睾丸生精细胞完全体外成熟培养的研究
2022-11-19
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维普资讯 http://www.cqvip.com 第28卷第14期 第三军医大学学报 Vo1.28,No.14 2006年7月 ACTA ACADEMIAE MEDICINAE MILITARIS TERTIAE Ju1.2006 1535 文章编号:1000-5404(2006)14-1535-04 键麓l __l 睾丸生精细胞完全体外成熟培养的研究 刘 锋,邹 彦,邓志华,檀大羡,丘 映,罗开玲 (广西医科大学第三附属医院生殖医疗中心,南宁530031) 提要:目的在动物实验研究的基础上对人类睾丸生精细胞在体外培养分化、成熟进行初步探索,为临床治疗无 精子症奠定基础。方法将14例患者的睾丸组织分离成生精细胞混悬液,采用生精细胞与支持细胞共培养或分选出初 级精母细胞和精子细胞培养,观察培养前后各级生精细胞的分化或成熟情况。结果14例患者睾丸生精细胞经体外培养 后均有不同程度的分化和成熟。初级精母细胞能分化为精子细胞,分化率平均为4.54%一6.51%;Sa期精子细胞能变形、 成熟为sc期精子细胞,成熟率为3.13%~5.74%。结论人类生精细胞经体外培养能进一步分化、成熟。初级精母细胞 能分化为早期精子细胞,sa期精子细胞可变形为更成熟形式的Sc期精子细胞。甚至可以通过使用被拉长的精细胞或圆 形细胞进行显微受精,以达到妊娠的目的。 关键词:无精子症;生精细胞;体外培养 中图法分类号:R321.1;R322.64;R329.2 文献标识码:A Differentiation and maturation of testicle spermatogonia in vitro LIU Feng,ZOU Yan,DENG Zhi—hua,TAN Da—xian,QIU Ying,LUO Kai—ling(Reproductive Medical Center,The Third M- ifliated Hospital of Guangxi Medical University,Nanning 53003 1,China) Abstract:Objective To ealTy out in vitro cuhure and in vitro maturation of human spermatogonia for treating azoospermia infertility in clinic.Methods The testicle tissue from 14 patients was dissociated into spermatogonia cells mixture,co—cuhured with sertoli cells,or the primary spermatocytes and sperm cells were selected out to co—cuhure.The maturation or differentiation of spermatogenic cells at different stages was ob— served before and after in vitro cuhure.Results There was differentiation and maturation of spermatogenic cells in many degrees after in vitro cuhure.Primary spermatocytes could grow into sperm cells,with differentia— tion rate of4.54%to 6.5l%;The sperm cells at Sa stage could growth into sperm cells,with maturation rate of 3.1 3%to 5.74%.Conclusion Human spermatogonia can diferentiate and maturate during cuhure in vitro.Prima ̄spermatocytes can grow into nonage sperm cells,and sperm cells at Sa stage can metamorphose and mature into sperm cells at Sc stage. Key words:azoospermia;spermatocyte;in vitro cuhure 在男性不育症中有10%是由无精子症(azoosper- 到成熟精子用于卵胞浆内单精子显微注射。