生物进化过程中睾丸生精小管和间质细胞的形态学观察

生物进化过程中睾丸生精小管和间质细胞的形态学观察

过去，许多国内外科学家对大鼠、大鼠和人类等睾丸生精神细胞和间质细胞的发生、发育、分化和功能进行了研究，但大多数报告了胚胎和儿童时期的发育。关于不同时期生精神细胞和间质细胞的发育和变化规律的研究很少。本研究以幼年期、青年期和中、老年期大鼠为研究对象,通过对生后不同年龄大鼠睾丸的形态观察和定量分析,对生精细胞与间质细胞的变化进行系统观察,以探讨其在不同发育阶段的变化规律,进一步为男性生殖生理、生殖病理学以及衰老等方面的研究提供一定的参考资料。1材料和方法1.1动物组选用幼年期(10d、20d、30d);青年期(4月龄),中年期(12月龄)和老年期(24月龄)健康雄性SD大鼠,每年龄段2～3只。1.2睾丸生精细胞的形态观察各组大鼠断头处死,立即取双侧睾丸,横断剖开,投入10%中性甲醛中固定12～24小时,常规石蜡包埋,连续切片厚5μm,HE染色,光镜下观察各组动物睾丸生精上皮内各级生精细胞、支持细胞和间质细胞出现的时间、形态和数量以及间质成分的变化。每例标本随机选取3张切片,在高倍镜(400×)下每张切片计数50～100个生精小管管壁中生精上皮的层数,并采用“十字”法测量生精小管横断面的直径,分别计算其平均值。1.3统计学处理所得数据用均数±标准差(x¯±s)(x¯±s)表示,使用SPSS13.0统计软件,采用单因素方差分析和LSD法两两比较对各组数据进行统计分析。2结果2.1力学变化2.1.1睾丸体积大小观察生后10天组:肉眼观察睾丸呈白色,椭圆形,如大米粒大小。光镜下睾丸内生精小管排列稀疏,疏松的间质内可见单个或成群存在的间质细胞。小管管径细,腔很小,小管界膜清晰,仅1～2层细胞贴于生精上皮基膜,只见精原细胞和支持细胞两种细胞类型(图1)。生后20天组:肉眼观察睾丸体积略增大。镜下生精小管仍很稀疏,间质内未见间质细胞。生精小管增粗约一倍,管腔也增大,小管界膜明显。生精上皮为2～3层,精原细胞紧贴于基膜,近腔面可见初级精母细胞,细胞体积稍大,核大圆,着色较深,未见其它生精细胞(图2)。生后30天组:睾丸体积进一步增大。镜下生精小管排列略显紧密,间质成分仍较少,但可见较多3～4个成群的间质细胞,细胞呈圆形或多边形,胞质嗜酸性,胞核大而圆形。生精小管明显增粗,生精上皮大多整齐排列为3～4层,除支持细胞外,由基膜向管腔面依次可见精原细胞,初级精母细胞和早期发育的精子细胞,但未见晚期变态的精子细胞和精子(图3)。2.1.2细胞、生精、基膜睾丸体积明显增大,色泽红润。镜下生精小管排列密集,相邻3～4个小管之间的狭窄间质区内血管和淋巴管丰富,间质细胞数量明显增多,成群密集分布(图4),细胞大,胞质丰富,强嗜酸性,核圆形或卵圆形,居中,核仁明显。生精小管明显增粗,界膜明显(由内向外可分出基膜、肌样细胞和成纤维细胞)。生精上皮明显增厚,层数增多,细胞自基膜向管腔面有序排列为5～7层不等。可见不同发育阶段的各级生精细胞和支持细胞,精原细胞和处于不同分裂期的初级精母细胞增多,近腔面可见较多的精子细胞和晚期变态的精子细胞和精子。2.1.5间质内成纤维细胞的增殖睾丸体积比青年期略增大,但镜下生精小管排列稀疏,界膜增厚,小管间隙增大,间质内成纤维细胞增多,间质细胞数量减少,体积变小,有的核皱缩,染色加深(图5)。上皮变薄,层数减少,精原细胞、精母细胞和精子细胞均有不同程度的减少,细胞排列松散,胞质内可见空泡样变,管腔中见有脱落的生精细胞(图6)。