2．2 男性生殖腺的发生、发育及其调控机制
2．2．1 原始生殖细胞、生殖嵴的来源以及睾丸的形成
原始生殖细胞（primordial germ cell）源于含生殖质（germ plasm）的细胞。生殖质是细胞特化为生殖细胞所必需的物质，早先已在一些小蚊（蠓，midge）、果蝇（drosophila）、马蛔虫（ascaris megalocephala）以及蛙类等卵（即成熟卵母细胞）中得到证实。以蛙卵为例（图2．9），生殖质清晰可见，分布在远离核的卵植物极中（即富含卵黄颗粒的卵下半球），而在哺乳动物和人卵中，尚未发现可辨认的生殖质区。经定点紫外线照射或离心处理后的实验分析，蛙受精卵发育形成的胚胎中因紫外线照射遭破坏后不具原始生殖细胞，或经离心处理导致产生生殖质因移位衍生的一些后续变化。迄今，就生殖质的具体组分尚不清楚。蛙受精卵经“经向卵裂”（meridinal divisions）和“纬向卵裂”（equatorial divisions）后，其生殖质被分配至早胚底部的一些卵裂球中。小鼠亦是如此，当早胚发育至囊胚时，这些含生殖质的细胞均处在内细胞团（inner cell mass）的下胚层（hypoblast，即预定内胚层）中（图2．10）。人胚发育至16体节期（怀孕4周左右）时，原始生殖细胞处在胚胎后部、内胚层衍生的卵黄囊后壁（靠近尿囊和后肠）处（图2．11）。届时，原始生殖细胞开始迁移，紧贴后肠（hindgut）向背侧绕道进入后肠的肠系膜夹层中，直奔位于胚胎背侧主动脉（dorsal aorta）的腹两侧生殖嵴（genital ridge，源于中胚层）中，参与生殖腺的组成。
图2．9 蛙发育史中生殖质（黄色）及原始生殖细胞的迁移分布
图2．10 小鼠的早胚发育谱（A，B，C，D）
图2．11 人16体节期胚胎中原始生殖细胞所处部位——卵黄囊的后壁
原始生殖细胞在迁移过程中不断增殖，同时有些细胞会出现凋亡现象。以鼠为例，在其原始生殖细胞迁移过程中，数量由不到100增至5 000左右。进入生殖嵴后，数量更是猛增。在人胚发育至第6周的期间，原始生殖细胞抵达生殖嵴，改称为精原细胞，届时生殖腺才显示出性别上的差异。人的性别是由Y染色体决定的，X染色体对性别是无决定作用的。
位于四周龄人早胚主动脉腹侧两旁生殖嵴中（图2．12），靠其体腔的上皮开始增殖，形成一些向背侧疏松间充质（mesenchyme）中延伸的索条状结构，称之原始性索（primitive sex cords）。延伸过程中又相互融合，形成处在深部的髓性索网（network of medullary sex cords），更深部的性索将形成较稀疏的睾丸网（testis rete）。最终，睾丸性索与睾丸表面的上皮脱离联系。值得注意的是，迁入的一些原始生殖细胞是被包埋在性索条中的。在胎儿期间，性索条为实心结构，直至出生后的青春期，性索才开始中空化，成为曲细精管（seminiferous tubules），管壁为生精上皮，由5～8层生精细胞和支持细胞组成。上皮外围为一薄层基膜（basement membrane），基膜外为扁平的肌样细胞（myoid cell）和薄层结締组织。肌样细胞的收缩有助于精子排出。曲细精管之间为睾丸间质（interstitium），富含血管和淋巴管的疏松结缔组织，其中包含具合成类固醇激素（特别是睾酮及其衍生物双氢睾酮的激素）功能的Leydig细胞（又称间质细胞）。睾酮或其衍生物双氢睾酮具有决定胎儿体细胞性别分化（sexual differentiation）的作用。
图2．12 分化过程中的人性腺横断面图
（A）4周龄胚胎的生殖嵴；（B）6周龄胚胎尚未分化生殖嵴衍生的原始性索；（C）8周龄胚胎睾丸的发育情况，性索脱离皮质部上皮，发育成网状睾丸索；（D）16周龄左右的胚胎，网状睾丸索继续发育，并与中肾旁管（Wolffian duct）联结；（E）8周龄的雌性胚胎，原始性索退化；（F）20周龄胚胎卵巢中未见有与Wolffian duct联结的现象，一些新皮质性索将迁入生殖嵴包绕一些生殖细胞
