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五、睾丸的生理功能

(一)生精小管

睾丸内的生精小管是男性生殖细胞分裂增生和分化发育的部位,管道高度迂曲,管径150~250μm,成人两侧睾丸的生精小管总长度可达500m左右。生精小管管壁由4~8层生精上皮细胞构成,中心部为不规则的生精小管腔。生精上皮由两类不同功能的细胞组成,分别称为支持细胞和生精细胞。支持细胞位于生精小管的基底膜并延伸至管腔,生精细胞包括一系列的初级精母细胞、次级精母细胞、精子细胞和精子。支持细胞和生精细胞为精子发生提供了一个特殊的微环境。

支持细胞又称为Sertoli细胞,是一群数量恒定、不再分裂的细胞。相邻支持细胞靠近基底附近的细胞膜部分相互连接,构成细胞连接。支持细胞基底面紧贴基底膜,有丝状突起突入管腔。支持细胞通过大量的胞突延伸,包围邻近的生精细胞,支持细胞的外形随嵌入的生精细胞变化而变化。生精细胞位于支持细胞丝状突起之间,未分化的精原细胞位于基底膜附近,而分化成更高一级的精母细胞和精子细胞在管腔内依次排列。

支持细胞在生精细胞分化发育中发挥重要作用。主要包括:

1.参与形成血-睾屏障

支持细胞间的紧密连接、表面下池和微丝束构成支持细胞连接复合体。睾丸的超微结构研究表明,支持细胞连接复合体形成的血-睾屏障,可将生精上皮分为基腔室和近腔室两部分。精原细胞和初级精母细胞位于血-睾屏障之外的基腔室,次级精母细胞和精子细胞位于近腔室。血-睾屏障可使血液与小管液之间的离子、小分子物质和蛋白质之间保持一定的浓度梯度,对毛细血管内物质的流动也有轻微的限制作用,故可以阻止间质中离子进入生精上皮,使生精细胞维持在最适宜的内环境中,保证其分化发育。血-睾屏障同时也是免疫屏障,可将精子与机体免疫系统分开,将精子抗原限制在生精小管内,阻止这些特异抗原与机体免疫系统接触,避免引起精子抗原自身免疫反应和造成睾丸的免疫损伤。

2.分泌功能

雄激素结合蛋白(androgen binding protein,ABP)是第一个被识别的支持细胞分泌物。ABP是雄激素的载体蛋白,在生精小管和附睾中又可作为雄激素受体(androgen receptor,AR),以ABP-雄激素复合体的形式储存,使生精小管内的雄激素水平维持在较高浓度,以满足精子发生需要。支持细胞还能分泌细胞外基质,包括Ⅰ型胶原、Ⅳ型胶原、血浆铜蓝蛋白、转铁蛋白、糖蛋白2、纤维酶原活化因子、T蛋白、抑制素、生长因子和甾体类化合物,发挥重要的生理作用。

3.形成支持细胞-生精细胞联结

睾丸内Leydig细胞、支持细胞和管周细胞存在复杂的网络联结。现已证明,在哺乳动物类睾丸组织中支持细胞和胚细胞间存在多种连接方式。桥粒样连接能维持生精上皮的完整性,还参与成熟精子的释放。支持细胞还参与管球复合物的形成,它与精子发生过程中剩余精浆的弃失有关。支持细胞还可吞噬变性退化的生精细胞及精子排放时遗留的残余胞质。

4.支持和营养生精细胞

支持细胞向生精小管分泌少量高钾液体,参与形成睾网液,以利于精子运送,为精子获能提供条件;支持细胞对生精细胞起支持作用,当精子细胞变态成熟时,精子释放到管腔,可能是支持细胞作用的结果。

(二)生精细胞和精子发生

生精细胞是生精上皮的主要细胞,在生精小管内形成5~6层同心圆式排列。从基底膜至管腔内表面的排列顺序是精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞、精子细胞及精子,同心圆的每一层生精细胞都处于相同的发育阶段。

男性生精小管上皮每天平均产生约1.23亿个精子。形态学分析表明,目前精子至少有13种不同的类型,这些不同的类型代表了分化发育从未分化到分化的不同阶段。

(三)睾丸间质细胞

20岁时,睾丸内大约有7亿个Leydig细胞(间质细胞),占睾丸体积的5%~12%。Leydig细胞的分化受旁分泌因子和促黄体生成素(luteinizing hormone,LH)的调控,至青春期,胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor 1,IGF-1)在Leydig细胞的分化中也发挥一定作用。

Leydig细胞的主要功能是合成和分泌雄激素,睾酮是睾丸内合成的主要甾体类化合物。Leydig细胞的功能活动受多种内外因素的影响,但睾酮的产生主要受LH的调节。LH经由内皮细胞上的LH转运受体介导进入Leydig细胞,在Leydig细胞中,LH可能导致胆固醇转运至线粒体内,使胆固醇与胆固醇侧链裂解酶结合,促进睾酮的生物合成。垂体肽也参与LH刺激的Leydig细胞甾体类化合物的合成。其他非垂体肽类因素包括LHRH、抑制素与激活素、表皮生长因子、IGF-1、β-转移生长因子、前列腺素等,也与Leydig细胞合成甾体类化合物有关。间质细胞除生成雄激素外,还能分泌前列腺素、促肾上腺皮质激素(adrenocorticotropic hormone,ACTH)、催产素、内啡肽、精氨酸加压素和微清蛋白等,后者是一种特殊蛋白,可能与合成睾酮时的细胞功能有关。

年龄可影响血浆中睾酮的浓度。12~18周胚胎,睾酮浓度达到一个峰值;出生后2月龄时又出现一个峰值;24~36岁,血浆睾酮浓度达到最高峰,经过一个平台期后逐渐下降。此外,睾酮的血浆浓度每日、每年均有节律性变化。

【思考题】

1.阴囊从外到内的层次结构有哪些?

2.什么是睾丸的血-睾屏障? +t5O4lFP4SFA3iOBtMEP+g/DsXRs5D8Z/20Rzx3XO8yGfRXFlmi9LbPH0BPxIFjJ

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