2.1.6内成纤维细胞增殖睾丸体积有所减小,色泽略显灰暗,镜下生精小管排列明显稀疏,界膜增厚并见皱缩。小管间隙增大,间质内成纤维细胞明显增生,血管减少,间质细胞减少,体积变小,核固缩细胞增多(图7)。上皮层数明显减少,2～4层居多,细胞分散、排列无序,处于分裂期的细胞少见,精子细胞数明显减少,小管着色明显变浅,有的核固缩,生精细胞、支持细胞胞质内均可见空泡,管腔中常见游离的精母细胞和精子细胞(图8)。2.2各组大鼠生精小管的外径和生精上层数的变化见表13间质细胞的发育睾丸间质细胞合成和分泌雄性激素,影响精子发生和性功能,而生精小管是精子产生的部位。动态观察和定量分析睾丸两大主要结构成分的年龄性变化,对男性生育、不孕不育、计划生育及衰老等基础与临床研究都具有十分重要的作用。本实验结果显示:从10天到4月龄,生精小管外直径随年龄增加而增长迅速,上皮层数也呈现不断增加趋势。生后10天,小管管腔很小,外直径仅48.94±3.72um,上皮薄,仅见精原细胞和少量支持细胞,20天出现初级精母细胞,到生后30天,外直径达144.00±21.69um,出现早期的精子细胞,说明在生后10-30天的幼年期,尚无精子形成。人的间质细胞在出生前一度发育并合成和分泌雄激素,对男性生殖管道和外生殖器的发育起重要作用,但生后几乎消失,以后又一度发育,之后又不断减少,直到青春期才大量出现。有报道间质细胞存在于生后1-90天(青春期前)的SD大鼠睾丸内,除21天龄数量较少外,其余年龄组间质细胞数量一直比较恒定。我们观察到10天龄SD大鼠睾丸内有较多间质细胞,20天龄则基本消失,这种差别可能与出生后母体和胎盘激素的消失时间以及一些分泌因子的影响有关;而在30天龄时间质细胞再度出现,其分泌的雄激素可能对激活下丘脑-垂体-睾丸轴,对青春期前生殖系统的生后发育起重要作用。4月龄的青年期,生精小管外直径、小管密度和细胞层数及间质细胞的数量均达到最大值,说明此期生精小管生精过程十分活跃,精子生成及激素分泌均达到高峰,处在生殖功能旺盛的性成熟阶段。本实验结果还发现12月龄的中年期,尽管生精小管外直径和小管密度改变不明显,但上皮变薄,层数减少,生精细胞和间质细胞数量均减少,并伴有空泡变及小管界膜增厚,间质内成纤维细胞增多,血管减少等改变,说明大鼠从中年期开始即出现衰老性变化,睾丸生精能力和激素分泌能力均有不同程度的降低。至24月龄的老年期,生精小管密度和上皮层数明显降低,细胞数量减少,生精细胞和间质细胞空泡变增多,支持细胞也出现退行性改变,表明此期处于生殖功能低下的衰老阶段。间质细胞是成年雄性动物雄激素的主要来源,有统计表明大鼠间质细胞可占睾丸细胞总数的2.28%,它分泌的睾酮是影响精子发生和性功能的主要激素。性成熟期睾酮分泌稳定,随年龄增长睾酮分泌能力显著降低,衰老对间质细胞影响的机制尚不明,一般认为造成这种变化的原因除了下丘脑-垂体功能衰退:促性腺激素释放激素(GnRH)分泌降低,血浆黄体生成素(LH)水平升高,但LH脉冲式分泌振幅下降,造成睾酮水平降低;还有睾丸自身的退化:老年期间质细胞对LH反应性显著低于青年期,睾酮合成酶如P45017α表达量及活性降低,造成间质细胞功能减退。本实验中观察到:自中年期到老年期,SD大鼠间质细胞数逐渐减少、结构也发生改变,这表明自中年期开始,大鼠间质细胞即已发生退行性改变。我们认为间质细胞数量和结构的改变是睾酮合成能力降低的主要因素,而睾酮水