原始卵泡的形成与发育

原始卵泡的形成与发育 生殖医学杂志2007年12月第16卷第6期 原始卵泡的形成与发育 高辉,郁琦,徐苓 (中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院妇产科,北京100730) ? 453? 【摘要】在胚胎发育时期,原始生殖细胞形成并迁移至生殖腺,形成种系囊.卵原细 胞进入减数分裂成为卵母细胞.随 后种系囊分裂,单个卵母细胞与前颗粒细胞组装成原始卵泡.前泡膜细胞被募集到 原始卵泡周围,原始卵泡发育并向初级卵 泡转化.原始卵泡的形成和发育是卵巢生物学的重要过程,阐释其分子和细胞机制 为调节卵巢功能和治疗卵巢疾病提供方 向. 【关键词】原始生殖细胞;卵母细胞;原始卵泡;卵子形成 【中图分类号]R339.2【文献标识码】A【文章编号]1004—3845(2007)06—0453 —04 Primordialfollicleassemblyanddevelopment GA0Hui,yUQi,XULing DepartmentofObstetrics&Gynecology,PekingUnionMedicalCollegeHospital,Peki ngUnion MedicalCollege,ChineseAcademyofMedicalSciences,Beijing100730 [Abstract]Mammalianprimordialgermcellsformandmigratetothegonadduringembryoni c development.Afterarrivingatthegonad,thegermcellsdevelopinclustersofcellscalledgerm linecysts. Subsequently,theoogoniaentermeiosisandbecomeoocytes.Thegermlinecystsbreakaparti nto individualcellsandbecomepackagedintoprimordialfollicles.Oneoftheinitialeventsintheprocessof folliculogenesisistherecruitmentofthecacellsfromthestromal-interstitialcellpopulation,and subsequentproliferationofbothgranulosaandthecacells.Primordialfollicleassemblyandthesubsequent transitionoftheprimordialfollicletotheprimaryfolliclearecoordinatedbylocallyproducedgrowth factors,andacomplexnetworkofcell-cellinteractionsisrequired.Theprimordialfollicleassemblyand developmentarecriticalprocessesinovarianbiology.Elucidationofthemolecularandcellularcontrolof thetwoprocessesprovidesscientificbasestoregulateovarianfunctionandtreatovariandisease. [Keywords]'Primordialgermcells;Oocytes;Primordialfollicles;Folliculogenesis (JReprodMed2007,16(6):453—456) 原始卵泡(primordialfollicle)的形成和发育是 雌性生殖功能的重要部分,目前对相关机制了解甚 少.本文就原始卵泡的形成,发育及相关因子进行 综述. 一 ,从原始生殖细胞到原始卵泡 原始生殖细胞的发育在不同物种间高度保守. 在小鼠,大鼠,人类及其他物种如果蝇等,原始生殖 细胞具有相同的迁移和增殖行为[】].小鼠的原始生 殖细胞最早出现于交配后(dayspostcoitum,dpc) 7.25dpc,定位于后肠;从8.5dpc开始向靶器官生 殖嵴迁移,同时进行有丝分裂.9.5dpc时离开后 肠,经过背肠系膜,11.5dpc到达生殖嵴形成种系囊 (germlinecyst),并继续进行有丝分裂直到大约 13.5dpc.在迁移中,其数目增加约300倍,从 8.5dpc的50,100个增至12.5dpc的25,000, 30,000个,分裂周期为16h].