卵泡基膜在卵泡生长发育中的研究进展_cropped

卵泡基膜在卵泡生长发育中的研究进展_cropped 卵泡基膜在卵泡生长发育中的研究进展 华中科技大学同济医学院附属协和医院妇产科(430022) 张 娴综述 李红发审校 摘 要 卵泡周期性生长发育是一个十分复杂的过程，生长因子和激素在该过程中的调控作用一直是研究的 热点。而有关细胞外基质(extracellular matrix, ECM)在此过程中的研究也逐渐引起重视。ECM 有多种类型，是细胞完 成若干生理功能所必须依赖的物质。将以卵泡基膜为主，综述EC M 的一般特点及其在卵泡生长发育过程中的功能、 变化和细胞起源。 关键词 细胞外基质 基膜 卵泡 生长发育 细胞外基质(extracellular matrix, ECM)，更确切 胶原可有多种组成形式，如自然界中已发现的的说是细胞间基质(intercellular matrix)，主要由纤 和 a3a4a5。类似的层粘连蛋白由α (α1,α5)， a1a1a2 维状的胶原蛋白(collagen)、透明质酸、蛋白聚糖和 β(β1,β3)和 γ(γ1,γ3)3 条肽链组成，理论上可形 糖蛋白构成。这些成分按不同的比例形成生物体内 成 45(5×3×3)种不同的组合。而卵泡基膜的层粘 多种类型的 ECM，每一类型行使其特定功能。ECM 连蛋白可能以 laminin 3(α1β2γ1)的形式存在。FN [1,2]是一种多功能糖蛋白，现发现 FN 至少有 20 种亚型。 能结合许多生长因子和激素，给细胞提供众多信号， 与细胞形态、运动、分化密切相关。卵泡生长发育历 基膜在组成上的差异性是与其特定的功能属性相 关的。 经始基卵泡、窦前卵泡、窦卵泡和排卵前卵泡各阶 卵泡基膜的功能 一、选择性滤过段，最终发育成熟排卵并转化为黄体。在这一过程 功能 卵泡基膜能够阻碍大分子质量的血浆蛋中,ECM 发挥着重要的调控作用。卵泡 ECM 包括卵 白及分 泡基膜，Call-Exner 小体，透明带，卵泡液，大窦卵泡 子(如低密度脂蛋白)进入卵泡腔内，同时也能反方 的卵泡内、外膜及始基卵泡、窦前卵泡的间质等。本 向阻碍卵泡液中由颗粒细胞和卵母细胞生成的大分 文将着重讨论近几年来卵泡基膜在卵泡生长发育中 子物质(如某些蛋白聚糖)滤过。这种限制作用并非 的相关研究进展。 仅存在基膜中，因为血浆蛋白在进入卵泡腔之前还 卵泡基膜的一般特点必须通过血管内皮下基底膜。除分子质量外，电荷也 基膜(Basal laminae)是机体组织器官(包括卵 是物质通过卵泡基膜的一个决定因素。如已发现带 巢)内特化的薄层 ECM，上皮层基膜位于上皮细胞 负 电 荷 的 间 α胰 蛋 白 酶 抑 制 物(inter-a-trypsin 下并将其与周围的间质分隔开。基膜可以影响上皮 inhibitor) 不 能 通 过 血 -卵 泡 屏 障(blood-follicle 细胞的增殖、分化，并能选择性阻滞分子的通过。基 barrier)。研究发现卵泡基膜所阻挡物质的分子质量 膜主要由常见的蛋白质和蛋白聚糖I:V 型胶原、层 比大多数生长因子要大。因而许多学者认为，生长因 粘连蛋白(laminin)、纤连蛋白(fibronectin,FN)、巢蛋 子能较容易地通过基膜从卵泡膜进入到颗粒细胞层 白(entactin/nidogen)及硫酸乙酰肝素组成。卵泡基 [3]中，反之亦然。McArthur 等发现卵泡基膜上存在 膜由网格状 IV 型胶原和网状的层粘连蛋白缠绕在 perlecan。perlecan 是一种硫酸类肝素蛋白多糖，能结 一 起 构 成 主 干 ， 同 时 结 合 有 基 底 膜 蛋 白 多 糖 合许多生长因子如成纤维细胞生长因子 2 或某些生 (perlecan)及其他分子,并通过结合巢蛋白来稳定其 长因子结合蛋白，如胰岛素样生长因子结合蛋白 [1]结构。早在始基卵泡期，基膜就将单层扁平状的前 (IGFBP)2 和 5。因此，可推测卵泡基膜不仅是生长颗粒细胞(pregranulosa)同周围的间质分隔开;随着 颗粒细胞分裂增殖，基膜亦向外扩张;至窦卵泡期时 因子运动的屏障，还可作为聚集生长因子的储存器。 基膜又分隔颗粒细胞层同卵泡内膜。机体各部位基 卵泡基膜的以上作用可允许其决定自身颗粒细胞及膜因各组成的不同比例而有多种组成类型。如IV 型 卵母细胞的生长环境。 二、ECM 与颗粒细胞 在卵胶原由 3 条 α链组成，至今发现 α链存在 α1,α6 几 泡周期性发育中，颗粒细胞逐渐失去增殖 种不同的形式，分别由不同的基因编码;因此IV 型 活性而分化为雌激素分泌型细胞，并最终黄体化为 收稿日期:2004- 10- 20 修回日期:2005- 05- 31 孕激素分泌型细胞。在此转变过程中E，CM 发挥着 细胞发生相互作用，影响颗粒细胞的形态及功能等。 [4]不可忽视的作用。Alexopoulos 等体外培养黄体化 因此认为 ECM 在卵泡生长发育中发挥不可缺少的 进程中的人颗粒细胞，发现 laminin 及 IV 型胶原与 作用。 卵泡基膜在卵泡生长发育中的变化 一、卵颗粒细胞黄体化有关，认为黄体化中的颗粒细胞所 泡基膜的组成变化 肺腺癌研究发现，间质侵入合成的 ECM 对细胞黄体化过程具有调节或部分调 过程中肺泡基膜 IV [5]节作用。