鎘對睪丸組織間質內的影響

鎘對睪丸組織間質內的影響

血液暴露于50ml以前。當血液中注入動物血液時，這些物質出現(xiàn)在全身器官的組織中，但在大腦和睪丸的生精管中找不到染料。20世紀60年代初,學者們發(fā)現(xiàn)生精小管的肌樣細胞層及支持細胞間的緊密連接(tightjunctions)構成了物質通透的屏障。1970年,Fawcett等用電子致密物質標記法于電鏡下顯示了血-睪屏障的存在。1988年,Pelletier發(fā)現(xiàn)季節(jié)性繁殖的水貂,在生精不活躍期血-睪屏障不能阻擋示蹤物進入生精上皮。1990年,Mayerhofer等研究發(fā)現(xiàn),金黃地鼠的血-睪屏障于出生后16d形成,30d后則發(fā)育成熟。1996年,Meyer等發(fā)現(xiàn),男性不育患者生精小管的支持細胞之間的緊密連接仍然存在,但鑭卻能透過緊密連接。1998年,許庭良等研究了慢性鎘中毒對小鼠血-睪屏障的影響,發(fā)現(xiàn)鎘明顯地損傷血-睪屏障各部分結構。1999年,Shirley等發(fā)現(xiàn),在老年金黃地鼠的睪丸中很少存在典型的緊密連接,支持細胞膜內缺少內質網層,然而支持細胞質膜間卻存在大量連接點,能阻止鑭進入生精小管,目前還不清楚這些連接點是不是緊密連接。廖曉崗等還研究了鎘對大鼠睪丸的損傷。2000年,陳敏等發(fā)現(xiàn),鎘對小鼠睪丸有明顯毒性,脂質過氧化作用及其所致的組織損傷和出血性炎癥是鎘對睪丸損害的主要病理現(xiàn)象。宋春風等和趙雅君等還分別研究了糖皮質激素和微波輻射對血-睪屏障的影響。1內毛細管細胞的結構血-睪屏障是睪丸間質內的毛細血管與生精小管之間存在的結構總稱,主要包括間質內毛細血管的內皮細胞及其基膜、生精小管的界膜(包括3層結構)、生精小管內支持細胞之間的緊密連接。許多研究證明,這種屏障與血-腦屏障不同,其結構基礎不僅包括毛細血管,而且支持細胞間的緊密連接也是構成血-睪屏障的主要結構基礎。1.1睪丸間質內的血管內皮功能睪丸間質內存在著豐富的毛細血管,它構成血管的滲透性屏障,參與生精小管與睪丸間質的物質交換。正常生理狀態(tài)下,毛細血管的內皮細胞能選擇性調節(jié)從小分子至超大分子的物質通過,而多種致病因素和病理狀態(tài)可損傷內皮細胞,導致血管內皮細胞功能障礙,影響物質的透過。Setchell發(fā)現(xiàn),毛細血管對大分子物質通透性很高,內皮細胞間缺乏緊密連接,并且人的睪丸間質內朝向生精小管側的毛細血管為有孔型,而朝向間質的毛細血管無內皮窗孔。Erguen等研究了大鼠睪丸間質內的毛細血管,結果發(fā)現(xiàn)間質內的毛細血管可分為連續(xù)型和有孔型2種,其中連續(xù)型的毛細血管無間質細胞包圍。毛細血管的基膜是由內皮細胞和成纖維細胞共同產生的,其主要成分是Ⅳ型膠原、片蛋白、串珠素等?；嫵闪藘绕ぜ毎c結締組織間的界面結構,同時,它對大分子蛋白等物質具有選擇性通透作用。1.2小管界膜的修復生精小管的界膜是介于毛細血管與生精上皮之間結構的總稱,對生精小管與睪丸間質的物質交換起著重要的屏障作用,它對物質的通透具有選擇性,因此也屬于血-睪屏障的組成部分。生精小管的界膜自血管側至生精小管側分為成纖維細胞層、類肌細胞層及基膜。成纖維細胞主要對界膜起修復作用。類肌細胞層一般認為是物質通透的主要屏障,類肌細胞收縮可使生精小管產生收縮運動,有助于精子的排出。