生殖基本知识

生殖基本知识第一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三2.1.基本概念配子：精子sperm,

卵母细胞（卵子）oocyte(egg)受精卵胚胎embryo胎儿fetusday11(Mouse)after9wk(human)

生殖内分泌学生殖生理学第二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三♀♂♂性内分泌系统睾丸结构精子发生精子结构---运动射精性周期绝经受精卵子排

卵卵泡发生乳腺生物学泌乳---哺乳胎儿---母体妊娠子宫分娩妊娠基因表达着床胎盘性别决定卵

巢

生

理子宫生物学性别分化♀性生殖系统结构---生理生殖激素生殖激素第三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三ReproductiveEndocrinology

第四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三激素来源、靶器官和功能Hormones:Sources,TargetsandFunctionsSourceHormoneTargetPhysiologicEffect下丘脑GnRHPituitary,tissuesStimulatesFSH/LHsecretionAnteriorpituitary腺垂体Follicle-stimulatinghormone(FSH)OvaryandTestesGrowthofovarianfolliclesorseminiferoustubulesLuteinizinghormone(LH)OvaryandTestesProductionofestrogenandprogesteroneortestosteroneposteriorpituitaryOxytocin催产素UterusandMammaryStimulatescontractionandsecretionofmilkPinealgland松果腺MelatoninGonads,pigmentcellsControlbiorhythmsinfluencereproductionOvaryEstrogenestradiolGeneraluterusDevelop/maintainfemalecharacteristicsstimulategrowthofuterineliningProgestrogenUterus,breastStimulatedevelopmentofuterineliningPlacentaChorionicgonadotropinAnteriorpituitaryStimulatesreleaseofFSHandLHTestes睾丸TestosteroneGeneralandreprod-uctivestructuresDevelopsandmaintainsmalesexcharacteristicspromotesspermatogenesis第五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Relationofthepituitaryglandtothebrainandhypothalamus第六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三♀生殖周期中激素的反馈调节第七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三♀发情周期第八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三PhysiologyofReproduction

第九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三1、雄性生殖器官与精子

（sperm）第十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三产生精子合成和分泌类固醇激素、神经肽、鸦片肽、蛋白水解酶等。精原干细胞、精子载体睾丸注射GENE第十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Spermandspermvector第十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三2、Femalereproductiveorgans

输卵管oviduct；2卵巢；3子宫第十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三3、Ovary冷冻与移植Mouse:Szteinetal,1998;JacksonLab;Shawetal,2000;Manipulatingthemouseembryo,3rdedscow：Shawetal,2000;AgcaY,2000Sheep:Salleetal,2003为什么进行卵巢冷冻和移植？基础研究患癌症的女性，放疗和高剂量的化疗都能导致不孕标准：developmenttoterm第十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三rat第十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三卵巢移植Mice：Jones&Krohn;Parrott,1960;Sheep:Gosdenetal,1994免疫问题第十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三MonkeyBRENDA：Leeetal,Nature,2004,428:137-8第十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三4、卵泡发育与卵子成熟第十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三mouse第十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第二十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三RelationshipbetweenoocyteandfolliclecellsTraditionalopinion:

在卵子发生过程中，卵泡细胞养育卵母细胞卵泡细胞通过排卵发生将卵母细胞输送到输卵管中RecentStudies：卵泡发生过程中，卵母细胞具有主动的关键作用卵母细胞与卵泡细胞间建立的双向通信，是卵子的获得受精力，以及早期胚胎发育是必需的第二十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Ovulation：卵母细胞旁分泌的GDF9、BMP-15和卵巢外LH主导Oocyte-granulosacellcommunicationisessentialfornormalgrowthanddevelopmentofboththeoocyteandthefollicle第二十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三成年动物原始卵泡再生

