一氧化氮对雌性动物繁殖机能的影响

。近年来，N O 在雌性繁殖 新进展 一氧化氮对雌性动物繁殖机能的影响 湖 南 农 业 大 学 动 物 科 技 学 院 / 杨 永 生 方 热 军 摘 要 一 氧 化 氮 (Nitric oxide， NO) 是 一 种 结 构 简 单 而 化 学 性 质 活 泼 的 信 号 分 子 ， 被 认 为 是 动 物 体 内 重 要 的 生 物 信 使 ， 具 有 多 种 生 理 和 病 理 调 节 功 能 。 近 年 来 研 究 表 明 ， N O 对 动 物 的 繁 殖 具 有 调 节 作 用 ， 几 乎 参 与 所 有 的 雌 性 生 殖 过 程 。 此 文 主 要 从 卵 细 胞 的 形 成 、 胚 胎 发 育 、 分 娩 等 方 面 阐 述 了 一 氧 化 氮 对 雌 性 繁 殖 的 影 响 。 关键词 一 氧 化 氮 ； 信 号 分 子 ； 繁 殖 Abstract Nitric oxide(NO) is one of simple structure signal molecules which has many biological effects,and it is one of the important biological messagers.Recently,the studies showed that Nitric oxide had a great impact on many aspects of the reproductive function and participated in almost all female reproductive processes. This essay mainly focused on the effects of the formation of follicle,embryonic development,delivery,and so on. keywords NO； signal molecule； reproduction 一 氧 化 氮 是 一 种 极 不 稳 定 的 生 物 自 由 基 ， 分 子 小 ， 常 温 下 为 气 体 ， 微 溶 于 水 ， 具 有 脂 溶 性 ， 可 快 速 透 过 生 物 膜 扩 散 ， 生 物 半 衰 期 只 有 N O S ( n e u r o n a l N O S， n N O S )、 诱 导 型 NOS(inducible NOS， iNOS) 和 内 皮 型 NOS(endothelial NOS， e N O S )。 n N O S 和 e N O S 在 细 胞 处 3 5s， 在 神 经 、 免 疫 、 消 化 、 呼 吸 、 于 生 理 状 态 下 即 有 表 达 ， 又 合 称 为 内 分 泌 和 繁 殖 等 方 面 有 着 十 分 重 要 的 生 物 学 作 用 。 体 内 的 N O 是 由 L - 精 氨 酸 (L-Arginine， L-Arg) 在 一 氧 化 氮 合 酶 (Nitric Oxide Synthase， N O S ) 的 催 化 下 ， 以 及 还 原 型 烟 酰 胺 结 构 型 NOS(constitutive NOS， c N O S )， 而 i N O S 则 在 生 理 状 态 下 不 表 达 ， 在 受 细 胞 因 子 等 刺 激 后 呈 诱 导 性 表 达 2。 