嚙齒類的大部分類肌細胞間有緊密連接,構成了生精小管內物質通透的屏障。正常情況下基膜對物質通透無顯著影響。生精小管界膜中的成分有Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ型膠原、層粘連蛋白、制動素/著位素(entactin/nidogen)、纖維粘連蛋白和蛋白多糖等。細胞外基質具有重要的生物學功能,可通過形成非特異屏障參與血-睪屏障的構成。1.3胞向管腔遷移運動過程中的細胞間的緊密連接的結構研究發(fā)現(xiàn),在靠近生精小管基底部的支持細胞間形成的緊密連接,是構成血-睪屏障的形態(tài)學基礎。此連接將生精小管進一步分隔成基底室(basalcompartment)和近腔室(abluminalcompartment),在生精細胞向管腔遷移運動過程中,在基底室和近腔室間還形成中間室(intermediatecompartment)。基底室位于生精小管基底膜與支持細胞的緊密連接之間,內含精原細胞、前細線期和細線期精母細胞。近腔室位于基底室的內側,含有細線期以后的各級生精細胞。透射電鏡下,這種支持細胞間的緊密連接由3部分組成:(1)支持細胞的細胞膜融合及典型的緊密連接結構;(2)表面下池(subsurfacecisternae),在支持細胞的緊密連接的兩側胞質中均存在內質網池,稱表面下池,它與粗面內質網相連續(xù);(3)微絲,在表面下池和緊密連接之間存在相互平行的微絲束,微絲直徑5nm,此為支持細胞緊密連接中的收縮系統(tǒng),可以開啟支持細胞的緊密連接,使正在發(fā)育的生精細胞從基底室移向近腔室。2血-睪丸屏障的結構不同種類的動物血-睪屏障的形成時間不同,一般在青春期發(fā)育成熟。由于年齡增長或病理原因,血-睪屏障各部分結構會發(fā)生變化。大鼠胚胎發(fā)育13d出現(xiàn)支持細胞;17d支持細胞與生殖細胞間有大量不典型的細胞連接,有些類似緊密連接,但兩側胞質缺乏表面下池;19d支持細胞間膜增厚緊密相貼;新生時,支持細胞間出現(xiàn)類橋粒連接;小鼠出生后7d內,支持細胞間為縫隙連接,隨著成熟形成支持細胞間的緊密連接。金黃地鼠出生后12d出現(xiàn)類肌細胞;16d建立血-睪屏障,能阻止辣根過氧化物酶(HRP)進入生精小管;30~35d后支持細胞之間形成典型的緊密連接,血-睪屏障則發(fā)育成熟。將大鼠睪丸組織進行培育,可見支持細胞在3~5min后形成新的緊密連接,其長度由支持細胞的基底端至支持細胞的頂端。在老年BrownNorway大鼠的睪丸中,支持細胞的質膜有大量的連接點,但很少發(fā)現(xiàn)典型的緊密連接,而且支持細胞缺少內質網層,僅見一側胞質中存在內質網池,這可能是老年動物生精細胞減少的原因。季節(jié)性繁殖的水貂,在生精不活躍期支持細胞之間的緊密連接位于支持細胞基底端,不能阻擋示蹤物進入生精上皮,生精活躍期緊密連接則延伸到近管腔端。Lupu等則認為,許多外界因素能夠影響支持細胞間緊密連接的數(shù)目。病理原因造成血-睪屏障結構破壞,則會影響其對物質的屏障作用。不育患者的睪丸間質血管呈明顯的透明樣變性,其程度與生精小管界膜的透明樣變程度一致。睪丸間質小動脈和小靜脈外膜的膠原原纖維明顯增多,排列紊亂,平滑肌細胞之間以及平滑肌細胞與內皮細胞之間的基膜物質增多。毛細血管基膜增厚,毛細血管周細胞呈鞘樣增生,內皮細胞變形、增生,胞體向管腔內突出,使管腔狹窄甚至消失。