生殖健康研究附模型

根據(jù)中國(guó)人口協(xié)會(huì)、國(guó)家衛(wèi)健委發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)育齡夫婦的不孕不育率從20年前的2.5%~3%攀升到近年的12%-15%左右，不孕不育者約有5000萬(wàn)人。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2023年，中國(guó)育齡人群整體不孕不育率將會(huì)達(dá)到18.2%，育齡人群的生育狀況不容樂(lè)觀(guān)，本文總結(jié)了影響不孕不育的相關(guān)因素和相關(guān)

動(dòng)物模型，以期促進(jìn)不孕不育的機(jī)制研究和藥物研發(fā)。男性生殖系統(tǒng)包括外部生殖結(jié)構(gòu)和內(nèi)部生殖結(jié)構(gòu)，外部部分包括陰莖、陰囊和睪丸。其中睪丸通常位于陰囊中，由眾多的生精小管構(gòu)成，是精子發(fā)生的部位。生精小管間具有間質(zhì)細(xì)胞，能分泌雄性激素促進(jìn)生殖器官發(fā)育、成熟和第二性征的形成及維持。生精小管經(jīng)輸出小管到達(dá)附睪。本文總結(jié)了影響不孕不育的相關(guān)因素和相關(guān)動(dòng)物模型，以期促進(jìn)不孕不育的機(jī)制研究和藥物研發(fā)。生殖健康研究（附模型推薦）1/11生殖系統(tǒng)簡(jiǎn)介男性生殖系統(tǒng)D1

DDDDDDDD[1]011.1D2

DDDDDD[2]精子發(fā)生是男性執(zhí)行生育功能的關(guān)鍵事件之一，成熟精原干細(xì)胞在睪丸微環(huán)境中通過(guò)一系列發(fā)育過(guò)程分化為成熟精子。睪丸組織中的體細(xì)胞微環(huán)境主要由支持細(xì)胞（Sertoli

cell）、間質(zhì)細(xì)胞（leydig

cell）、管

周肌樣細(xì)胞（myoid

cells）和睪丸巨噬細(xì)胞（macropahge）共同形成[3]。支持細(xì)胞是生精小管的上皮支持細(xì)胞，呈高大的柱狀，從基底膜延伸到管腔，它們圍繞著增殖和分化的生殖細(xì)胞。主要功能是為精子提供毛細(xì)血管來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)，形成血-睪丸屏障，產(chǎn)生有助于精細(xì)胞成熟的睪丸

液。間質(zhì)細(xì)胞位于生精小管之間，細(xì)胞質(zhì)中含有許多膽固醇脂滴。間質(zhì)細(xì)胞制造和分泌睪酮，進(jìn)而促進(jìn)精

子的產(chǎn)生、附屬性腺的分泌和男性次要特征的獲得。管周肌樣細(xì)胞是鱗狀可收縮的細(xì)胞，可促進(jìn)精子的運(yùn)

輸。睪丸巨噬細(xì)胞能夠促進(jìn)精原細(xì)胞的維持，并阻礙其它免疫系統(tǒng)物質(zhì)進(jìn)入睪丸組織。附睪是大而卷曲的管，精子在這里經(jīng)過(guò)重要發(fā)育階段而成熟。附睪下端經(jīng)輸精管而達(dá)于尿道。精液經(jīng)尿道、

陰莖而通體外。男性的內(nèi)部生殖器官包括輸精管、射精管、尿道、精囊、前列腺和尿道球腺。精囊腺、前列腺和尿道球腺是重要的附屬腺體，它們的分泌物構(gòu)成精液的主體，所含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能促進(jìn)精子的活性。2/11女性生殖系統(tǒng)也包括外部生殖結(jié)構(gòu)和內(nèi)部生殖結(jié)構(gòu)，外部生殖結(jié)構(gòu)包括陰阜、大陰唇、小陰唇、陰蒂、陰

