2．1 睾 丸
人类的睾丸位于体腔外，处在由皮肤、肌肉等组成的阴囊中，这样可以确保曲精细管中精子正常发生过程中获得所需依赖的较低温度环境。
精子和雄性激素“睾酮”均由睾丸衍生合成的。精子是男性生殖细胞中高度特化的细胞，源自曲精细管（seminiferous tubules）生殖上皮底部的一些较简单且相对未分化的精原细胞。该分化过程被称作“精子发生”（spermatogenesis），是生物学中最具魔力的现象之一，由它决定生物是否能成功实现基因组的增殖传代。同样，引人关注的另一侧面则是精原细胞的异常发育能导致一些高度恶性肿瘤发生，届时是灾难性的。
睾丸中的其他组构，如间质组织，具有合成一些甾体激素的功能，诸如睾酮，以及在生理上亦具重要功能的一些其他激素。睾酮不仅对睾丸中某些局部的细胞有作用（如精子发生的部分过程需依赖睾酮），它还具有广泛的作用（针对几乎体内所有的器官组织），对个体的全面发育和男性化也具有重大作用。
睾丸组织的主要组分包含曲精细管的生殖上皮（由生殖细胞和支持细胞组成）、曲精细管周围的组织（boundary tissue）、间质组织（interstitial tissue）、血睾屏障（blood／testis barrier）等，外围以由致密胶原结缔组织构成厚的白膜（tunica albuginea）（图2．2）。借助于电镜能在该白膜中观察到平滑肌细胞和成纤维细胞的存在。睾丸后缘的白膜增厚部分称作睾丸纵隔（mediastinum testis），纵隔的结缔组织呈放射状伸入睾丸实质，形成睾丸小隔（septulum），将睾丸实质分隔成约250个呈锥形的小体，锥形体的底面朝向睾丸表面。在睾丸白膜和小隔的内表衬有一薄层疏松、富含血管并与曲精细管之间的疏松结构组织紧密连接的血管膜（tunica vasculosa）。
除外睾丸后缘部位，其他部位的白膜外表均覆盖有一薄层间皮（mesothelium），为单层扁平上皮，来源于中胚层，表面滑润，可分泌滑液，具减少摩擦的作用，且参与血管膜的组成，构成一封闭腔室，包被睾丸的侧缘和前缘。实际上，该封闭腔室是由胎儿晚期随睾丸下降并随之进入每侧阴囊的腹膜形成。在血管膜壁层和脏层之间含少量滑液，可防止组织间摩擦。当腔中积液过量，则构成病态的睾丸血管鞘膜积液症。
图2．2 人睾丸及其输出管道剖面
2．1．1 睾丸的组织学结构
睾丸实质中为一些高度卷曲的曲精细管，它们之间由间质组织（inerstitial tissue）填充。曲精细管壁的生殖上皮是由生殖细胞（germ cells）和支持细胞（sertoli cells）组成。
在生殖细胞增殖过程中，会呈现胞质分裂不完全的现象，致使细胞之间遗留细胞间桥。除了一些原始的精母细胞维持着一些干细胞特性并组成库，其他生殖细胞则在分裂过程中会出现不完全分裂的现象。一旦精原细胞被允诺分化，其子代细胞的所有分裂均会保留不完全分裂的产物“细胞间桥”。因此，在其增殖相的初始阶段，会出现一些由细胞间桥连成的链状精原细胞群（呈直链或环形链），随着分裂次数的增加，细胞链的长度增加。停止分裂后的精原细胞将经历两次减数分裂，进一步扩展成生殖细胞合胞体（germ－cell syncytium），形成数量达百计的相互连接的精子细胞群体，推测由此可确保精子细胞同步完成变态、形成精子并脱离合胞体的过程，留下的胞质体将通过自噬（autophage）和异噬（heterophage）而被清除。