1998年 mia)引起的,无精子症分为精子通路梗阻或缺如导致 Tesarik等…提出将无精子症患者睾丸内的生精细胞 的梗阻性无精子症(obstructive azoospermia,OA)和精 在体外培养到精子细胞成熟阶段或成熟的精子,再通 子发生障碍导致的非梗阻性无精子症(nonobsturctive 过显微注射技术使其获得妊娠,为非梗阻性无精子症 azoospermia,NOA)。梗阻性无精子症患者睾丸或附睾 患者的治疗提供了解决的途径。 内有成熟的精子,可应用卵胞浆内单精子显微注射 本研究通过l4例无精子症患者的睾丸组织分离 (itrocytoplasmic sperm injection,ICSI),使其配偶妊娠 出生精细胞,在体外成熟培养、分化的过程进行初步探 而得到自己的后代。但是,有1%一2%的男性不育症 索,为临床上无精子症的治疗提供实验基础。尝试着 患者,在精子形成过程中发育到圆形精子细胞阶段即 将体外培养后获得的长形精子细胞行卵胞浆内显微注 终止进行,这些患者即使做睾丸切片取精往往也难找 射,结果14 h后观察出现受精的雌雄原核,32—72 h 后分裂成8一l6个细胞的早期胚胎。现将实验结果报 基金项目:广西壮族自治区科技厅资助项目(桂科基0141014),南宁市科技 告如下。 局资助项目(2001l3D) Supported by the Research Funds by Sci&Tech Department of Guan- 1材料与方法 gxi Zhuang Autonomous Region(0141014)and the Research Funds by Sci&Tech Bureau of Nanning(2001 13D) 1.1 标本来源 作者简介:刘锋(1956一),女,山东省邹平县人,副主任技师,主要从事生殖医学 14例前来接受生殖辅助治疗的无精子症的患者,这些患者 实验室方面的研究。电话:(0"f71)4824346,E-Ⅱmd:l母啪04@126.eonl 被允许进行附睾穿刺取精术,但未能获得成熟精子。从而在睾 收稿日期:2005-07-28;修回日期:2006・05-l1 维普资讯 http://www.cqvip.com 1536 第 三 军 医 大 学 学 报 第28卷 丸活检组织中获得未成熟的生精细胞。 1.2临床资料 本组14例无精子症患者的年龄为(32.7±14.3)岁,不育 年限持续为(6.0±9.0)年,14例患者的睾丸体积是(17.19± 6.81)ml。14例患者中,梗阻性无精子症的6例,非梗阻性无精 子症的8例。 1.3 实验方法 1.3.1 睾丸细胞的获取与制备 将睾丸活检出的数小片睾 丸组织置于一个含有10%HAB的Hepe+Earles的(Flecon 2003)培养皿中。均采用酶消化法制备生精细胞混悬液,具体 操作如下:①在超净工作台上用机械分离的方法使组织在两块 玻片之间展开,紧接着将其反复抽吸入1支1 ml的结核菌素注 射器。除去体积比较大的组织碎片,用吸管反复吹打1~ 2 min,使精曲小管散开,再静置2~3 min,使精曲小管下沉,弃 上清。加入相当于精曲小管10倍体积的(1 ms/m1)胶原酶Ⅳ, 在32℃、1 ms/ml的胶原酶Ⅳ(Sigma Chemical Co.,C-5138, St.Louis,MO)中进行孵育30 min,从而将细胞团消化分散成单 个细胞。配制Percoll梯度分离液20%、30%、40%、50%、60% 共5种梯度液 ,2 500 r/min离心25 min,取30%~40%液面 的细胞混悬液。②将细胞混悬液移入15 ml的Flecon离心管 中,以2 500 r/min离心5 min,弃上清。在沉淀中加入含有 10%HAB的Hepe+Earles培养液2—3 ml重悬细胞,再次 1 700 r/min离心5 min,弃上清后将细胞置于1 ml HTF 1020液 中5%CO 、32 oC、湿度为95%的培养箱中,备用。 