N O 有 多 种 生 理 功 能 ： 血 管 舒 张 、 抗 血 小 板 凝 集 、 抗 寄 生 虫 、 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 ( 辅 酶 ， N A D P H ) 提 供 电 子 ， 黄 素 单 核 苷 酸 ( F M N )、 参与机体免疫反应及细胞对毒物的 反 应 、 调 控 促 性 腺 激 素 的 分 泌 和 性 成 细 胞 及 卵 泡 膜 细 胞 中 eNOS 染色阳 性 ， 卵 泡 内 及 排 出 的 卵 母 细 胞 特 异 表 黄 素 腺 嘌 吟 ( F A D ) 及 四 氢 喋 呤 ( B H ) 熟 等 3 7 达 e N O S。 随 着 卵 泡 的 发 育 ， 亚 硝 酸 等 为 辅 助 因 子 的 作 用 下 ， 生 成 中 间 产 物 左 旋 羟 基 精 氨 酸 ， 最 终 形 成 N O 和 L- 瓜 氨 酸 1。 一 氧 化 氮 合 酶 的 亚 型 有 三 种 ， 按 来 源 以 及 表 达 方 式 ， 分 为 神 经 型 中 的 作 用 也 愈 来 愈 引 起 人 们 的 关 注 。 1 对卵细胞的影响 1.1 NO 与卵母细胞成熟 在 卵 泡 发 育 过 程 中 ， 卵 泡 颗 粒 盐 / 硝酸盐 ( N O 的代谢产物 ) 在循 环 系 统 中 的 水 平 增 加 ， 含 量 与 卵 泡 大 小 成 正 相 关 ， 这 说 明 在 卵 泡 及 卵 母 细 胞 发 育 中 NO 的 重 要 作 用 8。 一 定 浓 度 的 NO 能 够 促 进 卵 母 45 2009.09 。卵母细胞的成熟起促进作用 物后半小时全部死亡， 10 m o l / L、 10 m o l / L 和 10 m o l / L 浓度的 S N P 细 胞 的 成 熟 ， i N O S 来 源 的 N O 可 调 节鼠生发泡的破裂和第 1 极体的排 出 ， i N O S 和 e N O S 来 源 的 N O 对 猪 9,10 卜 淑 敏 等 11 采 用 体 内 注 射 一 氧 化 氮 合酶抑制剂左旋硝基精氨酸甲基酯 (L-NAME) 和 在 体 外 培 养 基 中 分 别 加入 L-NAME 或 次 黄 嘌 呤 以 抑 制 卵 母 细 胞 自 发 成 熟 的 3 种 模 型 ， 研 究 一氧化氮提供体 ( S N P ) 对小鼠卵母 细 胞 体 内 、 体 外 成 熟 的 促 进 作 用 ， 排 卵 的 过 程 有 帮 助 。 张 建 超 等 12 的 研 究 表 明 ， 对 24 日 龄 到 28 日 龄 的 未 成 熟 的 雌 性 小 鼠 体 内 注 射 L - N A M E 来 抑 制 卵 巢 中 N O 的 合 成 ， 结 果 发 现 ， 注 射 L - N A M E 后 排 卵 数 明 显 减 少 ， 这 也 说 明 在 体 内 ， N O 可 促 进 小 鼠 排 卵 。 与 正 常 的 野 生 鼠 相 比 ， 去除 e N O S 的 成 熟 雌 鼠 的 死 胎 率 更 高 且 个 体 更 小 ， 而 且 由 h C G (人 绒 毛 膜促性腺激素 ) 诱导的排卵率降低 63%， 表 明 N O 在 排 卵 和 卵 巢 生 理 上 用 ， 但 目 前 研 究 较 多 的 是 抑 制 颗 粒 细 胞 凋 亡 ， 即 可 抑 制 卵 泡 闭 锁 14。 2 调节胚胎附植 胚胎植入是生殖过程的重要环 节 ， 成 功 的 植 入 不 仅 取 决 于 胚 泡 的 滋 养 层 细 胞 对 母 体 子 宫 的 侵 入 性 ， 而 且取决于子宫对胚泡的相容性和营 养 供 应 。 前 者 涉 及 细 胞 的 黏 附 、 迁 移 、 细 胞 外 基 质 (extracellular matrix， E C M ) 的 降 解 等 ， 后 者 涉 及 蛋 白 酶 对 结 果 表 明 ， 只 有 腹 腔 注 射 2.5m g / k g 有 作 用 13 。 