細胞因子調控睪丸支持細胞緊密連接的研究進展

秦 茂 張秀平 綜述 劉保興 審校

中日友好醫院男科（北京 100029）

細胞因子調控睪丸支持細胞緊密連接的研究進展

秦 茂 張秀平 綜述 劉保興 審校

中日友好醫院男科（北京 100029）

睪丸支持細胞即Sertoli細胞的立體構型比較復雜，在形態上呈不規則錐體形，基部緊貼基膜，頂部伸達管腔，側面和腔面有許多不規則凹陷, 內鑲嵌著生精細胞并為其提供結構上的支持與定位。睪丸支持細胞之間通過緊密連接形成的血睪屏障（blood-testis barrier ，BTB）將生精上皮分為基底室和近腔室，處于細線期和細線前期的精母細胞必須從生精上皮的基底小室進入近腔小室，這樣形態上發育完全的精子才能在精子釋放時進入到生精小管的內腔，BTB適時的開閉對精子的發生有至關重要的作用。精子的發生是生精細胞和支持細胞在生精小管上皮上的一系列細胞增殖、分化和變形過程。在此過程中，在生精周期一些特定階段，支持細胞和生精細胞會分泌一系列細胞因子來調節BTB的開閉以及精子的形成。細胞因子是免疫原、絲裂原或其他刺激劑誘導多種細胞產生的低分子量可溶性蛋白質，具有調節固有免疫和適應性免疫、細胞生長以及損傷組織修復等多種功能。眾多細胞因子在體內通過旁分泌、自分泌或內分泌等方式發揮作用，形成復雜的細胞因子調節網絡，參與人體多種重要的生理功能。已經證實細胞因子如：腫瘤壞死因子α（TNFα）、轉化生長因子β（TGF-β）、白細胞介素-1α（IL-1α），無論是在正常或者病理條件下均對支持細胞緊密連接起著重要的調節作用[1-3]。

一、轉化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）

TGF -β是一種多功能多肽類細胞因子。主要有TGF-β1、T GF -β2和T GF-β3 3種亞型。離體情況下，BTB的形成伴隨的是TGF-β2和 TGF-β3表達明顯下降。在體實驗證實，通過睪丸內注射TGF-β3，BTB可被分解，并且這種分解是可逆的[4]，其機制為：（1）激活下游p38-絲裂原活化蛋白激酶，（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路；TGF-β能激活p38-MAPK并使之磷酸化 ，通過下調BTB膜蛋白的水平來誘導其對BTB的解聚[5]。成年大鼠經二氯化鎘處理后TGF-β3表達顯著增加。使用特定的p38- MAPK抑制劑可以阻滯鎘誘導的BTB分解和閉合蛋白丟失[6,7]。（2）加強蛋白內吞及分解；膜蛋白如閉合蛋白、連接黏附分子（junctional adhesion molecule，JAM）-A、神經鈣黏素在血睪屏障中處于不斷的被內吞，然后又重新轉運到支持細胞表面這一動態平衡中，這些活動都是在網格蛋白介導的通路下完成。將TGF-β加入支持細胞中發現，BTB膜蛋白的內吞作用加強，但是此時，被內吞的蛋白并沒有被重新轉運到細胞表面，而是被核內體和泛素所分解[8,9]。

這些研究解釋了在BTB微環境中，由支持細胞、精母細胞產生的TGF-β2或TGF-β3在生精周期VIII通過P38-MAPK信號通路開放BTB，進而加速蛋白內吞并為核內體和泛素介導的細胞內降解提供目標蛋白，使BTB上膜蛋白重新分布，最終導致BTB短暫的分解。

二、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factorα，TNFα）

TNFα在睪丸中是一種多功能細胞因子，它刺激睪丸支持細胞雄激素受體的表達、轉運鐵到生殖細胞、為減數分裂后的生殖細胞供應乳酸、調節精子的釋放[10]，在緊密連接動態調控過程中，TNFα可破壞緊密連接完整性，并導致BTB產生可逆性的分解，其具體機制為：

（一）誘導細胞凋亡

1. caspase凋亡通路：TNF-α通過與兩個膜結合腫瘤壞死因子受體（TNFR1、TNFR2）中的任何一個結合而發揮生物效應。TNFR1幾乎存在于人體所有組織，并且能作用于與TNFR1相關或者Fas相關的死亡結構域蛋白（34 kDa的銜接蛋白，也是受體相關的信號轉導蛋白）最終誘導腫瘤壞死因子通過caspase介導的凋亡通路產生死亡信號[11]。而在精子形成過程中75%的生殖細胞會發生凋亡，所以，TNFα通過誘導凋亡從而在決定生殖細胞的數量上起到了重要的作用。

