of follicles in themammalian ovary[J].Int Rev Cytol,1991,124:43-101.

[9]Elvin J A,Yan C,Matzuk M M.Oocyte-exp ressed TGF-beta superfamily members in female fertility[J].Molecular and Cellular Endocrinology,2000,159:1-5.

[10]Findlay J K,D rummond A E.Regulation of the FSH recep to r in theovary[J].Trends in Endocrinology and Metabolism, 1999,10:183-188.

[11]Flaw s J A,Abbud R,Mann R J,et al.Chronically elevated luteinizing homeone depletes p rimordial follicles in themouse ovary[J].Biol Rep rod,1997,57(5):1233-1237.

[12]Hsu B Y,McNamara PD,Rea C T,et a l.Assesment of binding of L-cystine and L-lysine by rat renal brush-bo rder membuanes[J].Biochim Biophys Acta,1986,863(2):332-336.

[13]Eppig J T.Comparativemaps:adding pieces to the mammalian jigsaw puzzle[J].Curr Opin Genet Dev,1996,6(6):723 -730.

[14]柳海珍,劉以訓.EGF在新生大鼠原始卵泡生長啟動中的作用[J].中國科學,2000,30(3):322-332.

[15]Fujinaga M,Baden J M.Methionine p revents nitrous oxide-induced teratogenicity in rat embryos grow n in culture[J]. Anesthesiology,1994,81(1):184-189.

[16]Nilsson E,Parrott J A,Skinner M K.Basic fibroblast grow th factor induces p rimordial follicle development and initiates folliculogenesis[J].Mol Cell Endocrinol,2001,175(1-2):123-130.

[17]Vitt U A,M cgee E A,Hayashi M,et al.In vivo treatment w ith GDF-9 stimulates p rimo rdial and p rimary follicle p rogression and theca cellmarker CYP17 in ovaries of immature rats[J].Endocrinology,2000,141(10):3814-3820.

[18]Koos R D,Olson C E.Exp ression of basic fibroblast grow th factor in the rat ovary:detection of m RNA using reverse transcrip tion-polymerase chain reaction amp lification[J].Mol Endocrinol,1989,3(12):2041-2048.

[19]王海濱,謝輝蓉,夏國良.哺乳動物卵巢中的抑制素和活化素[J].農業(yè)生物技術學報,2002,10(2):197-202.

[20]Vitale A M,Gonzalez O M,Parborell F,et al.Inhibin a increases apop tosis in early ovarian antral folliclesof diethylstilbestrol-treated rats[J].Biol Rep rod,2002,67(6):1989-1998.

[21]Liu Y X,Hsueh A JW.Autocrin role of endogenously-p roduced estrogen in the enhancement of aromatase activity, p rogesterone p roduction and LH recep to r in cultured rat granulose cells[J].Chinese J Physiol Sci,1986,1(2):1-9.

(責任編輯: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,濰坊學院生物工程學院副教授。

R335 文獻標識碼:A 文章編號1671-4288(2010)06-0106-04