子 宫 内 膜 的 组 织 降 解 和 更 新 以 及 血 S N P 这 一 剂 量 组 能 显 著 逆 转 10m g / kg L-NAME 对 卵 母 细 胞 第 一 极 体 释 放 的 抑 制 作 用 ( P 0.05)， 而 高 剂 量 S N P (10m g / k g ) 使 小 鼠 在 注 射 药 -7 -6 -5 能 显 著 促 进 4m m o l / L 次 黄 嘌 呤 抑 制 的 卵 丘 卵 母 细 胞 复 合 体 中 卵 母 细 胞 的 极 体 成 熟 ， 整 个 试 验 显 示 ， 卵 母 细 胞 产 生 的 生 理 剂 量 的 N O 可 以 促 进 体 内 外 卵 母 细 胞 的 成 熟 。 1.2 NO 与排卵 卵 巢 内 存 在 着 N O 的 产 生 系 统 ， 在 卵 巢 不 同 的 区 域 可 以 检 测 到 e N O S 和 i N O S。 值 得 注 意 是 ， e N O S 和 i N O S 的 活 性 在 鼠 卵 巢 的 周 期 中 发 生 改 变 ， 在 发 情 前 期 的 早 期 ， i N O S 的 m R N A 增 加 ， 在 发 情 前 期 的 后 期 ， i N O S 蛋 白 的 表 达 有 最 初 的 增 加 ， 这 与排卵前血清中雌激素和 L H ( 促黄 体 素 ) 增 加 是 相 同 的 ， 此 后 ， i N O S 表 达 下 降 ， 在 排 卵 前 阶 段 ， 还 能 检 测 到 e N O S 蛋 白 的 存 在 。 卵 巢 中 N O S 亚 类 型 表 达 的 周 期 改 变 给 N O 直 接 影 响 卵 巢 功 能 提 供 了 支 持 。 卵巢中 N O S 活性的增加与排卵 前 峰 值 的 时 间 相 符 合 ， 这 表 明 N O 通 过 刺 激 促 性 腺 激 素 的 产 物 ， 而 对 46 2009.09 NO 产 生 的 有 效 因 子 可 以 通 过 直 接 激 活 Cyclooxyge-nases( 环 氧 化 酶 - C O X ) 而 刺 激 P G s ( 前 列 腺 素 ) 的 合 成 。 通 过 N O S 抑 制 剂 阻 止 卵 巢 内 N O 的 产 生 ， 可 以 降 低 P G E2 和 P G F2 对 注 射 h C G 的 应 答 ， 这 表 明 NO 可从 COX 途 径 刺 激 PGs 的合 成 ， 从而增加排卵过程中的炎症发生 过程 美国至尊一氧化氮胶囊 / 。 1.3 NO 与卵泡闭锁 发育中的卵泡是发育成优势卵 泡 还 是 发 生 闭 锁 ， 影 响 的 因 素 较 多 ， 研 究 发 现 N O 可 影 响 卵 泡 的 闭 锁 。 在 早 期 卵 泡 发 育 阶 段 局 部 产 生 低 浓 度 的 N O 有助于调节卵泡生长和可能抑制 卵 泡 闭 锁 ， 而 优 势 卵 泡 到 卵 泡 成 熟 阶 段 局 部 产 生 高 浓 度 的 N O 则 有 可 能 促 进 卵 泡 闭 锁 。 M a t s u m i 等 发 现 ， 大 多 数 不 成 熟 的 大 鼠 卵 泡 颗 粒 细 胞 中 存 在 i N O S， 而 所 有 闭 锁 卵 泡 颗 粒 细 胞 中 未 检 测 到 i N O S 活 性 。 在 不 成 熟 的 大 鼠 卵 泡 颗 粒 细 胞 中 ， i N O S 产 生 的 N O 可能通过抑制颗粒细胞的凋亡来 阻 止 大 鼠 卵 泡 的 闭 锁 。 N O 在 细 胞 凋 亡 方 面 的 研 究 涉 及 的 细 胞 类 型 较 多 ， N O 一 方 面 促 进 细 胞 凋 亡 ， 另 一 方 面 也 有 抑 制 细 胞 凋 亡 的 作 用 。 同 样 ， N O 在颗粒细胞凋亡方面也有双向作 管 新 生 15。 