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干细胞因子及其受体在卵泡早期发育中的作用(一) 【摘要】 目前认为卵泡早期发育是非促性腺激素依赖性过程。此期干细胞因子是启动原始卵泡发育、过渡为初级卵泡的必需因子, 与受体c-Kit 结合后激活c-Kit 下游3- 磷酸肌醇激酶等信号通路, 调控卵母细胞生长、颗粒细胞和卵泡膜细胞分化、增殖及激素合成。干细胞因子与骨形态发生蛋白15、生长分化因子9 等细胞因子相互影响，受促性腺激素调控，共同参与卵母细胞- 颗粒细胞对话。
- z1 X& w. v6 E! p) B8 n 关键词: 干细胞因子; c-Kit; 卵母细胞; 颗粒细胞; 细胞因子" N" O# |- @1 {) l0 _1 ?1 f% J- h
始基卵泡形成始于妊娠5周, 以静止期卵泡的形式一直存在, 是卵泡储备的唯一形式。早期生长卵泡是指卵泡从始基卵泡发育为次级卵泡的时期, 约需 9 个月。从胎儿5月开始直到绝经, 每一时期有相应的一批始基卵泡启动生长发育, 以固有的速率募集、过渡为初级卵泡, 并继续向前发育。这一时期的发育是非性腺激素依赖的, 受卵巢局部的各种调节因子的影响, 其中机制仍不明了。研究证实, 颗粒细胞产生的干细胞因子(stem cell factor, SCF)是启动卵泡发育所必需的因子。干细胞因子启动卵母细胞生长、颗粒细胞和卵泡膜细胞分化增殖及促进其类固醇激素合成, 并与卵巢内其他调节卵泡发育的因子如骨形态发生蛋白15 (BMP15)、卵源性生长分化因子9 (GDF9)相互作用, 受FSH 调节, 共同调控卵泡早期发育。本文就SCF 及其受体c-Kit 在调控始基卵泡募集和初级卵泡过渡的分子机制的研究做一综述, 有助于为今后的研究提供实验证据。& x! H6 ]+ `6 Z- ] p5 \
1 S C F 、c - K i t 的理化性质和基因控制 SCF 是酪氨酸激酶受体(c-Kit)的配体 (ligand of c-Kit receptor, KL), 是一多效糖蛋白, 有膜结合型 (SCFm)和可溶型(SCFs) 2 种, 均有生物活性但各不相同, 二者比例可能影响SCF 的生物学作用。在小鼠SCF 和c-Kit 分别由S1 和W位点的基因编码, S1 和W位点中任一位点突变都会引起胚胎发育异常、黑色素细胞生成缺陷及血细胞生成缺陷, 导致胚胎细胞不能分化、移行。S1 和W位点基因的剔除会造成原始生殖细胞的发育缺陷, 在缺少S1和W基因的小鼠生殖腺中几乎没有生殖细胞, 而且S1位点其他等位基因的变异也能引起原始卵泡生长的特异性缺陷。在大鼠, SCF 和c-Kit 分别由SCF (亦称Mgf) 和c-Kit 基因编码, c-Kit 基因变异破坏了SCF-c-Kit 间的相互作用, 从而导致颗粒细胞和含有卵母细胞的腔前卵泡发生改变, 引起卵母细胞的发育缺陷及不孕[1]。人的SCF (hSCF) 编码基因位于人12q2; SCF 广泛存在于体内许多细胞中, 主要由肥大细胞产生,人卵巢的颗粒细胞、卵泡膜细胞、膜间质细胞上均有表达[2]; SCFm 和SCFs 的比例还不清楚。 c-Kit是酪氨酸激酶受体, 是原癌基因c-Kit的表达产物, 为SCF 的受体, 可与SCF 特异结合, 并引起受体的二聚化及信号转导。在人卵巢中, c-Kit 受体主要表达于卵母细胞表面, 但是在卵泡的颗粒细胞和卵泡膜细胞表面也可检测到c-Kit 的存在。SCF 的表达和基因水平的研究表明, 卵巢组织存在产生SCF 的物质基础[1], SCF 通过与c-Kit 结合, 激活信号转导通路, 从而发挥其生物学作用, 对卵泡早期发育起着关键的诱导作用。