1.3.2体外培养方案 1.3.2.1培养条件 在5%CO 、32 oC、饱和湿度为95%的 培养箱中培养,隔天换液1次。所有的细胞培养都是在 [Quinn’s Advanlage Fertitization(HTF)Medium]I-rFF1020改良 人输卵管液中,添加基因重组人rFSH(瑞士Sernoo)加入后最终 活力浓度分别为0、10、25、50、100 IU/L。另加入水溶性的无水睾 酮(Sigma Chemical Co.,C-5035),最终浓度为1 I. ̄mol/L。 1.3.2.2生精细胞的培养 采用微滴养,将rFSH和T配成 不同浓度的液体做上标志,并在Flecon(2003)培养皿中,做成 含量15 l的1O个微滴,每个相同激素浓度的微滴各为2个。 根据各病例睾丸组织分离获得的细胞情况采用下列两种培养 方法:①支持细胞与生精细胞(初级母细胞/圆形精子细胞)共 培养在检查生精细胞混悬液时含有支持细胞者采用此方法培 养。生精细胞混悬液置改良的人类输卵管液中培养。②生精 细胞分选培养有各级生精细胞存在的细胞混悬液中、支持细 胞少的病例中采用此方法,用显微分选法分选出少量初级精母 细胞和/或精子细胞,分别置于改良人类输卵管液中培养。 1.3.3观察项目和方法 1.3.3.1睾丸精细胞的形态鉴别 在睾丸组织样本中,通 过各种圆形精子细胞之间的差异来区别精细胞。在睾丸样本 中含有未分化的原始细胞与其他的圆形细胞如:精母细胞、精 原细胞、初级/次级精母细胞、红细胞、白细胞、单核细胞、淋巴 细胞是有区别的。精细胞虽小但稍大于红细胞,直径为8— 9 m,有一个核,细胞质有规律地围绕在细胞核周围。在某些 圆形的精细胞中可见正在发育的顶体颗粒,犹如一个闪亮的斑 点与细胞核相邻。对于精母细胞,其核看起来比较平坦、细胞 质细腻,它们唯一有可能是大小尺寸上易与淋巴细胞相混淆, 因为淋巴细胞的核较大,从大小上不容易区别。初级精母细胞 比次级精母细胞大2倍。圆形精子细胞是无鞭毛的正圆形。但 是晚期或被变形的精细胞在近精子时期可见一个小小的鞭毛。 1.3.3.2 细胞涂片、HE染色 取部分细胞按常规方法涂 片、HE染色,在光镜下观察细胞的种类、形态特点等。 1.3.3.3生存活力检查 对用于细胞学分析的同一样本再 进行取样,用0.4%台盼蓝进行染色,检查细胞生存活力 (0.5 ml:F一8154,Sigma,Pole,UK)。 1.3.3.4精子细胞体外培养的生长行为 每天在普通光学 倒置显微镜和/或微分干涉相差倒置显微镜下观察精子细胞培 养过程中的生长状态及形态变化。每隔3—5天用图像分析扫 描仪拍照。 1.3.3.5 精子细胞体外培养的成熟情况 每天在倒置显微 镜和/或微分干涉相差倒置显微镜下观察各组培养细胞的变化 情况。第1、2组随机选择数个视野,计数300个细胞,分别记 录各组发育成熟的Sc期精子细胞数(个),计数3次,取其平均 值,并计算精子细胞体外成熟到Sc期精子细胞的百分率。实 验结果数据以( ±s)%计算。 1.4统计学方法 采用SPSS 10.0统计软件行方差分析。 2结果 2.1 体外培养前后生精细胞的鞭毛生长变化 在整个培养期间,初级精母细胞,延长的精母细胞和其他 非生精细胞的形态没有发生变化,然而,在生精细胞混合物的 体外培养中和分离的圆形精细胞部分的体外培养中约有22% 的圆形精细胞显示出鞭毛的生长,除了鞭毛的生长外观察不到 圆形精子细胞的其他形态变化。在混合细胞悬浮液和分离的 圆形精细胞部分鞭毛生长的细胞,结果显示圆形精子细胞在培 养阶段早期就开始了其鞭毛的生长。在分离的圆形精细胞部 分中,4 h后约8%的圆形精细胞已完成了鞭毛生长;8 h后约 22%的圆形精细胞显示出鞭毛生长,在随后的培养期间,显示 鞭毛生长的圆形细胞百分数几乎保持恒定,揭示了在体外培养 的最初8 h圆形精子细胞完成鞭毛生长。 2.2体外培养前后生精细胞存活力评定实验 在体外培养期间,生精细胞的存活力只能保留较短的时 间,表1显示出混合悬液及分离纯化的细胞在体外培养前后的 4—72 h的生精细胞的存活力[( 4-s)%]。结果表明,体外24 h开始,每组问细胞会逐渐丧失其存活力,此后细胞存活力逐渐 丧失,体外培养24—48 h,大约有20%的细胞丧失存活力。到 72 h,仅有40%的细胞能排斥台盼蓝。在培养过程中我们观察 到,每个时间段,分选出的部分细胞存活力都显著高于混合细 胞悬液组,无论是梗阻性和非梗阻性或分泌性的无精子症患者 的睾丸组织获取的生精细胞体外培养结果都是十分相似的。 表1 体外培养后混合细胞和分离的纯化细胞的活力(%,j 4-s) 维普资讯 http://www.cqvip.com
