Stra8在精子發(fā)生中的研究進展

馬仕昆,郭佳倩,鄭　哲,王建軍(綜述),鄭　英※(審校)

(揚州大學醫(yī)學院 a.組織學與胚胎學教研室,b.臨床醫(yī)學系，江蘇 揚州 225001)

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Stra8在精子發(fā)生中的研究進展

馬仕昆a△,郭佳倩a△,鄭哲b,王建軍a(綜述),鄭英a※(審校)

(揚州大學醫(yī)學院 a.組織學與胚胎學教研室,b.臨床醫(yī)學系，江蘇 揚州 225001)

摘要：Stra8基因的表達具有發(fā)育階段性，且僅表達于減數(shù)分裂前的生殖細胞，它在生殖細胞的胞質(zhì)和胞核中進行穿梭。視黃酸是維生素A的一種代謝產(chǎn)物。視黃酸可促進生殖細胞中Stra8基因的表達。維生素A缺乏小鼠精子發(fā)生停滯，生殖細胞退化，雄性小鼠不能生育。目前對于Stra8表達調(diào)控的研究主要集中在其與視黃酸相互作用的機制，但Stra8在精子發(fā)生中的分子調(diào)控機制尚未完全闡明。

關(guān)鍵詞：生殖細胞；Stra8；視黃酸

據(jù)統(tǒng)計，不孕不育患者中25%～40%因男性因素所導致，在男性不育癥中，85%的患者屬于精子發(fā)生障礙，表現(xiàn)為精液質(zhì)量異常，精子發(fā)生低下，生精過程停止等病理變化[1]。精子發(fā)生過程受到多種基因的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控，其中一些基因的異常表達可引起精子發(fā)生障礙，進而導致不育癥的發(fā)生。Stra8(stimulated by retinoic acid gene 8)是一種能被視黃酸特異性誘導活化的基因，它在哺乳動物生殖細胞減數(shù)分裂前特異表達，同時也是小鼠胚胎卵巢和成年小鼠睪丸中特異表達的基因之一[2-3]。研究發(fā)現(xiàn)，Stra8基因敲除小鼠表現(xiàn)為雄性不育，提示其在精子發(fā)生中起著至關(guān)重要的作用[4]?，F(xiàn)從Stra8的表達、視黃酸對Stra8的調(diào)控、Stra8在精子發(fā)生中的作用機制三方面進行綜述。

1Stra8的表達

目前的研究表明，在小鼠胚胎發(fā)育期，Stra8僅在卵巢組織中表達，而包括睪丸在內(nèi)的其他組織中都不表達[5]。對成年小鼠Stra8的多組織表達研究表明，Stra8僅在睪丸中特異表達，而在腦、心、肺、肝、腎、脾臟及卵巢等臟器組織中均未見表達。

在小鼠胚胎期12.5 d(embryonic days，E12.5) 至E16.5的胚胎卵巢中可見Stra8的表達，持續(xù)約4 d。在胚胎卵巢中生殖細胞的減數(shù)分裂依賴于Stra8的表達，它參與減數(shù)分裂前的DNA復(fù)制。當胚胎卵巢中Stra8缺失時，有絲分裂能夠正常進行，但是減數(shù)分裂前的DNA復(fù)制無法順利開始，從而阻斷了減數(shù)分裂的開始，卵子無法形成。

小鼠精子發(fā)生減數(shù)分裂的實現(xiàn)依賴于Stra8的表達，而Stra8表達需要在視黃酸的刺激下才能完成。Zhou等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在雄性小鼠出生后第5日的睪丸組織中Stra8蛋白開始表達，其表達的峰值在出生后第6日開始，一直持續(xù)到第10日，到第14～18日時表達顯著下降，而在成年睪丸組織中維持較低的表達水平。免疫定位Stra8蛋白發(fā)現(xiàn)，在出生后第1日的睪丸內(nèi)沒有檢測到Stra8蛋白，但是在出生后第5日，一部分生殖細胞中發(fā)現(xiàn)了Stra8蛋白的強烈表達，其中大部分都在生精小管的基底部出現(xiàn)，而在生精小管的中間很少見到。這些含有Stra8蛋白的生殖細胞形態(tài)類似于成熟的精母細胞，具有大而圓的核，區(qū)別于精原細胞的橢圓形的核。與第5日相比，出生后第10日Stra8蛋白的表達相對升高。在出生后15～20 d，Stra8在精母細胞細線前期/細線期以及精原細胞中表達。在以后的時期中Stra8蛋白的表達呈現(xiàn)不均勻分布狀態(tài)。免疫組織化學發(fā)現(xiàn)，Stra8蛋白在精原細胞細線前期/細線期的Ⅶ～Ⅷ期中表達，而在其他時期未見表達。當精原細胞啟動減數(shù)分裂后,Stra8的表達下降顯著。因此認為，Stra8是減數(shù)分裂前期的特異性標志蛋白[6]。