在青春期之后，支持细胞不再具分裂再生能力，是一类永生的细胞群体，通过相互接触，维持曲精细管上皮中其他细胞的延续性和结构完整性。生殖上皮中，不具病理状态生殖细胞的情况下，支持细胞呈柱状；在生殖细胞存在的情况下，支持细胞与一些附着在曲精细管基膜上的生殖细胞之间的间距均一，唯支持细胞高大，占有的基膜底面的面积亦较大，其呈柱状的胞质体贯穿整个上皮层直达上皮层顶部，沿途其胞质包绕周围的生殖细胞，形成无数容纳生殖细胞的隐窝（图2．3）。
图2．3A 曲精小管上皮的组成
图2．3B 显示睾丸中发现的不同类型连接相对位置，以及血睾屏障的组成与部位
图2．3A显示生殖上皮中一永存的柱状支持细胞，其底面与早期各阶段的精原细胞均是附着在基膜上的。支持细胞是一些向管腔延伸的巨型细胞，位于其间的为一些向曲精细管管腔方向移位的生殖细胞群体。它们处在支持细胞之间，在其分化为精子的过程中缓慢地迁向管腔。
巨大的柱形支持细胞的底面附着在曲精细管的基膜上，其侧面部分的胞质和细胞膜伸入四周生殖细胞之间的间隙中，包绕自精原细胞衍生的各级球形生殖细胞，包括精母细胞、精子细胞以及处在变态中的梭形精子细胞（图2．3A）。支持细胞的核呈锥形（在光学显微镜下），沿细胞长轴伸展；在电子显微镜下观察，显示其核有深皱折，核质为相对均匀的低致密度结构，内含伴有染色质块状物的一个或多个核仁。在常规实验动物的支持细胞核质中，还呈现有两个核仁旁致密体（juxta－nucleolar dense bodies），与核仁在一起，构成一种具高度标志性的三重复合体（tripartite complex），业已成为光学显微镜识别支持细胞的依据。
支持细胞的胞质很不均一，除了有一些常规的细胞器，还含大量致密的内涵物（inclusions，即细胞器和细胞骨架之外的一些有形成分），包括糖原、脂滴等营养成分和代谢产物（如残余体）。其线粒体一般体形细长，较生殖细胞的纤细，线粒体内具横行定向的典型叶片状嵴。支持细胞的胞质中含大量Golgi器（Golgi apparatus，亦称Golgi complex，高尔基复合体），其扩展蜷蜒的范围大，致使在组织的薄切片中能见到涉及该细胞器的多个切面，常被误认为具有多个Golgi器。一般情况下，该类Golgi器旁未见伴有密集的一些小液泡（vacuoles）或致密的颗粒，而这些结构是被视为Golgi器分泌的蛋白产物。该扩展蜷延现象的出现尚很难解释，但已知支持细胞具合成多种蛋白并释放至睾丸液中的功能，其中包括雄性激素结合蛋白（androgen binding protein，ABP）。
在支持细胞胞质中，不仅有光滑型内质网，也有粗糙型内质网。一些携带有核糖体的内质网主要分布在细胞的底部，该内质网呈细管状或为平行排列的内质网液泡（cisternae，潴泡）组成的小聚集物。一般情况下，光滑型内质网较多，随动物种类而异。同样，在细胞底部的胞质中，一些相当大的脂滴周围经常显示出一些由细管紧密排列的网状系统，以及一些呈同心排列的潴泡（图2．4）。无疑，此类组合的出现总是反映有某种生化现象的存在，诸如平滑型内质网涉及类脂代谢，或参与雌二醇的再合成，以及其他甾体类激素的再合成，或显示出甾体转化后从间质组织扩散至曲精细管内的情况。在精子形成过程中，此类光滑型内质网的局部聚集现象亦可在邻近变态精子细胞顶体的支持细胞胞质中出现，但其生理意义尚不清，有可能反映支持细胞正在提供有助精子细胞顶体分化形成所需的某种前体物质。
图2．4 A中箭头显示挨近上皮基底部的位置的支持细胞间紧密连接，起血睾屏障的作用；B显示电镜下该支持细胞间紧密连接的组成示意图
在支持细胞胞质的基本组成中，尚含大量的微管，它们经常分布在核上方的胞质中，与细胞长轴平行排列；其作用似与支持细胞的变形，并在生殖细胞发生过程中的不同发育阶段细胞（包括自精原细胞新生的细胞）上迁推移至曲精细管管腔有关。