IJ|L ilj评等驰札 完 f十 } 蚺 f19M'fi 选…11:9 。l圳胞。 卫特 恤J ";睦 f n J 537 r 岫l成熟半 2 3 仆卟培齐前后生精 I胞的 态 化 【【1 伽_¨I 野 L l J9 l掩师L§71, U枢 七 I r ^ 删 } № 疗¨l I} 似 十 川胞阶肛 晰r 化 挑 圳J胆 蜘1 275 1 ‘』 搿 I什精JE f'31[T q ̄ 城情坶 眦 佃U ̄flHt胞 rK掘 埘圳№搜矗 r细忸.j 巾剌垭批雌 枝龇赍 ̄lltl J-!.Ji}本的1 址 岛J 矗llJl愫l ÷… t持 【№1L 川 f址-能 精 帕件 J 摊 转¨昀情车蕞川 }*n. f☆fm【 H廿 1 1 1☆ j 5 M J ililJ1 0 { 也 跳悬 ji仃M-珧 圳胞此炳削帕£j寸圳 lL转 . 2・ r上 胞约tI I3S ̄,i 乖川 Ⅲ 』£I ̄gl r性 良L墼辅 骨讯i JI ̄V, 悱 精球4一j』 『rt 驯精r …&22 ,其一Ii l_拈 圳桃I ’_}』』 忡蚓j[_=n 圳 见jI l一 1 4 FSI1寸精亍细胞成熟 鞋和精于斑生的影响 札子÷【Ⅱ№ ft r }¨ f、l 浓J I】 』k%lf r'l ̄JJ 非II小 24 h畸 ”』 察.,_l【l】I I眯膻 HII fJ泄仃 韶 r l『腿,1, l_ _{ ̄III/旧 慨FSII 噎址25_l I 围I 目 闰4 期: 一 表2 体外培养 培养第1 级 母 胞硝 i 】后第3 处f升 期 的 纽 母 后 4 后第 f 的目 细胞r fffj I ri { 纽 母 胞 fm ( ¨ m1 50I I敞度 帕 徙iJfij一 卅k特 ”耵 矗 虻 fl:∞精r圳眦lL削 N.I一 rillJ 仲.== 精rfllHJfZ' I[3州仃m良的恫』_¨l'il lJ 1111 hl_I/J:限腰坪灌仃Jff 种敏 n拧1、1 螗蚍之叫i馒 俺州剥 … 』J『. 圳 ^2iiIH行剁仆 L 精rfliF №悱 蚺 性坦 f J J l c, 十 r II】1Ⅱ I _ ifll『魁 戈{ Ⅱ R悼 ,I 驯札frII舱n J世。 率L玑 』f『眦J 一 冼i r fJ】 r】 c, til115一I ) tiJ J{ … n0(IH^ 1:,圩 :F ̄III惟的f十 成热掘 虹 J 庠兼 s f 胞百”辜 2 5 FSIl和I时精 蛔咆成熟分裂 精于览生的单独 醍复合澎响啦果 如1乔j’j体 州I【I^I讯Il J j,J I I p. II刊牺于 №的脏 L讣 {1 J r世 泄,J 牛f[¨ 响然…_,1 I lI ¨IJ1[~卅 J ]I 1』¨蛳J FSII^精于纠胞均腮搏舒 * n“( fmI ~耻 【 I 1 』竹8 f 情 …肛rf -并级 j帖f ill肌 卅fllI地忠kl ,’l : 离 I非 搿牛精圳№! n ”"2 {, 1 I li,'t・艟硫将 丹精于 们州椎 I:jf ̄ №?『 选… 计圳iiYi iJ【 t盥Il' ̄J~蛐 符液i一』 柚于髓牛D mj n…造种IJll愠敏 IB 24 h 批稚件 蚌蚺 f 择4一戢r,7, I刮 f细r心J∽1、 r ,f 千 …胞 ( 1’iJ 】ItI 域情f: Ⅲ帆c f ~墩搬梢IJ ̄PH r崩J¨,化 l幢 『 情 帆廿化斥r J|j 51 rfll[,qEfJl肌 “叫 啦仃打世 』 n ‘ {0』卸川 . 热丰 r均 5 74% " l_ 川i并 f tiJ' m眦if. 皓t& 『H拧1 2 p『 法 』 I1 1¨f』 £ 】J ;48 11“h『 I川}、lI IF'I J]lr 口 砬 T 精于墼牛扪是蕾化{i 惮化n咐i ij 噼 4d2情r I抖常形 I于比俐晌 J。iIIl! ̄Ⅲ TIrl芹常 的 情J。 