镉对睾丸组织间质内的影响

镉对睾丸组织间质内的影响

血液暴露于50ml以前。当血液中注入动物血液时，这些物质出现在全身器官的组织中，但在大脑和睾丸的生精管中找不到染料。20世纪60年代初,学者们发现生精小管的肌样细胞层及支持细胞间的紧密连接(tightjunctions)构成了物质通透的屏障。1970年,Fawcett等用电子致密物质标记法于电镜下显示了血-睾屏障的存在。1988年,Pelletier发现季节性繁殖的水貂,在生精不活跃期血-睾屏障不能阻挡示踪物进入生精上皮。1990年,Mayerhofer等研究发现,金黄地鼠的血-睾屏障于出生后16d形成,30d后则发育成熟。1996年,Meyer等发现,男性不育患者生精小管的支持细胞之间的紧密连接仍然存在,但镧却能透过紧密连接。1998年,许庭良等研究了慢性镉中毒对小鼠血-睾屏障的影响,发现镉明显地损伤血-睾屏障各部分结构。1999年,Shirley等发现,在老年金黄地鼠的睾丸中很少存在典型的紧密连接,支持细胞膜内缺少内质网层,然而支持细胞质膜间却存在大量连接点,能阻止镧进入生精小管,目前还不清楚这些连接点是不是紧密连接。廖晓岗等还研究了镉对大鼠睾丸的损伤。2000年,陈敏等发现,镉对小鼠睾丸有明显毒性,脂质过氧化作用及其所致的组织损伤和出血性炎症是镉对睾丸损害的主要病理现象。宋春风等和赵雅君等还分别研究了糖皮质激素和微波辐射对血-睾屏障的影响。1内毛细管细胞的结构血-睾屏障是睾丸间质内的毛细血管与生精小管之间存在的结构总称,主要包括间质内毛细血管的内皮细胞及其基膜、生精小管的界膜(包括3层结构)、生精小管内支持细胞之间的紧密连接。许多研究证明,这种屏障与血-脑屏障不同,其结构基础不仅包括毛细血管,而且支持细胞间的紧密连接也是构成血-睾屏障的主要结构基础。1.1睾丸间质内的血管内皮功能睾丸间质内存在着丰富的毛细血管,它构成血管的渗透性屏障,参与生精小管与睾丸间质的物质交换。正常生理状态下,毛细血管的内皮细胞能选择性调节从小分子至超大分子的物质通过,而多种致病因素和病理状态可损伤内皮细胞,导致血管内皮细胞功能障碍,影响物质的透过。Setchell发现,毛细血管对大分子物质通透性很高,内皮细胞间缺乏紧密连接,并且人的睾丸间质内朝向生精小管侧的毛细血管为有孔型,而朝向间质的毛细血管无内皮窗孔。Erguen等研究了大鼠睾丸间质内的毛细血管,结果发现间质内的毛细血管可分为连续型和有孔型2种,其中连续型的毛细血管无间质细胞包围。毛细血管的基膜是由内皮细胞和成纤维细胞共同产生的,其主要成分是Ⅳ型胶原、片蛋白、串珠素等。基膜构成了内皮细胞与结缔组织间的界面结构,同时,它对大分子蛋白等物质具有选择性通透作用。1.2小管界膜的修复生精小管的界膜是介于毛细血管与生精上皮之间结构的总称,对生精小管与睾丸间质的物质交换起着重要的屏障作用,它对物质的通透具有选择性,因此也属于血-睾屏障的组成部分。生精小管的界膜自血管侧至生精小管侧分为成纤维细胞层、类肌细胞层及基膜。成纤维细胞主要对界膜起修复作用。类肌细胞层一般认为是物质通透的主要屏障,类肌细胞收缩可使生精小管产生收缩运动,有助于精子的排出。啮齿类的大部分类肌细胞间有紧密连接,构成了生精小管内物质通透的屏障。正常情况下基膜对物质通透无显著影响。生精小管界膜中的成分有Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ型胶原、层粘连蛋白、制动素/着位素(entactin/nidogen)、纤维粘连蛋白和蛋白多糖等。细胞外基质具有重要的生物学功能,可通过形成非特异屏障参与血-睾屏障的构成。1.3胞向管腔迁移运动过程中的细胞间的紧密连接的结构研究发现,在靠近生精小管基底部的支持细胞间形成的紧密连接,是构成血-睾屏障的形态学基础。此连接将生精小管进一步分隔成基底室(basalcompartment)和近腔室(abluminalcompartment),在生精细胞向管腔迁移运动过程中,在基底室和近腔室间还形成中间室(intermediatecompartment)。基底室位于生精小管基底膜与支持细胞的紧密连接之间,内含精原细胞、前细线期和细线期精母细胞。