支持细胞通过代谢与合成产生一些具活性和不同功能的物质，如一些针对FSH的专一受体和雄性激素结合蛋白（ABP），致使能对FSH和睾酮作出反应。在体外，发现支持细胞具有将睾酮转化为雌二醇的能力，由此曾推测支持细胞是曲精细管中能将一些C21甾体转化为雄激素的细胞。也由此深信支持细胞的胞质溶胶（cytosol）中含对雄激素作出反应的雄性激素受体蛋白（androgen－receptor protein）。睾酮源自睾丸间质组织，由Leydig细胞合成及分泌，睾酮量必须在高水平时才能抵达曲精细管的管腔中，与ABP组合发挥作用，推动生殖上皮细胞的生精过程。因而，只有进一步揭示支持细胞调控精子发生的机制，才有可能借助相关的药物控制或干扰雄性生育。
支持细胞在FSH和雄激素作用下，还能合成抑制素（inhibin）。抑制素为一种异源二聚体，已知存在两种形式异源二聚体：inhibin A（αβA）和inhibinB（αβB），它们均从属于TGF－β家族成员。inhibin是通过负反馈调控FSH的分泌并参与精子的生成和睾酮的合成过程。(https://www.daowen.com)
2．1．2 血睾屏障
处在曲精细管底部的生殖上皮中的前细线期或细线期精母细胞与所在部位的支持细胞之间，呈现一些“闭锁的细胞连接”（occluding cell junctions），这些细胞连接是构筑血睾屏障（blood／testis barrier）的基础结构（图2．4A）。在图2．4B中，示电镜下所观察到的有关该紧密细胞连接的组分；在紧密闭锁细胞连接部位的细胞质中有一些成束的纤丝（filaments），这些含肌动蛋白（actin）的纤丝束紧挨细胞膜；在这些纤丝束的深面为一些成行排列的内质网潴泡；在细胞的一些闭锁连接之间，尚会出现一些非典型的间隙连接（gap junctions）；闭锁连接对一些高渗溶液具有抗性，不会被解离。由这些连接复合体参与支持细胞之间的一些连接，导致曲精细管生殖上皮细胞层被分割为基底部（basal compartment）和趋向曲精细管的近腔部（adluminal compartment）。基底部的生殖上皮细胞均为一些干细胞，处在血睾屏障的外侧，紧挨基膜；趋向管腔的近腔部生殖上皮细胞都是一些进一步分化后的生殖细胞。如此的分隔能确保趋向管腔的分化中生殖细胞处在不同于一般的细胞外环境中发育，即在支持细胞分泌液主宰的环境中分化发育，避免源自血液组分中某些可能引起的自身免疫反应（autoimmune response）或有毒物质的干扰。换言之，精原细胞和支持细胞是未受保护的，可成为外源因子（包括药物）的作用靶子。
最近研究的结果表明：在曲精细管生殖上皮微环境中，每一个支持细胞起着支撑30～50个处于不同发育阶段生殖细胞的作用，通过旁分泌、支持细胞间和支持细胞与生殖细胞间的连接引发自我分泌（autocrine）和旁分泌（paracrine），以达到调控的目的，并由此传递一些必要的信号，以协调精子发生过程中的不同事件，包括精确实现精原细胞的更新，推进细胞周期、精母细胞的减数分裂以及生殖细胞的凋亡。
关于精原细胞通过分化发育并跨入趋向曲精细管管腔的机制尚不清楚。有两种可能：①通过支持细胞之间闭锁连接的瞬间去分化（transient dedifferentiation），使一些前细线期精母细胞（preleptotene spermatocyte）能上行通过，之后支持细胞间恢复其固有的闭锁连接；②在前细线期精母细胞上行过程中，支持细胞的这种紧密连接解离和再建是同步进行的。就该机制，迄今仍是生殖生物学家所关注和热议的主题之一。