& v# I9 c) H- D 2 SCF 启动卵泡发育的作用
) w6 [6 w5 ], X. g5 Y$ r [ SCF对哺乳动物原始卵泡发育的作用具有物种特异性。最早研究表明, SCF-c-Kit 对启动原始卵母细胞的生长和诱导原始卵泡发育是必需的[3,4]。研究证实, 小鼠原始卵泡中存在kit 基因和Kit 蛋白。 SCF基因自然突变小鼠的卵巢中有一定数量的完整的原始卵泡, 但是初级卵泡的数量很少。Yoshida 从小鼠出生日开始每天向小鼠体内注射抗c-Kit 抗体 ACK2, 12-14 d 之后观察到小鼠卵泡生长彻底被抑制; 同时还显示, 出生之日若不注射ACK2, 小鼠卵泡仍发育正常。此外, Yoshida 还观察到出生后5 d 内卵泡的生长仍依赖于Kit-Kit 配体, 这是缺乏功能性卵泡刺激素受体一段时期的特殊表现[5]。这些结果说明, 卵泡在不依赖FSH 的生长期间内, SCF-c-Kit 信号转导是卵泡生长的必要条件; 在成熟的卵泡中 SCF-c-Kit 起同样的作用; SCF 对卵泡发育的启动存在一个很窄的作用窗口期 (出生后2 d 内左右); 大量体外试验也显示SCF 对卵泡发育有重要作用[6] 。 Reynaud 用SCF 体外诱导大鼠卵巢的原始卵泡发育, 在新鲜大鼠卵巢横切面见到大约250-350 个卵泡，其中原始卵泡占68%，发育卵泡占32%; 经SCF 处理继续培养4 d 后, 卵巢中每一横断面原始卵泡约占17%, 而发育卵泡约占83%, c-Kit 抗体能阻断这一作用[7]。体内外实验研究均表明, SCF 是参与鼠类卵泡发育的启动因子, 对原始卵泡发育有显著的诱导作用。1 E# V0 `) t( X
近来研究显示, 不同物种的SCF及其受体对卵泡发育的作用不尽相同。Hutt 对家兔的研究提示, 虽然在卵泡早期发育过程中, SCF 及其受体具有促进家兔卵母细胞生长的作用, 却无启动原始卵泡发育的作用[8]。Moniruzzaman 同样观察到SCF 及其受体与启动猪原始卵泡发育无明显相关性, 而仅与维持卵母细胞存活、发挥抗卵母细胞凋亡有关[9]。 2006 年Carlsson 研究了KitL 和c-Kit 在人类卵泡早期发育的作用, 用不同浓度的KitL 与卵巢组织体外共培养, 结果外源性KitL 不能增加初级卵泡数, 也不能提高体外培养中各级生长卵泡数; 阻断KitL 作用后, 体外培养卵巢组织中各级卵泡凋亡率增加。从而认为外源性KitL无启动原始卵泡生长的作用, 但可能参与卵泡早期发育中的抗凋亡过程[10]。由上可见, 由于存在物种差异, 动物研究仅可为人类卵泡早期发育机制提供参考, 欲阐明SCF及其受体在人类卵泡早期发育的作用, 尚需进一步深入研究。
7 L0 p$ V6 k3 m' e h; L 3 S C F 对启动卵母细胞生长发育的影响
6 _5 t% T. i+ X( p5 @4 Z SCF及其受体在卵巢组织的表达存在物种差异性。山羊卵巢组织中各级卵泡的颗粒细胞内均可检测到SCF mRNA 和蛋白, 卵母细胞内则检测到c-Kit mRNA 和蛋白[11]。牛颗粒细胞表达SCF, 卵母细胞表达c-Kit; 人卵巢颗粒细胞、卵泡膜细胞及间质细胞均表达SCF, 而卵母细胞、颗粒细胞表达c-Kit[12]。另在人卵巢的颗粒细胞及卵泡膜细胞上均检测到了 c-Kit 的表达, 表明SCF 可能直接作用于卵泡膜细胞和颗粒细胞, 调控其生长分化并分泌多种生长因子, 从而间接调控卵母细胞的生长发育[13]。5 \" I: l6 N: ]6 A9 S5 M8 {: R! ?
