雄性性腺分化发育异常与内分泌因子影响的研究进展
2022-06-09
雄性性腺分化发育异常将导致先天性泌尿生殖系统畸形，其主要表现为隐睾和尿道下裂等。近半个世纪以来，由男性性腺分化异常导致的先天性泌尿生殖畸形发病率不断提高，据统计，世界范围内男性的精子质量下降了50%，隐睾、睾丸肿瘤、尿道下裂、前列腺癌等生殖道疾病发生率增加了1倍[1]。目前，引发男性性腺分化发育异常的机制探讨已成为人们关注的热点之一。本文就近年来内分泌因子对男性性腺分化发育异常的影响机制作一综述。
1正常雄性性腺分化及泌尿生殖器系统的发育
睾丸的正常分化过程如下：
前两步的分化过程相同，不管胚胎含有的是XX染色体还是XY染色体；但是后三个步骤则必须依赖Y染色体的存在[2]。在睾丸发育过程中，睾丸的下降可分为腹内和腹股沟阴囊两个阶段。在人胚胎中，腹内阶段发生于第10到15周，腹股沟阴囊阶段发生在第28到35周。胚胎学研究显示睾丸下降中引带与颅侧悬韧带在起重要作用。实验证实睾丸由腹内下降至腹股沟区域的睾丸下降不依赖雄激素[3]。由于睾丸引带退化、腹膜鞘突发育，睾丸从腹腔进入阴囊，有研究表明生后鞘状突未闭可引起隐睾的发生[4]。
在正常人类发育过程中，男性尿道的分化发育大约发生在孕8周到孕14周之间[5]，这期间男性尿道皱褶沿着生殖结节腹侧壁由近及远不断向前融合，最终使尿道板卷成管状形成尿道。若尿道沟未完全闭合到阴茎头尖部，在不同发育阶段停顿，则可发生不同类型的尿道下裂。雄性大鼠的生殖结节一般在孕14天开始形成，在孕17天时出现外生殖器的分化[6]。
2内分泌因子与泌尿生殖畸形的发生
2.1下丘脑-垂体-睾丸轴
男性生殖功能的调节是由丘脑下部分泌的促性腺激素释放激素（GnRH）刺激脑垂体分泌促性腺激素（GTH），在促性腺激素的作用下，睾丸分泌雄激素和产生精子，雄激素作用于靶细胞而发生生物效应，如促发青春期发育及维持正常男性的特征。机体可通过下丘脑--垂体--性腺轴的反馈及负反馈作用来调节内分泌激素，使外周激素的水平保持相对稳定。下丘脑--垂体--睾丸轴的反馈包括三种机制：①"长"反馈系统：由睾丸和肾上腺产生的垂体激素（主要是雄激素）提供抑制信号；②"短"反馈系统：由垂体前叶合成的促性腺激素提供抑制信号；③"超短"反馈系统：由释放因子直接控制它们的产生速率。当外周血雄激素浓度高时能反馈性地抑制促卵泡素（FSH）和促黄体生成素（LH）的分泌。FSH作用于睾丸支持细胞，使其合成并释放抑制素（INH），INH是一种睾丸内物质，可由支持细胞培养、纯化后获得，具有调控促卵泡素的作用，不影响促黄体生成素的分泌。
丘脑--垂体--睾丸轴通过循环通路调节着男性激素水平，维系男性性功能。当这个循环通路稳态被打破后将引起一系列疾病。Shono等[7]的实验证实下丘脑--垂体--睾丸轴功能紊乱可出现隐睾。Raivio等[8]发现3个月内婴儿的雄激素生物活性受下丘脑-垂体-睾丸轴的调控，当此轴紊乱可导致隐睾的发生。
2.2雄激素（A）和雄激素受体（AR）
雄激素（androgen，A）和雄激素受体（androgenreceptor，AR）在男性性腺分化发育中起重要作用。A主要包括睾酮（testosterone，T）和5α-双氢睾酮（5α-dihydrotestosterone，5α-DHT）。T主要是由间质细胞内的胆固醇经裂解、羟化、脱侧链形成的，5α-DHT是T经由5α-还原酶催化形成的活性代谢产物。