Purcell 等 16 采 用 免 疫 组 织化学和蛋白质印迹方法对围植入 期 小 鼠 子 宫 中 i N O S 和 e N O S 的 表 达 进 行 了 分 析 ， 研 究 发 现 ， 与 非 植 入 点 相 比 ， 植 入 点 i N O S 和 e N O S 的 表 达 都 升 高 ， 初 步 表 明 N O 对 成 功 植 入 具 有 重 要 作 用 。 胚泡附植的发生既决定于胚泡 的 主 动 性 ， 也 决 定 于 子 宫 内 膜 是 否 做 好 准 备 ， 它 们 必 须 同 步 化 ， 才 能 使 胚 泡 的 附 植 顺 利 进 行 17。 N O 从 胚 胎 发 育 和 子 宫 环 境 两 方 面 参 与 附 植 过 程 。 首 先 ， N O 是 胚 胎 分 裂 分 化 的 调 节 因 子 ， 并 能 影 响 胚 胎 附 植 。 B i s w a s 等 报 道 ， 将 L - N A M E 注 入 妊 娠 2d、 3d、 5d 的 小 鼠 子 宫 内 ， 第 8d 处 死 所 有 小 鼠 时 发 现 ， L - N A M E 使 妊 娠 3d 和 5d 的 鼠 妊 娠 终 止 ， 胚 胎 发 育 受 阻 ， 不 能 终 止 妊 娠 2d 的 鼠 ， 但 与 对 照 组 相 比 ， 胚 胎 附 植 点 大 大 减 少 ， 而 将 L-NAME 与 SNP 共 同 注 入 小 鼠 子 宫 则 不 能 终 止 妊 娠 ， 与 对 照 组 相 比 ， 附 植 点 没 有 什 么 差 别 。 另 外 ， 妊 娠 的 成 功 建 立 依 赖 于 子 宫 内 适 宜 的 环 境 。 附 植 前 子 宫 N O S 活 性 明 显 增 加 ， 附 植 发 生 时 ， 附 植 点 子 宫 组 织 中 i N O S 含 量 显 著 上 升 ， 这 说 明 N O 参 与 子 宫 微 环 境 的 建 造 。 G o u g e 等 18 在 鼠 的 附 (2000) 通过胎附植失败。何东宁等 。朱猛进等 新进展 植 前 胚 胎 中 检 测 出 i N O S 和 e N O S 产 生 的 NO， 其 作 为 对 子 宫 的 信 号 之 一 ， 刺 激 局 部 血 管 舒 张 并 且 增 加 毛 细 血 管 的 通 透 性 ， 为 成 功 的 附 植 创 造 条 件 ， 试 验 证 明 ， 阻 碍 N O 产 生 ， 将 导 致 胚 19 检测 N O S 在雌性大鼠生殖器官的分 布 ， 探 讨 了 NO 在 生 殖 系 统 中 的 作 用 ， 发 现 N O 可 通 过 激 活 平 滑 肌 细 胞 中 的 糖 皮 质 激 素 ， 使 其 产 生 c G M P， 而 升 高 的 c G M P 再 刺 激 蛋 白 激 酶 ， 促 使 内 质 网 摄 入 C a2+， 减 少 胞 浆 中 的 游 离 C a2+， 使 平 滑 肌 舒 张 ， 而 这 种 舒 张 作 用 对 维 持 妊 娠 期 间 子 宫 的 静 息 状 态 具 主 要 意 义 。 3 对分娩的影响 很 多 研 究 表 明 ， N O 参 与 分 娩 的 启 动 。 在 分 娩 前 和 分 娩 时 ， 子 宫 内 N O S 的 活 性 下 降 。 有 试 验 研 究 了 孕 期 子 宫 N O S 的 变 化 情 况 ， 发 现 在 妊 娠 后 期 i N O S 便 开 始 下 降 ， 临 近 分 娩 时 ， 子 宫 肌 、 胎 膜 、 孕 体 和 母 体 触 面 等 处 的 NO 全 面 减 少 。 到 分 娩 开 始 时 ， 子 宫 N O 已 下 降 至 最 低 水 平 ， 这 意 味 着 依 赖 于 N O 的 子 宫 妊 娠 状 态 结 束 ， N O 的 抑 制 作 用 解 除 ， 子 宫 肌 兴 奋 性 上 升 ， 进 而 发 动 分 娩 。 