道前庭，內(nèi)部生殖結(jié)構(gòu)包括陰道、子宮、輸卵管及卵巢。卵巢是卵子發(fā)生的部位，存在數(shù)量眾多的處于不同發(fā)育階段的濾泡。每個(gè)濾泡內(nèi)含有一個(gè)卵細(xì)胞，濾泡液含有雌性激素，能促進(jìn)生殖管道、乳房的發(fā)育以及第二性征的成熟。卵子成熟后，濾泡破裂，卵及濾泡液一起排出。所殘余的濾泡即逐漸縮小，并由一種黃色細(xì)胞所充滿(mǎn)，成為黃體。成熟卵排出后，進(jìn)入輸卵管前端的開(kāi)口（輸卵管傘），沿輸卵管下行達(dá)于子宮，受精作用發(fā)生于輸卵管上段。已受精的卵將植于子宮內(nèi)壁上，在這里接受母體營(yíng)養(yǎng)而發(fā)育。3/11D3DDDDDDDDDDDDDDDD[4]女性生殖系統(tǒng)1.2D4

DDDDDD[5]o0DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDGCDDDDDDDDTCDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD[6]D卵巢顆粒細(xì)胞是卵巢的主要功能細(xì)胞，其增殖與分化直接影響著卵泡的生長(zhǎng)啟動(dòng)、發(fā)育、排卵、黃體形成以及甾體激素分泌等卵巢功能活動(dòng)。卵泡發(fā)育的顯著標(biāo)志之一就是顆粒細(xì)胞迅速生長(zhǎng)及增殖，而成年動(dòng)物的卵泡閉鎖主要是由顆粒細(xì)胞凋亡引起，尤其在卵泡發(fā)育后期，此外，顆粒細(xì)胞還與卵泡膜細(xì)胞共同完成卵巢激素的合成，維持著有利于卵母細(xì)胞生長(zhǎng)和成熟的微環(huán)境。卵泡外膜則由一層或多層平滑肌細(xì)胞構(gòu)成，接受自主神經(jīng)支配，促使其收縮，其精確作用尚不清楚，但平滑肌細(xì)胞的收縮與排卵及卵泡閉鎖有關(guān)。卵巢的血管重塑支持著濾泡生長(zhǎng)和變性，內(nèi)皮細(xì)胞參與血管重塑

過(guò)程。卵巢含有多種免疫細(xì)胞，如巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞、粒細(xì)胞等，可分泌可溶性調(diào)節(jié)因子，

單獨(dú)或聯(lián)合調(diào)節(jié)卵泡發(fā)生、排卵和黃體形成。

4/11D5

DDDDDD南模生物在小鼠生殖系統(tǒng)特定細(xì)胞類(lèi)群marker基因中敲入Cre/Dre等重組酶元件，可以在特定細(xì)胞群里

進(jìn)行基因及細(xì)胞功能的研究。具體模型信息見(jiàn)下表：5/11影響不孕不育的遺傳因素02D6DDDDDDDDDDDDDDD[7]X、Y染色體作為決定性別發(fā)育的重要染色體，其結(jié)構(gòu)、數(shù)量變化及其基因仍是學(xué)術(shù)界研究男性不育的重

點(diǎn)。例如，Y染色體上存在的精子發(fā)生相關(guān)基因——無(wú)精子因子（AZF）區(qū)，是最常見(jiàn)的染色體微缺失區(qū)

域。相關(guān)基因則有無(wú)精子缺失基因（DAZ）、RNA結(jié)合基序基因（RBMY）、USP9Y基因。X染色上的關(guān)鍵基因則有雄激素受體（AR）、Anos1、Rhox及USP26等。此外，位于常染色體上的CFTR基因純合子突變會(huì)引起男性先天性雙側(cè)輸精管缺失，導(dǎo)致阻塞性無(wú)精子癥。其它關(guān)鍵基因還有INSL3-RNFP2、SYCP3、KLHL10、AURKC等。線(xiàn)粒體DNA的缺失也對(duì)男性生育有一定的影響[7]。對(duì)于女性而言，引起不孕癥的因素以生殖系統(tǒng)相關(guān)病變居多，主要為子宮病變和卵巢病變，此外機(jī)體免疫功能異常（即產(chǎn)生致病性抗體如抗精子抗體、抗卵巢抗體等）及社會(huì)-心理-精神因素對(duì)不孕癥也有明顯影響[8]。近來(lái)發(fā)現(xiàn)，單基因變異與女性不育也有一定的關(guān)系。男性的不育最常由精子發(fā)生障礙引起，臨床上稱(chēng)為少精子癥或無(wú)精子癥。男性不育致病因素復(fù)雜（見(jiàn)圖6），目前已知的主要因素包括遺傳因素、抗精子抗體、感染、內(nèi)分泌因素、疾病、鋅缺乏、環(huán)境、飲食和吸煙等。在少精子癥、弱精子癥及非梗阻性無(wú)精子癥發(fā)生的因素中，遺傳因素占到了大約30%，其中