人类的原始生殖细 胞起源于卵黄囊后壁内胚层近尿囊处,从第6周开 始沿后肠背系膜向生殖嵴迁移,约一周内到达生殖 嵴继续有丝分裂,数目从第6周的26,000个增至第 ].小鼠的原始生殖细胞进行有 9周的250,000个口 丝分裂时胞质分裂不完全,留下子细胞,称为包 【收稿日期】2007—05—23;【修回日期】2007—07—16 【作者简介】高辉(1972~),女,黑龙江省鸡西人,博士,妇科内 分泌专业. 囊细胞(cystocytes).在l1.5,17.5dpc,包囊细胞 同步分裂,并通过细胞间桥(intercellularbridges) 连接_4].细胞间桥内的微管系统将细胞器和特异的 mRNA转运到一个或几个包囊细胞中,接受细胞器 的包囊细胞将成为卵母细胞,而转运细胞器的包囊 细胞则成为培育细胞(nursecells)[52.果蝇属原始 生殖细胞发育接近尾声时,这种胞质转移加速,培育 细胞的细胞器大量转移,接受细胞器的包囊细胞生 长并进入减数分裂],培育细胞凋亡. 小鼠卵原细胞约在13.5,15.5dpc进入减数 分裂,成为卵母细胞.有证据显示有一小部分卵原 细胞直至出生仍未进入减数分裂_7],推测卵原细胞 不是同步进入减数分裂.小鼠卵母细胞在17.5dpc 开始进入双线期,到出生后5d大部分的卵母细胞 停滞在双线期.最近的研究显示,一种联会丝复合 蛋白(synaptonemalcomplexprotein,SCP1)的抑 制剂导致减数分裂双线期提前到达,原始卵泡组装 加速,推测在细胞周期和原始卵泡发育之间存在联 系引. 小鼠出生后2d,原始生殖细胞囊分裂(germ cellcystsbreakdown)成为单个的卵母细胞.正常 成年雌鼠卵巢中,一个卵泡内通常只有一个卵母细 胞,极少含有多个卵母细胞的卵泡(multipleoocyte follicles,MOFs).MOFs与种系囊分裂有关,推测卵母细胞簇没有分裂就被包围在卵泡中[o3.Luna— ticfringe(Lfng)是fringe蛋白家族成员之一,具刺 激或抑制Notch信号的功能,其突变可导致不育和 MOFsE].哺乳动物有4种Notch受体和5种 Notch配体口,推测Notch信号可能对种系囊分裂 或卵泡形成起作用. 近年来,关于哺乳动物出生后是否存在种系干 细胞引起了争论].Johnson等n.在成年小鼠卵 巢上皮面发现一群处于活跃周期的生殖细胞,具 有种系干细胞的一般特征;在测量出生后卵泡数量 及丢失率后发现,出生后30d内,小鼠卵泡丢失率 非常高,但卵泡总数下降比较少,推测在青年小鼠的 某个部位可以形成新的卵泡,而这一细胞源很可能 就是种系干细胞;因此对传统的卵泡形成机制提出 质疑,认为哺乳动物随着年龄的增长生殖能力下降 可能由于种系干细胞池干涸所致.2005年又提出 成年小鼠骨髓可以作为原始生殖细胞源,尽管尚未 发现这些原始生殖细胞能够发育到有功能的卵母细 胞H].目前以上结论尚未被其他实验室证明[1]. 生殖医学杂志2007年12月第16卷第6期 二,原始卵泡组装和发育 当原始生殖细胞到达生殖嵴形成种系囊时,与 卵巢的体细胞相互作用.原始生殖细胞与前颗粒细 胞组成性腺索(ovigerousorovariancords),直至原 始卵泡形成_1.性腺索通过基底膜与卵巢的间质 细胞隔离.单个的卵母细胞,需要改造基底膜并被 包围形成原始卵泡l1. 在人类和牛的胎儿发育晚期,以及啮齿类的出 生后早期,原始卵泡开始组装(primordialfollicles assembly).原始卵泡由一个卵母细胞和一层不完 整的扁平前颗粒细胞组成,没有明显的泡膜细胞层 或有组织的间质细胞围绕.原始卵泡的组装要求单 个卵母细胞分开,并与前颗粒细胞结合.控制原始 卵泡形成的因子还不清楚. 在体外培养0d龄(剐出生)大鼠卵巢时,可以 观察到大量已经形成的原始卵泡自发而持续地发育 成初级卵泡_1,而体外培养4d龄大鼠卵巢则需要 外界刺激(如kit配体)才能诱导出同等程度的转 化_2.说明在体内存在一个抑制机制,在体外培养 0d龄大鼠卵巢时,此抑制机制没能建立,导致原始 卵泡自发地向初级卵泡发育.研究发现,当雌激素 和孕激素的浓度都在10mol/L时显着抑制原始 卵泡发育rl.啮齿类动物原始卵泡组装发生在出 生后2,3d,而出生后0,2d的血雌二醇浓度从 567.3pmol/L下降到20.496pmol/L_1.推测甾 体激素水平的变化可能是原始卵泡组装的控制因素 之一,即高水平的卵巢甾体激素抑制原始卵泡组装, 而卵巢甾体激素水平下降通过诱导局部生长子, 部分地启动原始卵泡的组装_1.