---Rewritetextbook！femalemammalsproducenoneweggsafterbirthmouseovariesharborapreviouslyundiscoveredtypeofstemcellthatcanformneweggsthroughadulthood.newJohnsonetal,2004第二十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Germ-cellproliferationinjuvenileandyoungadultovariesa示卵巢表面上皮可能的GermlineStemCells(arrowheads)，这些细胞(b)表达生殖细胞特有的MVH蛋白(mousevasahomologue,免疫偶联黄色产物，b)。这些细胞保持着正常的有丝分裂生长过程（c）.采用BrdU(red)和MVH(green)双染色方法，证明这些生长的生殖干细胞存在于幼年（d）和青年母鼠（e）的卵巢上。F图是用苏木精和伊红染色的d图卵巢组织。分裂前期(g)和中期(h)的阳性干细胞（绿色）第二十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Meiosisofoocyte第二十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三小鼠成熟Oocyte的参数第二十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三卵母细胞中mRNA的储存Oocytegrowth(40m85m)andaccumulationofoocyteRNAaccumulationofoocytet-PAmRNAduringoocytegrowth(40oocytes/lane)OocytegrowthandaccumulationofoocyteRNA(~300-foldincrease,12m85m)第二十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三卵母细胞的IVM

(invitromaturation)MediaHormoneGrowthFactoraa第二十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三卵母细胞的冷冻与解冻

vitrificationThawingFreezing第二十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三卵子形态结构DictyatestageovulationM-IIstage第三十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Zona第三十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Zona小鼠ZP1，ZP2，ZP3分别为200，120和83KD的糖蛋白。由生长的卵母细胞连续合成和分泌生成Zona。糖基化在高尔基体中完成。第三十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三小鼠透明带ZP1：维持透明带的立体结构。ZP2:精子第二受体。ZP3：精子第一受体、诱导精子的顶体反应。主肽链402aa,44KD,3-4条N-oligos(稳定蛋白质结构，防止内源性酶的降解)，6条丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）连接的O-oligos.编码基因：5号染色体，单拷贝，8个exon，exon7高度变异，由其编码的25个氨基酸残基及其糖基化位点决定了受体功能和透明带反应，保证了受精过程的种间特异性。ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP3ZP3ZP3ZP3ZP3ZP3ZP3ZP3ZP3ZP1ZP3ZP3ZP3ZP2ZP1－6.2m－第三十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三ZP3的生物学功能之一主肽链诱导精子发生顶体反应O-oligos末端的非还原性单糖（可能为-半乳糖或N-乙酰葡糖胺），参与识别精子表面的透明带结合蛋白（ZBP，zonabindingprotein），介导透明带与精子的第一次结合，行使精子受体的功能。第三十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三ZP3的生物学功能之二Zonareactionandblockspermpenetration第三十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三techniqueofretroviralvector第三十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三5、Fertilization第三十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Outlineofmammalianfertilization第三十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三gametesarriveatfertilizedregion第三十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Step1spermpenetratesthecumuluscellslayerPH-20glycoproteinofspermholdingtheactivityofhyaluronidase第四十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Step2spermrecognizes,binds,andpenetratesthroughthezonaofoocyte识别、结合Acrosomereactionofsperm第四十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Acrosomereaction,penetrationStep2spermrecognizes,binds,andpenetratesthroughthezonaofoocyte第四十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Step2spermrecognizes,binds,andpenetratesthroughthezonaofoocyteZonareaction第四十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Step3.识别和融合第四十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Step4Corticalreactionandpolyspermyblock融合时的变化：阻止多精子入卵融合同时，质膜电位快速去极化，胞内游离〔Ca2+〕瞬时升高，pH值升高，皮质颗粒的释放第四十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三卵母细胞的激活变化融合后的变化：“唤醒”卵母细胞，完成周期形态：PB2的排出、精子核膜崩解、精子染色体去浓缩、雌雄原核形成、双原核向卵中央迁移、原核核膜崩解，进入第一次有丝分裂。生理：〔Ca2+〕升高和/或Ca2+振荡、受精膜电位的形成、pH值升高生化：母源mRNA的翻译、功能蛋白的修饰、细胞周期因子的活性变化、DNA合成的启动。第四十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三卵母细胞激活的关键胞内游离〔Ca2+〕升高是关键信号钙池中Ca2+动员的模式Ca2+振荡胞外Ca2+的流入是维持Ca2+振荡必需的Ca2+振荡时，Ca2+泵动员1个Ca2+将耗掉1～2ATP，生物体采用这样一个效率低下的信号机制，意义何在？第四十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三精子激活卵母细胞的初始信号受体假说激活因子假说第四十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三PIP2.磷脂酰肌醇酯；PLC.磷脂酶C；IP3.三磷酸肌醇；DAG.甘油二酯PIP2PLC-betaPLC-gammaG?PTKCa2+IP3DAGPKC???CG释放、PB2排出、双原核形成………受体学说第四十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三PIP2.磷脂酰肌醇酯；PLC.磷脂酶C；IP3.三磷酸肌醇；DAG.甘油二酯PIP2PLC？截短c-kit?寡聚oscillin?Ca2+IP3DAGPKC??CG释放、PB2排出、双原核形成………激活因子学说?NO?第五十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Furtherchange:pronuclearformationandPB2extrusion第五十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Microinjection第五十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三MicewithoutafatherInmammals,genomesfrombothparentsaregenerallyneededtomakeviableoffspring.Butchangingtheexpressionof‘imprinted’genescanrenderthefather’scontributiondispensable.Loebel&Tam,2004第五十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Micewithoutafather