包括基因突變和染色體異常[7]。6/11D72015DDDDDDDDDDDDDD[9]46,XY性腺發(fā)育不全又稱(chēng)之為Swyer綜合征，主要與參與性別決定過(guò)程中的基因突變有關(guān)，例如NR5A1，MAP3K1，GATA4，F(xiàn)OG2基因突變。NR5A1編碼的轉(zhuǎn)錄因子，可調(diào)控性腺發(fā)育和生殖相關(guān)

的基因表達(dá)，該基因突變后將導(dǎo)致性腺發(fā)育不全。SRY基因一直被認(rèn)為是性腺發(fā)育途徑中的關(guān)鍵基因，約

有15%的46,XY患者攜帶SRY基因突變。最近發(fā)現(xiàn)DHX37基因也與性腺發(fā)育不全有關(guān)。此外，BMP15在卵巢早衰病中起到?jīng)Q定性的作用，缺失突變后在純合狀態(tài)下引起卵巢功能不全。NOBOX、

FLGLA、EIF4ENIF也與卵巢早衰病有關(guān)。LHCGR、ZP基因則與空卵泡綜合征有關(guān)[10]。不孕不育小鼠模型目前不孕不育的臨床治療主要依靠輔助生殖技術(shù)，但其存在費(fèi)用高、操作繁瑣以及高多胎率等一系列亟待

解決的問(wèn)題。因此，研究不孕不育的發(fā)病機(jī)制并針對(duì)病因給予治療是今后的主要研究方向。通過(guò)構(gòu)建不孕不育小鼠模型，將有助于疾病機(jī)制的研究和臨床治療。雄性不育小鼠模型可以通過(guò)物理方法（例如，熱刺激、輻射效應(yīng)）、化學(xué)方法（例如，化療藥物誘導(dǎo)）、

手術(shù)方法（實(shí)驗(yàn)性隱睪、手術(shù)致精索靜脈曲張）以及基因敲除的方法構(gòu)建。這里主要介紹下基因敲除小鼠7/11雄性不育小鼠模型033.1[11]雌性不育的疾病類(lèi)型較多，本文著重總結(jié)了人群中多發(fā)的多囊卵巢綜合征和卵巢早衰相關(guān)小鼠模型。.

多囊卵巢綜合征小鼠模型[12]多囊卵巢綜合征（PCOS）是女性不孕不育的主要原因之一。在過(guò)去幾十年里，PCOS的動(dòng)物模型主要由人工誘導(dǎo)而成，例如雄激素誘導(dǎo)和高脂飲食。有研究者認(rèn)為，不同基因背景的小鼠對(duì)脫氫表雄酮（DHEA）（雄激素的一種）誘導(dǎo)的反應(yīng)存在一定的差異。DHEA在C57BL/6J背景下誘導(dǎo)的PCOS小鼠模型比BALB/c在代謝方面更接近于PCOS患者?，F(xiàn)在有研究者認(rèn)為PCOS表現(xiàn)為多基因相關(guān)性，通過(guò)構(gòu)建多基因型小鼠可模擬PCOS癥狀。瘦素缺乏和瘦素受體缺乏小鼠表現(xiàn)出一系列的類(lèi)PCOS的生殖和代謝特征，但沒(méi)有呈現(xiàn)卵巢多囊化。而下丘腦瘦素受體和

胰島素受體特異性敲除小鼠，則表現(xiàn)出明顯的代謝紊亂和卵巢形態(tài)改變，與正常小鼠相比有較多的退化卵泡。雌激素受體α和芳香化酶CYP19敲除小鼠，卵巢出現(xiàn)囊性出血，不排卵。此外，過(guò)表達(dá)人纖維溶酶原啟動(dòng)物抑制劑-1小鼠，出現(xiàn)了不排卵、黃體缺失的現(xiàn)象，且有50%以上的雌鼠

