血睾丸屏障结构基础研究进展(1)
【摘要】 血睾丸屏障是动物睾丸中血管和生精小管间的物理屏障，对睾丸精子发生具有重要意义，本文对近年来血睾丸屏障的结构基础研究现状进行综述。
【关键词】 血睾丸屏障； 结构基础； 精子发生
中图分类号 R339文献标识码 A文章编号 1674-6805(2012)30-0155-02
睾丸是雄性哺乳动物重要生殖器官和精子发生的场所，睾丸中特殊的结构基础-血睾丸屏障保证了精子发生的顺利进行，因而对血睾丸屏障结构基础的深入研究有助于揭示睾丸生殖功能，本文针对近年血睾丸屏障的结构基础研究进行归纳，以增加人们对睾丸基础结构的认识。
1 血睾丸屏障的发现
血睾丸屏障的概念形成于20世纪初，当注射染料于实验动物体内后在睾丸和脑中并未检测到染料，因而证实血睾丸屏障和血脑屏障的存在[1]。Kormano[2]发现青春期前的大鼠生精小管上皮是可以被注射到体内的染料自由扩散，而成年大鼠生精小管则不能。Setchell等[3]收集羊和大鼠睾丸不同区隔睾丸网液、睾丸血液及睾丸淋巴液，发现一些小的有机物如肌醇和蛋白质在这些区隔体液中的组成差别很大，表明睾丸中的这些体液是被严格区隔化的。随后通过电子显微镜进一步揭示哺乳动物血睾丸屏障超微结构。对哺乳动物的大多数血组织屏障，如血脑屏障和血视网膜屏障，有类似的屏障结构基础，前者屏障是由小毛细血管内皮细胞及血管周围巨噬细胞的紧密连接进行区隔，后两种屏障方式类似，即由视网膜毛细血管内皮细胞及视网膜色素上皮细胞紧密连接进行区隔，但睾丸中血睾丸屏障不同于其他血组织屏障，几乎是由邻近支持细胞的特异连接进行区隔的，形成的屏障使得血管、淋巴管及神经与睾丸生精小管严格分开[4]。此外，在生精小管间质中也发现可起到屏障作用的连接类型，如啮齿类动物中镧、钍和胶体碳的扩散实验证明生精小管肌细胞层也能起屏障作用，因而生精小管管周肌细胞层也是血睾丸屏障的一部分，但在随后的实验中证实灵长类动物血睾丸屏障与啮齿类动物不同，电子致密物质肌细胞层扩散实验表明灵长类动物睾丸中肌细胞层并未起到屏障作用，进而推测人睾丸肌细胞层也可能未起屏障作用，但仍有待实验验证。此外，无论是啮齿动物还是灵长类动物睾丸间质中的小血管内皮细胞间的紧密连接都未起到类似血脑屏障和血视网膜屏障类似的封闭作用，因而血睾丸屏障的形成可能有特殊结构基础[5]。
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2 血睾丸屏障的结构基础
哺乳动物血睾屏障是由生精小管基底膜相邻的支持细胞以特殊结构连接，及与相距较远的睾丸间质小血管内皮细胞之间的紧密连接构成。在大鼠中，血睾丸屏障形成开始于出生后第15或16天，而血睾丸屏障完成时间是出生后18～21 d，这个时间点刚好与支持细胞停止分裂的时间相吻合[6]。血睾丸屏障与血视网膜屏障及血脑屏障不同之处在于：前者屏障由多种紧密连接共同完成，例如睾丸特异粘附连接，间隙连接和桥粒连接；而后两者的屏障仅由紧密连接构成[7]。血睾丸屏障具有一些特征性超微结构：肌动蛋白纤维以垂直于质膜方向紧密连接，内质网池和平行排列支持细胞的细胞膜以三明治方式夹裹肌动蛋白纤维，这种结构称为睾丸特异粘附连接基础结构，这种超微结构在相邻支持细胞的双侧均已发现[8]。这种睾丸特异连接方式在生精小管基底膜中也有发现，1967年首次将睾丸特异连接方式定义为血睾丸屏障的重要组成部分，1977年再次将睾丸这种特异连接方式称为细胞外质特化区，同时也被认为是所有血组织屏障中最紧密的连接方式[9]。最近的研究表明，包括大肠、小肠和视网膜上皮在内的多种细胞系的紧密连接模式中会出现半紧密连接的结构，表明其他血组织间的屏障结构也不是静态的或保持不变的，而是一种动态紧密连接方式[10]。简单来讲，这些上皮细胞间的紧密连接存在两种不同的但是同时又共存的细胞旁路，允许生物分子跨越紧密连接屏障：(1)孔途径，半径小于4埃的分子可直接通过紧密连接屏障；(2)非孔途径，该途径可暂时或瞬间打开细胞间紧密连接，允许半径大于4埃的分子直接通过[11]。