2．2．2 性别的决定及体细胞的性分化
Y性染色体决定人体的性别，X性染色体对人体的性别决定无影响力。业已知Y染色体中的SRY（sex－related gene on Y）基因产物为结合DNA中“A／TAACAAT”序列（高迁移率族框结构域，HMG box）的蛋白质，导致DNA结合位点明显弯曲。SRY基因只在尚未分化的性腺中表达，即在形态分化发生之前的雄性性腺中表达，就SRY导致睾丸分化的完整机制仍有待深入揭示。已知在其所活化的一些事件中，有导致穆勒抑制因子（Mullerian inhibitory factor，一种糖蛋白）合成的作用，由支持细胞合成分泌的该因子从属TGF－β家族成员，具抑制胚胎Mullerian管衍生为输卵管、子宫、子宫颈和上位阴道的作用，导致Mullerian管退化。又在Leydig细胞合成分泌睾酮以及支持细胞合成分泌雄激素结合蛋白（ABP，Androgen binding protein）的作用促进下，胚胎Wolffian管分化为附睾、输精管和精囊腺，以及促进睾丸内的精子发生。与输尿管连接的主要腺体和精囊腺，以及阴囊和阴茎，均是在睾酮或其衍生物“双氢睾酮”（dihydrotestosterone）有序诱导下产生的，还包括诱导尿道内皮（urethral endothelium）成为前列腺，诱导生殖隆起（genital swellings）成为阴囊等，以及诱导生殖结节（genital tubercle）成为阴茎。虽然上述体细胞的性分化已完成，但最终的性分化（sexual differentiation）是发生于出生之后，包括人体表型和心理的性分化。总之，睾酮及其衍生物双氢睾酮亦决定男性体细胞的性别分化（sexual differentiation）（图2．13，2．14）。
图2．13 哺乳动物一些性器官表型事件发生的作用顺序
因Y染色体的存在，未分化性腺转变成睾丸。睾丸分泌的激素导致躯体趋向男性分化。无Y染色体者，经一些卵巢基因的作用，导致卵巢的形成，并趋向女性分化
图2．14 哺乳动物的性腺及附属管道发育
早在性腺未分化的阶段已具备中肾旁管和后肾旁管。一些中肾旁管的区域性不同发育是由其周围的间充质决定的，雄性中肾旁管上部分发育为附睾，下部分发育为精囊腺
2．2．3 精子的发生过程
精子发生（spermatogenesis）的整个过程可区分为四个阶段：①源自内胚层（mesoderm）的原始生殖细胞迁向生殖嵴，与源自中胚层（endoderm）的支持细胞参与组成曲精细管的生精上皮（spermatogenetic epithelium），届时原始生殖细胞更名为精原细胞；②在早期胎儿中，附着曲细精管基膜上的精原细胞增殖，形成精原细胞群，群体中包含一些处在相对休止状态的精原细胞（致密A型精原细胞），另一些则为分裂相对活跃的精原细胞（苍白A型或中间型精原细胞），以及一些准备脱离或已脱离“基膜”衍生为进入减数分裂阶段的精原细胞；③在青春期（图2．15），一些已完成DNA复制但未进行分裂的精原细胞衍生为初级精母细胞，成为具正常“2N”数量的染色体，但其DNA量（DNA content）却已倍增为“4C”的初级精母细胞（primary spermatocyte），由此跨入染色体行减数分裂的过程：经第一次减数分裂后成为具1N2C的两个次级精母细胞（secondary spermatocyte），又通过第二次减数分裂，成为具1N1C的单倍体精子细胞；④最后，精子细胞经历分化、变态（图2．16）和获能的过程（metamorphosis and capacitation），成为成熟精子。
图2．15 男性青春期精子发育全过程中的主要发生事件
N表示染色体的数目（2N，双倍染色体数；1N，单倍染色体数）；C表示DNA含量（4C，为2N染色体复制后DNA的总量；2C则为4CDNA的减半量，1C为2CDNA的减半量）
图2．16 精子细胞的变态成熟过程
