细胞因子调控睾丸支持细胞紧密连接的研究进展

2014-01-22张秀平综述刘保兴审校

中国男科学杂志 2014年10期

关键词：膜蛋白生精睾丸

秦茂张秀平综述刘保兴审校

中日友好医院男科（北京 100029）

细胞因子调控睾丸支持细胞紧密连接的研究进展

秦茂张秀平综述刘保兴审校

中日友好医院男科（北京 100029）

睾丸支持细胞即Sertoli细胞的立体构型比较复杂，在形态上呈不规则锥体形，基部紧贴基膜，顶部伸达管腔，侧面和腔面有许多不规则凹陷, 内镶嵌着生精细胞并为其提供结构上的支持与定位。睾丸支持细胞之间通过紧密连接形成的血睾屏障（blood-testis barrier ，BTB）将生精上皮分为基底室和近腔室，处于细线期和细线前期的精母细胞必须从生精上皮的基底小室进入近腔小室，这样形态上发育完全的精子才能在精子释放时进入到生精小管的内腔，BTB适时的开闭对精子的发生有至关重要的作用。精子的发生是生精细胞和支持细胞在生精小管上皮上的一系列细胞增殖、分化和变形过程。在此过程中，在生精周期一些特定阶段，支持细胞和生精细胞会分泌一系列细胞因子来调节BTB的开闭以及精子的形成。细胞因子是免疫原、丝裂原或其他刺激剂诱导多种细胞产生的低分子量可溶性蛋白质，具有调节固有免疫和适应性免疫、细胞生长以及损伤组织修复等多种功能。众多细胞因子在体内通过旁分泌、自分泌或内分泌等方式发挥作用，形成复杂的细胞因子调节网络，参与人体多种重要的生理功能。已经证实细胞因子如：肿瘤坏死因子α（TNFα）、转化生长因子β（TGF-β）、白细胞介素-1α（IL-1α），无论是在正常或者病理条件下均对支持细胞紧密连接起着重要的调节作用[1-3]。

一、转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）

TGF -β是一种多功能多肽类细胞因子。主要有TGF-β1、T GF -β2和T GF-β3 3种亚型。离体情况下，BTB的形成伴随的是TGF-β2和 TGF-β3表达明显下降。在体实验证实，通过睾丸内注射TGF-β3，BTB可被分解，并且这种分解是可逆的[4]，其机制为：（1）激活下游p38-丝裂原活化蛋白激酶，（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路；TGF-β能激活p38-MAPK并使之磷酸化，通过下调BTB膜蛋白的水平来诱导其对BTB的解聚[5]。成年大鼠经二氯化镉处理后TGF-β3表达显著增加。使用特定的p38- MAPK抑制剂可以阻滞镉诱导的BTB分解和闭合蛋白丢失[6,7]。（2）加强蛋白内吞及分解；膜蛋白如闭合蛋白、连接黏附分子（junctional adhesion molecule，JAM）-A、神经钙黏素在血睾屏障中处于不断的被内吞，然后又重新转运到支持细胞表面这一动态平衡中，这些活动都是在网格蛋白介导的通路下完成。将TGF-β加入支持细胞中发现，BTB膜蛋白的内吞作用加强，但是此时，被内吞的蛋白并没有被重新转运到细胞表面，而是被核内体和泛素所分解[8,9]。

这些研究解释了在BTB微环境中，由支持细胞、精母细胞产生的TGF-β2或TGF-β3在生精周期VIII通过P38-MAPK信号通路开放BTB，进而加速蛋白内吞并为核内体和泛素介导的细胞内降解提供目标蛋白，使BTB上膜蛋白重新分布，最终导致BTB短暂的分解。

二、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factorα，TNFα）

TNFα在睾丸中是一种多功能细胞因子，它刺激睾丸支持细胞雄激素受体的表达、转运铁到生殖细胞、为减数分裂后的生殖细胞供应乳酸、调节精子的释放[10]，在紧密连接动态调控过程中，TNFα可破坏紧密连接完整性，并导致BTB产生可逆性的分解，其具体机制为：

（一）诱导细胞凋亡

1. caspase凋亡通路：TNF-α通过与两个膜结合肿瘤坏死因子受体（TNFR1、TNFR2）中的任何一个结合而发挥生物效应。TNFR1几乎存在于人体所有组织，并且能作用于与TNFR1相关或者Fas相关的死亡结构域蛋白（34 kDa的衔接蛋白，也是受体相关的信号转导蛋白）最终诱导肿瘤坏死因子通过caspase介导的凋亡通路产生死亡信号[11]。而在精子形成过程中75%的生殖细胞会发生凋亡，所以，TNFα通过诱导凋亡从而在决定生殖细胞的数量上起到了重要的作用。

2. 转录因子蛋白家族（NF-κB）通路及JNK通路：最近的研究表明，TNFR1信号可以由泛素介导的蛋白通路[12]和NF-κB通路调节[13]，TNFR2没有和死亡结构域蛋白结合的能力，它主要激活NF-κB通路，或者JNK（c-Jun氨基末端激酶,MAPK家族中的一种）信号通路[14]。离体实验发现将TNFα重组蛋白加入到支持细胞中会阻碍通透屏障的功能[15]，这个结果和TNFα通过NF-κB通路上调小鼠支持细胞中Fas的表达从而诱导凋亡，最终导致BTB分解相一致，是自身免疫性睾丸炎潜在的发病机制[16]。

