細(xì)胞因子調(diào)控睪丸支持細(xì)胞緊密連接的研究進(jìn)展

秦 茂 張秀平 綜述 劉保興 審校

中日友好醫(yī)院男科（北京 100029）

細(xì)胞因子調(diào)控睪丸支持細(xì)胞緊密連接的研究進(jìn)展

秦 茂 張秀平 綜述 劉保興 審校

中日友好醫(yī)院男科（北京 100029）

睪丸支持細(xì)胞即Sertoli細(xì)胞的立體構(gòu)型比較復(fù)雜，在形態(tài)上呈不規(guī)則錐體形，基部緊貼基膜，頂部伸達(dá)管腔，側(cè)面和腔面有許多不規(guī)則凹陷, 內(nèi)鑲嵌著生精細(xì)胞并為其提供結(jié)構(gòu)上的支持與定位。睪丸支持細(xì)胞之間通過緊密連接形成的血睪屏障（blood-testis barrier ，BTB）將生精上皮分為基底室和近腔室，處于細(xì)線期和細(xì)線前期的精母細(xì)胞必須從生精上皮的基底小室進(jìn)入近腔小室，這樣形態(tài)上發(fā)育完全的精子才能在精子釋放時(shí)進(jìn)入到生精小管的內(nèi)腔，BTB適時(shí)的開閉對(duì)精子的發(fā)生有至關(guān)重要的作用。精子的發(fā)生是生精細(xì)胞和支持細(xì)胞在生精小管上皮上的一系列細(xì)胞增殖、分化和變形過程。在此過程中，在生精周期一些特定階段，支持細(xì)胞和生精細(xì)胞會(huì)分泌一系列細(xì)胞因子來調(diào)節(jié)BTB的開閉以及精子的形成。細(xì)胞因子是免疫原、絲裂原或其他刺激劑誘導(dǎo)多種細(xì)胞產(chǎn)生的低分子量可溶性蛋白質(zhì)，具有調(diào)節(jié)固有免疫和適應(yīng)性免疫、細(xì)胞生長(zhǎng)以及損傷組織修復(fù)等多種功能。眾多細(xì)胞因子在體內(nèi)通過旁分泌、自分泌或內(nèi)分泌等方式發(fā)揮作用，形成復(fù)雜的細(xì)胞因子調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，參與人體多種重要的生理功能。已經(jīng)證實(shí)細(xì)胞因子如：腫瘤壞死因子α（TNFα）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGF-β）、白細(xì)胞介素-1α（IL-1α），無論是在正常或者病理?xiàng)l件下均對(duì)支持細(xì)胞緊密連接起著重要的調(diào)節(jié)作用[1-3]。

一、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）

TGF -β是一種多功能多肽類細(xì)胞因子。主要有TGF-β1、T GF -β2和T GF-β3 3種亞型。離體情況下，BTB的形成伴隨的是TGF-β2和 TGF-β3表達(dá)明顯下降。在體實(shí)驗(yàn)證實(shí)，通過睪丸內(nèi)注射TGF-β3，BTB可被分解，并且這種分解是可逆的[4]，其機(jī)制為：（1）激活下游p38-絲裂原活化蛋白激酶，（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號(hào)通路；TGF-β能激活p38-MAPK并使之磷酸化 ，通過下調(diào)BTB膜蛋白的水平來誘導(dǎo)其對(duì)BTB的解聚[5]。成年大鼠經(jīng)二氯化鎘處理后TGF-β3表達(dá)顯著增加。使用特定的p38- MAPK抑制劑可以阻滯鎘誘導(dǎo)的BTB分解和閉合蛋白丟失[6,7]。（2）加強(qiáng)蛋白內(nèi)吞及分解；膜蛋白如閉合蛋白、連接黏附分子（junctional adhesion molecule，JAM）-A、神經(jīng)鈣黏素在血睪屏障中處于不斷的被內(nèi)吞，然后又重新轉(zhuǎn)運(yùn)到支持細(xì)胞表面這一動(dòng)態(tài)平衡中，這些活動(dòng)都是在網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的通路下完成。將TGF-β加入支持細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，BTB膜蛋白的內(nèi)吞作用加強(qiáng)，但是此時(shí)，被內(nèi)吞的蛋白并沒有被重新轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞表面，而是被核內(nèi)體和泛素所分解[8,9]。

這些研究解釋了在BTB微環(huán)境中，由支持細(xì)胞、精母細(xì)胞產(chǎn)生的TGF-β2或TGF-β3在生精周期VIII通過P38-MAPK信號(hào)通路開放BTB，進(jìn)而加速蛋白內(nèi)吞并為核內(nèi)體和泛素介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)降解提供目標(biāo)蛋白，使BTB上膜蛋白重新分布，最終導(dǎo)致BTB短暫的分解。

二、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factorα，TNFα）

TNFα在睪丸中是一種多功能細(xì)胞因子，它刺激睪丸支持細(xì)胞雄激素受體的表達(dá)、轉(zhuǎn)運(yùn)鐵到生殖細(xì)胞、為減數(shù)分裂后的生殖細(xì)胞供應(yīng)乳酸、調(diào)節(jié)精子的釋放[10]，在緊密連接動(dòng)態(tài)調(diào)控過程中，TNFα可破壞緊密連接完整性，并導(dǎo)致BTB產(chǎn)生可逆性的分解，其具體機(jī)制為：