目前已知体内T减少以及其合成过程中如3β-羟类固醇脱氢酶、l7、20-裂解酶、l7β-羟类固醇氧化还原酶等酶的减少将导致尿道下裂。另外，睾丸下降的腹股沟、阴囊阶段是在雄激素的刺激作用下完成，睾丸引带、精索、阴囊在DHT的作用下分化发育而促使睾丸正常下降，因此任何T产生不足、延迟或T转化为DHT的过程出现异常均可致隐睾。Kurahashi[9]研究表明孕期母体接触到影响雄激素稳定状态的多种因素可引起胎儿隐睾的发生。有研究[10]对隐睾患儿术静脉血中T值进行测定，结果显示隐睾患儿血清T值明显低于正常儿童，证实血清T减低是造成隐睾发生的原因之一。
此外，睾丸的下降还受睾丸引带上AR的性质与数量的影响。天然的睾丸女性化突变鼠因缺乏有功能的AR，而表现出隐睾。傅冷西等[11]观察了30例隐睾症患儿睾丸引带、阴囊肉膜、阴囊皮肤和16例斜疝患儿疝囊组织雄激素受体（AR）表达情况，发现隐睾症组睾丸引带AR几乎没有表达，阴囊肉膜和阴囊皮肤低表达，疝组疝囊组织中到高的表达，推测隐睾的发生与睾丸引带AR低表达有关。
2.3苗勒氏管抑制素（MIS）
苗勒氏管抑制素MIS（mullerianinhibitingsubstance）也称抗苗勒氏管激素（AMH）。是一种由睾丸支持细胞分泌的糖蛋白，在雄性胚胎血液中含量较高，出生后4-12个月达到高峰，青春期后迅速减少，成年后维持较低水平，是调节雄性内、外生殖器分化的重要因素。胎儿时期，MIS可抑制男性胚胎苗勒氏管的发育并促进其退化[11、12]；在胎儿出生后，MIS具有调控生殖细胞的生长发育，诱导睾丸下降的作用[14]。MIS与隐睾发生有一定相关性，研究发现许多腹内型隐睾动物模型仍保留副中肾管，这说明有MIS缺陷使副中肾管退化不及时，使睾丸的下降受到影响。在临床上，可将血清MIS作为一项重要指标去判断隐睾患者是否存在正常功能的睾丸和睾丸发育状况等。有研究[15]证实隐睾患儿MIS水平比正常同龄人低，且双侧隐睾者的MIS水平则比单侧隐睾的MIS水平更低。
有文献报道鼠基因突变可引起MIS过度表达而导致胎儿男性化不完全及成人血清中T值降低。Teixeira等[16]的实验发现，基因突变致MIS的过度表达可以阻止原始间质细胞的正常分化，可使mRNAsP450c17和P450c17减少，从而导致雄性性腺分化发育的异常。2.4胰岛素刺激因子3（INSL-3）
胰岛素样激素3（INSL3）又称睾丸间质细胞源胰岛素样肽，是胰岛素样激素超家族中的一员，由信号肽、B链、A链和C肽组成。其在各生殖器官与组织中表达，被认为是人类睾丸间质细胞分化成熟的标记。
INSL3是LGR8（富含亮氨酸重复序列的G蛋白偶联受体8）的内源性配体[17]，INSL3与LGR8结合，诱导引带细胞增生，调控睾丸经由腹内下降至腹股沟区域的阶段[18]。INSL3基因与LGR8基因突变、缺失都可以使睾丸引带增生反应缺失，不能有效诱导睾丸下降从而使睾丸经腹移行阶段受阻，引起隐睾的发生[19]。有研究[20]发现，隐睾患者的INSL3及LGR8/GREAT基因突变率高。最新研究[21]显示，敲除小鼠INSL-3基因及其受体，其睾丸停留在腹部而出现双侧隐睾。
2.5雌激素（E）、环境雌激素（EEs）与雌激素受体（ER）
雌激素通过雌激素受体作用于睾丸引带及睾提肌而影响睾丸下降。Bartlett等[22]的实验证实了雌激素可使引带发育迟缓、萎缩。还有研究证明ER高表达可能是隐睾症的病因之一。睾丸间质细胞的α-ER和β-ER比例异常也可导致隐睾的发生。Kotula-Balak等[23]对患有隐睾症的成年近亲繁殖的CBA系鼠、KE系鼠与正常成年小鼠进行对比实验，研究其间质细胞内的芳香酶、α-ER和β-ER的表达，结果显示，隐睾症CBA系鼠和KE系鼠间质细胞内芳香酶和α-ER的表达量比正常组高。
