一、胚胎中卵巢的形成与发育(Formation and Growth of Ovary in Embryo)

(一)影响胚胎卵巢发育的因素

1.SRY基因和DAX-1基因及其相互作用

在大多数哺乳动物中,卵巢和睾丸由相同的原始组织发育而成。研究证实,位于Y染色体的SRY基因和位于X染色体短臂的DAX-1基因是决定卵巢形成的重要因素,两者的蛋白质表达产物相互拮抗。

SRY基因在雌性中不存在,其蛋白质表达产物作为转录因子,主要通过促进性腺皮质退化、诱导睾丸间质细胞发生和促进曲细精管支持细胞形成,发挥性别决定作用。但即使在SRY基因异常存在的情况下,两个DAX-1基因的活性拷贝便能够合成充足的DAX-1蛋白,刺激性腺发育成卵巢。随后,雌性DAX-1基因表达产物可能进一步抑制睾丸发育系列基因的表达,并调控首个卵巢细胞——颗粒细胞的发育,后者随着胚胎发育逐步成为卵巢体细胞和卵细胞发育的关键因素。

2.其他影响卵巢发育的因素及其相互作用

研究表明,分泌因子(R-spondin1和WNT4)与转录调节因子(β-catenin和FOXL2)可能通过正向和逆向调节机制,诱导体细胞发育为卵巢,维持颗粒细胞发育,并抑制睾丸发生。

R-spondin1和WNT4最初表达于性腺的体细胞中。当性别确定后,二者的表达逐步具有卵巢特异性,协助卵巢分化。缺乏功能性R-spondin1WNT4基因的雌性小鼠胚胎会出现卵巢缺陷,包括形成异位睾丸脉管系统、出现雄激素细胞、缺乏颗粒细胞、出现睾丸结构等。R-spondin1WNT4基因敲除实验证实了二者通过共同途径参与卵巢发育,且R-spondin1能够刺激WNT4的表达。

R-spondin1基因的表达上调在卵巢发育初始阶段便可观察到,其充当了调节器作用,介导β-catenin信号传导的组织特异性放大效应。在小鼠中,R-spondin1和WNT4以自分泌或旁分泌方式协同或独立地激活雌性体细胞中的β-catenin途径。随后,β-catenin通过多种方式调节卵巢发育过程。首先,β-catenin能够持续诱导WNT4基因的表达,同时抑制雄性发育基因SOX9及其下游靶点Cyp26b1的表达;其次,β-catenin诱导卵泡抑素的表达,并与卵泡抑素一起,维持激活素的低浓度表达,抑制胚胎中睾丸特异性脉管系统的形成,同时维持雌性生殖细胞的存活。

FOXL2是常染色体基因,可能与脊椎动物物种中颗粒细胞发育与疾病有关,在抑制睾丸特异性基因表达和维持颗粒细胞发育中发挥关键作用。在缺少功能性FOXL2基因的情况下,人类和雌性小鼠虽然在外观上发育正常,但在出生后两周左右将表现出颗粒细胞缺陷和卵巢早衰的迹象。此外,在性成熟阶段,小鼠出现卵母细胞迅速凋亡、卵泡储备耗竭的现象,与人类原发性卵巢功能不全的表现相类似,提示FOXL2在人卵巢发育中扮演相似的角色。

在缺乏R-spondin1、WNT4、FOXL2、β-catenin或卵泡抑素的情况下,雌性性腺最初虽然向卵巢方向分化,但胎儿卵巢中将出现睾丸特异性血管,且出生后卵巢结构中也将逐渐出现睾丸成分,如睾丸支持细胞和睾丸索等。当WNT4和FOXL2均处于失活状态时,SRY基因下游决定雄性发育的基因SOX9将显著上调,导致由卵巢到睾丸的性逆转。上述结果表明,细胞外因子与细胞内因子协同作用,一方面抑制睾丸分化,另一方面引导性腺体细胞发育为卵巢细胞。

(二)人体胚胎卵巢形成与发育过程

人体胚胎性腺的发育过程以第7周为分界,可分为未分化阶段和分化阶段。

1.性腺未分化阶段

性别虽在受精时即已确定,但性腺在未分化阶段尚未产生性别分化。受精后第3~4周,卵黄囊内胚层近尿囊处出现原始生殖细胞,其形态大而圆,是卵原细胞和初级卵母细胞分化的基础。第4周,位于后肠的原生殖细胞即拥有通过肠壁组织的迁移能力,在后肠上皮基板处形成一破裂口,原生殖细胞产生细胞突起后,通过该破裂口进入后肠上皮外的间叶细胞。在第4、5周时便可观察到原始生殖细胞早期迁移相关的抗体。第5周时,原始生殖细胞仍处于通过变形虫状伪足迁移阶段,能够诱导间胚叶细胞增殖,形成一对纵行的生殖腺嵴。第6周时,生殖腺嵴表面上皮及其下间叶组织之间的基底膜消失,上皮细胞伸入间充质,形成不规则的条索状结构,即初级性索。第6~7周,原始生殖细胞沿后肠肠系膜迁移至初级性索并被后者所包围。

