输卵管分泌物对配子成熟、受精以及早期胚胎发育的影响

458466036ptf · 发表于 2016-6-7 19:48

输卵管壶腹部是受精发生的场所，受精的成功取决于很多生物学过程，如卵巢释放的雌激素和孕激素可引起输卵管上皮细胞一系列基因组和非基因组信号通路的改变，从而影响基因的表达、蛋白质组的变化以及输卵管管腔分泌物的改变；此外，刚进入生殖道中的精子不具备生殖活性，需要经历一系列的修饰、变化、成熟才能够与卵子发生结合，完成受精。

这个过程输卵管上皮中的雌激素和孕激素受体随着月经周期的变化与其相应的激素一起参与排卵过程，同时输卵管上皮分泌的细胞因子、蛋白质等参与配子的运输及成熟。

此外，输卵管粘膜无纤毛细胞分泌的输卵管液含有丰富的氨基酸、蛋白质、脂类、离子以及简单或复杂的碳水化合物，排卵期卵泡液带着卵丘卵母细胞复合体（COCs）从排卵点缓慢流出，输卵管伞端纤毛尖端弯曲呈弯钩状有节律摆动，推动卵子准确进入伞端，并向下移动至壶腹部-峡部受精部位，这个过程中输卵管液为卵子提供了充足的营养和运输环境。

同时也为其后的受精及早期胚胎发育提供了基础。接下来本文将围绕受精前后的生殖发育过程，对输卵管分泌物在其中的作用及新近的研究进展进行简要的介绍。

一、输卵管分泌物对精子的影响

1精子与输卵管上皮细胞的结合及释放

交配时精子被射入阴道，在向前游动过程中必须经过宫-管结合部才能进入输卵管。然而，雌性生殖道中存在“栏筛”样结构，射入的精子在一系列生理活动的作用下，最终只有极少部分能够到达壶腹部或者壶腹部-峡部结合处。

一旦到达峡部，精子就会被绑定到纤毛细胞上，该过程是由输卵管上皮细胞中的糖残基和精子头部的凝集素样蛋白介导，其中所涉及到的分子在不同物种之间不同。

在仓鼠中，精子与输卵管上皮细胞的结合由唾液酸介导；在马中由半乳糖介导；在牛中由可以识别精子粘附蛋白BSP1的岩藻糖残基介导；在猪中输卵管上皮膜蛋白中的6-sialylated双链糖链对精子的粘附起着重要作用。同时也有体外实验表明输卵管上皮细胞及其培养液能延长精子的存活时间。

精子从上皮细胞中的释放受雌性发情周期的调控，可能与COCs和输卵管细胞之间未知的信号以及孕酮的水平有关。此外研究者认为精子的释放，一方面是由于精子与输卵管上皮分泌蛋白和上皮细胞上糖残基的竞争性结合。如猪输卵管上皮细胞分泌的AWN蛋白具有绑定到糖残基上的能力，可以和精子竞争性结合输卵管上的糖残基从而参与精子释放过程。

另一方面可能与精子获能有关。研究表明，未获能的牛精子粘附于输卵管上皮，获能时精子的活化可使其更容易逃脱输卵管上皮的束缚，如内源性大麻素可以参与该过程的调节。但是也有人认为该过程与输卵管液中的蛋白质组合物有关，牛输卵管液中的肝素和硫酸化糖缀合物在体外可以强烈诱导精子从输卵管上皮中的释放。此外输卵管液中的硫醇还原剂，如硫酸化糖复合物和二硫键还原剂，也可通过调节精子表面蛋白的氧化还原状态，从而导致精子的释放。

2精子获能

曾经有科学家发现只有经过获能的精子才具有受精能力，该发现为体外受精的发展奠定了基础。射精之后，精子周围环境的一个重要变化是HCO3-浓度的改变。负离子通过可溶性腺苷酸环化酶（SACY）刺激精子，在调节cAMP通路中起到重要作用。

此外，蛋白激酶A（PKA）抑制剂，如H89和rpScAMP以及能够干扰PKA与锚定蛋白结合的肽类，都可以阻碍精子的运动和体外受精。cAMP/PKA下游信号通路激活时，体外获能与蛋白质磷酸化的增加有关。射精之后，一旦精子周围环境中HCO3-的浓度由附睾尾中低水平的mM上升到精液和雌性生殖道液体中的25 mM时，PKA迅速被激活。

此外，有人将输卵管液和上皮细胞培养液分别与可育和不育的精子进行共孵育，发现两者对人精子顶体反应均有显著的诱发效应，提示输卵管液与上皮细胞分泌物也具有促进精子体外获能的作用。而且输卵管上皮细胞也可以分泌一种乳酪蛋白，在输卵管液中存在有多种结合方式，与精子获能和顶体反应状态有关。

3精子的超激活

哺乳动物的精子是怎么被超激活呢？研究表明Ca2+在这个过程中起着重要的作用。精子质膜中Ca2+通道CatSper蛋白（CatSper1-4）的缺失，可以影响精子的超激活过程最终导致雄性小鼠不育。一直以来人们认为孕酮可以提高精子中Ca2+浓度，但其调节机制目前尚不清楚。最近发现孕酮与细胞内升高的pH值一起可以激活CatSper通道。发情期，输卵管液pH值的升高也可能是输卵管中超激活诱导的主要因素。