近年研究发现，环境中普遍存在的一些物质可以通过与雌激素受体（ER）结合而模拟内源性雌激素的生理作用，这些物质被称之为环境雌激素（environmentestrogens，EEs）。其包括杀虫剂（如乐果、DDT、甲氧氯等）和工业污染物（如烷基酚、双酚A、多氯联苯等）以及人工合成的雌激素（如DES、17β雌二醇等）。已有研究揭示外源性雌激素可干扰雄性性腺分化发育而导致隐睾和尿道下裂等的发生。在性腺分化发育关键期，外源性雌激素通过受体作用干扰下丘脑-垂体-睾丸轴，而影响睾丸间质细胞的发育和增殖，降低雄激素和INSL-3的分泌，引导睾丸引带的发育减弱和功能障碍，导致隐睾的发生。Cederroth等[24]研究表明，外源性雌激素暴露的GD19.5天的孕鼠胎内雄激素分泌减少。国内、外的研究都发现孕期暴露于EEs中的母亲所生胎儿尿道下裂的发生率以及血清雌激素含量明显增高。邻苯二甲酸二丁酯（DBP）具有雌激素效应，张炜等[25]用其诱导出SD大鼠的尿道下裂模型，同时他们还发现阳性大鼠睾酮合成过程中所需的3种关键酶的含量及mRNA水平都显著下降。Klip[26]研究显示，宫内暴露于己烯雌酚（DSE）的胎儿尿道下裂的发生率明显高于未暴露组。DSE引起尿道下裂的机制是通过加速腹侧尿道上皮细胞凋亡，影响其增殖活性[27]。
3小结
综上所述，雄性性腺分化发育过程与诸多内分泌因子的影响密切相关，需要下丘脑-垂体-睾丸轴的调节，以及苗勒氏管抑制物质（MIS）或称苗勒氏管抑制因子（MIF）、胰岛素样因子3（Insl3）、雄激素与雌激素（包括环境雌激素）及其受体等的复杂协同作用，其中任何环节出现的问题都将可能引起雄性性腺分化异常，进而导致先天性泌尿生殖系统畸形的发生。
参考文献
1正常雄性性腺分化及泌尿生殖器系统的发育
睾丸的正常分化过程如下：
前两步的分化过程相同，不管胚胎含有的是XX染色体还是XY染色体；但是后三个步骤则必须依赖Y染色体的存在[2]。在睾丸发育过程中，睾丸的下降可分为腹内和腹股沟阴囊两个阶段。在人胚胎中，腹内阶段发生于第10到15周，腹股沟阴囊阶段发生在第28到35周。胚胎学研究显示睾丸下降中引带与颅侧悬韧带在起重要作用。实验证实睾丸由腹内下降至腹股沟区域的睾丸下降不依赖雄激素[3]。由于睾丸引带退化、腹膜鞘突发育，睾丸从腹腔进入阴囊，有研究表明生后鞘状突未闭可引起隐睾的发生[4]。
在正常人类发育过程中，男性尿道的分化发育大约发生在孕8周到孕14周之间[5]，这期间男性尿道皱褶沿着生殖结节腹侧壁由近及远不断向前融合，最终使尿道板卷成管状形成尿道。若尿道沟未完全闭合到阴茎头尖部，在不同发育阶段停顿，则可发生不同类型的尿道下裂。雄性大鼠的生殖结节一般在孕14天开始形成，在孕17天时出现外生殖器的分化[6]。
2内分泌因子与泌尿生殖畸形的发生
2.1下丘脑-垂体-睾丸轴