（一）誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡

1. caspase凋亡通路：TNF-α通過與兩個(gè)膜結(jié)合腫瘤壞死因子受體（TNFR1、TNFR2）中的任何一個(gè)結(jié)合而發(fā)揮生物效應(yīng)。TNFR1幾乎存在于人體所有組織，并且能作用于與TNFR1相關(guān)或者Fas相關(guān)的死亡結(jié)構(gòu)域蛋白（34 kDa的銜接蛋白，也是受體相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白）最終誘導(dǎo)腫瘤壞死因子通過caspase介導(dǎo)的凋亡通路產(chǎn)生死亡信號(hào)[11]。而在精子形成過程中75%的生殖細(xì)胞會(huì)發(fā)生凋亡，所以，TNFα通過誘導(dǎo)凋亡從而在決定生殖細(xì)胞的數(shù)量上起到了重要的作用。

2. 轉(zhuǎn)錄因子蛋白家族（NF-κB）通路及JNK通路：最近的研究表明，TNFR1信號(hào)可以由泛素介導(dǎo)的蛋白通路[12]和NF-κB通路調(diào)節(jié)[13]，TNFR2沒有和死亡結(jié)構(gòu)域蛋白結(jié)合的能力，它主要激活NF-κB通路，或者JNK（c-Jun氨基末端激酶,MAPK家族中的一種）信號(hào)通路[14]。離體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)將TNFα重組蛋白加入到支持細(xì)胞中會(huì)阻礙通透屏障的功能[15]，這個(gè)結(jié)果和TNFα通過NF-κB通路上調(diào)小鼠支持細(xì)胞中Fas的表達(dá)從而誘導(dǎo)凋亡，最終導(dǎo)致BTB分解相一致，是自身免疫性睪丸炎潛在的發(fā)病機(jī)制[16]。

（二）影響膠原蛋白的合成與分解

觀察BTB超微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，在大鼠睪丸內(nèi)注射TNFα 2μg會(huì)對(duì)BTB造成可逆性的分解[17]。盡管TGF-β3和TNFα對(duì)支持細(xì)胞BTB的分解作用看起來相似，但TGF-β3誘導(dǎo)BTB的分解是通過P38-MAPK信號(hào)通路，而TNFα除了抑制支持細(xì)胞閉合蛋白的重新合成，還誘導(dǎo)基底膜上能夠分解膠原蛋白的基質(zhì)金屬蛋白酶-9（Matrix Metalloproteinase-9，MMP-9）的合成與激活來影響緊密連接的通透性，擾亂膠原蛋白的支撐作用導(dǎo)致BTB的分解。這些改變反過來形成負(fù)反饋，使TNFα誘導(dǎo)合成膠原蛋白，并使金屬蛋白酶1抑制劑的生成增多。前者能夠補(bǔ)充被裂解的蛋白，后者對(duì)于限制生精上皮中不必要的蛋白分解有重要意義[15]。由于這種獨(dú)特的機(jī)制，TNF-α等細(xì)胞因子可以通過不同方式調(diào)節(jié)緊密連接通透屏障，最終保證免疫屏障的完整性。

總之，TNF-α的生物學(xué)作用主要依賴于（1）腫瘤壞死因子受體（TNFR1、TNFR2）的參與；（2）TNFα/TNFR復(fù)合物的特定銜接物質(zhì)的參與和表達(dá)（如：TNFR1相關(guān)的死亡結(jié)構(gòu)域蛋白、Fas相關(guān)的死亡結(jié)構(gòu)域蛋白、受體相互作用蛋白）；（3）下游信號(hào)通路的相互作用。通過誘導(dǎo)凋亡，抑制閉合蛋白的合成，分解膠原蛋白最終開放BTB。

三、白細(xì)胞介素（Interleukin, IL）

（一）IL-1α

IL-1α是由支持細(xì)胞分泌的促炎癥細(xì)胞因子，在生精上皮周期Ⅷ到Ⅸ期生物活性呈現(xiàn)高水平，通過睪丸內(nèi)局部注射IL-1α可導(dǎo)致生精細(xì)胞脫落。近年來發(fā)現(xiàn)：IL-1α可破壞緊密連接完整性，導(dǎo)致通透性增高。然而，不同于TGF-β3或者TNF-α通過減少穩(wěn)定狀態(tài)的膜蛋白水平而影響B(tài)TB，經(jīng)過IL-1α處理后，BTB膜蛋白水平?jīng)]有變化，它是通過以下2個(gè)途徑發(fā)揮作用：（1）使緊密連接膜蛋白位置遷移，閉合蛋白、JAM-A、神經(jīng)鈣黏素從支持細(xì)胞之間連接處發(fā)生移位，導(dǎo)致支持細(xì)胞黏附作用失去平衡；（2）干擾BTB上肌動(dòng)蛋白束的有序排列從而分解肌動(dòng)蛋白纖維束[18]；這些變化是通過調(diào)控BTB上表皮生長(zhǎng)因子受體底物8（epidermal growth factor receptor pathway substrate 8，EPS8）的定位，增加肌動(dòng)蛋白相關(guān)蛋白3（actin-related protein 3）的表達(dá)，擾亂BTB上肌動(dòng)蛋白纖維的排列順序而產(chǎn)生[19]。