当变态精子细胞挨近曲精细管的管腔时，其头部深陷支持细胞顶部胞质的隐窝中，而其鞭毛定向曲精细管管腔。该现象有可能是在支持细胞质中的一些actin纤丝作用下完成精子变态并释放入管腔的。
就生殖细胞上皮中细胞的连接类型大致有五种：①构成血睾屏障的闭锁连接（occluding junction，从属紧密连接），是由一些膜内在蛋白、膜周围蛋白、具信号发放作用的蛋白以及具转运作用的蛋白等组成的；②锚定连接（anchoring junction），它以肌动蛋白为连接点，由具黏着连接作用的蛋白复合物、一些胞质外特化的蛋白、管状球复合物（tubulobulbar complex）等组成；③焦点接触（focal contact），出现在睾丸细胞与细胞外基质之间；④中间丝连接（intermediate filaments as attachment series），如桥粒（desmosome）、半桥粒（hemidemosome）；⑤交通连接（communicating junction），由一些间隙连接蛋白（connexins）组成，呈现在一些支持细胞之间、支持细胞与生殖细胞之间，以及一些Leydig细胞之间。有关睾丸中一些细胞连接的蛋白组件功能分类见本章末的附表。
最近发现曲精细管上皮能通过局部产生的一些旁分泌／自分泌因子（paracrine／autocrine factors），以及一些极性蛋白（polarity proteins）调控排精和血睾屏障的重组（restructuring），即局部出现“顶端外胞质特化／血睾屏障／半桥粒／基底膜”功能轴（“apical ectoplasmic specialization－blood－testis barrier－semidesmosome－basement membrane”functional axis）。
胞质外的特化结构（ectoplasmic specialization）是一种在睾丸中发现的非典型的黏着连接（adherens junction，AJ型），呈现在大鼠支持细胞与精子早期发生过程中第8期的精子细胞之间。一旦出现该非典型的黏着连接，就成为精子细胞进一步发生过程中唯有的连接装置（即锚定连接），直至成为第19期精子细胞并离开生精上皮，进入管腔（注：在大鼠睾丸中，由精子细胞变态为精子的过程可区分为1～19期，详见图2．20及相关说明）。在电镜下，具该细胞质外特化结构的支持细胞内质网池之间有成束的肌动蛋白纤维，出现在胞质外特化的一侧。
2．1．3 睾丸的间质组织
一些曲精细管之间形成的近似多角形柱状间隙中，均充以疏松结缔组织（loose connective tissue），一些小动脉分支（arterioles）贯穿其中，构成疏松的毛细血管网（intertubular capillaries network）。毛细血管网之间又借助一些环行的毛细血管相互联结。曲精细管之间形成的每个纵行多角形间质组织（interstitial tissue）中，至少有一薄壁淋巴管纵向贯穿上行，经精索汇入腹腔主动脉旁肾脏的淋巴结。
在睾丸间质组织中，尚能见到一些由上皮样Leydig细胞构成的聚集体，为睾丸固有的主要内分泌机构，合成和释放雄激素“睾酮”。间质中还能见到一些游离的细胞（图2．5），包括数量众多的巨噬细胞（macrophages，是哺乳动物的吞噬细胞，在免疫中有辅助作用）和少量的肥大细胞（mast cell，在天然和获得性免疫中起重要作用）。疏松间质中的非游离细胞是一些成纤维细胞和处在相对未分化状态的间充质细胞（mesenchymal cell）。间质中一些非细胞成分包含成束的一些胶原纤丝（作为疏松基质的支架）和富含蛋白的细胞外液。