（二）影响胶原蛋白的合成与分解

观察BTB超微结构发现，在大鼠睾丸内注射TNFα 2μg会对BTB造成可逆性的分解[17]。尽管TGF-β3和TNFα对支持细胞BTB的分解作用看起来相似，但TGF-β3诱导BTB的分解是通过P38-MAPK信号通路，而TNFα除了抑制支持细胞闭合蛋白的重新合成，还诱导基底膜上能够分解胶原蛋白的基质金属蛋白酶-9（Matrix Metalloproteinase-9，MMP-9）的合成与激活来影响紧密连接的通透性，扰乱胶原蛋白的支撑作用导致BTB的分解。这些改变反过来形成负反馈，使TNFα诱导合成胶原蛋白，并使金属蛋白酶1抑制剂的生成增多。前者能够补充被裂解的蛋白，后者对于限制生精上皮中不必要的蛋白分解有重要意义[15]。由于这种独特的机制，TNF-α等细胞因子可以通过不同方式调节紧密连接通透屏障，最终保证免疫屏障的完整性。

总之，TNF-α的生物学作用主要依赖于（1）肿瘤坏死因子受体（TNFR1、TNFR2）的参与；（2）TNFα/TNFR复合物的特定衔接物质的参与和表达（如：TNFR1相关的死亡结构域蛋白、Fas相关的死亡结构域蛋白、受体相互作用蛋白）；（3）下游信号通路的相互作用。通过诱导凋亡，抑制闭合蛋白的合成，分解胶原蛋白最终开放BTB。

三、白细胞介素（Interleukin, IL）

（一）IL-1α

IL-1α是由支持细胞分泌的促炎症细胞因子，在生精上皮周期Ⅷ到Ⅸ期生物活性呈现高水平，通过睾丸内局部注射IL-1α可导致生精细胞脱落。近年来发现：IL-1α可破坏紧密连接完整性，导致通透性增高。然而，不同于TGF-β3或者TNF-α通过减少稳定状态的膜蛋白水平而影响BTB，经过IL-1α处理后，BTB膜蛋白水平没有变化，它是通过以下2个途径发挥作用：（1）使紧密连接膜蛋白位置迁移，闭合蛋白、JAM-A、神经钙黏素从支持细胞之间连接处发生移位，导致支持细胞黏附作用失去平衡；（2）干扰BTB上肌动蛋白束的有序排列从而分解肌动蛋白纤维束[18]；这些变化是通过调控BTB上表皮生长因子受体底物8（epidermal growth factor receptor pathway substrate 8，EPS8）的定位，增加肌动蛋白相关蛋白3（actin-related protein 3）的表达，扰乱BTB上肌动蛋白纤维的排列顺序而产生[19]。

（二）IL-6

IL-6可由睾丸支持细胞，间质细胞和生殖细胞等细胞合成，在睾丸中，IL-6抑制生精上皮细胞减数分裂期间DNA的合成，影响睾丸支持细胞分泌转铁蛋白和抑制素B，降低精子的运动能力[20]。生理条件下IL-6的表达在生精上皮周期Ⅶ-Ⅷ呈现最低水平，然而当睾丸有损伤和炎症时，IL-6表达明显上调[21]。实验显示经IL-6处理后，闭合蛋白、JAM-A、神经钙黏素分解延迟而积聚于细胞内，表明IL-6可以通过改变膜蛋白的定位和数量来破坏BTB的完整性。阻断ERK-MAPK信号通路后发现细胞外质特化蛋白如β-链蛋白发生复位，BTB通透性损伤明显减少[22]，证实了IL-6通过抑制膜蛋白如闭合蛋白、JAM-A、神经钙黏素的分解以及激活ERK-MAPK信号通路来调节BTB。

精子的生成是一系列复杂而精密的过程，BTB的适时开放对于精子的生成有着十分重要的意义，异常开放是导致男性不育的主要因素之一。近年来，随着研究的不断深入，人们逐渐意识到，细胞因子在支持细胞紧密连接动态调控中扮演着关键性角色，但是相关的分子机制尚未完全明确，它们之间的协同作用仍有待研究。细胞因子对BTB的调控机制研究将进一步揭示男性不育发生机制，并为不育的临床治疗提供依据。

肿瘤坏死因子α; 转化生长因子β; 白细胞介素类; 塞尔托利细胞; 血睾屏障

1 Li MW, Mruk DD, Lee WM,et al. Cytokine Growth Factor Rev2009; 20(4): 329 -338

2 Cheng CY, Mruk DD.Nat Rev Endocrinol2010; 6(7): 380-395

3 Cheng CY, Wong EW, Yan HH,et al. Mol Cell Endocrinol2010; 315(1-2): 49-56

4 Xia W, Wong EW, Mruk DD,et al. Dev Biol2008; 327(1): 48-61

5 Xia W, Cheng CY.Dev Biol2005; 280(2): 321-343

6 Lui WY, Wong CH, Mruk DD,et al. Endocrinology2003; 144(4): 1139-1142

7 Wong CH, Mruk DD, Lui WY,et al. J Cell Sci2004; 117(Pt 5): 783-798

8 Yan HH, Mruk DD, Lee WM,et al. FASEB J2008; 22(6): 1945-1959

9 Su L, Mruk DD, Lee WM,et al. Exp Cell Res2010; 316(17): 2945-2960

10 Lysiak JJ.Reprod Biol Endocrinol2004; 2: 9

11 Hsu H, Shu HB, Pan MG,et al. Cell1996; 84(2):299-308