近腔室位于基底室的内侧,含有细线期以后的各级生精细胞。透射电镜下,这种支持细胞间的紧密连接由3部分组成:(1)支持细胞的细胞膜融合及典型的紧密连接结构;(2)表面下池(subsurfacecisternae),在支持细胞的紧密连接的两侧胞质中均存在内质网池,称表面下池,它与粗面内质网相连续;(3)微丝,在表面下池和紧密连接之间存在相互平行的微丝束,微丝直径5nm,此为支持细胞紧密连接中的收缩系统,可以开启支持细胞的紧密连接,使正在发育的生精细胞从基底室移向近腔室。2血-睾丸屏障的结构不同种类的动物血-睾屏障的形成时间不同,一般在青春期发育成熟。由于年龄增长或病理原因,血-睾屏障各部分结构会发生变化。大鼠胚胎发育13d出现支持细胞;17d支持细胞与生殖细胞间有大量不典型的细胞连接,有些类似紧密连接,但两侧胞质缺乏表面下池;19d支持细胞间膜增厚紧密相贴;新生时,支持细胞间出现类桥粒连接;小鼠出生后7d内,支持细胞间为缝隙连接,随着成熟形成支持细胞间的紧密连接。金黄地鼠出生后12d出现类肌细胞;16d建立血-睾屏障,能阻止辣根过氧化物酶(HRP)进入生精小管;30~35d后支持细胞之间形成典型的紧密连接,血-睾屏障则发育成熟。将大鼠睾丸组织进行培育,可见支持细胞在3~5min后形成新的紧密连接,其长度由支持细胞的基底端至支持细胞的顶端。在老年BrownNorway大鼠的睾丸中,支持细胞的质膜有大量的连接点,但很少发现典型的紧密连接,而且支持细胞缺少内质网层,仅见一侧胞质中存在内质网池,这可能是老年动物生精细胞减少的原因。季节性繁殖的水貂,在生精不活跃期支持细胞之间的紧密连接位于支持细胞基底端,不能阻挡示踪物进入生精上皮,生精活跃期紧密连接则延伸到近管腔端。Lupu等则认为,许多外界因素能够影响支持细胞间紧密连接的数目。病理原因造成血-睾屏障结构破坏,则会影响其对物质的屏障作用。不育患者的睾丸间质血管呈明显的透明样变性,其程度与生精小管界膜的透明样变程度一致。睾丸间质小动脉和小静脉外膜的胶原原纤维明显增多,排列紊乱,平滑肌细胞之间以及平滑肌细胞与内皮细胞之间的基膜物质增多。毛细血管基膜增厚,毛细血管周细胞呈鞘样增生,内皮细胞变形、增生,胞体向管腔内突出,使管腔狭窄甚至消失。睾丸血管的病变导致精子发生所需的营养物质供给不足,机体内分泌调节信息不能正常进入睾丸,因而睾丸失去了内分泌环境的调节,最终导致睾丸生精障碍。不育患者睾丸生精小管的界膜病变表现为基膜增厚,类肌细胞间隙增宽,界膜纤维组织增生、透明样变性。界膜增厚主要是由Ⅰ、Ⅲ型胶原增生所致。生精小管界膜病变造成膜纤维化增厚和类肌细胞性状的改变,破坏了睾丸内微环境的局部调节,使支持细胞和精原细胞失去赖以生存的依托,同时也造成界膜通透性改变,使正常状态下不能进入生精小管的物质得以自由通行,而营养物质的运输受阻。研究还发现,不育患者生精小管的界膜厚度≥3.8μm时开始出现轻度生精障碍;界膜厚度≥6.11μm,出现重度生精障碍,甚至为不可逆生精障碍。3生精植物的免疫反应血-睾屏障可以防止精子抗原外逸进入血液循环引起自身免疫反应,同时也防止有害物质进入生精小管,干扰精子的发生,为生精细胞分裂增殖及精子产生创造了一个特殊稳定环境。3.1中间室、近腔室的建立精原细胞位于基底室内,在精子发生的动态过程中,细线期精母细胞分化成粗线期精母细胞离开基底室,穿过紧密连接中部时,这些紧密连接能分段开放,并在粗线期精母细胞的下方紧密连接重新组合,形成中间室。中间室的存在能确保生精细胞向管腔移动时维持血-睾屏障的连续性和完整性。随后近腔侧的紧密连接开放,生精细胞进入近腔室,中间室消失。基底室与近腔室的微环境是不同的,血浆和淋巴中的某些物质能进入基底室,与生精细胞接触,但不能通过紧密连接,进入近腔室,保证了近腔室内精母细胞的成熟分裂和精子发育所需的微环境,对精子的发生具有重要作用。血-睾屏障的存在,还对维持基底室和近腔室间一定的渗透压梯度,对生精上皮产生的液体向管腔方向分泌具有重要作用。3.2避免发生自身免疫反应发育中的精母细胞、精子细胞和精子具有特异的自身抗原,正常情况下的血-睾屏障能阻止这些特异抗原与机体的免疫系统接触,避免发生自身免疫反应。