动物精子发生调控激素的研究进展

张仙保，张良斌，布鲁呼木图，丁跃胜，李彦欣，姚慧静，张新杰

（1.内蒙古包头市农牧业科学研究院，包头014013；2.内蒙古包头市农牧业科学研究院畜牧草原研究所，包头014013；3.内蒙古包头市家畜改良站，包头 014000）

动物精子发生调控激素的研究进展

张仙保1，2，张良斌1，2，布鲁呼木图1，2，丁跃胜3，李彦欣1，姚慧静1，张新杰1，2

（1.内蒙古包头市农牧业科学研究院，包头014013；2.内蒙古包头市农牧业科学研究院畜牧草原研究所，包头014013；3.内蒙古包头市家畜改良站，包头 014000）

动物精子通过多次复杂的细胞分化最终形成精子，此过程受许多因素的调控，其中起着决定性作用的是生精细胞内的激素调控。文章对动物精子发生调控的相关激素，如促卵泡激素、促黄体生成素、抑制素、褪黑素的研究进展进行了综述，并对动物精子发生调控激素的研究进展进行了展望，以期为研究者提供一定参考。

精子发生；促卵泡素；促黄体生成素；抑制素；褪黑素

动物精子的发生是一个连续的细胞增殖与分化的过程，此过程受许多因素的影响，但在诸多因素中，激素调控与精子的发生密切相关。近年来，对精子发生的相关基因的研究较多，已发现许多与精子发生的相关基因，且部分已经被证实对该过程的调控起到重要作用。目前精子发生相关领域的研究已经深入到蛋白质功能研究方面。本文对影响精子发生的主要激素的相关研究进行了总结，以期为下一步深入研究精子发生的分子机理提供参考。

1 精子的发生过程

动物精子发生（spermatogenesis）的是一个复杂的细胞分化过程，可分为3个阶段：①有丝分裂期：精原细胞经过有丝分裂产生了两种子细胞，一类子细胞继续进行有丝分裂不进入分化途径，另一类进入分化途径，形成初级精母细胞；②减数分裂期：初级精母细胞通过染色体复制，经过第一次减数分裂形成两个次级精母细胞，在这期间来自父、母配对的同源染色体相互分离，基因交换，次级精母细胞的间期很短，不发生染色体复制就进入第二次减数分裂，产生了单倍体的圆形精细胞；③精子形成期：圆形的精细胞经过复杂的形态变化，发育为具有头、颈、尾3个结构的精子细胞。变态过程主要包括核蛋白的转型，染色体的浓缩包装，顶体的生成，鞭毛、轴丝的发生及精尾的形成及分化等。在变态过程中，核蛋白不断发生磷酸化和去磷酸化等的修饰，以富含精氨酸的鱼精蛋白逐步取代以组氨酸为主的组蛋白。鱼精蛋白是一种碱性蛋白质，其中的大量正电荷吸引带负电的DNA发生凝集，并嵌入核酸的螺旋沟内，保证精子细胞基因处于浓缩包装和不活跃状态。

2 调节精子发生的激素

2.1 促卵泡激素

促卵泡激素（follicle-stimulating hormone，FSH）是一种糖蛋白类的多肽激素，分子量30 kD左右，由动物垂体前叶的嗜碱性细胞合成并分泌，属于糖蛋白激素家族中的一员，由两个亚基（α亚基和β亚基）以非共价键形式结合成异二聚体后才具有相应的生物活性。FSH可以在精子发生过程中启动精原细胞有丝分裂并促进初级精母细胞的发育，同时也可以刺激曲细精管上皮和次级精母细胞的发育，在LH和雄激素的协同下使精子发育成熟［1］。Kumar等［2］制备了FSH β敲除小鼠，发现雄性小鼠可育，但附睾精液量锐减且睾丸偏小。