地“埔昨24 I tf 化枉瑚 1H 植删刊{ 坩 ̄i2他 精 胞酌 …J4 :十 'llJ; 19耷.J 他】 奇的 目 雇 lIi ̄It+I对初敷 母 胞体"培 丹 ¨m I J t} } t0 0【 …】 4* 1 ¨I∞ B TIl ̄tiM1 {M f ¨ ㈨ “:k d}I)1. …I ¨ 2 6精碌 J他的卵臆浆内注射 { J #r 72 h n 【 f々 r J J11】0 u-¨ 哦lK 儿¨1 1、j 0悼刊 I 5 帕III¨ll 岸I E u_ll J IJI ¨0 日n】“f}址7 -Ii I f illl l¨; 或 瞳1'19 ̄i{] … ~ 书II』 JI,i ̄ii成FI 始LJ 仃自n {Ih 之J 1 }^即 … 竹刑恺哑 Ji lI他¨_ 化 J它们 f 较L fllllfJ ̄ ~ i别『 ”J 世地 秕 践 I] I } J10 Ⅵ¨lJI¨均tilI. 川Ⅱ,似.E目十廿f ,q ]JJI }f fl】rl】竹HII_I1126 J^芥液舢舭 ’li {7 s ¨l l☆ 硝 继续嘴年 1 14 h眦察 3,、l rlW受 il'C jt ̄;l 蚤特 i6 h {}裂由4:'ptlJ  ̄,32 J 1 ’;岫 i E情 i Ji ̄ lJ讣 啦 ~I“ Il T、l 3讨论 庄几婪最甲州用精肌 胞他印子受牿戚功的址比 维普资讯 http://www.cqvip.com 1538 第 三 军 医 大 学 学 报 第28卷 利时的Vanderzawlmen医生(1995)。同年Fishel利用 长型精细胞使卵子受精怀孕成功。1996年,法国的 Tesarik等 在全球首例报道利用圆形精子细胞使卵 子受精成功植回母体,并生下1对健康的女婴,使不孕 夫妇能拥有自己的基因的后代。这说明人类生精细胞 在体外培养能获得进一步的分化和成熟,为无精子症 和弱精子症患者的治疗提供了新的治疗手段。1998 年,Aslam等 从梗阻性及非梗阻性无精子症患者睾 丸组织中分离出圆形精子细胞,培养4~8 h后约有 22%的圆形精子细胞出现鞭毛。Cremades等 将人 类圆形精子细胞与Vero细胞共培养,圆形精子细胞能 发育成长形精子细胞(Sc期精子细胞),甚至成熟的精 子。Tesarik等 用阻滞于初级精母细胞阶段的生精 细胞经体外培养,使其从减数分裂阶段发育到精子细 胞变形阶段后,通过显微注射人其配偶的卵子内,获妊 娠成功,产下发育正常的双胞胎婴儿。Sousa等H 用 非梗阻性无精子症患者睾丸活检组织分离、纯化,获得 初级精母细胞与支持细胞,置于Vero细胞条件培养基 上共培养2~3周,结果初级精母细胞经减数分裂分化 成圆形精子细胞,其分化率为6.9%,而且这些圆形精 子细胞进一步发育成熟为具有正常形态的长形的精子 细胞。 在我们的研究中有6例是生精细胞发育在阻滞初 级精母细胞阶段,标本中无次级精母细胞及各种精母 细胞,经培养后初级精母细胞能分化为早期的精子细 胞。另8例标本在改良的人输卵管液中培养后,初级 精母细胞亦能分化为早期的精子细胞。表明在本研究 的条件下,人类生精细胞能够在体外培养并分化、成 熟,初级精母细胞的分化率为(6.51±1.56)%,但实 验结果与国外研究相比仍有一定差距。 在精子细胞的体外培养方面,Cremades等 用 Vero细胞作为饲养细胞培养人类精子细胞的成熟率 为19%~46%;Tesarik等 研究组则为51.1%;Sousa 研究组为22.7%。本研究考虑到Vero细胞为异体的 非洲绿猴的肾上皮细胞,是否会对人的生精细胞带来 其他的病毒以及造成基因突变的原因不详故未采用。 而是采用精子细胞与支持细胞共培养以及细胞分选培 养两种方法,结果显示人类生精细胞经体外成熟培养 后,Sa期精子细胞能进一步发育为更成熟形式的Se 期精子细胞,精子细胞的成熟率为(5.74±I.77)%, 但精子细胞的成熟率及成熟程度低于国外研究组。 我们的研究结果表明,FSH对抑制生精细胞的凋 亡(apoptosis)有关 ,而睾酮可增强FSH对生精细胞 凋亡的调控作用。在72 h体外培养的培养液中我们 加入不同剂量的FSH,结果观察到在添加了25~50 IU/L含量的FSH培养8~16 h后,部分圆形精子细胞 可镜下观察出现鞭毛,而10 Iu或100 IU的未见明显 的改变。当T和FSH同时加入培养基时,T加强了 FSH在精子细胞的成熟分裂和精子发生方面的作用, 这种加强效果在培养24 h后就能体现,而且可以延续 到培养48 h以后。