男性生殖功能的调节是由丘脑下部分泌的促性腺激素释放激素（GnRH）刺激脑垂体分泌促性腺激素（GTH），在促性腺激素的作用下，睾丸分泌雄激素和产生精子，雄激素作用于靶细胞而发生生物效应，如促发青春期发育及维持正常男性的特征。机体可通过下丘脑--垂体--性腺轴的反馈及负反馈作用来调节内分泌激素，使外周激素的水平保持相对稳定。下丘脑--垂体--睾丸轴的反馈包括三种机制：①"长"反馈系统：由睾丸和肾上腺产生的垂体激素（主要是雄激素）提供抑制信号；②"短"反馈系统：由垂体前叶合成的促性腺激素提供抑制信号；③"超短"反馈系统：由释放因子直接控制它们的产生速率。当外周血雄激素浓度高时能反馈性地抑制促卵泡素（FSH）和促黄体生成素（LH）的分泌。FSH作用于睾丸支持细胞，使其合成并释放抑制素（INH），INH是一种睾丸内物质，可由支持细胞培养、纯化后获得，具有调控促卵泡素的作用，不影响促黄体生成素的分泌。
丘脑--垂体--睾丸轴通过循环通路调节着男性激素水平，维系男性性功能。当这个循环通路稳态被打破后将引起一系列疾病。Shono等[7]的实验证实下丘脑--垂体--睾丸轴功能紊乱可出现隐睾。Raivio等[8]发现3个月内婴儿的雄激素生物活性受下丘脑-垂体-睾丸轴的调控，当此轴紊乱可导致隐睾的发生。
2.2雄激素（A）和雄激素受体（AR）
雄激素（androgen，A）和雄激素受体（androgenreceptor，AR）在男性性腺分化发育中起重要作用。A主要包括睾酮（testosterone，T）和5α-双氢睾酮（5α-dihydrotestosterone，5α-DHT）。T主要是由间质细胞内的胆固醇经裂解、羟化、脱侧链形成的，5α-DHT是T经由5α-还原酶催化形成的活性代谢产物。
目前已知体内T减少以及其合成过程中如3β-羟类固醇脱氢酶、l7、20-裂解酶、l7β-羟类固醇氧化还原酶等酶的减少将导致尿道下裂。另外，睾丸下降的腹股沟、阴囊阶段是在雄激素的刺激作用下完成，睾丸引带、精索、阴囊在DHT的作用下分化发育而促使睾丸正常下降，因此任何T产生不足、延迟或T转化为DHT的过程出现异常均可致隐睾。Kurahashi[9]研究表明孕期母体接触到影响雄激素稳定状态的多种因素可引起胎儿隐睾的发生。有研究[10]对隐睾患儿术静脉血中T值进行测定，结果显示隐睾患儿血清T值明显低于正常儿童，证实血清T减低是造成隐睾发生的原因之一。
此外，睾丸的下降还受睾丸引带上AR的性质与数量的影响。天然的睾丸女性化突变鼠因缺乏有功能的AR，而表现出隐睾。傅冷西等[11]观察了30例隐睾症患儿睾丸引带、阴囊肉膜、阴囊皮肤和16例斜疝患儿疝囊组织雄激素受体（AR）表达情况，发现隐睾症组睾丸引带AR几乎没有表达，阴囊肉膜和阴囊皮肤低表达，疝组疝囊组织中到高的表达，推测隐睾的发生与睾丸引带AR低表达有关。
2.3苗勒氏管抑制素（MIS）
苗勒氏管抑制素MIS（mullerianinhibitingsubstance）也称抗苗勒氏管激素（AMH）。是一种由睾丸支持细胞分泌的糖蛋白，在雄性胚胎血液中含量较高，出生后4-12个月达到高峰，青春期后迅速减少，成年后维持较低水平，是调节雄性内、外生殖器分化的重要因素。胎儿时期，MIS可抑制男性胚胎苗勒氏管的发育并促进其退化[11、12]；在胎儿出生后，MIS具有调控生殖细胞的生长发育，诱导睾丸下降的作用[14]。MIS与隐睾发生有一定相关性，研究发现许多腹内型隐睾动物模型仍保留副中肾管，这说明有MIS缺陷使副中肾管退化不及时，使睾丸的下降受到影响。在临床上，可将血清MIS作为一项重要指标去判断隐睾患者是否存在正常功能的睾丸和睾丸发育状况等。有研究[15]证实隐睾患儿MIS水平比正常同龄人低，且双侧隐睾者的MIS水平则比单侧隐睾的MIS水平更低。