（二）IL-6

IL-6可由睪丸支持細(xì)胞，間質(zhì)細(xì)胞和生殖細(xì)胞等細(xì)胞合成，在睪丸中，IL-6抑制生精上皮細(xì)胞減數(shù)分裂期間DNA的合成，影響睪丸支持細(xì)胞分泌轉(zhuǎn)鐵蛋白和抑制素B，降低精子的運(yùn)動(dòng)能力[20]。生理?xiàng)l件下IL-6的表達(dá)在生精上皮周期Ⅶ-Ⅷ呈現(xiàn)最低水平，然而當(dāng)睪丸有損傷和炎癥時(shí)，IL-6表達(dá)明顯上調(diào)[21]。實(shí)驗(yàn)顯示經(jīng)IL-6處理后，閉合蛋白、JAM-A、神經(jīng)鈣黏素分解延遲而積聚于細(xì)胞內(nèi)，表明IL-6可以通過改變膜蛋白的定位和數(shù)量來破壞BTB的完整性。阻斷ERK-MAPK信號(hào)通路后發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外質(zhì)特化蛋白如β-鏈蛋白發(fā)生復(fù)位，BTB通透性損傷明顯減少[22]，證實(shí)了IL-6通過抑制膜蛋白如閉合蛋白、JAM-A、神經(jīng)鈣黏素的分解以及激活ERK-MAPK信號(hào)通路來調(diào)節(jié)BTB。

精子的生成是一系列復(fù)雜而精密的過程，BTB的適時(shí)開放對(duì)于精子的生成有著十分重要的意義，異常開放是導(dǎo)致男性不育的主要因素之一。近年來，隨著研究的不斷深入，人們逐漸意識(shí)到，細(xì)胞因子在支持細(xì)胞緊密連接動(dòng)態(tài)調(diào)控中扮演著關(guān)鍵性角色，但是相關(guān)的分子機(jī)制尚未完全明確，它們之間的協(xié)同作用仍有待研究。細(xì)胞因子對(duì)BTB的調(diào)控機(jī)制研究將進(jìn)一步揭示男性不育發(fā)生機(jī)制，并為不育的臨床治療提供依據(jù)。

腫瘤壞死因子α; 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β; 白細(xì)胞介素類; 塞爾托利細(xì)胞; 血睪屏障

1 Li MW, Mruk DD, Lee WM,et al. Cytokine Growth Factor Rev2009; 20(4): 329 -338

2 Cheng CY, Mruk DD.Nat Rev Endocrinol2010; 6(7): 380-395

3 Cheng CY, Wong EW, Yan HH,et al. Mol Cell Endocrinol2010; 315(1-2): 49-56

4 Xia W, Wong EW, Mruk DD,et al. Dev Biol2008; 327(1): 48-61

5 Xia W, Cheng CY.Dev Biol2005; 280(2): 321-343

6 Lui WY, Wong CH, Mruk DD,et al. Endocrinology2003; 144(4): 1139-1142

7 Wong CH, Mruk DD, Lui WY,et al. J Cell Sci2004; 117(Pt 5): 783-798

8 Yan HH, Mruk DD, Lee WM,et al. FASEB J2008; 22(6): 1945-1959

9 Su L, Mruk DD, Lee WM,et al. Exp Cell Res2010; 316(17): 2945-2960

10 Lysiak JJ.Reprod Biol Endocrinol2004; 2: 9

11 Hsu H, Shu HB, Pan MG,et al. Cell1996; 84(2):299-308

12 Wertz IE, Dixit VM.Cytokine Growth Factor Rev2008; 19(3-4): 313-324

13 Kim JY, Morgan M, Kim DG,et al. J Cell Sci2011; 124(Pt 4): 647-656

14 Haeusgen W, Herdegen T, Waetzig V.Eur J Cell Biol2011; 90(6-7): 536-544

15 Siu MK, Lee WM, Cheng CY.Endocrinology2003; 144(1): 371-387

16 Pelletier RM, Yoon SR, Akpovi CD,et al. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol2009; 296(3): R743-R762

17 Li MW, Xia W, Mruk DD,et al. J Endocrinol2006; 190(2): 313-329

18 Sarkar O, Mathur PP, Cheng CY,et al. Biol Reprod2008; 78(3): 445-454

19 Lie PP, Cheng CY, Mruk DD.FASEB J2011; 25(4): 1244-1253

20 Lampiao F, du Plessis SS.Reprod Biomed Online2008; 17(5): 628-631

21 OgawaY, Itoh M, Hirai S,et al.J Appl Toxicol2013; 33(7):652-660

22 Zhang H, Yin Y, Wang G, Liu Z,et al. Sci Rep2014; 4: 4260

（2014-07-15收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2014.10.018

R 321.1