水牛健康与闭锁优势卵泡中颗粒细胞凋亡的生物学特征
水牛健康与闭锁优势卵泡中颗粒细胞凋亡
的生物学特征
950中国兽医2007年11月第27卷第6期ChinJVetSciNov.2007Vo1.27No.6
水牛健康与闭锁优势卵泡中颗粒细胞凋亡的生物学特征
何宝祥,杜玉兰,郑喜邦,余四九
2.甘肃农业大学动物医学院,甘肃兰州
(1.广西大学动物科技学院,广西南宁530005;
730070)
摘要:采用组织学苏木精伊红(HE)染色与光镜检查,荧光显微镜检查和DNA电泳技术,检查了水牛健康优势卵泡
(HDF)和闭锁优势卵泡(ADF)中颗粒细胞(GCs)凋亡的生物学特征.此外还应用孕酮处理早期的ADF,应用流式
细胞术(FCM)方法检查该激素诱发Gcs凋亡的情况HE染色和荧光显微镜检查结果显示,HDF和ADF都舍有
凋亡的Gcs,只是ADF中凋亡的Gcs较多.凋亡Gcs的HE染色
现细胞体积缩小,染色浓黑,荧光原位检测发现
核浓缩.DNA电泳分析表明,在HDF中未发现Gcs的DNA降解,而在ADF中因闭锁程度不同而表现不同程度的
DNA降解,出现典型的"拖尾"带,但均未出现具有细胞凋亡特征的DNA"Ladder".FCM检查结果见到早期的
ADF存在着DNA的降解,孕酮处理使DNA降解碎片显着增加.上述结果提示,在水牛的HDF中,Gcs的凋亡很
少,在ADF中Gcs的凋亡较多.水牛ADF中Gcs的死亡,少量是以凋亡方式发生的,而坏死是主要方式.
关键词:水牛;卵泡颗粒细胞;优势卵泡;细胞凋亡
中图分类号:$814;$823.83文献标识码:A文章编号:1005—4545(2007)06—0950—05
Biologicalcharacteristicsofgranulosacellapoptosisinhealthyandatrestic dominantfolliclesofbuffaloovary
HEBao—xiang,DUYu—lan,ZHENGXi—bang,YUSi—
jiu.(1.CollegeofAnimalScientific
andTechnology,GuangxiUniversity,Nanning530005,China;2.AnimalMedicineCollege, GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China)
Abstract:Biologicalcharacteristicsofgranulosacells(GCs)apoptosisinhealthydominantfollicle(HDF)and
atresticdominantfollicle(ADF)inbuffalosovarywerestudiedhistologically:hematoxylinandeoMn(HE)stain—
ing,lightmicroscope,fluorescencemicroscopeandDNAe1ectrophoresis.Furthermore,theearlyADFwaswith
orwithouttreatedbyprogesteroneandGCsapoptosiswasexaminedbyflowcytometry(FCM).Theresultsof
lightmicroscopeandfluorescenceexaminationshowedthatbothHDFandADFhadtheapoptoticGCs,ADFhad
moreapoptoticGCsthanHDF.ApoptoticGCsappearedsmaller,nuclearcondensatedanddyeing—darkunderlight
microscopebyHEstaining.Thenuclearcondensationwasconfirmedbyfluorescencedetection.TheGCsDNA
fragmentsinHDFhadnotbeenseenbye1ectrophoresis,whilesomeDNAfragmentswithvariousdegree
f"smear"pattern)hadbeenseeninADF.but"ladder"patternhadnotbeenseeninADF.DNAdegradationwas
alsodetectedbyFCMandprogesteronetreatmentofearlyADFincreasedDNAfragments.Itwassuggestedthat
therearefewapoptosticGCsinHDFandtherearemuchmoreapoptosticGCsinADF.Therearetwokindsof
deathmanner(apoptosisandnecrosis)inADFinbuffalo,onlyafewGCsdiedofapoptosis,andmostGCsdiedof
necrosis.