Huet 等用纯化的，ECM(collagen-I，laminin 型胶原组成由正常的 α1,α5 链减少为仅 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达 α1 和 和 FN)培养羊颗粒细胞发现，ECM 能调节颗粒细胞 [14]α2 链。随着卵泡生长发育，卵泡基膜组成也不断 的形态、存活及类固醇激素的合成，并推测体内 改变(见表 1)。早有研究显示牛卵泡I V 型胶原由表 laminin 和 FN 能促进颗粒细胞存活、增殖，而collagen-I 达 6 条 α链逐渐减少为仅表达 α1 和 α2 两条肽链; 则参与维持窦卵泡雌激素分泌，从而促进卵泡发育。 有学者成功地用含 laminin 的无血清共培养系统同 兔 IV 型胶原 α3 也随卵泡发育而减少，但I V 型胶原 时培养颗粒细胞和卵泡膜细胞，发现细胞存活及类 α4 和 α5 仍存在大卵泡中;laminin β1 链短暂时存 [6]固醇激素合成均有增强。亦有学者发现基膜的破 在于窦前卵泡中，而 α1，β2 和 γ1 在窦前卵泡、窦 [7]坏可引起细胞极性改变或细胞死亡。最近有学者 状卵泡中有较高的表达。laminin α2 十分少见，仅表 [15]在 近 排 卵 期 中 发 现 一 种 新 型 基 膜 样 ECM, 达 在 少 数 健 康 的 窦 卵 泡 中 。 动 物 研 究 提 示 Focimatrix。 由 基 膜 样 物 质 :I V 型 胶 原 α1、α2， laminin 3(α1β2γ1)存在于卵泡基膜中，但至今仅在 laminin α1、β2、γ1,nidogen-1 及 perlecan 组成;与基 胎盘中发现存在 laminin 3 的复合体。因此，卵泡基 膜不同，Focimatrix 以斑块或聚集物形式存在于多层 膜 中 laminin 的 具 体 组 成 还 有 待 进 一 步 研 究 。 [3]颗粒细胞上皮间但不包绕细胞故不能为细胞提供微 McArthur 等发现始基卵泡不含巢蛋白1( Nidogen 环境。Focimatrix的数量随着 卵泡增大而增多但不 1)和基底膜蛋白聚糖，其可表达于之后的卵泡发育 存在于黄体中，其能破坏上皮细胞极性，推测其在颗 中。由此可见，随着卵泡生长，卵泡基膜的胶原成分 粒细胞向黄体转换的上皮-间质的转变过程中发挥 减少而层粘连蛋白成分增多，从而使基膜更具扩张 [8] 作用。性，这对卵泡发育是十分必要的。IV 型胶原 α1,α3 三、整合素的作用 丢 失 对 于 基 膜 的 功 能 作 用 还 不 清 楚 ; 而 缺 少 细 胞 与 ECM 的 相 互 作 用 可 通 过 整 合 素 Nidogen 表达的始基卵泡会发育受阻，这是由于 [9](integrin)来介导。integrin 属于细胞表面黏附分子， Nidogen 能稳定层粘连蛋白及I V 型胶原的骨架结 是一类普遍存在于细胞表面的跨膜糖蛋白。是由α 、 构。在卵泡早期发育的各种变化中perlecan ，上调是 β两个亚单位非共价连接成异源二聚体，其胞外部 十分重要的。由于其能结合许多生长因子，同发育中 分通过识别配体上特异的精氨酸-甘氨酸-天门冬氨 卵泡相比，含有 perlecan 的始基卵泡基膜将更容易 酸(RGD)三肽序列介导细胞间、细胞与E CM 的黏 通过某些生长因子。 [10]附，并通过细胞内组分传递信号分子。现已发现 二、卵泡基膜的更新、降解 18 种 α亚单位、8 种 β亚单位，两者可组成23 种不 卵泡生长发育需要 ECM 调控性更新，ECM 的 [11]同的整合素。Burns 等发现 integrin α6，αv，β1，β3 重构与降解受到蛋白分解活动的紧密调控，而纤溶 和 β5 相应表达于不同阶段卵泡细胞中。早有学者 酶原激活因子(PAs)和基质金属蛋白酶(MMPs)在 发现 LN 通过结合配体 integrin α6β1 抑制人颗粒细 [16]该蛋白分解系统中发挥主要作用。排卵过程中在 胞黄体化过程中孕酮的生成。亦有学者用羊体外研 [17]PAs 和 MMPs 等作用下，卵泡基膜分解。MMPs 组 究表明，LN 与 integrin α6β1 识别可以促进颗粒细胞 织抑制因子(TIMPs)可特定抑制 MMPs 的活性, 的存活、增殖，并调节颗粒细胞类固醇激素的合成，从 [18]MMPs 和 TIMPs 在 ECM 重建中发挥重要机制。 [12]而推测 LN 在颗粒细胞黄体化过程中发挥作用。 TIMPs 和 MMP-9 共同调控 ECM 更新，尤其是两者 [13]Kreeger 等用人工合成的含 RGD 三肽的ECM 培养 的比例对于卵泡、黄体功能发挥的微环境的实现和维 鼠颗粒细胞，发现该E CM 能影响颗粒细胞的形态及 [19][20]持是必不可少的。Oksjoki 等通过 RNA 印迹法和 类固醇激素合成。 免疫组化法分析发现，PCOS 患者卵泡 IV 型胶原 综上所述，基膜通过选择性滤过等功能为细胞 mRNA 及 TIMP-3 mRNA 表达水平较低，其 MMP-9 提供生存的微环境。