有文献报道鼠基因突变可引起MIS过度表达而导致胎儿男性化不完全及成人血清中T值降低。Teixeira等[16]的实验发现，基因突变致MIS的过度表达可以阻止原始间质细胞的正常分化，可使mRNAsP450c17和P450c17减少，从而导致雄性性腺分化发育的异常。2.4胰岛素刺激因子3（INSL-3）
胰岛素样激素3（INSL3）又称睾丸间质细胞源胰岛素样肽，是胰岛素样激素超家族中的一员，由信号肽、B链、A链和C肽组成。其在各生殖器官与组织中表达，被认为是人类睾丸间质细胞分化成熟的标记。
INSL3是LGR8（富含亮氨酸重复序列的G蛋白偶联受体8）的内源性配体[17]，INSL3与LGR8结合，诱导引带细胞增生，调控睾丸经由腹内下降至腹股沟区域的阶段[18]。INSL3基因与LGR8基因突变、缺失都可以使睾丸引带增生反应缺失，不能有效诱导睾丸下降从而使睾丸经腹移行阶段受阻，引起隐睾的发生[19]。有研究[20]发现，隐睾患者的INSL3及LGR8/GREAT基因突变率高。最新研究[21]显示，敲除小鼠INSL-3基因及其受体，其睾丸停留在腹部而出现双侧隐睾。
2.5雌激素（E）、环境雌激素（EEs）与雌激素受体（ER）
雌激素通过雌激素受体作用于睾丸引带及睾提肌而影响睾丸下降。Bartlett等[22]的实验证实了雌激素可使引带发育迟缓、萎缩。还有研究证明ER高表达可能是隐睾症的病因之一。睾丸间质细胞的α-ER和β-ER比例异常也可导致隐睾的发生。Kotula-Balak等[23]对患有隐睾症的成年近亲繁殖的CBA系鼠、KE系鼠与正常成年小鼠进行对比实验，研究其间质细胞内的芳香酶、α-ER和β-ER的表达，结果显示，隐睾症CBA系鼠和KE系鼠间质细胞内芳香酶和α-ER的表达量比正常组高。
近年研究发现，环境中普遍存在的一些物质可以通过与雌激素受体（ER）结合而模拟内源性雌激素的生理作用，这些物质被称之为环境雌激素（environmentestrogens，EEs）。其包括杀虫剂（如乐果、DDT、甲氧氯等）和工业污染物（如烷基酚、双酚A、多氯联苯等）以及人工合成的雌激素（如DES、17β雌二醇等）。已有研究揭示外源性雌激素可干扰雄性性腺分化发育而导致隐睾和尿道下裂等的发生。在性腺分化发育关键期，外源性雌激素通过受体作用干扰下丘脑-垂体-睾丸轴，而影响睾丸间质细胞的发育和增殖，降低雄激素和INSL-3的分泌，引导睾丸引带的发育减弱和功能障碍，导致隐睾的发生。Cederroth等[24]研究表明，外源性雌激素暴露的GD19.5天的孕鼠胎内雄激素分泌减少。国内、外的研究都发现孕期暴露于EEs中的母亲所生胎儿尿道下裂的发生率以及血清雌激素含量明显增高。邻苯二甲酸二丁酯（DBP）具有雌激素效应，张炜等[25]用其诱导出SD大鼠的尿道下裂模型，同时他们还发现阳性大鼠睾酮合成过程中所需的3种关键酶的含量及mRNA水平都显著下降。Klip[26]研究显示，宫内暴露于己烯雌酚（DSE）的胎儿尿道下裂的发生率明显高于未暴露组。DSE引起尿道下裂的机制是通过加速腹侧尿道上皮细胞凋亡，影响其增殖活性[27]。
3小结
综上所述，雄性性腺分化发育过程与诸多内分泌因子的影响密切相关，需要下丘脑-垂体-睾丸轴的调节，以及苗勒氏管抑制物质（MIS）或称苗勒氏管抑制因子（MIF）、胰岛素样因子3（Insl3）、雄激素与雌激素（包括环境雌激素）及其受体等的复杂协同作用，其中任何环节出现的问题都将可能引起雄性性腺分化异常，进而导致先天性泌尿生殖系统畸形的发生。
参考文献