FSH、LH及雌二醇对人颗粒细胞NPPC基因表达的影响

摘要

[研究背景]正常的减数分裂进程是保证种族延续的关键，是动物进化的根本保证。减数分裂对卵母细胞生长和卵泡发育有着重要作用。卵母细胞的减数分裂进程不同于精母细胞分裂进程，它是由来源于卵母细胞自身和外源性的启动和停止信号所决定的。生殖细胞进入减数分裂后分别经历细线期、偶线期、粗线期，最终在出生前后被阻滞在双线期[1]。生殖细胞进入双线期以后，才能形成原始卵泡，原始卵泡库的形成决定生殖能力的大小。在人类和小鼠卵巢内，减数分裂从胚胎时期已经开始但停滞于第一次减数分裂双线期。哺乳动物窦状卵泡内完全发育成熟的卵母细胞一直停滞于减数分裂前期直至排卵前LH峰诱发第一次减数分裂恢复并诱导排卵。在生成并正确聚集那些能够驱使自身恢复减数分裂进程的关键细胞周期调节分子后，停滞于减数分裂前Ⅰ期的卵母细胞获得了减数分裂恢复的能力[2，3]。然而，尽管卵母细胞已经拥有已准备好的自身减数分裂途径，可卵泡间质细胞生成的某些因子仍然能够阻止其正常减数分裂的进行[4，5]。排卵前卵泡将卵母细胞维持在减数分裂停滞状态防止卵母细胞的过早成熟并以此保证卵母细胞胞浆和胞核同步化成熟以及卵母细胞分裂成熟与排卵行为的同步化[6]。在正常生殖周期中，下丘脑分泌排卵前LH峰刺激格拉夫卵泡内卵母细胞的减数分裂恢复并刺激排卵。然而，单独分离卵巢卵泡内卵母细胞并在简单的营养支持培养条件下进行体外培养，虽然没有激素的刺激支持，可卵母细胞却能够自发恢复减数分裂[7]。生发泡的破裂是卵母细胞减数分裂恢复的第一个明显的形态学标志。1935年，研究者在体外培养家兔和人类卵母细胞实验中首次观察到卵母细胞自发的生发泡破裂，并提出这一观点:从剩余的卵泡组织中分离出COC复合物造成卵泡内的减数分裂抑制因子与复合物的分离从而导致了COCs减数分裂的自发恢复[7]。随后在其他哺乳动物研究中也相继观察到了卵母细胞在体外培养中出现的自发生发泡破裂即减数分裂恢复现象[8]。
　　 卵母细胞需要持续稳定升高的cAMP来维持GV期卵母细胞减数分裂的抑制状态[9，10]。PDE3A，卵母细胞内的特异性磷酸二酯酶，在LH峰后激活，水解卵母细胞内cAMP继而激活生长刺激蛋白并启动减数分裂恢复信号通路，导致随后的卵母细胞生发泡破裂[11-13]。在LH峰前，卵丘细胞所产生的cGMP通过缝隙连接转移至卵母细胞内，抑制卵母细胞内PDE3A活性从而阻止卵母细胞内cAMP的下降和GVBD的发生[14，15]。
　　 NPPC是一种由22个氨基酸构成的小分子多肽，在格拉夫卵泡内表达于排列在卵泡壁周围的壁层颗粒细胞上，而它的同源受体鸟苷酰环化酶NPR2则大部分表达于环绕于卵母细胞周围的卵丘细胞上[16]。卵泡壁层颗粒细胞内NPPC作用于卵丘细胞上NPR2受体，刺激卵丘细胞产生cGMP。将格拉夫卵泡内的COCs复合物分离出来与之共培养可以升高卵丘细胞和卵母细胞内的cGMP含量，阻止GVB。有研究表明，NPPC或者NPR功能缺失小鼠或者基因敲除小鼠中卵母细胞出现早发的减数分裂恢复，证实了NPPC以及其同源受体NPR2在维持减数分裂抑制中的重要作用[16]。