在 integrin 介导下基膜与颗粒 和 TIMP-4 表达亦不同于对照组，从而参与多囊卵 Rodgers RJ,Irving-Rodgers HF. Extracellular ma tinrix ovarianf ollicles. 2 巢的发生。Mol Cell Endocrinol,2000,163(1-2):73-79 卵泡基膜的细胞起源McArthur ME,Irving-Rodgers HF,Byers S,et al.Identification and im- 3 早有研究发现颗粒细胞可以生成 FN 和laminin munolocalisation of decorin, versican,perlecan,nidogen,and chon- droitin sulfate proteoglycans in bovine small-antral ovarian follicles. γ1 链。而卵巢基膜中其他 ECM 成分起源的研究则 Biol Reprod,2000,63(3):913-924 是通过 Call-Exner 小体间接进行的。Call-Exner 小体 4 Alexopoulos E,Shahid J,Ongley HZ,et al.Luteinized human granulosa 存在于卵泡颗粒细胞层中，由颗粒细胞放射状环绕 cells are associated with endogenous basement membrane-like components in culture.Mol Hum Reprod,2000,6(4)324: -330 排列于一个充满液体的中央腔周围，腔内液体的组 5 Huet C,Pisselet C,Mandon-Pépin B,et al.Extracellular matrix regu- [3]化反应类似于卵泡液。该现象提示 Call-Exner 小体 lates ovine granulosa cell survival, proliferation and steroidogenesis: 由颗粒细胞合成。Call-Exner 小体与卵泡基膜有着相 relationships between cell shape and function. J Endocrinol,2001,169 [3](2):347-360 似的超微结构。McArthur 等发现 IV 型胶原 α1,α5 Allegrucci C,Hunter MG,Webb R,et al.Interaction of bovine granulosa 6 链，层粘连蛋白 α1，β2 和 γ1 链，perlecan 和 nidogen and theca cells in a novel serum-free co-culture system.Reproduction, 存在于该小体中(见表1 )，这与窦前卵泡中卵泡基膜 2003,126(4):527-538 7 Frisch SM, Screaton RA. Anoikis mechanisms.Curr Opin Cell Biol, 的组成相同。与卵泡基膜类似，随着卵泡发育过程中 2001,13(5):555-562 IV 型胶原、laminin 的比例变化，Call-Exner 小体也发 8 Irving-Rodgers HF,Harland ML, Rodgers RJ.A novel basal lamina [2]生相应的改变。因此推断卵泡基膜的大多数成分 matrix of the stratified epithelium of the ovarian follicle.Matrix Biol, 2004,23(4):207-217 是由颗粒细胞合成分泌的。 Chen CS,Tan J,Tien J.Mechanotransduction at cell-matrix and cell- 9 表 1 卵泡发育中卵泡基膜的组成变化 cell contacts. Annu Rev Biomed Eng,2004,6(1):275-302 基质发育阶段 层粘连蛋白 ?型胶原其它成分 Siebers MC,ter Brugge PJ,Walboomers XF,et al.Integrins as linker 10 1，2，1 卵泡基膜αβγα1,α6 始基卵泡proteins between osteoblasts and bone replacing materials.A critical α1，β2，γ1 α1,α6 窦前卵泡 review.Biomaterials,2005,26 (2):137-146 Nidogen,perlecan α1，β2，γ1 α1、α2 窦状卵泡 Burns KH,Owens GE,Fernandez JM,et al.Characterization of integrin 11 Nidogen,perlecan ?