图2．5 人睾丸间质组织的电镜照片（×～2 400），显示了间质组织和周围组织的情况
成簇的Leydig细胞聚集体大小不一，分散在间质中，呈不规则多角形紧密聚集体。成簇的细胞之间并未紧密联结，它们之间有50～200nm宽的间隙，间隙中可见源自细胞的一些短小的膜皱折或微绒毛。由于细胞膜间未紧密相连，致使有较大的膜表面积是被曝露在细胞外液中。因此在采用冷冻断裂（cryofracture）制备的一些人Leydig细胞样品电镜观察结果中，可发现Leydig细胞表面存在一些特化的间隙连接（gap junction），推测这些连接在成簇细胞间具有实现沟通和协调一些生理活动的作用。
Leydig细胞核呈球形，核膜深面可见少量异染色质（heterochromatin）及1～2个显眼的核仁。胞质中线粒体呈球形，大小不一，尚可见到一些溶酶体（lysosome）和过氧化物酶体（peroxisomes），后者在Leydig细胞中的生理作用尚不清楚。胞质中粗糙型内质网潴泡的含量有限，往往平行排列成行。光滑型或无颗粒型内质网的含量较多，在胞质中膜小管（membrane－bounded tubules）分叉并相互吻合组成系统（图2．6、2．7）。光滑型内质网的固有发育，致使Leydig细胞具备合成和分泌甾体的特征，经组织匀浆，Leydig细胞的内质网断裂形成“微粒体”（microsomes）。经分析，这些微粒体具备催化合成一些甾体激素所需的多种酶，故外源LH和HCG是通过光滑型内质网实现合成分泌雄激素的。
图2．6 处在活跃状态中的Leydig细胞超微结构（×～2 400），具丰富的光滑型内质网
图2．7 人Leydig细胞的区域典型电镜照片（×1 740），显示有许多管状的光滑型内质网，为分泌甾体的内分泌腺细胞共有特征
细胞中光滑型内质网的量可反映细胞的甾体合成量，但并非总是正相关的，因为经手术建立的大鼠隐睾模型，其Leydig细胞中的光滑型内质网极丰富，却未见有血浆睾酮含量增加的现象。此外，有些呈季节性繁殖的哺乳动物（如European moles欧洲鼹鼠），在其非生育期，细胞中光滑型内质网量丰富，但睾酮的水平低下，曲精细管明显退化。在有些品种动物的Leydig细胞中，脂质滴（lipid droplets）极丰富，而另一些品种动物的Leydig细胞中罕见脂质滴。一般情况下，脂质滴是被视为一些胆固醇酯（cholesterol esters）的贮存库，是甾体类激素生物合成的前体。在甾体合成活跃期，细胞中却少见这类脂质滴，而在合成活动低下期却见到脂质滴量增加的现象。
Leydig细胞核附近具一大型高尔基体，其体积的增大似乎与促性腺激素的刺激有关，作用机制仍不清楚。在一些分泌蛋白的细胞中，高尔基体起到浓缩产物并贮存在分泌颗粒中的作用。在一些分泌甾体的细胞中，未曾鉴定到与之相关的分泌颗粒，在分泌之前，未见细胞内有贮存甾体产物。Golgi体可能参与生物合成糖蛋白的过程，但其在甾体合成和分泌方面的作用尚无显著依据。
在人的Leydig细胞中（图2．8），可见到一具特征性的胞质内涵物，即“Reinke晶体”。其数量很不稳定，大小约为宽3μm，长可达20μm，形状不规则，有些边缘呈钝圆形，有些则是锐角的。在电镜显微图像中，是一些呈不同模式（patterns）高度有序的晶格（crystal lattice），其模式取决于电镜下所观察到的切面。
图2．8 人Leydig细胞中沉积的特有Reinke晶体和脂色素的电镜照（×15 000）