normalgeneexpressionofH19/Igf2Loebel&Tam,2004TheH19andIgf2genesarefoundonthesamemousechromosomeandareoppositely‘imprinted’:innormalembryos,H19isexpressedonlyfromthematernalchromosomeandIgf2onlyfromthepaternalchromosome.Onthematernalchromosome,theproteinCTCFbindstothedifferentiallymethylateddomain(DMD),blockingtheaccessofenhancerstoIgf2.Thus,H19isexpressedinstead.Onthepaternalchromosome,theDMDismethylated(representedbyCH3),andsoCTCFcannotbind;theenhancersthereforehaveaccesstoIgf2,whichisexpressed,whereasH19issilenced.第五十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三MicewithoutafatherLoebel&Tam,2004Konoetal.1combinedthechromosomesfromafullygrownegg(whichhasallmaternalimprints)withthechromosomesfromanon-growingeggfromwhichtheDMDandH19

weredeleted(H1913).ThesedeletionsmimickedtheabsenceofpaternalH19activityandenabledIgf2expression,leadingtoviableadults.NormalKonoetal第五十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三ParthenogeneticmicedevelopedtoadulthoodKonoetal,2004Normalreproduction第五十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三6、Embryogenesis第五十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Morphologicalaspectsofpreimplantationembryos第五十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三SEMMorphologyofembryos第五十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Developmentofhumanpreimplantationembryo第六十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Innercellmassandtrophoblastcelllayer第六十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三MoleculareventsduringembryogenesisGametesnucleusdecondensation基因组DNA的启动时相Genomicimprinting功能基因的转录XistTertOct-4（stemcells，略）第六十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三♀:Completionofmeiosis,Pronucleidevelopment1).gametesnucleusdecondensation第六十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三♂:Decondensationofthespermnucleusinooplasm1).gametesnucleusdecondensationDNA-HistoneDNA-ProtamineSpermnucleusY第六十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三♂:Decondensationofthespermnucleusinooplasm1).gametesnucleusdecondensationSpermnucleusdecondensationisindependentofeggactivation,whereasthetransformationofadecondensedspermnucleustoapronucleusisdependentoneggactivationSpermnucleusdecondensationisearlierthanthatofoocytenucleus第六十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三concept2)MaternaltozygotictransitionMZT:maternaltozygotictransitionZGA:zygoticgeneactivationor,embryonicgenomeactivation.由母体遗传的蛋白质和转录本直接发动的发育程序，被新的发育程序代替，新功能基因开始表达。