2. 轉錄因子蛋白家族（NF-κB）通路及JNK通路：最近的研究表明，TNFR1信號可以由泛素介導的蛋白通路[12]和NF-κB通路調節[13]，TNFR2沒有和死亡結構域蛋白結合的能力，它主要激活NF-κB通路，或者JNK（c-Jun氨基末端激酶,MAPK家族中的一種）信號通路[14]。離體實驗發現將TNFα重組蛋白加入到支持細胞中會阻礙通透屏障的功能[15]，這個結果和TNFα通過NF-κB通路上調小鼠支持細胞中Fas的表達從而誘導凋亡，最終導致BTB分解相一致，是自身免疫性睪丸炎潛在的發病機制[16]。

（二）影響膠原蛋白的合成與分解

觀察BTB超微結構發現，在大鼠睪丸內注射TNFα 2μg會對BTB造成可逆性的分解[17]。盡管TGF-β3和TNFα對支持細胞BTB的分解作用看起來相似，但TGF-β3誘導BTB的分解是通過P38-MAPK信號通路，而TNFα除了抑制支持細胞閉合蛋白的重新合成，還誘導基底膜上能夠分解膠原蛋白的基質金屬蛋白酶-9（Matrix Metalloproteinase-9，MMP-9）的合成與激活來影響緊密連接的通透性，擾亂膠原蛋白的支撐作用導致BTB的分解。這些改變反過來形成負反饋，使TNFα誘導合成膠原蛋白，并使金屬蛋白酶1抑制劑的生成增多。前者能夠補充被裂解的蛋白，后者對于限制生精上皮中不必要的蛋白分解有重要意義[15]。由于這種獨特的機制，TNF-α等細胞因子可以通過不同方式調節緊密連接通透屏障，最終保證免疫屏障的完整性。

總之，TNF-α的生物學作用主要依賴于（1）腫瘤壞死因子受體（TNFR1、TNFR2）的參與；（2）TNFα/TNFR復合物的特定銜接物質的參與和表達（如：TNFR1相關的死亡結構域蛋白、Fas相關的死亡結構域蛋白、受體相互作用蛋白）；（3）下游信號通路的相互作用。通過誘導凋亡，抑制閉合蛋白的合成，分解膠原蛋白最終開放BTB。

三、白細胞介素（Interleukin, IL）

（一）IL-1α

IL-1α是由支持細胞分泌的促炎癥細胞因子，在生精上皮周期Ⅷ到Ⅸ期生物活性呈現高水平，通過睪丸內局部注射IL-1α可導致生精細胞脫落。近年來發現：IL-1α可破壞緊密連接完整性，導致通透性增高。然而，不同于TGF-β3或者TNF-α通過減少穩定狀態的膜蛋白水平而影響BTB，經過IL-1α處理后，BTB膜蛋白水平沒有變化，它是通過以下2個途徑發揮作用：（1）使緊密連接膜蛋白位置遷移，閉合蛋白、JAM-A、神經鈣黏素從支持細胞之間連接處發生移位，導致支持細胞黏附作用失去平衡；（2）干擾BTB上肌動蛋白束的有序排列從而分解肌動蛋白纖維束[18]；這些變化是通過調控BTB上表皮生長因子受體底物8（epidermal growth factor receptor pathway substrate 8，EPS8）的定位，增加肌動蛋白相關蛋白3（actin-related protein 3）的表達，擾亂BTB上肌動蛋白纖維的排列順序而產生[19]。

（二）IL-6

IL-6可由睪丸支持細胞，間質細胞和生殖細胞等細胞合成，在睪丸中，IL-6抑制生精上皮細胞減數分裂期間DNA的合成，影響睪丸支持細胞分泌轉鐵蛋白和抑制素B，降低精子的運動能力[20]。生理條件下IL-6的表達在生精上皮周期Ⅶ-Ⅷ呈現最低水平，然而當睪丸有損傷和炎癥時，IL-6表達明顯上調[21]。實驗顯示經IL-6處理后，閉合蛋白、JAM-A、神經鈣黏素分解延遲而積聚于細胞內，表明IL-6可以通過改變膜蛋白的定位和數量來破壞BTB的完整性。阻斷ERK-MAPK信號通路后發現細胞外質特化蛋白如β-鏈蛋白發生復位，BTB通透性損傷明顯減少[22]，證實了IL-6通過抑制膜蛋白如閉合蛋白、JAM-A、神經鈣黏素的分解以及激活ERK-MAPK信號通路來調節BTB。

精子的生成是一系列復雜而精密的過程，BTB的適時開放對于精子的生成有著十分重要的意義，異常開放是導致男性不育的主要因素之一。近年來，隨著研究的不斷深入，人們逐漸意識到，細胞因子在支持細胞緊密連接動態調控中扮演著關鍵性角色，但是相關的分子機制尚未完全明確，它們之間的協同作用仍有待研究。細胞因子對BTB的調控機制研究將進一步揭示男性不育發生機制，并為不育的臨床治療提供依據。

腫瘤壞死因子α; 轉化生長因子β; 白細胞介素類; 塞爾托利細胞; 血睪屏障

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（2014-07-15收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2014.10.018

R 321.1