精子发生和免疫的近斯研究进展

　　摘要 以生殖研究学会（SSR）1998年年会文献为主要线索，介绍有关精子发生、代谢、免疫以及精子成份避孕疫苗和男用避孕疫苗的部分研究进展。

　　精子发生受神经内分泌免疫调节，精子的功能状态受细胞内及膜表现受体的调节，由于睾丸与附睾的自身免疫受常染色体遗传控制，内分泌激素受体分子可能成为男性避孕疫苗的靶抗原。

　　一、精子发生和生精细胞凋亡

　　（一）精子发生的神经内分泌免疫调节

　　除经典的生殖内分泌之外，由脂肪组织产生的瘦素（letin）通过对下丘脑神经肽体系以及可能还包括对促性腺激素释放激素（GnRH）神经元的直接作用，参与促性腺激素分泌的调节[1]。给未成年动物注射瘦素，可命名青春期提前发生。对禁食、营养不良及遗传性瘦素缺乏动物使用瘦素，可以纠正精子发生障碍[1，2]。生殖内分泌与机体的营养状况密切相关，提示存在营养生殖轴（nutrium-reproduction axis）调节。

　　垂体生长素（GH）可能参与成年动物睾丸功能的调节。用牛GH免疫雄性成年小鼠，在出现抗GH抗体的同时，血清胰岛素样生长因子1（IGF-1）下降、黄体生长成素（LH）基础水平上升、血清睾酮水平正常。注射GnRH血清LH不能升高；抗GH免疫损伤间质细胞睾酮合成功能、干扰GnRH对LH分泌的刺激作用[3]。对受辐射小鼠生精功能恢复情况的研究表明，外源性睾酮抑制激动型GnRH类动物（lupron）刺激的生精功能恢复，表现有一定程度上的剂量依赖性。lupron加睾酮处理的辐射小鼠，睾丸内睾酮水平也明显上升；在生精功能的恢复与睾丸内睾酮合成受抑的程度之间、并无密切相关[4]。外源性睾酮对精子发生的抑制，可能并不限于对内源性睾酮合成的抑制。

　　分离培养未成年大鼠、小鼠和猪的精原干细胞（spermatogonial stem cell），可见干细胞因子（SCF）和颗粒巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF），尤其是GM-CSF可显著增加A型精原细胞的体外培养存活率；白血病抑制因子（LIF）不改变存活率[5]。睾丸间质巨噬细胞（TIM）与间质细胞紧密相连，具有吞噬及表达Ⅱ型主要组织相容性复合体抗原（MHC）分子的特殊功能。腹腔注射脂多糖使TIM体内表达IL-1α，IL-1β，IL-6和肿瘤球死因子α（TNFα）。在体外，TIM表达上述细胞因子信使核糖核酸（mRNA）并分泌生物活性及免疫反应活性的TNFα，抑制黄体生成素（LH）/人绒毛膜促性腺激素（hCG）或环磷酸腺苷（cAMP）诱导的类固醇合成，抑制类固醇急性调节蛋白（StAR）和细胞色素P45017α羟化酶（P450c17）的表达[6]，对睾酮合成表现为急性和长期的抑制。免疫内分泌相互作用控制睾丸功能。

　　（二）凋亡

　　cAMP反应成份调节物（CREM）是介导cAMP转录信号的关键成份，见于成熟分裂期的配子细胞。CREM突变，表现有圆形细胞期的精子发生停滞和生精细胞内双股脱氧核糖核酸（DNA）断裂加剧以及生精细胞凋亡所致的配子细胞丢失。在正常动物也见有与CREM缺陷有关的部分生精细胞凋亡[7]。由睾丸分泌进入曲细精管管腔的成份，对精子在附睾内的存活也有明显的影响。DNA片段分析试验表明，结扎睾丸输出管，可使附睾头内的精子凋亡加速[8]。雄性避孕药CDB4022抑制大鼠睾丸内的精子发生，加速精子凋亡，不改变循环睾酮水平和副性腺重量，但见有支持细胞的空泡变性[9]，提示支持细胞的功能参与精子发生，并且抑制精子的凋亡。

　　死亡效应决定基（death effect domain,DED）介导细胞的程序性死亡。最近由人及大鼠睾丸DED中克隆了一种称之为睾丸DED分子（DEFT）的蛋白。人DEFT由第一号染色体编码，含DED的全部氨基酸顺序，但羧基端有别于任何已知的蛋白质。印迹分析表明，DEFT基因在不同的哺乳类动物高度一致，DEFT基因转录主要见于睾丸，极少见于其它组织[10]。

　　精子有其特殊的细胞程序性死亡基因，睾丸分泌的成份可能减缓精子在附睾、睾丸中的凋亡速率。近来还发现，吸烟降低精液质量，显著增加非整倍精子，尤其是含两条Y染色体的精子所占比例[28]。有关外源性因素干扰精原细胞分裂及减数分裂过程中遗传物质的分配，文献报道较多[28]。