但是，现在还不清楚在其他上皮细胞中存在的这两种分子转运途径是否同样适用于血睾丸屏障中分子转运，因为在睾丸中存在特殊连接方式，而这种连接方式本身是被用来加强血睾丸屏障连接的紧密性，此外血睾丸屏障还存在其他连接方式，比如桥粒连接和间隙连接。除上述血睾丸屏障分布外，睾丸中这种特殊的连接方式在支持细胞和精子接触界面也存在，大鼠睾丸精子形成的第8～19步与支持细胞以睾丸特化连接方式接触，被称为生精上皮顶端睾丸特殊连接。这种方式完全取代了第1～7步精子形成过程与支持细胞间的桥粒和间隙连接。研究表明顶部细胞外质特化区的超微结构与基部细胞外质特化区是相似的，但略有区别，即细胞外质特化区的内质网池和肌动蛋白纤维束仅在支持细胞一侧可见，而在精子细胞侧未见。近来研究发现细胞松弛素D可选择性破坏大鼠血睾丸屏障中的基部细胞外质特化区的肌动蛋白纤维束，造成血睾丸屏障的完整性受损，主要体现：(1)在电子显微镜下观察发现电子致密镧盐可穿越血睾丸屏障；(2)利用显微穿刺技术收集到睾丸不同区域组织液发现放射性标记的菊粉可从睾丸组织间隙液进入到生精小管腔内。这些数据再次阐释了完整的肌动蛋白纤维束对维持完整的血睾丸屏障具有重要意义。随后研究显示支持细胞和长形精子界面间的顶部细胞外质特化区和支持细胞和支持细胞界面间的基部细胞外质特化区均显示了超微结构，表明睾丸中这种细胞外质特化区与细胞桥粒和间隙连接相比是最强的粘附连接[12]。
血睾丸屏障的发现从20世纪初至今已有100多年历史，随着血睾丸屏障结构基础的研究不断深入，有助于揭示睾丸这种特殊连接方式所承载的重要生理功能，加深人们对睾丸生理功能的认识，对男性生殖健康及男性不育的诊断与治疗、生殖调控具有重要的科学意义。
参考文献
[1] Ribbert H.Die Abscheidung intravenos injizierten gelosten Karmins in den Geweben[J].Z Allgem Physiol，1904，4(15)：201-214., 百拇医药(刘新 李建远)
【关键词】 血睾丸屏障； 结构基础； 精子发生
中图分类号 R339文献标识码 A文章编号 1674-6805(2012)30-0155-02
睾丸是雄性哺乳动物重要生殖器官和精子发生的场所，睾丸中特殊的结构基础-血睾丸屏障保证了精子发生的顺利进行，因而对血睾丸屏障结构基础的深入研究有助于揭示睾丸生殖功能，本文针对近年血睾丸屏障的结构基础研究进行归纳，以增加人们对睾丸基础结构的认识。
1 血睾丸屏障的发现
血睾丸屏障的概念形成于20世纪初，当注射染料于实验动物体内后在睾丸和脑中并未检测到染料，因而证实血睾丸屏障和血脑屏障的存在[1]。Kormano[2]发现青春期前的大鼠生精小管上皮是可以被注射到体内的染料自由扩散，而成年大鼠生精小管则不能。Setchell等[3]收集羊和大鼠睾丸不同区隔睾丸网液、睾丸血液及睾丸淋巴液，发现一些小的有机物如肌醇和蛋白质在这些区隔体液中的组成差别很大，表明睾丸中的这些体液是被严格区隔化的。随后通过电子显微镜进一步揭示哺乳动物血睾丸屏障超微结构。对哺乳动物的大多数血组织屏障，如血脑屏障和血视网膜屏障，有类似的屏障结构基础，前者屏障是由小毛细血管内皮细胞及血管周围巨噬细胞的紧密连接进行区隔，后两种屏障方式类似，即由视网膜毛细血管内皮细胞及视网膜色素上皮细胞紧密连接进行区隔，但睾丸中血睾丸屏障不同于其他血组织屏障，几乎是由邻近支持细胞的特异连接进行区隔的，形成的屏障使得血管、淋巴管及神经与睾丸生精小管严格分开[4]。此外，在生精小管间质中也发现可起到屏障作用的连接类型，如啮齿类动物中镧、钍和胶体碳的扩散实验证明生精小管肌细胞层也能起屏障作用，因而生精小管管周肌细胞层也是血睾丸屏障的一部分，但在随后的实验中证实灵长类动物血睾丸屏障与啮齿类动物不同，电子致密物质肌细胞层扩散实验表明灵长类动物睾丸中肌细胞层并未起到屏障作用，进而推测人睾丸肌细胞层也可能未起屏障作用，但仍有待实验验证。此外，无论是啮齿动物还是灵长类动物睾丸间质中的小血管内皮细胞间的紧密连接都未起到类似血脑屏障和血视网膜屏障类似的封闭作用，因而血睾丸屏障的形成可能有特殊结构基础[5]。
