卵泡生长发育的动态模式及其调控

中图分类号：S814.1 文献标识码：A 文章编号：0258-7033(2000)01-0038-03

　　近年来随着超声波扫描技术的发展，研究者可以在卵泡生理条件下，不受时间限制直接多次对若干个发情周期卵泡生长发育的动态过程进行观察，从而逐渐揭示出卵泡生长发育的动态模式。

1 卵泡生长发育的动态模式(dynamic pattern)

1.1 原始卵泡库的建立 胚胎时期卵黄囊内胚层迁移到生殖嵴的原始生殖细胞，在性别分化后形成卵原细胞，并通过有丝分裂增殖，这种增殖通常在出生前或出生后不久停止^〔1〕。卵原细胞发育成初级卵母细胞，被卵泡细胞包围形成原始卵胞而进入原始卵泡库(a pool of primordial follicles)。在繁殖机能衰退之前哺乳动物卵巢内总有一个原始卵泡库，为卵泡的进一步生长发育提供基本保障^〔2〕。

1.2 卵泡生长发育的动态过程 原始卵泡以一种不明机制离开原始卵泡库，最初生长发育极其缓慢，而当其所处内外环境中各种调节因子浓度达到正常时，卵泡开始迅速生长发育。

1.2.1 卵泡生长发育的卵泡波特征：卵泡生长发育呈现“卵泡波”(follicular wave)的特征。所谓卵泡波实质是卵泡周期性生长发育的一种动态变化过程。首先卵泡库中一组卵泡被征集(recruitment)发育，其中有一个或数个确立为优势化(dominance)卵泡继续生长发育，并明显抑制其余卵泡，使之生长减弱，最终导致闭锁。在正常发情周期中一个卵子排出大概经历下列过程：征集，选择(selection)，优势化，周转(turnover)或排卵(ovulation)。

　　卵泡的征集是由于获得了对促性腺激素的反应能力^〔3〕，Heishfield形象的称这一过程为“越篱”(hitting a brick wall)。而大多数的卵泡由于没有获得对促性腺激素的反应能力，无法“越篱”，因而在发育过程中闭锁^〔2〕。应用组织学研究表明大规模闭锁发生在牛卵泡颗粒细胞增殖到10～13层；老鼠卵泡颗粒细胞增殖到8～9层时。由此看来，卵泡闭锁并不是一致的分布在其生长发育的整个时期而是集中在某一特别时期，可能是颗粒细胞增殖到倒数第二层时。

　　被征集的卵泡经过选择，保留了具种质特征(species-specific)的优势卵泡数目，其余同组卵泡转变为次级卵泡，逐渐退化闭锁。选择发生在牛卵泡波出现的前3天，羊的“优势卵泡”则出现在黄体溶解后12～24小时之间，猪的卵泡经过选择进入排卵前卵泡库可能发生在发情周期14～16天，人优势卵泡的选择推测发生在月经周期的3～10天。在优势卵泡的选择期间，存在一个次级卵泡和优势卵泡间生长速度和内分泌能力的强烈分化(deviation)，此后优势卵泡和次级卵泡可以通过其直径和内分泌能力的差异来区分。这一决定卵泡未来命运的分化大约发生在牛卵泡波出现的2.5±0.2天，人卵泡直径为10mm时。

　　优势卵泡在优势化期间其自身特征为：直径迅速增大，E₂分泌能力增强，并在功能上出现分化，为周转或排卵，也为妊娠作准备；外部特征为：抑制次级卵泡和下一卵泡波的出现以及促使其余优势卵泡静止并逐渐退化^〔2〕。牛优势卵泡优势期约4天，其优势期延长不能超过8天，否则牛妊娠率明显下降，这可能是由于优势期延长，造成卵泡内外环境改变导致卵母细胞排卵前早熟、染色体浓缩，排卵后退化或成熟分裂不能恢复^〔4〕。

　　经过优势化的卵泡可分为非排卵优势卵泡(nonovulatory dominant follicle)和排卵优势卵泡(ovulatory dominant follicle)。非排卵优势卵泡经过短暂的静止期后发生周转，失去了继续生存的能力，不再抑制其它卵泡生长，从而导致新卵泡波的出现。这一静止期的作用机理似乎与下一卵泡波优势卵泡的优势化有关。而排卵优势卵泡则在内外特殊条件作用下完成排卵。排卵前卵泡直径牛13.7±0.6mm、羊6.9±0.1mm、马40.7mm。

　　由上可见每个卵泡波中均有许多卵泡损失，这很可能与机体的自我修复机能有关。研究表明，在卵泡波早期破坏优势卵泡将导致次级卵泡退化推迟，但在波后期破坏优势卵泡将导致下一波的征集提前^〔5〕。因而被征集的过多卵泡可能用于保证永远有卵泡能及时补充优势卵泡被破坏留下的空缺或者在一些特殊情况下有卵泡能迅速被征集。