Keywords:buffalo;folliculargranulosacell;dominantfollicle;apoptosis
*Correspondingauthor 随着动物生殖技术研究的不断深入,动物卵巢 收稿日期:2005—11-13
基金项目;广西壮族自治区科学基金资助项目(桂基科 0144009);广西壮族自治区教育厅资助项目(桂教科研 (20023316);广西大学科研基金(2003). 作者简介:何宝祥(1958一),男,教授,博士. *通讯作者,E—mail:sjyu@163.COrn 卵泡闭锁机理的深入研究显得更加需要.我们在水 牛卵泡细胞凋亡的研究中,已经对胎儿,初情期前和 成年水牛的卵巢卵泡组织应用HE染色的显微结构 检查,DNA原位末端标记(TUNEL),透射电镜的 超微结构观察等手段,研究了卵母细胞,卵泡颗粒细 胞凋亡的生物学特征.本试验试图检查采集自屠宰 场水牛卵巢健康优势卵泡(HDF)和闭锁优势卵泡
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(ADF)中颗粒细胞(GCs)凋亡的生物学特征,为进 一
步揭示水牛卵泡闭锁机理积累科学资料. 1材料与方法
HDF与ADF的确定:优势卵泡(dominantfol— licle,DF)是被检卵巢上同波卵泡中5mm以上的 最大卵泡,但水牛健康优势卵泡(HDF)的外观有光 泽,卵泡颜色粉红色,肉眼可见卵泡壁有毛细血管分 布,血管内含有新鲜血液;卵泡液清亮,无絮状物.而 闭锁优势卵泡(ADF)也是被检卵巢上5mm以上的
最大的卵泡,但外观无光泽,卵泡呈乳白,黄色至深 黄色,卵泡液浑浊,内含多量絮状物;卵泡壁没有肉 眼可见的,含鲜血的毛细血管.
1.1GCs的HE染色
1.1.1试剂多聚甲醛,配置D—Hanks液的各种 化学试剂均购于美国Sigma公司.
1.1.2卵巢选择南宁地区某屠宰场水牛卵巢,待 水牛屠宰后,及时摘取卵巢并立即放入盛有冷PBS 液的送样瓶内,2h内送达实验室.选取有DF的卵 巢用于本试验.
1.1,3卵泡GCs的收集在超净工作台下,用无 Ca/Mg的D—Hanks液(含双抗)冲洗整个卵巢3 ,
5次;用一次性5mL注射器和16号针头吸取DF 的卵泡液,用DMEM—F12培养液冲洗吹打GCs层, 收集GCs悬液;1500r/rain离心2min,弃去上清; 用D—Hanks液继续洗涤1,2次,最后用DHanks 液悬垂GCs即获得GCs悬液.此过程在最短的时间 内完成.为检查GCs细胞存活状况,应用台盼蓝染 色法检查l1].
1.1.4GCs固定,涂片,HE染色检查取上述
GCs悬液,在离心浓缩后用4多聚甲醛4C固定过 夜;离心,弃去上清,用PBS液洗涤1次,离心后,弃 去大部分上清,仅留1O0L左右PBS液并将细胞 重新悬垂,用微量移液器吸取少量悬液,制作GCs 涂片,室温风干,按照HE常规方法染色,脱水,封 片.在光镜下用不同放大倍数观察GCs凋亡情况并 拍照.
1.2GCs的荧光原位检查
1.2.1试剂与器材细胞凋亡一Hoechst荧光染 色试剂盒购于国内碧云天公司.荧光显微镜由广西 大学动物繁殖所提供.
1.2.2GCs收集卵泡的鉴定及GCs的收集与 HE染色标本的相同,获得的GCs悬液收集于1.5 mL离心管内.
1.2.3固定,涂片按照试剂盒说明进行.在收集 的GCs中加入0.5mL固定液,缓缓悬起细胞,固定 10min(或更长时间).离心除去固定液,用PBS洗 涤2遍,每次3min,并在洗涤期间用手晃动几次. 最后1次离心后,除去大部分液体,只保留少量液 体,再缓缓悬起细胞,滴加至载波片上涂片,尽量使 细胞分布均匀.