　　 研究发现NPPC和它的同源受体NPR2并认为该信号系统在女性生殖系统中发挥重要作用，在减数分裂停滞状态维持中其重要作用后，Takehito便通过研究NPPC基因缺失及NPR基因变异鼠内卵泡和卵母细胞的超微结构形态，来探索生殖系统中NPPC/NPR缺乏所造成的生物学缺陷[17]。该研究者在实验中发现，NPR缺陷小鼠排卵数量类似与正常小鼠，但所获得的卵母细胞从未排除第一极体，所有NPR/NPPC缺陷鼠排出的卵母细胞内均存在生物学缺陷，如碎片状或者变性退化的细胞质，并且即使受精后也无法发育至2细胞阶段。组织学观察卵巢发现NPR2以及NPPC缺陷鼠窦状卵泡内卵母细胞发生提前减数分裂恢复，部分窦状卵泡内的卵母和排卵前收集的卵母细胞内均表现出排列紊乱的染色体或者杂乱的染色质。基因敲除鼠排卵后的卵母细胞和排卵期卵泡内的卵母细胞均无卵丘细胞包绕，这些研究发现表明NPPC/NPR信号系统对卵母细胞减数分裂停滞状态和卵丘冠状物形成有着重要作用，并通过影响产生拥有发育潜能的卵母细胞来影响着女性生殖力。
　　 小鼠COCs体外培养证实，体外培养过程中雌激素可以刺激并稳定NPPC-22对卵母细胞减数分裂的抑制功能，使之上调并延长至24h。雌激素维持体外卵丘细胞受NPPC作用产生cGMP的能力，使得体外培养卵丘细胞反应性维持在等同于具有FSH活性的eCG刺激后新鲜获取的卵丘细胞对NPPC的反应能力水平上[6]。然而单独的FSH刺激在体外卵丘细胞及颗粒细胞培养中并无上调NPPC基因及相关表达蛋白的作用。已有国内外学者证实了小鼠排卵前LH峰能够减少卵巢颗粒细胞分泌产生的CNP含量，减少CNP与其特异性受体NPRB结合，减少cGMP的合成而促进排卵前卵母细胞减数分裂的恢复和成熟[18]。除了通过下调NPPC/NPR2系统表达降低cGMP环核苷酸这一通路外，LH还可能通过EGF网络系统激活MAPK激酶减少Cx43表达，关闭连接颗粒细胞与卵母细胞的缝隙连接通道，从而减少了由卵丘细胞转移扩散至卵母细胞的cGMP流量[19]。
　　 近几年来国内外学者对哺乳动物卵母细胞减数分裂进程中的特殊行为进程之一即减数分裂停滞状态进行了初步的探讨。根据相关研究结果，初步形成了一个以NPPC/NPR2系统为核心的哺乳动物排卵前卵泡内卵母细胞减数分裂调控模型。该推测模型包含成员众多(FSH，LH，EGF，MAPK，NO，T，E2，ODPFs, NPPC, NPR2,cAMP, cGMP, GPR3/12,ADCY, PDE3A)，其中FSH、E2和卵母细胞旁分泌因子ODFs可能通过刺激NPPC和或Npr2的表达增加cGMP生成来维持减数分裂抑制，而LH则可能通过EGF网络系统或者是下调NPPC/NPR2表达来诱导该环核苷酸的降低，或者激活MAPK从而关闭连接间质细胞与卵母细胞的连接通道缝隙连接，减少由间质细胞向卵母细胞的cGMP流量。不同类型细胞间（壁层颗粒细胞，卵丘细胞，卵母细胞）以及不同信号通路间的互相对话构成了一个维持卵母细胞减数分裂抑制状态的相互交叉、错综复杂的调节网络[14，16，18-20]。但研究仍处于初步推测阶段，且结果存在争议。