睪丸血管的病變導致精子發(fā)生所需的營養(yǎng)物質供給不足,機體內分泌調節(jié)信息不能正常進入睪丸,因而睪丸失去了內分泌環(huán)境的調節(jié),最終導致睪丸生精障礙。不育患者睪丸生精小管的界膜病變表現(xiàn)為基膜增厚,類肌細胞間隙增寬,界膜纖維組織增生、透明樣變性。界膜增厚主要是由Ⅰ、Ⅲ型膠原增生所致。生精小管界膜病變造成膜纖維化增厚和類肌細胞性狀的改變,破壞了睪丸內微環(huán)境的局部調節(jié),使支持細胞和精原細胞失去賴以生存的依托,同時也造成界膜通透性改變,使正常狀態(tài)下不能進入生精小管的物質得以自由通行,而營養(yǎng)物質的運輸受阻。研究還發(fā)現(xiàn),不育患者生精小管的界膜厚度≥3.8μm時開始出現(xiàn)輕度生精障礙;界膜厚度≥6.11μm,出現(xiàn)重度生精障礙,甚至為不可逆生精障礙。3生精植物的免疫反應血-睪屏障可以防止精子抗原外逸進入血液循環(huán)引起自身免疫反應,同時也防止有害物質進入生精小管,干擾精子的發(fā)生,為生精細胞分裂增殖及精子產生創(chuàng)造了一個特殊穩(wěn)定環(huán)境。3.1中間室、近腔室的建立精原細胞位于基底室內,在精子發(fā)生的動態(tài)過程中,細線期精母細胞分化成粗線期精母細胞離開基底室,穿過緊密連接中部時,這些緊密連接能分段開放,并在粗線期精母細胞的下方緊密連接重新組合,形成中間室。中間室的存在能確保生精細胞向管腔移動時維持血-睪屏障的連續(xù)性和完整性。隨后近腔側的緊密連接開放,生精細胞進入近腔室,中間室消失。基底室與近腔室的微環(huán)境是不同的,血漿和淋巴中的某些物質能進入基底室,與生精細胞接觸,但不能通過緊密連接,進入近腔室,保證了近腔室內精母細胞的成熟分裂和精子發(fā)育所需的微環(huán)境,對精子的發(fā)生具有重要作用。血-睪屏障的存在,還對維持基底室和近腔室間一定的滲透壓梯度,對生精上皮產生的液體向管腔方向分泌具有重要作用。3.2避免發(fā)生自身免疫反應發(fā)育中的精母細胞、精子細胞和精子具有特異的自身抗原,正常情況下的血-睪屏障能阻止這些特異抗原與機體的免疫系統(tǒng)接觸,避免發(fā)生自身免疫反應。即使生殖道遠端屏障破壞,機體對精子發(fā)生也會產生自身致敏反應,產生抗精子抗體,但血循環(huán)中的抗精子抗體不能通過血-睪屏障進入生精小管,阻止與精子發(fā)生免疫反應。如果血-睪屏障被破壞,精子抗原與機體的免疫系統(tǒng)接觸,將會引起自身免疫性睪丸炎,從而導致男性不育。3.3血清內蛋白、血漿蛋白和氨基酸的含量血-睪屏障的各層結構對不同大小物質的通透及其通透速度具有選擇性。正常情況下,離子與小分子物質通透快,其中水分子通過最快,30min可進入睪網液。酒精、尿素、甘油及碳酸氫鹽能緩緩地進入睪網液。標記鈉、鉀、氯和碘注入血流后能緩緩地進入睪網液,3h后其濃度仍低于血漿。由于葡萄糖在睪丸內很快代謝,因而睪網液中一般不含葡萄糖和果糖。氨基酸進入睪網液的速度以谷氨酸最慢,甘氨酸略快。血漿蛋白幾乎完全不能通過血-睪屏障,因而睪網液內蛋白含量很低。類固醇通透力弱,睪網液中的含量比血液低。許多抗生育藥物可進入睪網液,起到抗生育作用。4影響男性睪屏障的因素血-睪屏障是很堅固的屏障結構,一般不易遭到破壞。