1.2.4染色与观察涂片稍晾干,使细胞贴在载波 片上不易随液体流动.在暗室条件下,均匀滴上0.5 mLHoest33258荧光染色液,染色5min.用吸水 纸从边缘吸取液体,微晾干.在载玻片上滴1滴抗荧 光淬灭封片液,盖上干净盖玻片,尽量避免气泡. 在暗室用荧光显微镜观察卵泡GCs凋亡的荧 光原位形态特征,
,拍照.
1.3GCs的DNA电泳分析
1.3.1仪器台式高速低温离心机,恒温水浴箱, 全套琼脂糖凝胶电泳装置由广西大学动科院动物繁 殖所提供;凝胶电泳照相系统由广西大学动物科技 学院预防兽医学教研室提供.
l,3.2试剂DNA抽提试剂盒(GEN0MICDNA ISOLATIONKIT,PUREGENE)购于美国Gen— tra公司,1O0bpDNALadder分子量标准品,蔗糖, 无DNA酶活性的RNA酶均购于Promega公司.
Tris,EDTA,溴酚蓝,溴化乙啶购自中建公司. 1.3,3卵巢卵泡样品的收集卵巢收集,HDF与 ADF的确定及GCs的收集同1.1.2和1,1.3.本试 验共选7头水牛的卵巢,1号样来自间情期水牛健 康DF;2号样来自间情期水牛早期的ADF;3号样 来自发情后期排卵后所剩的第一大卯泡;4,5,6,7 号样来自成年间情期水牛中,后期ADF. 1.3.4GCs的收集经培养液或PBS液洗涤,离 心获得的健康或闭锁DF的颗粒细胞悬液,尽快分 别收集于1,5mL小型离心管内,并立即进行DNA 抽提.
1.3.5DNA的提取在确保足够的细胞数量(1× 10.,2×10.个细胞)后,按照DNA抽提试剂盒说 明书进行,简单过程有:(1)细胞裂解,(2)RNA酶处 理,(3)沉淀蛋白,(4)沉淀DNA,(5)DNA水合,进 行电泳.
1.3.6DNA电泳制备好电泳用1.8凝胶,鼍1 ×TAE电泳缓冲液中;将5,7L抽提的DNA与 1,2L上样缓冲液混匀后,立即加入已制备好的 凝胶样品孔中;以1O0bpDNALadder作对照.室 温,恒流120mA,电泳45,60min,溴化乙啶溶液 染色5,10min,蒸馏水脱色2次,每次5min;在全
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套凝胶电泳照相系统下观察拍照,描述和分析2种 卵泡的电泳结果.
1.4ADF中GCs的DNA流式细胞术(FCM)分析 1.4.1主要仪器与试剂流式细胞仪(Becton Dickinson,SanJose,CA,USA),由广西大学动物
繁殖所提供.碘化丙啶(PI)购于Roche公司. 1.4.2卵巢的收集与GCs样品制备从南宁地区 某屠宰场获得有5,8mmDF的成年水牛卵巢2 枚,收集的2枚卵巢上的DF都处在闭锁早期,对其 中1枚卵泡腔内注射孕酮1,2fig(PBS稀释后的 总量)处理5rain.另1枚不做任何处理.收集卵泡 GCs(方法同1.1.3).离心收集的GCs用约300ffI 培养液重悬,然后缓慢加入预冷的75乙醇1.5 mL,边加边摇匀,4C固定,次日测定.
1.4.3样品测定样品测定前,用0.01mol/L的 PBS(pH7.2)洗涤,离心(1500r/rain,2rain),然后 重悬于1.5mLPBS中,在暗室中加入PI(1g/L)5 L,混匀,立即用FCM检测.