是胚胎继续发育必需的过程，高等动物比低等动物早第六十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Biologicalfunctionsofthematernaltozygotictransition2)MaternaltozygotictransitionTodestroyoocyte-specifictranscripts,suchasthatfortheRNAbindingproteinMSY2(占卵子总蛋白的2%，维持卵子中mRNA的稳定)toreplacematernaltranscriptsthatarecommontotheoocyteandearlyembryo,e.g.actin,withzygotictranscriptstopromotethedramaticreprogramminginthepatternofgeneexpressionthatiscoupledwiththegenerationofnoveltranscriptsthatarenotexpressedintheoocyte第六十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三maternalmRNAspriortogenomeactivation2).MaternaltozygotictransitionBythemidmurinetwo-cellstage,manyembryonicgenesareswitchedon.Coincidentally,muchofthematernallyinheritedmRNAappearstobedegradedrapidly,butmaternallycodedproteinscanpersistbeyondthistime.2-细胞期的小鼠胚胎中，>90%的maternalmRNAsaredegraded第六十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Timeofgenomeactivation2).Maternaltozygotictransitionmouse：2-cellstage(Schultz,1993)bovine,ovineandhuman：4-to8-cellstages(Telfordetal.,1990).1-cellmurineembryoistranscriptionallyactiveandthatRNApolymeraseI,IIandIIIarefunctional.第六十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Methylationreprogramminginpreimplantationembryos3).Genomicimprinting黑：甲基化imprintedgenes红：母源的去甲基化的非印迹基因组兰：父源的去甲基化的非印迹基因组受精后，父源基因组(兰)的去甲基化机制马上激活。对于母源基因组（红）来说，去甲基化机制是被动的，依赖于DNA复制。囊胚分化出胚胎细胞系（EM）和胚胎外细胞系（EX）时，父源和母源基因组同时开始恢复甲基化过程。早期发育过程中，甲基化的印迹基因和一些重复序列（上虚线表示）不会去甲基化；同样，非甲基化的印迹基因（下虚线表示）也不会甲基化。第七十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Conceptandbiologicalfunction3).X-chromosomeinactivationLeonhypothesis:雌性的一条X染色体随机失活由X染色体上的X-inactivationcentre(Xic)控制着X失活的开始、程度、以及哪一条X染色体的失活Xic同时产生Xisttranscript,aremarkableRNA覆盖在X染色体的cis部位，发动沉默XistRNAcoating过程使X染色体发生一系列的染色质变化，包括Polycombgroupproteins的复原过程X失活初期脆弱，需要随后的DNAmethylation等epigeneticmarks进一步来稳定

近期研究发现，小鼠的X失活不仅仅是在附植前阶段完成分裂期的胚胎中，所有细胞中的父源X最初被灭活，随后在不同的细胞亚类中被选择性的激活，来组织胚胎，最后才发生随机性的失活第七十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Xinactivationduringpre-implantationmousedevelopment3).X-chromosomeinactivationXp:paternalgenomeXm:maternalgenomeHeard,2004第七十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三7、implantationandplacentation第七十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三

胎生是哺乳动物在自然选择中出现的有效繁殖模式。哺乳动物子宫是该模式的承担者,是精子获能、胚泡着床、胚胎发育和分娩的场所，因而它是一个多功能的器官。精子获能胚泡着床胚胎分娩发育第七十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三胚胎植入“窗口”：a)胚胎滋养层具备可侵入能力，同时，b)子宫内膜具备可接受性的这一特定而短暂的时期“窗口”期：人D5-7(D19-21)小鼠D4.5Panda不定，延缓型第七十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Molecularsignalingduringimplantation非接受期子宫对囊胚反应迟钝。通过调控子宫内的多种因子，E2andP4可以将子宫的状态由非接受期转变至接受期。反过来，子宫方面的catecholestrogen也可以将胚泡激活至有植入能力的状态。粘附过程中，子宫内的一系列信号过程引起胚泡的植入，随后间质细胞开始蜕膜化。胚泡粘附过程中，还存在配体-受体、粘附分子(integrinsandothercell-surfacemolecules)的作用.第七十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三AppositionAdhesionNorwitzE.,etal.,NEnglJMed,345：1400－1408胞饮突pinopodesSTB微绒毛第七十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三NorwitzE.,etal.,NEnglJMed,345:1400－1408CTBSTB愈合中的子宫上皮子宫内膜毛细血管子宫内膜腺体第七十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三NorwitzE.,etal.,NEnglJMed,345:1400－1408母体血窦sinusoidCTBSTB滋养层腔(lacuna)第七十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三人胎盘内血液循环示意图血窦脐静脉脐动脉绒毛子宫螺旋动脉的末端开口于绒毛间形成血窦，胎盘绒毛浸润在血窦内；而胚胎的脐动脉和静脉分支进入每一根绒毛内，胎儿与母体之间进行开放式的血液循环。第八十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三人足月胎盘示意图第八十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三8、Sexualdetermination