精子被超激活释放至输卵管中后，形成一个“精子库”，在温度梯度和化学梯度的作用下，到达卵子所处部位。一些物质已被证明是潜在的化学诱导剂，如排卵（卵泡液中存在）时释放的孕酮和排卵后卵丘细胞释放的孕酮。

输卵管液中的另一种成分钠尿肽前体也被认为可以作为化学诱导剂，修饰精子的运动，增加Ca2+水平，其受体存在于小鼠精子中。而且，温度可以刺激激活精子内Ca2+释放从而影响鞭毛的弯曲。除了趋化性、趋温性的诱导，其他的因素如输卵管液的粘度及其流动速度、输卵管收缩、输卵管上皮以及输卵管的内部结构都会影响精子的运输和导航。

二、输卵管分泌物对卵母细胞的影响

输卵管对卵子的运输主要是通过纤毛摆动，平滑肌收缩，以及不同时间段分泌的孕酮和雌激素剂量变化实现的。仓鼠中，输卵管漏斗部的纤毛摆动对卵母细胞和COCs的捡拾及粘附起着重要作用，该过程中COCs的轻微膨胀变化就会影响最初的粘附，并且使卵子进一步的运输变得困难。

排卵时输卵管伞端平滑肌收缩使伞端向卵巢排卵部位移动，同时卵巢固有韧带收缩，张开的输卵管伞贴于卵巢表面，伞端纤毛朝着腹腔口方向同步强有力的摆动，促使COCs随输卵管液和卵泡液一起流入输卵管。在人类和小鼠中，位于输卵管纤毛上皮细胞下半部的孕酮受体（PR）和内皮素可以直接调节纤毛的摆动频率及肌肉的收缩，从而调节COCs在输卵管中的运输。

进入输卵管伞后，在纤毛摆动和平滑肌收缩的作用下，COCs可以在上皮中粘附一段时间。在猪中卵母细胞从排卵至到达壶腹部-峡部结合处需要30~45 min，此时卵母细胞的一个重要变化是去除其周围的阻滞，在牛羊等动物中，刚排出的卵母细胞周围很少能观测到卵丘细胞，但是在灵长类动物和猪中，卵母细胞周围被致密的卵丘细胞所包裹。

几个小时之后卵丘细胞散开，使卵母细胞裸露，透明带（ZP）变得更接近于输卵管液，从而允许各种分子对其进行修改。已有报道证明，输卵管特异性糖蛋白（OVGP1），骨桥蛋白和载脂蛋白型前列腺素D合成酶（l-PGDS）与牛ZP有关。而且在猪和牛中，输卵管液中的OVGP1和肝素样粘多糖（GAGs）参与受精前ZP的修饰，使其更加耐受酶的消化和精子穿透，抑制多精子受精。

三、输卵管分泌物对受精的影响

除了为雌雄性配子的成熟及相遇提供适宜的微环境，输卵管及其分泌物对受精过程也十分重要。精子和卵母细胞发生受精需要经过一系列的反应，首先精子穿过卵丘细胞团，该过程中精子头部质膜释放的透明质酸酶、输卵管液中的氨基己糖苷以及输卵管分泌的猪精子粘合分子1（SPAM1）对卵丘细胞的溶解都发挥着重要作用。

除此之外，在动物的发情周期中，输卵管液中的氨基己糖苷酶在精子与ZP结合时可以水解ZP中一半的β- N-乙酰葡糖胺，调节精子与ZP的结合位点。并且在猪中，输卵管β-D-半乳糖苷酶也可以调节精子的结合位点，参与精子-卵子的结合。

其次，输卵管液中的纤溶酶原，可以结合ZP中的卵母细胞和卵黄膜。而且，输卵管液中存在着纤溶酶原-纤溶酶系统中的不同成分，当精子与卵黄膜结合之后，卵膜细胞中释放纤溶酶原激活物，促进纤溶酶原向纤溶酶的转变，这些合成的纤溶酶作用于粘附在ZP上的精子，从而调节精子与卵母细胞的融合。

四、输卵管分泌物对早期胚胎发育的影响

研究表明，将配子或胚胎与输卵管上皮细胞共培养对早期胚胎发育具有促进作用。人们推测输卵管上皮细胞能够合成和分泌一些蛋白，如与植物凝聚素BS-1结合的高分子量糖蛋白、磷脂转移蛋白、输卵管素、骨桥蛋白等，这些物质可以促进胚胎的卵裂、桑椹胚和囊胚的形成，从而调节胚胎的早期发育。

此外，输卵管上皮细胞通过其代谢能力能够降低大气中的氧气压力和葡萄糖等影响胚胎体外发育的抑制剂的水平，减少培养基中的不良因素，进而促进胚胎发育。

综上所述，受精过程的不同阶段伴随着输卵管中多种信号分子的调控，包括精子与输卵管上皮的结合与释放、精子获能与超激活、卵母细胞在输卵管中的成熟和受精前透明带硬化、精子-透明带的绑定和受精等。