对水牛的ADF和孕酮处理的ADF在FCM上 分析GCs凋亡和DNA含量,对结果进行综合分析. 2结果
2.1颗粒细胞HE染色的特征
2.1.1HDF中颗粒细胞HE染色的特征经过涂 片,HE染色以及光镜检查,发现HDF中都有存活 的GCs和凋亡的GCs.这些GCs在分布形式上,有 些散在,少数聚集成团;在活细胞比例方面,经多张 颗粒细胞涂片的观察,配合台盼蓝染色法计数证实, 绝大部分健康卵泡中的活细胞数在8O%以上.存活 GCs在HE染色中颜色较淡,多分散存在.凋亡的 GCs染色深,呈蓝紫色,细胞体积缩小,有的凋亡细 胞单个分布,许多凋亡的GCs聚集成团存在(图1). 2.1.2ADF中颗粒细胞HE染色的特征存活的 和凋亡的GCs都存在于ADF中.在细胞涂片上,与 HDF的相比,颗粒细胞散在的较少,聚集成团的细
胞较多.在活细胞比例上,台盼蓝染色法计数发现 ADF中活GCs比例大多不到60,凋亡的GCs比 例较高,凋亡小体及可见细胞碎片很多.在GCs形 态方面,健康的GCs与凋亡的GCs易于分辨,健康 GCs的形态特征与HDF的相同.而凋亡的GCs表 现细胞体积呈不同程度的缩小,或出现凋亡小体,它 们的染色呈不同程度加深(图2).在油镜下观察颗 粒细胞涂片(图3)可清楚地看到健康GCs体积大, 染色淡蓝,细胞质和细胞核结构清晰;凋亡GCs随 凋亡程度加深而体积逐渐缩小,细胞质减少,细胞核 浓缩,染色深.图中见单个GC体积缩小,细胞核黑 染浓缩,部分细胞膜紧裹其上,部分细胞质仍与外界 有联系.
图1水牛HDFGCs涂片HE染色特征(100×)健康 GCs(细箭头示)大,染色淡;凋亡的GCs(粗箭头 示)染色深,体积缩小,许多凋亡GCs聚集成团 |黪
图2水牛ADFGCs的HE染色特征(400×)健康 GCs:(细箭头),凋亡的GCs:(空心箭头)多成簇存 在,也出现凋亡小体(粗箭头)
图3水牛AIJF的Gcs心L的tiE染色特征(1000×) 健康GC(细箭头示),凋亡小体(粗箭头示),凋亡 的GCs(空心箭头示)体积缩小
2.2HDF与ADF中GCs荧光显微镜检测凋亡的 特征水牛HDF与ADF中的GCs凋亡的荧光显
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微镜检查表明,ADF中凋亡的GCs比率较HDF的 高.凋亡GCs核体积缩小,荧光很强,因此显得格外
明亮,而健康GCs的核体积大,发光弱,因此显得暗 淡(图4).在ADF中常见到发光较强的凋亡细胞或 发光极强的凋亡小体成簇存在,而HDF中凋亡的 GCs较少.
图4水牛卵巢ADF中GCs凋亡的荧光检测特征 (Hoechst染色,400×)核染成明亮的细胞为凋 亡细胞(粗箭头),暗淡的体积较大的为健康细胞 (细箭头)
2,3HDF与ADF中颗粒细胞DNA电泳的特征 水牛HDF和ADF颗粒细胞的DNA电泳结果如图 5所示,在被检的7头水牛中,1号HDF样品的电泳 图谱,只是在离点样孔附近出现1条DNA的条带, 未发现DNA降解成小分子的"拖尾"带特征.2号样 和3号样显示DNA虽有降解,但降解量很少.在4 ,
7号ADF样品的DNA电泳中,均出现程度不同 的"拖尾"带特征,而未见典型的DNA梯状条带,即 DNA"Ladder"
质性好,侧向散射光(sidescatter,SSC)大的细胞有 个别分布.在直方图中,X轴的起始部位出现1个 DNA峰,称亚二倍体峰(即亚G./G峰),其高度约 占G./G峰高的40,这类DNA碎片的分子量基 本相同而且很小,是否属于凋亡的产物,有待继续研 究.