&differentiation第八十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三PGC细胞起源PGC细胞迁移Sry基因的表达及雄性发育方向的确立Genomereprogramming生殖管道的发育雌性发育第八十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三图解：（左图）6.0dpc阶段，源于胚胎外部外胚层（浅蓝色部分）趋化细胞（predisposescells）的信号，作用于胚盘（棕色）上层细胞epiblast的PGCc前体，发动生殖细胞系的命运；（右图）接着，所有的PGCs前体向原条(Primitivesteak)迁移，边迁移边增值，到达胚胎外的区域。7.0dpc阶段，新生成的胚胎外中胚层（金黄色）形变，构成胚外体腔（exocoelomiccavity，白色），一些PGCs前体停止迁移，成簇排列在生殖细胞系诞生的部位。PGC细胞的起源第八十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三PGCmigration7.25dpc,PGCs细胞在后羊膜褶中胚层中(posterioramnioticfold)确立,成簇排列；7.0-8.5dpc,PGCs细胞位于原条(primitivestreak)后部的下层,并且混入尿囊(allantois)基层,成簇排列,约有75个细胞左右,此时胚胎处于前体节阶段(presomitestage).8.5dpc前数小时,表达组织非特异的碱性磷酸酶活性(tissue-nonspecificAlkalinephosphatase,TNAP),高度转录Oct3/4(又称POU5f1)mRNA.PGCs细胞继续向生殖嵴迁移的过程中,碱性磷酸酶的活性仍然维持.8.0dpc,小群体PGCs出现,总数约200左右,位于后肠(hindgut)上皮中.随后,PGCs细胞沿肠管内胚层(gutentoderm)以阿米巴方式迁移,进入肠系膜(mesentery)中胚层,最后定居于生殖嵴腔上皮.10.5-11.5dpc期间,可以在生殖嵴上皮检测到PGCs细胞.PGCs迁移至尿囊后,细胞周期为16小时,13dpc时,数量达到25000左右.第八十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三小鼠XX和XY生殖腺双向分化通路的分子基础

10.5-11.5dpc时,数种因子(Sf1,Wt1,Lhx9,M33,Emx2,Igf1r/Ir/Irr)参与生殖腺双潜能细胞的增殖和防止细胞凋亡的生化过程;10.5-12.5dpc期间,GATA4/FOG2andWT1+KTS因子与XY生殖腺中Sry基因的激活有关,Sry蛋白通过调控Sox9,Fgf9和Dax1因子,实现生殖腺向雄性方向发育,诱导体细胞向Sertoli细胞定向分化,随后在Pdgfra,Dhh,成,唯一知道的与12.5dpc早期卵巢发育有关的两个因子是Wnt4和Fst.第八十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三左：Y特异基因，右：X同源基因.黄色为广泛表达基因；蓝色为testis-specificgenes；tooth-bud-specificgenesingreen,andbrain-specificgenesinred.Geneticmapofthenon-recombiningregionofthehumanYchromosome第八十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三LocationofSRYonYchromosome第八十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Srygene

原始生殖腺向睾丸方向分化的时间明显早于向卵巢分化的时间,由此预测,雄性发育方向的启动是一个主动性的过程,在开始卵巢发育之前,雄性发育信号主导着双重潜能的生殖腺细胞向睾丸方向分化.雌性小鼠在交配后10.5天(10.5dpc.,dayspostcoitum)时,能够检测到胎儿生殖腺中Sry基因的表达；原位杂交显示，11.5dpc阶段的Sry基因转录只局限在生殖嵴部位，邻近的中肾组织没有转录。11.5-12.5dpc期间，未分化生殖腺获得雌或雄性特征。在12.0-12.5dpc时,也就是在Sry开始表达36h后,