1.2.2 卵泡波的种质特征

1.2.2.1 单胎动物：研究者认为牛和马均存在卵泡波的生长发育模式。牛正常发情周期中存在2～3个卵泡波。大多数马每个发情周期仅有一个卵泡波，但约有1/3马有两个卵泡波^〔2〕。对于造成卵泡波不同数目的主要原因目前尚不清楚，但有研究表明卵泡波数目是由遗传和环境的差异、饲料摄取量、经产和泌乳状况、黄体期长短等多重因子决定的，其中黄体期长短似乎是其中的主导因子，因为在牛三个波的发情周期中黄体期明显长于两个波的，而且发情周期中人为延长黄体期，能产生4～5个卵泡波^〔6〕。在正常发情周期中，存在两个或三个卵泡波对卵泡生长发育基本无影响。

1.2.2.2 多胎动物：猪与羊作为多胎动物与单胎动物在卵泡波特征方面差异较大，研究者对猪、羊卵泡的生长和退化模式，卵泡数目和直径研究表明多胎动物整个发情周期均有卵泡的持续生长和闭锁，因而卵泡优势化不明显^〔7，8〕。然而在羊发情周期第2、11天^〔7〕，猪排卵后3～7天^〔8〕却有明显的卵泡数目增多、生长速度增大的趋势。

可见具多胎基因动物(猪、羊)，在发情周期中明显不止一个卵泡保持排卵潜力，其最大卵泡优势化应该不明显，所以卵泡生长发育过程中的卵泡波特征不能与单胎动物(牛、马)用同一定义来规范，最多也只能认为具有似波式(wave-like)的特征^〔7〕。

2 卵泡生长发育的调控

　　卵泡的生长发育是一个极其复杂的动态过程，可能受到各种因子通过内分泌、旁分泌、自分泌等多种途径共同作用。从而调控这一复杂过程有序而平稳的进行。

2.1 原始卵泡征集前的调控 Wandji SA.等取出牛胎体卵巢的皮质(其中含原始卵泡)进行培养并用多细胞核抗原免疫定位法(PCNA)对卵泡的生长发育进行标志，结果表明胎体卵巢基质抑制体内原始卵泡的最初生长^〔9〕。如果将有些动物的垂体切除，原始卵泡依旧能生长发育到征集之前^〔2〕。因而征集之前原始卵泡的生长发育不受下丘脑——垂体的调节，而是与基质中某些因子有关。

2.2 卵泡征集的调控 征集并不是随意的或独立的过程，被征集的卵泡似乎受到血浆中FSH浓度升高的特定信号刺激。卵泡波出现前存在FSH浓度峰值已被众多研究者证实，就是卵泡波不明显的羊，在其卵泡数目增多、活力增强的初期也存在FSH浓度的升高，因而卵泡征集过程应该是卵泡对FSH依赖能力的获得过程。研究者们发现FSH峰值是卵泡波出现所必需的，如果人为的破坏FSH在生理条件下的波动将导致征集过程的紊乱。在征集期给老鼠和牛注射含抑制素的卵泡液降低FSH浓度，阻碍了卵泡征集，使卵泡生长静止，并推迟新卵泡波的出现^〔2，3〕。而人为的升高FSH浓度将导致被征集卵泡体积变大^〔10〕、数目增多^〔11〕，但卵母细胞并不能得到充分发育^〔12〕。卵泡的征集对FSH的依赖，并不表明只要有FSH峰值存在就一定存在征集，初次妊娠的牛FSH在没有卵泡应答时仍能有节律的发生，FSH存在1～2个无效峰值^〔13〕。因而FSH峰值与卵泡波形成应该是促发——影响(cause-effect)的关系。

另外Bao B.等用原位杂交研究了牛卵泡征集期编码细胞色素P450侧链裂解酶(P450scc)和细胞色素P450芳香酶(P450arom)mRNA的变化，发现在征集阶段从直径4～6mm的卵泡中开始检出有合成P450scc和P450arom的mRNA表达，这种表达依赖卵泡存在的大小和时间(time-size-edpendent)^〔14〕。从而表明卵泡征集与P450scc和P450arom在颗粒细胞中表达有关，这似乎与卵泡颗粒细胞增殖至倒数第二层时出现大规模闭锁相呼应。

2.3 卵泡选择的调控 随着征集结束，FSH浓度逐渐下降至基本浓度，并维持直到下一次峰值出现。研究表明，选择期后优势卵泡对FSH应答能力下降，FSH峰值下降显然是优势卵泡被选择的一个必需因子，但不是唯一因子，LH在这一过程中发挥重要作用。在选择期，特别是在优势卵泡和次级卵泡生长速度特殊的分化期，优势卵泡中具有较多的促性腺激素受体数目。但在该期颗粒细胞中FSH受体数目不变而LH受体mRNA有最初的表达，并且LH受体数目逐渐增多^〔15〕，同时在优势卵泡确立时其内膜细胞上LH结合位点增多^〔16〕。因而优势卵泡在选择期完成了FSH依赖(FSH-dependency)向LH依赖(LH-dependency)的转变。可见FSH峰值下降的主要作用可能是使未被征集的卵泡由于FSH峰值下降失去了继续被征集的机会，同时使被征集的卵泡在选择期完成对促性腺激素依赖性的转变，避免了在FSH缺失条件下退化。这一转变过程的促进物很可能与优势卵泡中高水平的E₂表达有关。