　　 近年来的研究已逐步证实在体外培养过程中甾体激素和促性腺激素对哺乳动物的该核心网络具有重要的调控作用。然而必须指出的是，以往的研究并未进行卵泡生长发育过中NPPC基因表达的时间变化式以及在体状态下不同激素对其表达状态影响的研究。因此，本研究旨在观察人超促排卵过程中随着卵泡的发育NPPC基因的时间变化式，探讨在体环境下影响该核心NPPC/NPR系统表达改变的相关因素，从而为进一步了解人体内卵母细胞减数分裂停滞状态的维持及可能的调控机制，为解决生殖医学临床上某些卵母细胞成熟障碍或者受精障碍提供一定的实验依据。
　　 [目的] 检测超促排卵过程中不同直径卵泡内卵泡液中雌二醇、孕酮、卵泡刺激素、促黄体生成素、CNP、cGMP水平，同时检测血清中雌二醇、孕酮、卵泡刺激素、促黄体生成素水平，探讨各项激素与卵泡液内CNP、cGMP表达水平的相关性，并比较卵泡发育不同阶段和HCG注射前后CNP、cGMP及NPPC基因表达的差异，探讨在卵泡生长发育以及减数分裂恢复过程中NPPC基因表达的变化和影响NPPC基因表达的相关因素及可能的作用机制。
　　 [方法]选择2012年9月-2013年1月在南方医院生殖中心行体外受精/卵胞浆内单精子注射-胚胎移植(IVF/ICSI-ET)治疗过程中在超促排卵过程中行卵泡穿刺及取卵患者共54例。收取行治疗过程中穿刺及取卵患者不同直径的卵泡液，获得不同直径卵泡液共80例，分离其中颗粒细胞。根据有无注射HCG分为注射HCG组、未注射HCG组两大组，另根据卵泡直径大小分为四个亚组。A组为卵泡直径直径在10mm-12mm间卵泡，B组为卵泡直径直径在13mm-15mm间卵泡，C组为卵泡直径在16mm-18mm间卵泡，D组为卵泡直径＞18mm的卵泡。采用化学发光法测定血清雌二醇、孕酮、卵泡刺激素、促黄体生成素浓度，利用放射免疫法检测各组内卵泡液中所含的雌二醇、孕酮、卵泡刺激素、促黄体生成素浓度，酶联免疫吸附法检测卵泡液内CNP、cGMP的浓度。最终采用q-PCR检测不同组间的颗粒细胞内NPPC基因的表达差异及变化。
　　 [结果]
　　 (1)各组卵泡液内激素水平检测结果显示:不同直径组的雌二醇水平有显著差异(P=0.012，P=0.014)。组内结果显示注射HCG组与未注射HCG组其其卵泡液内雌二醇浓度均随卵泡直径的增加有着显著的提高。同一直径的注射HCG组与未注射HCG组比较:注射HCG组其卵泡液内雌二醇水平均低于未注射HCG组（P值分别为0.023，0.017，0.020，0.014）。在注射HCG组和未注射HCG组内，不同直径组孕酮水平均无显著差异(P=0.24，P=0.282)。在相同直径的卵泡中，注射与未注射HCG组间其孕酮有显著性差异(P=0.025)，注射HCG组卵泡液内孕酮水平高于未注射HCG组(P值分别为0.033，0.031，0.019，0.014)。不同直径组FSH水平无显著差异(P=0.060)。随着卵泡的生长发育以及卵泡直径的增大，各组卵泡液内FSH水平并未见明显改变，在相同直径的卵泡中，注射与未注射HCG组间FSH水平无显著性差异(P=0.766)。不同直径组的LH水平无显著差异。同一直径的注射HCG组与未注射HCG组比较:注射HCG组其卵泡液内LH水平高于未注射HCG组（P值均为0.0000）。