此外,孕激素抑制 原始卵泡组装的能力部分是通过卵母细胞凋亡介导 的n.未组装的卵母细胞存在于种系囊中,周围卵 母细胞凋亡导致孤立的卵母细胞发育,并与前颗粒 细胞结合形成原始卵泡.用孕激素培养0d的卵 巢,凋亡被抑制,单个卵泡不能形成_1.种系囊中 卵母细胞凋亡是原始卵泡形成所必需的.还需 要进一步研究甾体激素,局部生长因子,卵母细胞凋 亡和原始卵泡组装之间的关系. 在原始卵泡阶段没有泡膜细胞;当原始卵泡向 初级卵泡转化(primordialtoprimaryfollicletransi— tion)时,前泡膜细胞(precursornon-steroidogenic cells)募集到卵泡周围,并通过基底膜与颗粒细胞的 最外层隔开.颗粒细胞产生的因子可能与泡膜细胞 的募集及随后的增殖有关.在原始卵泡阶段,颗粒 生殖医学杂志2007年12月第16卷第6期 细胞和泡膜细胞对促性腺激素和甾体激素无反应, 也不生成甾体激素. 研究发现,颗粒细胞分泌kit配体(kitligand, KL;又称stemcellfactor,SCF),作用于卵母细胞, 刺激其增大并启动卵泡发育口趵;KL还刺激间质 细胞和泡膜细胞生长,与泡膜细胞的募集有关.卵 母细胞分泌碱性成纤维细胞生长因子(basicfibro— blastgrowthfactor,bFGF),调节颗粒细胞的有丝 分裂,分化,凋亡及甾体激素合成,是诱导原始卵泡 发育的重要因子.用bFGF培养4d龄大鼠卵巢, 原始卵泡显着减少,发育卵泡增多,与KL的作用相 似.bFGF还刺激泡膜细胞和间质细胞生长.卵 母细胞来源的bFGF可能通过作用于邻近的体细胞 影响原始卵泡的发育.角化细胞生长因子(kerati— nocytegrowthfactor,KGF)是目前发现的第一个发 育中的前泡膜细胞的标志物,由新募集的前泡膜细 胞产生,作用于临近的颗粒细胞.用KGF培养4d 龄大鼠卵巢,原始卵泡数显着减少,发育卵泡明显增 jjnE. 白血病抑制因子(1eukemiainhibitoryfactor, LIF)存在于卵泡液中,卵泡发育时呈高表达,促进 原始卵泡向初级卵泡的转化引.但LIF对卵母细 胞发育的影响还不清楚.LIF抗体可以轻度减少卵 泡的自发发育[2引,在LIF敲除鼠仅表现为着床缺 陷.LIF促进原始卵泡发育,而LIF抗体仅部分 抑制卵泡的自发发育,这一现象与KL抗体相似. 骨形态发生蛋白(bonemorphogenicproteins, BMP)家族属于转化生长因子B超家族.研究发 现,BMP7影响早期卵泡的发育,并与原始卵泡和间 质细胞的相互作用有关[2.BMP4由间质细胞分 泌,作用于邻近的颗粒细胞并维持卵母细胞的存活. 用BMP4抗体培养卵巢时,卵巢组织中的所有卵泡 启动凋亡,并在培养的14d内丢失引.BMP4是维 持原始卵泡和卵母细胞存活的必需因子.BMP15 的同源异构体生长分化因子(growthdIfferentiation factor9,GDF一9)由卵母细胞分泌,对原始卵泡的影 响还有争议.Nilsson等发现GDF一9影响稍晚 期的卵泡发育,但不影响原始卵泡向初级卵泡转化. 而Wang等..则发现GDF一9促进了原始卵泡形成. 用小的干扰RNA(smallinterferingRNA,siRNA) 抑制GDF一9活性可以抑制原始卵泡形成. 苗勒管抑制物(Miallerianinhibitingsubstance, MIS),又称抗苗勒管激素(anti—Mtillerianhormone, AMH),是目前发现的唯一负性调节因子.MIS来 源于发育卵泡,在原始卵泡不表达,可以阻断原始卵 泡发育.早期的次级卵泡,窦前卵泡,窦卵泡都 分泌MIS.这种发育卵泡的负反馈和调节原始卵 泡发育的能力提供了卵泡间有效的沟通. 原始卵泡的发育是非激素依赖性的,主要通 过细胞间的相互作用及局部的细胞因子调节,在进 化过程中高度保守.有多个因子参与原始卵泡的调 节,单个因子(如bFGF或LIF)的无效突变通常被 其他因子所补偿,不会导致原始卵泡的明显变化,这 一 补偿机制确保了生殖成功.这些因子之间是如何 相互作用的,以及相互作用的顺序还有待于进一步 研究. 【参考文献】 [13BuehrM.Theprimordialgermcellsofmammals:somecur— rentperspectives[J].ExpCellRes,1997,232(2):194—207. 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