用孕酮处理早期ADF中GCs的FCM检测结 果见图7.孕酮处理后,GCs在点状图中较分散,反 映细胞大小不一,均质性差.此外,孕酮处理的一个 显着特征是:在直方图X轴的起始部,DNA峰明显 增高,其高度约占G./G期峰的125,而G./G期
峰,G/M期的峰明显比孕酮未处理的低. 图6早期ADF的GCs的FCM检测特征上半部为点 状图,下半部为直方图.粗箭头示亚二倍体峰,空心 箭头示G/(;峰,细箭头示G/M峰.下同
图5水牛HDF和ADF的DNA电泳特征M.100bp 的Marker;1.健康优势卵泡;2,7.闭锁优势卯泡图7用PI处理早期AI)F的GCs的
FCM检测特征
2.4ADF与孕酮处理ADF中GCs的FCM检测 特征早期ADF中GCs的FCM检测结果见图6, 在点状图中,GCs分布较紧凑.细胞大小较一致,均 3讨论
31HDF和ADF的GCs凋亡的形态学检测本 试验发现,在HDF和ADF的GCs涂片中,都含有
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健康的GCs和凋亡的GCs,不同之处是HDF所含 的凋亡细胞比例较低,ADF中所含的凋亡细胞比例 较高.HDF中存活的GCs的HE染色特征在普通光 学显微镜下体积正常,可粗略地看到细胞质染成粉 红色,细胞核染为淡蓝紫色.而凋亡GCs的体积缩 小,细胞质减少或消失,整个细胞染色呈较深的紫黑 色,几乎不见细胞质,细胞固缩以及形成凋亡小体的 图象与健康GCs形成明显对比(图2),在聚集成团 的GCs中凋亡细胞较多,这可能与GCs的簇集素表 达有关,簇集素的消耗引起了GCs的凋亡[2.在 l000x光镜下(图3),对凋亡小体的形态,浓缩核 外围结构以及它与细胞浆的联系均可辨认.这种水 牛卵泡GCs凋亡的形态学变化,未见他人报道. 细胞凋亡的荧光检查法的原理是利用荧光染料
Hoechst33258对凋亡细胞核的特殊亲和性(细胞膜 通透性增大)和它对正常细胞核着染性差的特点,该 染料对涂片细胞染色,能与细胞DNA结合,在紫外 光下(400~500nm)呈现出蓝色荧光.
本试验中荧光法检查的结果基本与光镜检查结 果相吻合,即HDF和ADF中都含有正常的和凋亡 的GCs,凋亡的GCs在ADF中较多;正常GCs的 核体积大,发光较暗.而凋亡GCs的核发生固缩,体 积小,发光明亮.在ADF涂片中常可见成簇存在的 发光极强的凋亡小体.Shenker等l_3曾采用荧光显 微镜检查凋亡细胞的变化,凋亡细胞核体积明显缩 小,与本试验结果相似.
卵泡GCs涂片的HE染色和荧光染色检查法 在检查凋亡细胞方面有一定的协同印证作用,如健 康细胞核,凋亡细胞核,凋亡小体的形态辨认,凋亡 细胞或凋亡小体在涂片上分布的特征等.就单个检 查方法而言,各有优缺点.HE染色的涂片细胞结构 清晰,细胞膜,细胞质和细胞核均可看到,凋亡细胞 及凋亡小体也可清楚辨认,但染色,脱水等过程较为 复杂.荧光法对细胞涂片染色容易,对凋亡细胞核及 凋亡小体易于检查,但不能观察除核以外的其他成 分,而且需要荧光显微镜,染色及其检查都需要在暗 室里进行.