　　 (2)颗粒细胞内CNP、cGMP检测结果显示:不同直径组的CNP水平有显著差异(P=0.047，P=0.042)。各直径组卵泡液内CNP浓度梯度为A组＞B组＞C组＞D组，无论是注射HCG组或者是未注射HCG组，随着卵泡直径的增加其卵泡液内CNP浓度均有显著的上升。同一直径的注射HCG组与未注射HCG组比较:注射HCG组其卵泡液内CNP水平分别为均低于于未注射HCG组（P值均为0.000）。不同直径组cGMP水平变化与CNP变化一致，无论是注射HCG组或者是未注射HCG组，随着卵泡直径的增加其卵泡液内cGMP浓度均有显著的上升(P=0.042，P=0.029)。同一直径的注射HCG组与未注射HCG组比较:注射HCG组其卵泡液内cGMP水平低于于未注射HCG组（P值分别为0.013，0.035，0.041，0.025）。结果显示卵泡液内CNP水平与cGMP水平变化一致，各组卵泡液内CNP水平同卵泡直径与卵泡液内雌二醇和FSH浓度呈正相关。
　　 (3)本研究结果显示:不同直径组的颗粒细胞NPPC基因表达水平有显著差异。在未注射HCG组各个直径组其颗粒细胞NPPC基因表达量存在显著性差异，NPPCmRNA表达量随着卵泡直径的增加而上调(P=0.039)，由高至低依次为:A组＞B组＞C组＞D组。注射HCG组各个直径组颗粒细胞NPPC基因表达水平与未注射HCG组相似，出现表达上调现象(P=0.018).无论注射HCG与否，随着卵泡的生长发育卵泡直径的增加颗粒细胞内NPPC基因表达都随之上调。同一直径组内注射HCG36小时后与未注射HCG比较颗粒细胞NPPC基因表达量明显下调(P=0.000)。
　　 [结论]
　　 (1)在黄体中期长方案超促排卵过程中，卵泡内颗粒细胞分泌的卵泡液中所含的雌二醇浓度随着卵泡直径的增大而不断地增加，FSH浓度同时出现上升的趋势。卵泡液内颗粒细胞分泌产生的CNP含量、cGMP含量也随着卵泡发育进程而不断增加，其变化水平与雌二醇以及FSH浓度正相关。
　　 (2)人颗粒细胞NPPCmRNA基因在卵泡早期已经出现表达，且表达量随着卵泡的生长而逐渐上调，与CNP以及cGMP的浓度上升趋势相吻合，与卵泡液内雌二醇浓度、FSH正相关。提示卵泡发育过程中可能通过雌二醇途径来上调NPPC基因的表达水平，促进CNP的生成，作用于卵丘细胞合成cGMP来抑制卵母细胞内cAMP的降解。
　　 (3) HCG刺激34-36小时后，排卵前卵泡内颗粒细胞NPPCmRNA基因的表达量出现下调，CNP较HCG注射前水平降低，cGMP合成减少，与已知的LHR受体在排卵前卵泡颗粒细胞上的高表达一致，故该结果提示人体内排卵前LH峰可能通过LHR受体途径下调NPPC基因表达，减少下游蛋白CNP的合成，同时抑制卵丘细胞cGMP的生成，从而解除对卵母细胞内cAMP的降解抑制作用，启动卵母细胞的减数分裂恢复。

目录

摘要

前言

第一部分 卵泡液内雌二醇、孕酮、卵泡刺激素、促黄体生成素与卵泡直径的关系

一、研究方法

二、结果

三、讨论

第二部分 不同直径卵泡液内CNP、cGMP表达水平的变化及相关影响

一、研究方法

二、结果

三、讨论

第三部分 不同直径卵泡液内NPPC基因表达水平的变化及相关激素对其表达产生的影响

一、研究方法

二、结果

三、讨论

综述 NPPC／NP信号系统与卵母细胞减数分裂停滞状态

参考文献

缩略语表

攻读学位期间发表论文

致谢

声明