同 时 ， N O 也 是 控 制 子 宫 、 盆 骨 功 能 从 妊 娠 状 态 向 分 娩 状 态 转 变 的 关 键 因 子 。 有 研 究 发 现 ， 分 娩 到 来 时 ， 在 子 宫 N O 产 生 减 少 的 同 时 ， 骨 盆 中 的 N O S 表 达 却 显 著 上 升 说 明 分 娩 时 盆 骨 中 N O 的 产 生 4 对泌乳的影响 N O 参 与 乳 腺 血 流 量 的 调 节 。 N O 是 血 管 舒 张 因 子 ， 向 乳 腺 灌 入 N O 供体可使乳腺产生一个快速持续 的 乳 腺 血 流 量 增 长 ， 而 灌 入 N O 抑 制 剂 却 可 使 乳 腺 血 流 量 下 降 65%。 采 用组织染色的方法检测到 N O S 在 乳 腺血管内皮细胞和分泌性上皮细胞 均 有 分 布 ， 因 而 可 能 是 上 皮 细 胞 通 过 分 泌 N O 来 控 制 其 血 流 的 供 给 22。 进一步的研究发现乳腺中生成的 N O 量 会 随 泌 乳 期 发 生 变 化 ， 有 试 验 表 明 ， 山 羊 妊 娠 后 期 和 泌 乳 早 期 乳 腺 中 N O 合 成 显 著 加 强 ， 并 且 乳 腺 外 N O 更 新 率 降 低 ， 因 此 推 测 N O 是 围 产期局部范围内上调乳腺功能的一 个 重 要 因 子 。 5 主要作用机制 N O 具有独特的理化性质和生物 学 活 性 ， 与 F e2+ 亲 和 力 高 ， 而 且 具 有 脂 溶 性 ， 能 快 速 通 过 生 物 膜 扩 散 ， 这使得它具有自分泌 / 旁分泌的作 用 ， 即 N O 产 生 后 ， 不 仅 对 自 身 细 胞 ， 也 能 对 相 邻 细 胞 中 的 靶 分 子 发 生 作 用 ， 起 着 细 胞 或 突 触 间 的 信 息 传 递 作 用 。 Yallampalli231993 年 提 出 妊 娠 期 间 子 宫 内 存 在 一 个 L- 精 氨 酸 - N O - c G M P 系 统 ， 在 足 月 妊 娠 前 ， 孕 酮 水 平 增 高 ， 该 系 统 作 用 增 强 ， 抑 制 妊 娠 期 子 宫 收 缩 ， 而 在 足 中 ， 无 论 是 内 源 产 生 N O 或 是 外 源 N O， 由 于 浓 度 差 异 ， 造 成 N O 对 细 胞 迁 移 、 增 生 和 M M P -2 分 泌 具 有 不 同 的 作 用 ， N O 在 低 浓 度 时 起 促 进 作 用 ， 高 浓 度 时 起 抑 制 作 用 ， 而 调 节 过 程 可 能 是 通 过 激 活 A k t / P K B 信 号 通 路 而 使 A k t / P K B Ser-473 磷 酸 化 起 作 用 。 通 常 认 为 ， 由 于 N O 对 F e2+ 具 有 很 高 的 亲 和 力 ， 因 此 它 能 与 含 有 血 红 素 基 团 的 蛋 白 质 相 结 合 ， 产 生 比 较 稳 定 的 亚 硝 基 血 红 素 复 合 物 。 N O 与 细 胞 内 可 溶 性 鸟 苷 酸 环 化 酶 (sGC) 血 红素辅基中的铁反应生成 N O - 血红 素 ， 致 使 血 红 素 中 铁 与 酶 蛋 白 的 键 断 裂 ， 解 除 了 血 红 素 中 铁 对 s G C 的 抑 制 ， 激 活 s G C， 使 细 胞 内 产 生 大 量 的 cGMP(cyclic GMP)， 从 而 激 活 依 赖 于 c G M P 的 蛋 白 激 酶 ， 进 一 步 产 生 一 系 列 生 物 效 应 25 27。 N O - c G M P 通 路 在 多 种 组 织 、 细 胞 中 广 泛