3.2HDF和ADF中GCs凋亡的DNA降解分析 在细胞凋亡的检测方法中,目前认为最特异,最经 典的检测方法是DNA电泳.这是由于在细胞凋亡 过程中,最重要,最具特征性的改变是Ca/Mg 依赖性的核酸内切酶的激活导致染色质DNA在核 小体连接部位断裂,形成以18O,200bp为最小单
位的单核小体或寡核小体片段,其电泳图谱呈现典 型的"梯状带"(DNA"Ladder").健康活细胞的 DNA是完整的,分子量大,细胞浆中不存在低分子 量DNA,因此电泳时迁移距离短,所以停留在加样 孔附近,只出现1条带,不出现DNA降解的"梯状 带"或"拖尾带"(即"摸片状"带,Smearpattern).本 次试验中HDF的DNA电泳只出现1条完整的无 拖尾带,说明用此方法未发现GCs的DNA降解; ADF的电泳结果也显示了健康存活GCs的电泳特 征,在相应位置也存在有1条完整的带,此外还呈现 有不同程度的"拖尾"带,说明被检的DNA发生了 随机降解,这是细胞坏死或凋亡后期的继发性坏死 的特征,与资料记载一致[4].Yang等[5在奶牛的相 关研究中,对照牛卵泡GCs的DNA电泳出现少量 "拖尾"带,与本试验相似.+
结合HDF和ADF的GCs涂片检查以及FCM 检测,可初步认为ADF电泳出现的"拖尾"带可能 是GCs先凋亡之后又发生继发坏死的表现,也可能 是原发性坏死的特征.可以肯定的是,在正常水牛卵 巢的闭锁卵泡中,颗粒细胞DNA的随机降解即 GCs坏死至少也是颗粒细胞死亡过程中的方式之 一
O
在FCM分析中,前向散射光(FSC)反映被检细 胞的体积大小,侧向散射光(SSC)反映被检细胞表 面形态,胞内颗粒大小,多少和分布情况;在点状图 (或称二维点图)中,每一个点代表1个细胞,细胞群 体的分布紧凑表示被检细胞均质性好,如果细胞分 布分散表示被检细胞均质性差,体积大小以及细胞
内结构差别较大.在直方图中,凋亡细胞的DNA由 于细胞膜通透性升高,在洗涤,固定等过程中部分已 被降解的小分子DNA片段会从细胞中丢失,因而 凋亡细胞内的DNA含量减少,DNA直方图上显示 在G./G峰前出现DNA含量减少的亚二倍体峰或 称亚G./G.峰,又称细胞凋亡峰.在直方图中,每一 个峰代表性质相同的一群细胞【6].
本试验发现早期ADF的GCs在点状图中出现 了SSC大,FSC小的少数图点,说明被检ADF中存 在颗粒细胞凋亡,但这类凋亡细胞的数量很少.这也 说明DNA电泳时没有出现DNA"梯状带"的原因. 此外,在直方图的G./a峰远前方,X轴的起始部 位出现的DNA峰是否属于细胞凋亡峰,暂且不知. 在ADF的GCs的DNA电泳中未见这一条带,估计 这类DNA分子量很小,可能在DNA电泳的洗涤等 处理中丢失,详情尚需继续研究.FCM检查与核酸 电泳都检测到了ADF中GCsDNA的降解. (下转958页)
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(上接954页)
从孕酮处理早期ADF的效果看,点状图中细
胞的均匀度较差,说明细胞的内部结构发生了较大
变化;直方图显示,在本次试验条件下孕酮可较强地
诱导卵泡G./6期的与G/M期的GCs发生DNA
降解,肯定孕酮处理促进了GCs的死亡,但死亡方
式是凋亡性的还是坏死性的,尚需继续研究.本试验
在体外证明孕酮可使水牛早期ADF中GCs发生死
亡,这与用孕酮可使奶牛活体内卵巢卵泡GCs发生
凋亡性死亡[5以及GCs凋亡时孕酮浓度升高的
结果一致,而与孕酮抑制GCs凋亡l8的结论相反.
笔者在收集早期ADF和孕酮处理前的早期
ADF的颗粒细胞时,曾用台盼蓝染色镜检,发现早
期ADF中GCs形态大多数正常,活细胞在70以
上,而孕酮处理ADF后的颗粒细胞中活细胞比例
也不到50%,细胞降解碎片极多,其中不少是可移
动的核物质.因此笔者曾对此样品进行DNA电泳,
其结果只出现了"拖尾"带(未显示),说明那些DNA
碎片是DNA随机降解的产物,但为何在FCM又有
亚二倍体峰出现,这一情况有待进一步研究证实.
(本实验得到广西大学动物繁殖研究所和预防
兽医教师的支持,特此致谢!)
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