次级精母细胞经第二次减数分裂后产生的精子细胞核是处在典型的分裂间期，染色质呈分散细颗粒状，外围以重构的核膜。不久，核开始浓缩，体积缩小，染色质无疑亦浓缩；浓缩现象的继续发展，致使产生的精子头部呈块状物；与核变化伴行的还有一些细胞质的组构物改变，即核周细胞质将几乎全部被废弃，仅留下一薄层细胞质；精子头部顶端的高尔基复合体（Golgi complex）成为一些原顶体颗粒（proacrosomal granules），随即顶体颗粒融合为顶体（acrosome）（图2．17）；精子细胞质中的一些中心粒（centrioles）变得较显目，像是发展中的鞭毛锚定点；远端中心粒（distal centriol）远离近端中心粒（proximal centriol）；源自中心粒的一些微管与鞭毛中的微管相连；随精子发生过程的推进，残余的不少细胞质聚集成一残迹物（remnant），后被丢弃，被支持细胞吞食；届时，成熟精子的组分可区分为四部分：①精子头，由核与顶体组成；②颈部，包括近端中心粒；③主（中）段（midpiece），包含近端的部分鞭毛，一些中心粒以及一些具供能作用的线粒体等组成的线粒体螺旋复合体（mitochondrial helix）；④精子尾，为一种特化的鞭毛（图2．18）。
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图2．17 猫精子头部的电镜显微观
图2．18 电镜观察下的人精子微结构模式
（A）精子头、颈、主段和尾上段的纵切面观；（B）精子头扁平面伴有颈和主段的显微观；（C）为尾下部分和末段的结构（B和C之间的一段未显示）；（D）至（H）为进一步放大的切面图
在精子发生期间，细胞内出现一些结构的重组，这些重组得依赖一些新合成的蛋白，采用了类似于卵的战略，即激活一些早先储存在初级精母细胞内的无活性mRNAs，释放并参与翻译所需的蛋白。其中最为典型的，就是合成一些鱼精蛋白（protamines），为富含精氨酸的蛋白，在精子发生的最后阶段参与取代核内一些组蛋白，致使染色质高度致密化。
2．2．4 精子发生的调控
Y性染色体对男子性别起决定作用，而作为激素／旁分泌因子睾酮对男性生殖系统的发生也是必不可少的，当然对男性其他器官或组织亦有作用。基于睾酮被长期视为激素，按内分泌学的定义，睾酮被归属于一类通过血循环抵达“靶的”起作用的内分泌因子。由于长期以来按血中睾酮的含量作为判断某些男性不育缺陷的依据，因此，常带来一些无法解释的疑惑。实际上，睾丸曲精细管之间的间质细胞“Leydig细胞”亦具合成、分泌睾酮的能力，它以一种旁分泌局部作用方式，调控曲细精管中生精上皮细胞的分化过程。
以成年人睾丸曲细精管为例（图2．19），其生精上皮是由4～5层生精细胞组成，紧挨基膜的是精原细胞（spermatogonia）和支持细胞，近管腔的为精子细胞和精子（变态中的），中间层为处在第一次减数分裂各阶段的初级精母细胞以及处在第二次减数分裂各阶段的次级精母细胞。
图2．19 成年人曲细精管生精上皮横切面
支持细胞与发育中生精细胞的关系。血睾屏障能够防止体内免疫系统破坏成熟中的精子细胞（参见图2．3A，2．3B），该屏障是由支持细胞的一些突起（processes）与前细线期／细线期精母细胞形成紧密连接组成的
根据大鼠睾丸曲精细管系列横切面所展示的4～5层生精细胞排布情况，各级生精细胞的排列组合是有规律的。每个组群占有一定长度的曲细精管区段（图2．20）。以靠近管腔的第四层变态中各级精子细胞（1～14期）为准，能在曲细精管的连续横切面上区分出呈有序排列的、各自拥有其固有的细胞组合的14个组群（分别以罗马数字Ⅰ→ⅩⅣ表示）。在人体，性成熟睾丸生精上皮则是由6个生精细胞组群（Ⅰ→Ⅵ）组成（图2．21）。人类与非人类生精上皮结构是有明显差别的（图2．22）。
图2．20中A1，A2，A3和A4均示A型精原细胞；In示中间型精原细胞；B示B型精原细胞；PI示第一次减数分裂的前细线期初级精母细胞；L示细线期的初级精母细胞；Z示偶线期的初级精母细胞；P示粗线期初级精母细胞；Di示双线期的初级精母细胞；右下角标1～19示变态中的1～19期精子细胞。处在第Ⅷ生精细胞组群中的近管腔的19期精子细胞脱离生精上皮，被释放入管腔中，转运至附睾中成熟。