2.2 促黄体生成素

在哺乳动物中，促黄体生成素（luteinizing hormone，LH）的主要作用是促进黄体的生成，以及与FSH协同完成排卵，该激素是糖蛋白家族的一员，是腺垂体嗜碱性细胞。其相对分子质量在25～35 kDa之间，是生物大分子物质。有研究表明，在家畜之间该激素的分子量差异较小［3］，如牛的LH分子量为25.2～30 kDa，马的为32.5 kDa，羊的为8～32.5 kDa，而猪的为27.34 kDa。有关家畜LH基因多态性分析发现，LH共有α亚基和β亚基，其中β亚基具有种间特异性，绵羊和牛含有相同的α亚基，绵羊与人的β亚基同源性只有65%。所以β亚基是特异性亚基并决定了LH的特异性。如果分开研究LH的两个亚基，发现α亚基无活性，而β亚基活性极其微弱。因此，要执行信号的转导作用必须两个亚基相互作用并且共同参与受体结合［4］。LH血液清除较FSH快，LH半衰期很短，约为30 min［5］。在雄性动物中，FSH可以刺激精子的发生，并促使支持细胞（sertoli cell）合成并分泌雄激素（male hormone）结合蛋白，LH调节间质细胞的雄激素合成［6-7］。在低等脊椎动物鱼类中，同样也存在LH，其作用是通过同间质细胞（leydigcell）上的LH受体相结合以调节类固醇激素分泌和精子发生。

2.3 抑制素

抑制素（inhibin，INH）是一种糖蛋白激素，是由支持细胞分泌形成的，相对分子质量为32 kDa，在卵巢和睾丸中均有表达，在肾脏、垂体、肌肉中也检测到了该激素，特异性地抑制垂体分泌FSH是其主要的生理作用，通过该过程来影响动物的繁殖能力。

睾丸的生精功能是动物繁殖生殖的基础，INH对雄性动物的生理功能表明，其具有提高动物繁殖力的潜能，是雄性动物初情前生长发育的一种重要调节激素。国内外对于INH在评估睾丸生精功能方面的研究不断深入，国内相关报道证实，男性正常精液中有INH活性，而无精症患者和少精子症患者精液中几乎没有INH活性［8］，成年男性体内精浆中INH B与精子浓度有极显著相关性（P＜0.01）。血清INH B的水平在梗阻及非梗阻无精症方面具有较高的特异性，与精子密度、精子总数呈极显著正相关（P＜0.01）［9］，测定其水平能评估精子发生状态，也能反映睾丸生精上皮的功能，说明INH活性及其分泌水平可能影响雄性动物精子数量甚至导致不育。国外学者认为，血清INH B与FSH水平和精子发生有关，INH B值的范围对评价男性生殖精子发生情况具有重要的应用价值［10］，但不能有效区分精子的成熟阻滞或者精子发生障碍中的生精功能低下，只能靠睾丸的活检进行病理组织学检测［11］。也有研究证实，精浆中INH B的浓度结合抗苗勒氏管激素（antimullerian hormone，AMH）浓度能够被用来预测弱精子症患者中冷冻精子的恢复活力［12］，血清INH B的浓度可作为血清鉴定的标志物，该激素的减少可能说明精子受到了不可逆性的损伤，甚至可能导致动物不孕［13］。精索静脉曲张可导致精子活力下降，畸形率增加，外周血及精浆INH B含量降低，从而导致男性生育力受损［14］，而INH B的水平可以作为精索静脉曲张术后精液参数能否得到明显改善的指标之一［15］，提示INH可能通过影响精子活力和浓度等，直接或间接地反映精子的发生状态，从而影响精子发生。临床上对血清或精浆中的INH B水平检测的敏感度技术也已经逐渐成熟，因此，INH水平逐渐成为评估精子发生状态的重要指标之一。

2.4 褪黑素

褪黑素（melatonin，MT）是一种胺类物质，最先发现是由松果体产生的，该激素可使生成黑色素的细胞颜色变浅而得名，又名抑黑素［16］。褪黑素是一种既亲水又亲脂的化合物，因此易溶于水，也易溶于乙醇和乙醚等有机溶剂，光照条件下易分解。人们最初认为褪黑素只是由松果体分泌的，但经过研究发现，许多组织如视网膜、胸腺、肝脏、胰腺、骨髓、睾丸以及细胞如星形胶质细胞、神经胶质细胞和淋巴细胞都具有合成并分泌MT的能力［17-23］，因而MT合成与分泌以及功能成为了研究的热点。