T对FSH的加强效果,T在精子发 生相关变化中的强化作用,可以从正常形态Sd2精子 和异常形态Scp精子比例的增加上反映出来,而异常 形态的Sbp精子比例在培养24 h后仅表现出细微的 下降,其他形态的精子则没有检测到任何变化。这与 国外的研究结果是一致的。 本研究已经证实,使用早期(圆形)或晚期(长形 的或正在变长的)精子细胞进行卵胞浆内显微注射, 能使卵母细胞受精、卵裂。这一结果看来有望使无精 子症患者终能拥有自己传统基因的宝宝。但是这种技 术是否能将无精子症患者的某些遗传缺陷传给下一 代?尽管国外已有利用圆形精子细胞行卵胞浆内显微 注射后授精、卵裂、并妊娠生育健康婴儿的报道,但体 外培养过程中,生精细胞短时间内的减数分裂是否存 在着一些潜在的基因突变的因素呢?这一切尚是未知 数。必须要依靠胚胎种植前诊断技术(preimplantaion genetic diagnosis,PGD)才能最终解决问题。 参考文献: [1]TESARIK J,GRECO E,RIENZI L,et a1.Diferentiation of spermato- genic cells during in-vitro culture of testicular biopsy samples from pa- tients with obstructive azoospermia:effect of ercombinant follicle stimu- lating hormone[J].Hum Reprod,1998,13(10):2772—2781. [2]GANDINI L,LENZI A,LOMBARDO F,et a1.Immature germ cell separation using a modiifed discontinuous Percoll gradient technique in human somen[J].Hum Reprod,1999,14(4):1022—1027. [3]TESARIK J,MENDOZA C.Spermatid injection into human oocytes. I.Laboratory techniques and special features of zygote development [J].Hum Reprod,1996,11(4):772—779. [4]ASLAM I,ROBINS A,DOWELL K,et a1.Isolation,puriifcation and assessment of viability of spermatogenic cells from testiculra biopsies of azoospermic men[J].Hum Reprod,1998,13(3):639—645. [5]CREMADES N,BERNABEU R,BARROS A,et a1.In-vitro matura. tion of round spermatids using CO-culture on Vero cells[J].Hum Re- prod,1999,14(5):1287—1293. [6]TESARIK J,BAHCECI M,OZCAN C,et a1.Restoration offertility by in-vitro spermatogenesis[J].Lancet,1999,353(9152):555—556. [7]SOUSA M,CREMADES N,ALVES C,et a1.Developmental potentila of human spermatogenic cells CO-cultured with Sertoli cells[J].Hum Reprod,2002,17(1):161—172. [8]TESARIK J,BALABAN B.In-vitro spermatogenesis resumption in men with maturation arrest:relationship with in・vivo blocking stage and ̄,ero am FSH[J].Hum Reprod,2000,15(6):1350—1354. (编辑王红)