即使生殖道远端屏障破坏,机体对精子发生也会产生自身致敏反应,产生抗精子抗体,但血循环中的抗精子抗体不能通过血-睾屏障进入生精小管,阻止与精子发生免疫反应。如果血-睾屏障被破坏,精子抗原与机体的免疫系统接触,将会引起自身免疫性睾丸炎,从而导致男性不育。3.3血清内蛋白、血浆蛋白和氨基酸的含量血-睾屏障的各层结构对不同大小物质的通透及其通透速度具有选择性。正常情况下,离子与小分子物质通透快,其中水分子通过最快,30min可进入睾网液。酒精、尿素、甘油及碳酸氢盐能缓缓地进入睾网液。标记钠、钾、氯和碘注入血流后能缓缓地进入睾网液,3h后其浓度仍低于血浆。由于葡萄糖在睾丸内很快代谢,因而睾网液中一般不含葡萄糖和果糖。氨基酸进入睾网液的速度以谷氨酸最慢,甘氨酸略快。血浆蛋白几乎完全不能通过血-睾屏障,因而睾网液内蛋白含量很低。类固醇通透力弱,睾网液中的含量比血液低。许多抗生育药物可进入睾网液,起到抗生育作用。4影响男性睾屏障的因素血-睾屏障是很坚固的屏障结构,一般不易遭到破坏。血-睾屏障中的支持细胞对热、电离辐射和各种毒素的刺激有较大的耐受性。4.1糖激素对睾丸的影响Fawcett等发现,大鼠在血-睾屏障建立前血液内有一个促性腺激素的峰值,认为血-睾屏障的建立是受性激素调节的。大鼠服用雌激素后,血-睾屏障会推迟建立。宋春风等发现,糖皮质激素可导致睾丸生精小管的生精上皮细胞间隙扩张,各种生精上皮细胞以及支持细胞间连接结构被破坏,从而影响了睾丸正常的血-睾屏障,使得正常的微环境遭到破坏,有害的物质不能被屏蔽,Na+泵失效,渗透压梯度不能维持,从而导致水分进入,在支持细胞内形成许多大小不等的空泡,这些超微结构的改变将导致睾丸功能的异常,严重影响机体的生殖功能。大鼠大剂量使用睾酮后,睾丸间质血管呈透明样变性,胶原原纤维增多,排列紊乱,造成轻度生精障碍。4.2微波辅助大鼠睾丸用适当的微波加温睾丸,可以抑制精子的形成和发育,从而能起到男性节育的作用。一段时间后,生精功能还可以恢复。微波加温节育者,每月1次,每次30min,阴囊温度40~43℃,发现睾丸生精上皮受到可逆性损伤,微波能损伤生精细胞,但血-睾屏障未受到损害。如果微波在损害生精细胞的同时,血-睾屏障遭到破坏,就可能引起其他一些副作用。用微波辐射家兔阴囊,在40~42℃时可见硝酸镧的沉淀线包绕在精原细胞周围,没有超越支持细胞紧密连接的基底部;44℃时见支持细胞出现较多大小不等的空泡,精母细胞核基质可见空泡化,镧颗粒出现在支持细胞胞浆内,并沿支持细胞胞浆延伸到管腔端。随着微波剂量的增大,支持细胞膜受到损害程度增大,镧从此渗入而进入胞浆内,从而使血-睾屏障受到破坏。目前,低温也作为一种男性节育的方法进行研究。将暴露的小鼠睾丸以冰和盐包裹使之在-5℃维持1h,可引起其生精上皮的损害。在低温作用家兔睾丸时,首先引起睾丸血管痉挛,致使睾丸供血减少,低温作用后1~3d睾丸毛细血管表现扩张,直径增大,7d后逐渐恢复正常。低温作用后可见生精小管界膜增厚皱折,也是影响生精上皮剥落的1个因素。低温作用后不同时间,兔血清睾丸酮含量无明显变化。4.3大鼠睾丸和克氏原螯虾体内监管周竞争中的精子发生结果镉是一种较强的脂质过氧化诱导剂,一定剂量的镉可引起细胞膜的脂质过氧化,造成膜结构的破坏。研究认为,镉是一种较弱的电子供体和受体,可能不能通过电子传递直接引发脂质过氧化反应。有文献报道,镉有明显的雄性生殖毒性,中毒机制也较复杂。慢性镉中毒时,血-睾屏障被破坏,镉易于从受损血管内漏出,并以弥散的方式透过受损的生精小管管周组织(特别是基膜)进入生精上皮内,直接作用于支持细胞和各级生精细胞,导致精子发生出现异常。许庭良等研究发现,镉明显损伤血-睾屏障各部分结构。首先是血管内皮细胞胞质内空泡增多,严重者内皮细胞坏死、脱落;生精小管基膜明显增厚呈波浪状;相邻支持细胞间的紧密连接处细胞膜分离,出现较大间隙,与紧密连接相关的膜下微丝束排列紊乱。廖晓岗等研究了镉对大鼠睾丸的损伤,发现大鼠睾丸对镉敏感,主要表现为毛细血管的损伤,导致血-睾屏障的破坏,使精子发生出现异常。陈敏等研究了镉对睾丸组织的毒性及其作用机制,发现Ca2+、Fe2+浓度随染毒后时间的延