2.性腺分化阶段

胚胎第7周,性腺开始分化。当原始生殖细胞染色体组成为XX时,性腺将在一系列调控因子诱导下分化发育为卵巢。第10周时,初级性索向深部生长并形成卵巢网,随后二者均开始退化,被血管和基质所替代并逐渐形成卵巢髓质。随后性腺上皮继续形成含有原始生殖细胞的次级性索。次级性索较初级性索更短,在继续增殖后与上皮相分离,形成卵巢皮质。上皮下方的薄层结缔组织构成白膜。第12~16周时,次级性索逐渐断裂,形成众多孤立的细胞团。由原始生殖细胞分化而成的卵原细胞开始减数分裂并停滞于第一次减数分裂的前期,形成初级卵母细胞,位于中间。次级性索细胞分化的较小的单层扁平细胞成为颗粒细胞,包绕着初级卵母细胞,构成原始卵泡。原始卵泡位于卵巢皮质靠近白膜处。随着胚胎成长,性腺末端所连接的引带逐渐缩短,带动卵巢在发育的同时沿生殖嵴(体壁背侧)下降。卵巢下降至盆腔时,引带附着于子宫底部,形成卵巢韧带和子宫圆韧带。

3.围生期卵巢概况

约第18周时,卵巢即位于盆腔中骨盆边缘下方,直至出生。第20周左右,胚胎卵原细胞数量达到峰值,为600万~700万个,随后数量急剧减少,出生前约剩下1/3。新生儿皮质外层即可见到原始卵泡,其两侧卵巢皮质中有70万~200万个原始卵泡。初级卵母细胞缺乏自我复制功能,因此,一般认为出生后卵巢内的初级卵母细胞数目不再增加。在母体促性腺激素作用下,一小部分原始卵泡在出生前可发育为初级卵泡,但很快便退化。大多数原始卵泡保持停滞状态直至青春期。

(三)其他哺乳动物胚胎卵巢形成与发育过程

卵巢毒理学的研究对象多为实验动物,通过正常生理状态下的哺乳动物及其子代染毒实验,观察卵巢与毒物之间的相互作用,据此合理推测毒物在人体卵巢中的吸收、代谢、致癌、致畸、致突变等过程。实验哺乳动物均为真兽亚纲,其胚胎卵巢发育与人类相类似,胚胎在母体子宫内完成发育,形成胎盘并通过胎盘吸收母体营养,排出代谢废物。小鼠妊娠期19~21d,大鼠约22d,兔30~32d,猪112~115d,牛277~300d。

1.卵裂和胚泡形成

受精后,哺乳动物通过交替型全裂方式进行卵裂。例如,兔交配后24h,受精卵分裂为2细胞,32h分裂为4细胞,47h成为16细胞的桑葚胚,70h成为32细胞,75h后,囊胚腔形成。囊胚腔周围扁平的为滋胚层细胞,囊胚腔一端成团的细胞为内细胞团,此时囊胚腔中充满液体,称为胚泡。胚泡期持续的时间,小鼠约82h,兔约96h,大鼠约4.5d,猪约6d,牛约9d。

2.性腺发育

哺乳动物卵巢发育同样分为性腺未分化阶段和性腺分化阶段。小鼠交配后约7d,位于原条后端胚外中胚层即出现8个原始生殖细胞,到原肠作用终止时为50~80个,随后原始生殖细胞迁移至内胚层。第8天在后肠内胚层和尿囊基底部可见约125个原始生殖细胞。第8.5~9.5天原始生殖细胞迁移至背肠系膜,第10.5~12.5天迁移至生殖嵴。在此期间,原始生殖细胞经数次分裂,数目由交配后8.5d的145个,增加到9.5d的364个,10.5d的1 012个,11.5d的3 000个,12.5d的4 000个,13.5d的26 000个。到达生殖嵴后,原始生殖细胞便停止迁移。在迁移过程中,小鼠生殖嵴能够释放转移生长因子,其能调节迁移速度和细胞对纤连蛋白的反 应。

进入性腺分化阶段后,哺乳动物卵巢的发育过程与人类相类似,如猪卵巢可观察结构为性索、白膜和生发上皮。卵巢中的结缔组织呈现疏松、延展和不规则的特点,在腹膜和髓质索之间形成不完全的屏障。性索之间存在大量疏松结缔组织,填补组织间空隙,而来源于基质的间质细胞较少(兔胚胎卵巢中甚至未发现间质细胞)。来源于髓质索的原始单层颗粒细胞逐渐发育并包绕卵母细胞。卵母细胞含有大量位于细胞质中的脂肪球,脂肪球聚集在一起形成团状结构。卵巢皮质区从边缘到近髓质均可见发育阶段的卵泡。随着体积的增大,卵巢逐渐深入体腔,腹膜褶也被牵引入体腔内。当腹膜褶伸展的时候,卵巢向外侧和尾侧下降、迁移,并在体腔中固定。