图2．20 成熟大鼠曲精细管中的生精过程
上半图，纵向示曲精细管各区段中的固有生精细胞组群（Ⅰ～ⅩⅣ）组成，横向示自精原细胞衍生为变态中精子细胞的全过程。
下半图，示各生精细胞组群（Ⅰ～ⅩⅣ）占有曲精细管的相对长度
图2．21 性成熟人体睾丸生精上皮固有的生精细胞组群结构
Ad为致密A型精原细胞；Ap为苍白A型精原细胞；B为B型（或称中间型）的A型细胞；PL，L，Z，P分别表示处在第一次减数分裂的前细线期、细线期、偶线期和粗线期的初级精母细胞；Ⅱ为次级精母细胞；Sa～Sd为变态中各期的精子细胞；Rb为精子细胞变态过程抛弃的胞质体
男性成人睾丸中自A1精原细胞衍生为19期精子细胞，约需经历8周（由近基膜的第一层细胞衍生为第二层细胞约需12．8天的生精周期，因此跨入第五层历时约4．5× 12．8＝8周）。自一个精原细胞可衍生出256个单倍体精子细胞。
睾酮被视为一种作用于第Ⅶ组群生精细胞的性激素，因为撤除睾酮2～3天后，Ⅶ组群（为生精上皮占有周期时限最长的组群）中就出现部分细胞退化的现象；3～9天后Ⅷ～Ⅻ组群中的A型精母细胞亦受到影响；2～3周后近管腔顶部的三层生精细胞完全消失，最终导致不育。
人类曲精细管生精上皮的6个生精细胞组群（Ⅰ～Ⅵ，见图2．22）分别呈片块状有序地环绕曲精细管长轴排列，在厚度5μm的曲精细管每个横断面切片中，至少能见到3个生精细胞组群，而在非人类的曲精细管5μm切片中，一般只能显示1个生精细胞组群（非人类的灵长类动物或者某些哺乳动物中，1个生精细胞群组可占整个管壁的长度达10mm）。
Leydig细胞的睾酮合成可能是受LHRH支配的，有证据表明大鼠睾丸中有LHRH样因子（LHRH－like factor），又Leydig细胞具备LHRH受体，LHRH激动剂（LHRH－A）能刺激Leydig细胞分泌睾酮。可是，将LHRH拮抗剂注入大鼠睾丸，干扰作用极微，甚至没有。所以，目前认为可能导致成年大鼠Leydig细胞合成睾酮并起调控精子发生的旁分泌机制为：曲细精管中的支持细胞具调控曲精细管之间的Leydig前驱细胞生长和分化，亦能调控经LH刺激的Leydig细胞合成分泌睾酮。支持细胞的这些作用是受生殖细胞或包括FSH的调控。LH和FSH无疑均是源自血循环的。值得注意的是，有些发育分化程度不同的生精细胞，对Leydig细胞的类固醇生成有反作用。
图2．22 人类（下图）与非人类（上图）曲精细管生精上皮中生精细胞组群的布局差别
图2．23 成熟大鼠睾丸中旁分泌调控睾酮生成和作用示意
除了睾酮可作为睾丸生精的旁分泌因子（图2．23），是否还存在其他旁分泌因子，在这一方面最近有不少相关研究。由于睾丸的特殊构造以及在细胞水平上出现的多元相互作用，致使在研究的设计上以及所获结果的解释上遇到不少困难。
迄今，自周围血中获取的睾酮水平数据尚无法反映睾丸内睾酮的实际水平。组织液（即Leydig细胞的微环境）含一些高分子的因子，在体外LH（HCG）具强化Leydig细胞中睾酮合成的作用。
LH和FSH两激素是已被接受的具调控男性生殖功能的因子，但随着内分泌激素与旁分泌因子间相互作用在正常睾丸功能中的重要性被不断确认，无疑成为研究的重要方向。已有证据推测或表明阿片黑皮素原（pro－opiomelanocortin，POMC），一些POMC衍生的肽类：β－内啡肽（β－endorphin），ACTH（adrenal corticotrophic hormone），MSH（melanocyte stimulating hormone），EGF（epidermal growth factor）／TGF－α（transforming growth factor－α），inhibin／activin家族，以及一些IGFs（insulin－like growth factors）等参与睾丸中内分泌和旁分泌间的一些相互作用。当然，欲揭开并明确旁分泌系统和一些因子参与的睾丸复杂调控机制，还需更多时间和努力。