α2 α1，βexpression in the mouse ovary.Biol Reprod,2002,67(3):743-751 2，1 2 γα12 Le Bellego F,Pisselet C,Huet C,et al.Laminin alpha6beta1 integrin α1、α2 Nidogen,perlecan 闭锁卵泡interaction enhances survival and proliferation and modulates steroidogenesis of ovine granulosa cells. J Endocrinol,2002,172(1 ): α1，β2，γ1 α1,α6 Nidogen,perlecan Call- Exner 小体 窦前卵泡 45-59 Kreeger PK,Woodruff YK,Shea LD.Murine granulosa cell morphology 13 窦前卵泡周围间质或大窦卵泡的卵泡膜在卵泡and function are regulated by a synthetic Arg-Gly-Asp matrix.Mol Cell Endocrinol,2003,205(1-2):1-10 基膜起源中的作用还不清楚。机体其他组织中 14 Nakano KY,Iyama KI,Mori T,et al.Loss of alveolar basement membrane laminin α2 作为上皮基底膜的组成部分可起源于间 type IVcollagen alpha3 a,lpha4, and alpha5 chains in bronchioloalveolar 质。动物研究发现 laminin α2 仅表达于 1/3 的健康 carcinoma ofthe lung. J Pathol, 2001,194(4):420-427 [15]Irving-Rodgers HF,Mussard ML,Kinder JE,et al.Composition and 15 窦卵泡而表达于 2/3 的闭锁卵泡中。这种表达形 morphology of the follicular basal lamina during atresia of bovine 式显然不同于卵泡基膜的其他组成成分。Call-Exner antral follicles.Reproduction,2002 ,123(1):97-106 小体不含 laminin α2 却含有卵泡基膜的其他组成成 Ny T,Wahlberg P, Brandstrom IJ. Matrix remodeling in the ovary: 16 regulation and functional role of the plasminogen activator and 分。由此可以认为la minin α2 具有不同的细胞起源， matrix metalloproteinase systems.Mol Cell Endocrino l,2002, 187 即其很可能是由卵泡膜细胞产生而非颗粒细胞。 (1-2): 29-38 综上所述，ECM 在卵泡生长发育的不同阶段都 Liu K,Wahlberg P,H+ gglund AC,et al.Expressionp attern and functional 17 有不同的表达，并发挥相关作用。与机体其他组织器 studies of matrix degrading proteases and their inhibitors in the mouse corpus luteum.Mol Cell Endocrinol,2003,205(1-2):131-140 官 ECM 的研究相比，卵巢组织中 ECM 还有待进一 18 Goldman S, Shalev E.MMPS and TIMPS in ovarian physiology and 步研究，尤其是在 ECM 卵巢中的细胞起源、合成的 pathophysiology. Front Biosci, 2004, 9(1):2474-2483 调节、功能作用等方面，从而更深入的了解E CM 在 al . Ovarian tissue remodeling: Smith MF, Ricke WA, Bakke LJ, et 19 role of matrix metalloproteinases and their inhibitors. Mol 卵泡生长发育中的作用机制。 Cell Endocrinol,2002,191(1):45-46 参 考 文 献Oksjoki S, Rahkonen O, Haarala M,et al. Differences in connective 20 1 Rodgers RJ, Irving-Rodgers HF. Extracellular matrix of the bovine tissue gene expression between normally functioning, polycystic and ovarian membrana granulosa. Mol Cell Endocrinol, 2002, 191 (1): post-menopausal ovaries. Mol Hum Reprod,2004,10(1):7-14 57-64