出現(xiàn)了卵巢多囊化。卵巢過(guò)表達(dá)神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF）的小鼠可以導(dǎo)致卵泡在竇性卵泡期出現(xiàn)閉鎖、凋亡增加、小的生長(zhǎng)卵泡積累，LH水平有輕度的持續(xù)性升高，這使卵巢多囊化的幾率增加?？偨Y(jié)如表1。D1DDDDDDDPCOSDDDDDDD[12]模型。Xrcc1是一種重要的DNA修復(fù)基因，在精子發(fā)生早期高度表達(dá)。Xrcc1基因敲除小鼠與野生型小鼠

比較，睪丸體積更小、精子活性減弱、生精小管數(shù)量減少，且誘導(dǎo)睪丸活性氧水平升高，損害精子和精原

干細(xì)胞。雄激素和雄激素受體（AR）促使睪丸發(fā)揮正常生理功能。AR敲除小鼠生殖細(xì)胞發(fā)育不完整，導(dǎo)

致無(wú)精子癥及不育。MIWI蛋白是RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體（RISC）的核心元件-Argonaute蛋白家族成員之一

，敲除Miwi后，會(huì)造成小鼠精子產(chǎn)生明顯缺陷，表現(xiàn)為雄性不育。8/11雌性不育小鼠模型3.2.

卵巢早衰動(dòng)物模型[13]近年來(lái)，卵巢早衰（POF）（又稱(chēng)為早發(fā)性卵巢功能不全（POI））的發(fā)生率每年上升，且不斷向低齡化趨勢(shì)發(fā)展，成為中國(guó)女性不孕的常見(jiàn)病因之一。根據(jù)POF不同的發(fā)病機(jī)制,目前已經(jīng)成功構(gòu)建的模型有：基因敲除模型、自身免疫模型、放療模型、化療藥物模型、卵巢切除模型、D-半乳糖模型以及環(huán)境損傷

模型等。這里主要介紹基因敲除模型。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)了與POF發(fā)生相關(guān)的基因，包括脆性X智力低下基因1（FMR1）、骨形成發(fā)生蛋白15基因（BMP15）、生長(zhǎng)分化因子9基因（GDF9）、叉頭框L2基因（FOXL2）等。FOXL2是調(diào)控基因表達(dá)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，在顆粒細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用，敲除雌性小鼠FOXL2基因后，

發(fā)現(xiàn)小鼠顆粒細(xì)胞停止生長(zhǎng)，隨后卵母細(xì)胞死亡，大量卵泡閉鎖，生育能力降低。BMP15通過(guò)促進(jìn)卵母

細(xì)胞發(fā)育、防止顆粒細(xì)胞凋亡，參與促進(jìn)卵泡生長(zhǎng)和成熟；BMP15基因敲除雌性小鼠生育能力明顯下降。表2：各種常見(jiàn)POF動(dòng)物模型建模方法比較[13]9/11*臨床相關(guān)性代表目的基因的同源人類(lèi)基因在臨床上報(bào)道過(guò)與該生殖系統(tǒng)疾病有相關(guān)性。#品系表型預(yù)測(cè)代表有文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)具有類(lèi)似基因型的小鼠出現(xiàn)過(guò)該生殖系統(tǒng)疾病的表型。南模生物深耕基因編輯領(lǐng)域，提供全方位模式生物服務(wù)，包括基因修飾成品模型供應(yīng)、個(gè)性化模型定制、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥效評(píng)價(jià)等，滿(mǎn)足不同實(shí)驗(yàn)室需求。DDDD:[1]AgarwalA,MajzoubA,ParekhN,HenkelR.ASchematic

Overview

ofthe

Current

Status

of

Male

Infertility

Practice.World

JMensHealth.2020

Jul;38(3):308-322.doi:10.5534/wjmh.190068.[2]/health/articles/9117-male-reproductive-system[3]

Wang

M,

Liu

X,

Chang

G,

et

al.

Single-Cell

RNA

Sequencing

Analysis

Reveals

Sequential

Cell

FateTransition

during

Human

Spermatogenesis.

Cell

Stem

Cell.

2018

Oct

4;23(4):599-614.e4.

doi:

10.1016/j.stem.2018.08.007.[4]https://www.histology.leeds.ac.uk/male/sertoli_cells.php[5]https://elsevier.health/en-US/medstudents/lashcard-female-reproductive-system[6]Fan

X,

Bialecka

M,

Moustakas

I,

Lam

E,Torrens-JuanedaV,

Borggreven

NV,Trouw

L,

Louwe

LA,

Pilgram

GSK,

Mei