精子的发生对睾丸所处的环境或睾丸炎症等都非常敏感。MT已经被证实可以防止精子在体内或体外的损伤。研究显示，人类的不孕症与精液中MT的含量异常有直接关系［24］。少精症或无精症与内源性高水平的MT有关，而低水平的MT含量则与精子的异常发生有关［25］。这些结果表明MT参与了精子的发生过程。一些物种的精子存在MT受体，表明它可能对调节精子功能有直接的生理作用［26-27］。此外，光周期的变化影响公羊睾丸的活动，因此该过程也与MT有关。公羊的精液虽然在一整年都会产生，但是精液在非繁殖的季节质量非常的低［28］。据报道，MT治疗可以改善公羊在非繁殖季节睾丸的发育和精液的质量［29-30］。在体外，公羊精子暴露在高浓度MT条件下会降低精子获能和磷脂酰丝氨酸的移位，在低浓度下会导致精子短期的获能和受精率的提高［31］。经过MT处理后的精子在受精后卵裂率提高，可能与MT诱导精子中透明质酸酶的活性增加有关［32］。在对8位健康男性进行试验的过程中，通过口服MT处理，1 700 h对6人的精液质量和精浆中激素水平均无明显影响，而另外2人的精子浓度明显降低，研究认为这可能是睾丸中芳香化酶水平受到抑制所致［33］。在大鼠睾丸缺血/灌注试验中，MT能够显著降低异常精子的出现比例，认为这种情况与它的抗氧化特性有关［34］。体外试验表明，使用含有MT的培养液会增加精子的存活率和直线运动的比例，还能增加线粒体的活性［35］。这些结果都归根于MT的抗氧化能力。精子的体外储存质量对人工授精至关重要，但是无论在室温、低温或者液氮中保存的精子，其质量都会急速下降。在5～17℃保存公羊精子时，稀释液中添加适当浓度的MT，显著提高了精子的运动参数［36］。MT通过降低膜的脂质过氧化水平和增加抗氧化酶的活性也显著改善了牛精子质量［37］。另外，MT对精子损伤的保护可能与其诱导各种信号的产生有关。尤其MT可以显著降低H2O2诱导精子的半胱天冬酶的活性和DNA断裂，并且这种影响依赖于MT受体的表达和胞外信号调节激酶的活性［38-39］。

3 研究展望

近年来，随着现代分子生物技术和基因工程的高速发展，对于精子发生的生理调控的研究得到了长足发展，对于FSH、LH、MT以及INH基因的序列、蛋白质结构及功能都已摸清。在精子发生的过程中这些激素都起到了重要的作用。精子的发生是一个有序而又复杂的过程，并且严格受到环境的制约，因此单单只是掌握激素的功能是不全面的，接下来应该在信号通路上进行研究，寻找激素具体在哪些通路上起到调控作用，而且准确掌握该激素的作用时间，并能够由点及面的融会贯通，从而掌握精子发生的全过程都有哪些基因、哪些酶参与到其中。

由于精子发生的环境要求苛刻，所以体外模拟精子发生过程相对较为困难，严重制约了对精子发生的分子机理的研究进度。通过现代分子克隆技术、基因芯片技术、探针技术、CRISPR/CAS-9基因敲除技术等的应用，可以有效加快对精子发生的研究速度。

通过对精子发生的研究可以加快畜牧业的发展。通过研究不仅能够有效提高人工授精和冷冻精液技术的发展，还能保证优良形状能够稳定的遗传给后代。

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《中国草食动物科学》面向全国读者开展免费阅读

为进一步提高本刊杂志论文的扩散力，进而提高杂志的影响因子和被引频次，也为广大科研人员创造良好的文献查阅平台。《中国草食动物科学》于2013年在教育部科技发展中心的“中国科技论文在线”网站上面向全国开展免费阅读。这将大大提高论文的引用率（3倍）。同时本刊于2013年开始应用DOI，意为“数字物品身份证符”。由于DOI的全球唯一性，在科技文献中如果给出被引参考文献的DOI，通过DOI可以直接定位到被引参考文献上，这样就提高了被引文献的表现度，以及论文的扩散力和影响力。

Advances in the effects of the Regulating Hormones on Animal Spermatogenesis

ZhangXianbao1，2，ZhangLiangbin1，2，Buluhumutu1，2，et al
（1.Baotou CityAcadamyofAgriculture and Animal HusbandryScience，Baotou 014013，China；2.Baotou CityAnimal husbandry and Grassland Research Institute ofAcadamyofAgriculture and Animal HusbandryScience，Baotou 014013，China）

Animal spermatozoa eventually is formed through multiple complex cell differentiation，this process is regulated by many factors，which play a decisive role in the spermatogenesis.In this paper，the progress in the regulation of related hormones，such as follicle stimulating hormone，luteinizing hormone，inhibin and melatonin，was reviewed and prospected to provide some reference for the researchers.

spermatogenesis；follicle-stimulatinghormone；luteinizinghormone；inhibin；melatonin

S814.1

A

2095-3887（2017）02-0048-04

10.3969/j.issn.2095-3887.2017.02.016

2017-02-15

张仙保（1965-），推广研究员，主要从事动物繁殖育种研究。