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2 血睾丸屏障的结构基础
哺乳动物血睾屏障是由生精小管基底膜相邻的支持细胞以特殊结构连接，及与相距较远的睾丸间质小血管内皮细胞之间的紧密连接构成。在大鼠中，血睾丸屏障形成开始于出生后第15或16天，而血睾丸屏障完成时间是出生后18～21 d，这个时间点刚好与支持细胞停止分裂的时间相吻合[6]。血睾丸屏障与血视网膜屏障及血脑屏障不同之处在于：前者屏障由多种紧密连接共同完成，例如睾丸特异粘附连接，间隙连接和桥粒连接；而后两者的屏障仅由紧密连接构成[7]。血睾丸屏障具有一些特征性超微结构：肌动蛋白纤维以垂直于质膜方向紧密连接，内质网池和平行排列支持细胞的细胞膜以三明治方式夹裹肌动蛋白纤维，这种结构称为睾丸特异粘附连接基础结构，这种超微结构在相邻支持细胞的双侧均已发现[8]。这种睾丸特异连接方式在生精小管基底膜中也有发现，1967年首次将睾丸特异连接方式定义为血睾丸屏障的重要组成部分，1977年再次将睾丸这种特异连接方式称为细胞外质特化区，同时也被认为是所有血组织屏障中最紧密的连接方式[9]。最近的研究表明，包括大肠、小肠和视网膜上皮在内的多种细胞系的紧密连接模式中会出现半紧密连接的结构，表明其他血组织间的屏障结构也不是静态的或保持不变的，而是一种动态紧密连接方式[10]。简单来讲，这些上皮细胞间的紧密连接存在两种不同的但是同时又共存的细胞旁路，允许生物分子跨越紧密连接屏障：(1)孔途径，半径小于4埃的分子可直接通过紧密连接屏障；(2)非孔途径，该途径可暂时或瞬间打开细胞间紧密连接，允许半径大于4埃的分子直接通过[11]。但是，现在还不清楚在其他上皮细胞中存在的这两种分子转运途径是否同样适用于血睾丸屏障中分子转运，因为在睾丸中存在特殊连接方式，而这种连接方式本身是被用来加强血睾丸屏障连接的紧密性，此外血睾丸屏障还存在其他连接方式，比如桥粒连接和间隙连接。除上述血睾丸屏障分布外，睾丸中这种特殊的连接方式在支持细胞和精子接触界面也存在，大鼠睾丸精子形成的第8～19步与支持细胞以睾丸特化连接方式接触，被称为生精上皮顶端睾丸特殊连接。这种方式完全取代了第1～7步精子形成过程与支持细胞间的桥粒和间隙连接。研究表明顶部细胞外质特化区的超微结构与基部细胞外质特化区是相似的，但略有区别，即细胞外质特化区的内质网池和肌动蛋白纤维束仅在支持细胞一侧可见，而在精子细胞侧未见。近来研究发现细胞松弛素D可选择性破坏大鼠血睾丸屏障中的基部细胞外质特化区的肌动蛋白纤维束，造成血睾丸屏障的完整性受损，主要体现：(1)在电子显微镜下观察发现电子致密镧盐可穿越血睾丸屏障；(2)利用显微穿刺技术收集到睾丸不同区域组织液发现放射性标记的菊粉可从睾丸组织间隙液进入到生精小管腔内。这些数据再次阐释了完整的肌动蛋白纤维束对维持完整的血睾丸屏障具有重要意义。随后研究显示支持细胞和长形精子界面间的顶部细胞外质特化区和支持细胞和支持细胞界面间的基部细胞外质特化区均显示了超微结构，表明睾丸中这种细胞外质特化区与细胞桥粒和间隙连接相比是最强的粘附连接[12]。
血睾丸屏障的发现从20世纪初至今已有100多年历史，随着血睾丸屏障结构基础的研究不断深入，有助于揭示睾丸这种特殊连接方式所承载的重要生理功能，加深人们对睾丸生理功能的认识，对男性生殖健康及男性不育的诊断与治疗、生殖调控具有重要的科学意义。
参考文献
[1] Ribbert H.Die Abscheidung intravenos injizierten gelosten Karmins in den Geweben[J].Z Allgem Physiol，1904，4(15)：201-214., 百拇医药(刘新 李建远)
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