　　二、精子的代谢活化及获能

　　早在1993年就已经认识到钙离子的流入是精子活化的关键性步骤，孕酮刺激钙内流。由于核受体难以产生哪此快捷反应，而且精子核内的遗传物质处于高度固缩的无活性状态，孕酮如何促进这种流动，是学者们努力加以解释的问题。近年发现，精子膜存在孕酮受体。已由小鼠睾丸克隆了精子膜孕酮受体分子，并且在小鼠的睾丸、附睾中证实了相应基因转录产物的存在[12]。孕酮（P）通过对精子膜的直接作用，直接或间接地活化某种r-氨基丁酸（GABA）α受体/氯通道，引起迅速短暂的钙内流和氯流动，使钠经则非选择性通道流动，精子膜去极化，并发动顶体反应。GABAα受体/氯通道阻断剂可以抑制P刺激的精子头钙波，P刺激的钙内流可能继发于氯离子的流动[11]。使用克隆雌激素β受体探针，也证明了在睾丸支持细胞和精原细胞中β雌激素受体的转录和表达[13]。但在精子膜上是否存在雌激素受体，目前尚不清楚。田鼠精子头顶体周围存在与脊髓神经细胞相同的甘氨酸受体，甘氨酸可以活化氨基酸神经介质氯通道，同样可以激发获能精子的自发性顶体反应[14]。这一发现，对于改善辅助生殖技术中精子体外处理的介质条件，应有参考价值。

　　近来还发现,cAMP及cAMP依赖性蛋白激酶（PKA）参与精子运动的调节。在人和动物的精子中有PKA的存在。干扰PKA与A激酶固定蛋白（AKAP）的相互作用，可以中止精子的运动。最近克隆的AKAP110仅见于睾丸及精子，并且定位在精子的头部和尾部[15]。肾上腺素β受体阻滞剂可以抑制精子的体外获能，cAMP可以解除β受体阻滞剂对精子体外获能的抑制性效应[16]。肝素可以增强大鼠附睾精子[17]和牛精子[18]体外受精的能力。在肝素获能后的牛精子中，见有7种不同分子量的酪氨酸磷酰化蛋白。在肝素诱导获能、透明带诱发顶体反应后的精子中，则只见2种。蛋白酪氨酸磷酰化似应为调节牛精子获能和顶体反应的重要过程[19]。精浆中含有肝素结合蛋白（HBP），可以加速在无钙介质中培养后的精子，在有钙的环境下，对环境钙的摄入。HBP似可改变细胞内外钙离子的流动[20]。在体细胞内，蛋白酪氨酸磷酰化被认为是核基因转录活化的重要过程。在染色质高度固缩的单倍体细胞，如何影响代谢，是值得注意的。

　　精子表面还有单糖受体[21]、胆碱乙酰转移酶和肉毒碱乙酰转移酶[22]的表达，分别与营养的摄取、顶体反应和运动有关。Percoll离心、体外洗涤、冷冻复苏、甚至与肝素的作用，都可能覆盖或损伤这类表面分子，并且降低精子的某种活性。这一危险近来已被提及。

　　在精子内部存在有多种不同的代谢调节方式，精子的代谢显然并非象通常想象的那样简单。精子甚至能在碱负荷下快速地使细胞内环境酸化[29]，以维持细胞内环境的稳定。但是关于精子代谢的调节机制，目前几乎一无所知。

　　三、精子成份避免疫苗及男用避孕疫苗

　　（一）精子特异性膜抗原

　　使用同种精子膜成份免疫雌猪，在二维胶体电泳中，至少有12种精子膜蛋白，其中包括4种碱性蛋白，可以与免疫血清发生结合[23]。因此，使用同种动物的免疫血清研究精子膜特异性抗原是可行的。

　　用单克隆抗体在反向转录脱氧核糖核酸（cDNA）文库中进行筛选，鉴定与生殖有关的精子膜抗原，是传统的方法。乳酸脱氨酶C4合成肽已在狒狒体内进行研究。精子膜蛋白PH20抗原免疫雄性及雌性豚鼠，可回逆地阻断生殖。PH30的β亚单位含整合素结合决定基，可能是精卵融合的受体。低分子量精子蛋白SP17结合透明带碳水化合物成份，抗SP17免疫使生育能力下降[24]。以编码精子特异性成份（LDH-C4）的DNA作避孕疫苗，也曾有过报道。

　　（二）睾丸自身免疫的遗传控制

　　对小鼠自身免疫性睾丸炎模型的研究表明，这类疾病的存在易感性遗传。自身免疫性睾丸炎易感位点Orch3位于第11号染色体中段，Orch 4在第1号染色体远端，Orch 5在第1号染色体近端。其中，Orch5位点编码多种免疫调节基因。Orch 3和Orch 5与胰岛素依赖性糖尿病遗传位点相同[25]。自身免疫性卵巢炎的易感位点与睾丸炎不同。精子成份避孕疫苗的有效性，可能存在极大的个体差异。

　　（三）男用避孕疫苗

　　险精子固有成份之外，精子表面的包被成份，垂体促性腺激素及其受体和GnRH都可能成为避孕疫苗抗原。促卵泡成熟激素（FSH）受体主动免疫，使雄性配子凋亡。破伤风类毒素偶合GnRH免疫动物，血清睾酮及精子计数下降[26]。用附睾糖蛋白（DE）免疫雄性大鼠，精子活动度、存活率、获能及顶体反应能力均无改变，但与去透明带卵细胞融合的能力下降[27]。

　　精子发生受神经内分泌免疫调节。机体的能量代谢状况也参与这种调节。关于精子膜表面分子和细胞内信号传递分子在精子代谢和受精中的作用，已经开始有了一些了解。精子表面包被成份和GnRH可能成为男用避孕疫苗抗原。但由于存在个体的遗体差异，避孕疫苗的群体中的有效性尚值得怀疑。

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    安徽省计划生育科学研究所（230031） 胡承阅综述

    天津市计划生育科学研究所（300191） 张维嘉审校