血-睪屏障中的支持細胞對熱、電離輻射和各種毒素的刺激有較大的耐受性。4.1糖激素對睪丸的影響Fawcett等發(fā)現(xiàn),大鼠在血-睪屏障建立前血液內有一個促性腺激素的峰值,認為血-睪屏障的建立是受性激素調節(jié)的。大鼠服用雌激素后,血-睪屏障會推遲建立。宋春風等發(fā)現(xiàn),糖皮質激素可導致睪丸生精小管的生精上皮細胞間隙擴張,各種生精上皮細胞以及支持細胞間連接結構被破壞,從而影響了睪丸正常的血-睪屏障,使得正常的微環(huán)境遭到破壞,有害的物質不能被屏蔽,Na+泵失效,滲透壓梯度不能維持,從而導致水分進入,在支持細胞內形成許多大小不等的空泡,這些超微結構的改變將導致睪丸功能的異常,嚴重影響機體的生殖功能。大鼠大劑量使用睪酮后,睪丸間質血管呈透明樣變性,膠原原纖維增多,排列紊亂,造成輕度生精障礙。4.2微波輔助大鼠睪丸用適當?shù)奈⒉訙夭G丸,可以抑制精子的形成和發(fā)育,從而能起到男性節(jié)育的作用。一段時間后,生精功能還可以恢復。微波加溫節(jié)育者,每月1次,每次30min,陰囊溫度40~43℃,發(fā)現(xiàn)睪丸生精上皮受到可逆性損傷,微波能損傷生精細胞,但血-睪屏障未受到損害。如果微波在損害生精細胞的同時,血-睪屏障遭到破壞,就可能引起其他一些副作用。用微波輻射家兔陰囊,在40~42℃時可見硝酸鑭的沉淀線包繞在精原細胞周圍,沒有超越支持細胞緊密連接的基底部;44℃時見支持細胞出現(xiàn)較多大小不等的空泡,精母細胞核基質可見空泡化,鑭顆粒出現(xiàn)在支持細胞胞漿內,并沿支持細胞胞漿延伸到管腔端。隨著微波劑量的增大,支持細胞膜受到損害程度增大,鑭從此滲入而進入胞漿內,從而使血-睪屏障受到破壞。目前,低溫也作為一種男性節(jié)育的方法進行研究。將暴露的小鼠睪丸以冰和鹽包裹使之在-5℃維持1h,可引起其生精上皮的損害。在低溫作用家兔睪丸時,首先引起睪丸血管痙攣,致使睪丸供血減少,低溫作用后1~3d睪丸毛細血管表現(xiàn)擴張,直徑增大,7d后逐漸恢復正常。低溫作用后可見生精小管界膜增厚皺折,也是影響生精上皮剝落的1個因素。低溫作用后不同時間,兔血清睪丸酮含量無明顯變化。4.3大鼠睪丸和克氏原螯蝦體內監(jiān)管周競爭中的精子發(fā)生結果鎘是一種較強的脂質過氧化誘導劑,一定劑量的鎘可引起細胞膜的脂質過氧化,造成膜結構的破壞。研究認為,鎘是一種較弱的電子供體和受體,可能不能通過電子傳遞直接引發(fā)脂質過氧化反應。有文獻報道,鎘有明顯的雄性生殖毒性,中毒機制也較復雜。慢性鎘中毒時,血-睪屏障被破壞,鎘易于從受損血管內漏出,并以彌散的方式透過受損的生精小管管周組織(特別是基膜)進入生精上皮內,直接作用于支持細胞和各級生精細胞,導致精子發(fā)生出現(xiàn)異常。許庭良等研究發(fā)現(xiàn),鎘明顯損傷血-睪屏障各部分結構。首先是血管內皮細胞胞質內空泡增多,嚴重者內皮細胞壞死、脫落;生精小管基膜明顯增厚呈波浪狀;相鄰支持細胞間的緊密連接處細胞膜分離,出現(xiàn)較大間隙,與緊密連接相關的膜下微絲束排列紊亂。廖曉崗等研究了鎘對大鼠睪丸的損傷,發(fā)現(xiàn)大鼠睪丸對鎘敏感,主要表現(xiàn)為毛細血管的損傷,導致血-睪屏障的破壞,使精子發(fā)生出現(xiàn)異常。陳敏等研究了鎘對睪丸組織的毒性及其作用機制,發(fā)現(xiàn)Ca2+、Fe2+濃度隨染毒后時間的延