　　在牛卵泡波出现2～4天期间，发现在优势卵泡和次级卵泡生长速度产生强烈分化的同时，优势卵泡E₂浓度显著高于次级卵泡，优势卵泡在直径8～9mm时卵泡液中E₂浓度均维持较高水平^〔15〕。因而优势卵泡在选择期强烈的E₂分泌能力应该是通过负反馈抑制了FSH的分泌。E₂的合成主要受雄激素和芳香化作用影响，由于合成雄激素的细胞色素P450 17α-羟化酶(P450_c17)的mRNA在卵泡腔形成早期、优势期和一些闭锁卵泡的内膜细胞中就有表达^〔17〕，所以膜P450_c17表达不是选择期最初决定因子。因而E₂合成的限速步骤似乎是芳香化酶，芳香化酶的活性及其mRNA在直径为4mm牛的卵泡颗粒细胞中有表达，而当直径≥8mm时表达急剧增强^〔18〕。

　　综上所述，调节卵泡选择的主要机制可能是芳香化酶mRNA表达和活性增强，颗粒细胞中LH受体获得和内膜细胞中LH受体数目增多。从而使优势卵泡表现出对LH的依赖以及E₂的高水平表达。另外优势卵泡选择的调节似乎存在种间差异，因而在提高排卵率上还应考虑种质特性。

2.4 卵泡优势化、周转和排卵调控

2.4.1 卵泡优势化的两种假说

2.4.1.1 直接途径：优势卵泡分泌一些物质直接破坏次级卵泡进一步生长发育，延迟下一次卵泡波的出现。diZerega等对灵长类动物进行研究，发现存在最大卵泡的卵巢静脉中有一种被称之为卵泡调节蛋白(follicle regulatory protein,FRP)的物质，对其它卵泡生长产生影响^〔19〕。这一发现似乎证实了直接途径的存在，但后来研究者均未能证实FRP的存在。

2.4.1.2 间接途径：优势卵泡分泌反馈调节因子，如：E₂、Inhibin，经负反馈调节机制间接促使次级卵泡退化。这种间接途径主要是使FSH降至不能支持次级卵泡进一步生长的浓度，并推迟下一个波的出现。而优势卵泡则因为促性腺激素依赖性的转变，能在基础FSH浓度下继续生长。这种间接途径假说能为众多研究者所认可^〔8〕。

2.4.2 优势卵泡周转和排卵的调控：优势卵泡只有在黄体退化后才能不发生周转而成为排卵卵泡，因而优势卵泡的生长发育强烈的依赖外周孕酮。在卵泡生长期孕酮通过剂量依赖的方式(dose-depended manner)压制优势卵泡。由于经过选择期的优势卵泡对促性腺激素的依赖性发生了转变，而且卵泡液中E₂浓度促进优势卵泡的生长。因而外周孕酮主要是通过负反馈调节LH和E₂分泌来实现对优势卵泡优势化过程的调控^〔16〕。研究表明LH脉冲振幅(LH pulse amplitude)和LH脉冲频率(LH pulse frequency)对优势卵泡的优势化、周转和排卵具有极其重要的作用。

　　当优势卵泡在黄体期优势化时，LH浓度和LH脉冲频率由于黄体孕酮的浓度(luteal concentration of Progesterone)而被抑制^〔20〕，但LH受体数目增多^〔15〕，LH脉冲振幅升高^〔3〕，从而保证了黄体期优势卵泡的后期生长，但由于高水平的孕酮和过低的LH脉冲频率而不能诱导排卵，优势卵泡发生周转^〔4〕。

　　当孕酮维持在亚黄体浓度时(Subluteal concentration of Progesterone)，由于孕酮负反馈作用减弱，导致LH脉冲频率增强，E₂浓度升高，从而使得优势卵泡优势期延长，避免了周转。但LH脉冲频率的升高却达不到卵泡期类型(follicular-phase-type)频率，从而无法促成卵泡的最终成熟和排卵^〔4〕。

　　黄体退化后，孕酮下降维持在基本浓度，使得优势卵泡在高的LH脉冲频率、低的LH脉冲振幅影响下开始了排卵前生长，升高的LH脉冲频率加快了雄激素的合成，经过芳香化作用导致排卵前E₂浓度升高^〔3〕，Ravindra JP.等在羊中也发现排卵前E₂浓度的峰值。升高的E₂引起了LH/FSH的波峰(surge)，从而诱发排卵。因此虽然升高的LH脉冲频率是促发排卵的主要因素，但影响排卵的因素较多。排卵过程应该是基本浓度的孕酮、高频率的LH脉冲、E₂浓度峰值协同作用的结果。