越来越多的证据支持初级卵泡发育期间SCF-c- Kit 活性对于卵母细胞生长的重要性。SCF 阻止原始卵泡卵母细胞凋亡, 维持卵母细胞生存。SCF 与受体结合, 激活PI3K-Akt (PKB)信号通路, 进而启动抗凋亡基因bcl-2 的表达, 传递抗凋亡信号, 阻止原始卵泡中卵母细胞凋亡[14]。
; [& @% _3 o0 t' G' G! E0 x 动物实验证实, 干细胞因子启动卵母细胞生长发育。Klinger 设计多阶培养体系, 体外培养受精后 15.5-16.5 d 雌性小鼠胎儿的卵母细胞。第一阶段培养去除颗粒细胞, 添加不同浓度的SCF(50 ng/ml、 100 ng/ml)或ACK-2, 单独培养卵母细胞6 d, 结果SCF 可以诱导大多数未凋亡卵母细胞直径增大, SCF组是对照组的2 倍(19 ± 1.5 mm vs 10 ± 2.1 mm), 且增大幅度与SCF 成剂量依赖性, 这一作用时间持续大约 4 d, 此作用可被ACK-2 阻断; 第二阶段在SCF 培养液中生长4 d 的卵母细胞加颗粒细胞共培养, 卵母细胞可继续生长3 d, 100 ng/ml SCF组卵母细胞直径较无SCF 组明显增加 (42 ± 4.5 mm vs 32 ± 2.5 mm; P <0.05), 卵母细胞周围形成透明带; ACK-2 可减弱卵母细胞生长和透明带形成, 但不能完全抑制[ 1 5 ]。 Klinger 实验说明: SCF 可单独诱导、直接刺激卵母细胞早期生长, 不需要颗粒细胞及颗粒细胞和卵母细胞间缝隙连接的介导。但体外培养时单独SCF不足以维持卵母细胞持续生长, 还需要颗粒细胞的参与, 这可能依赖于颗粒细胞和卵母细胞间建立缝隙连接进行对话交流。卵泡早期发育是非性腺激素依赖期, SCF单独作用就可诱导卵母细胞生长, 因此推测,非性腺依赖期卵泡发育的启动极有可能是SCF依赖性的。Klinger 分析了卵母细胞直径与SCF存在剂量相关性, 但是SCF 与启动卵泡数量之间的关系未作阐明[12]。非性腺依赖期卵母细胞启动数量和SCF水平可能存在相关性: 每一时期, 均有一批原始卵泡中的卵母细胞对SCF 敏感性高于其他卵泡, 而SCF 水平恰恰达到了这批卵母细胞的感受阈值, 于是一批卵母细胞获得SCF 生长信息启动卵泡发育过程, 此期恰为卵泡的募集时期, SCF的诱导作用可能是卵泡募集发生机制之一。
" L# w* g2 E1 N7 c- y8 a 1998 年Tanikawa 首次报道了人卵细胞表达c- Kit, 人卵泡液中存在可溶型SCF[15]。此后又有研究显示, 人卵巢颗粒细胞、卵泡膜细胞及间质细胞均表达SCF, 而卵母细胞、颗粒细胞、卵泡膜细胞均可表达c-Kit[12,13], 提示除了颗粒细胞与卵母细胞之间交流对话作用以外, SCF可能直接作用于卵泡膜细胞和颗粒细胞, 调控其生长分化并分泌多种生长因子, 从而间接调控卵母细胞的生长发育。Smikle 等观察到SCF在IVF-ET后获得成功妊娠患者的卵泡液中浓度高于未妊娠者, 提示SCF 存在于卵泡液中并可能调节人类卵母细胞生长或卵泡细胞发育[16]。王桂红等观察到IVF-ET 患者高、中反应型卵泡液SCF 水平明显高于低反应型组, 而且卵泡液SCF 水平与发育卵泡数之间成正相关[17]。赵海波等研究提示, 卵泡液中SCF水平也间接影响着卵子的受精率和胚胎质量, 较高水平的SCF 有利于卵子的受精和优质胚胎的形成[18]。上述研究提示, SCF 参与了人类疾病的病理过程，但是在发病中的具体作用尚无研究报道。受伦理限制, 人体内SCF 调控机制实验研究很少, 无法验证SCF 对人卵泡发育的生理机制。但是现有体外试验足以提示SCF在启动人原始卵泡及促进其生长发育方面也有积极作用; 某些临床生殖内分泌疾病可能与SCF 存在必然联系, 这将为人类疾病的病理生理学研究提供方向。 |
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发表于 2012-7-24 13:49