早期的研究報道Stra8的亞細胞定位分布于p19細胞的胞質(zhì)中，其后其他研究小組報道Stra8蛋白表達于細胞核內(nèi)[7]。直到2009年Tedesco等[8]的研究明確了Stra8蛋白的亞細胞定位，Stra8蛋白同時表達于生殖細胞的細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)，并在這兩種部位進行穿梭，從而發(fā)揮不同的功能。Stra8 DNA具有轉(zhuǎn)錄活性，同時Stra8在細胞核中比在細胞質(zhì)中發(fā)揮更重要的功能，主要取決于Stra8在細胞核細胞質(zhì)中穿梭的細胞類型。

2Stra8在精子發(fā)生中的作用

2.1Stra8基因敲除小鼠表型分析為了探究Stra8在精子發(fā)生中的作用，Mark等[4]小組構(gòu)建了Stra8基因敲除小鼠，表型分析發(fā)現(xiàn)，除生殖功能外其他器官未見異常表型。當雄性小鼠Stra8缺失，精子發(fā)生功能嚴重缺陷，小鼠睪丸體積變小，質(zhì)量減輕，不能生育。20%生精小管中僅見精原細胞和支持細胞，在大多數(shù)生精小管中可見細線前期及細線期的初級精母細胞，只有少量初級精母細胞呈現(xiàn)出偶線期及粗線期的細胞核，而粗線中期和偶線期的初級精母細胞及減數(shù)分裂后的精子細胞等均缺乏。

Anderson等[9]也構(gòu)建了不同遺傳背景的Stra8缺陷小鼠，表型分析進一步證實青春期小鼠中Stra8對于細線前期精母細胞的DNA復(fù)制過程中并非必需，但對細線前期精母細胞進入減數(shù)分裂的染色體濃縮、聯(lián)會及DNA同源重組過程是必不可少的。

2.2Stra8在人精子發(fā)生中的作用不僅在小鼠，在人類精子發(fā)生的過程中Stra8也同樣發(fā)揮重要的作用。2013年Lu等[10]應(yīng)用等位基因分析法，對比了719例原發(fā)性不育男性和383例正常生育男性CYP26B1、NANOS1和STRA8基因共計8個單核苷酸多態(tài)性位點(rs2241057，rs707718，rs1422627，rs9304651，rs2015728，rs10269148，rs17168319和rs17168337)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Stra8的rs10269148位點的遺傳變異與中國男性原發(fā)性無精子癥和嚴重少精子癥患者有相關(guān)性，這些結(jié)果提示Stra8在人類精子發(fā)生過程中可能具有極為重要的作用。

3Stra8調(diào)控的分子機制

3.1維生素A在Stra8的調(diào)控中的作用維生素A在哺乳動物生長發(fā)育以及維持機體正常生理功能方面起重要作用[11]。飲食中的維生素A一般儲存于肝臟，以視黃醇的形式在血液中運輸，代謝為其活性形式視黃酸后到達靶器官或靶組織發(fā)揮作用。維生素A的功能通過6個配體依賴性轉(zhuǎn)錄因子來進行調(diào)控，包括3個RAR轉(zhuǎn)錄因子(RARA、RARB和RARG)和3個RXR轉(zhuǎn)錄因子(RXRA,RXRB和 RXRG)[12]。維生素A缺乏小鼠精子發(fā)生停止、大部分生殖細胞退化。睪丸組織中只有A型精原細胞以及一些精母細胞細線前期存在。當給維生素A缺乏小鼠補充維生素A時精子發(fā)生又重新恢復(fù)。在視黃酸的刺激下Stra8被激活，直接進入細胞核綁定RAR受體，進而通過特定基因啟動精子發(fā)生的減數(shù)分裂過程。

3.2視黃酸在Stra8調(diào)控中的作用視黃酸在生殖細胞生長、分化和凋亡過程中起著重要的作用。視黃酸在體內(nèi)被細胞色素P450酶代謝。人體內(nèi)參與視黃酸代謝的CYP450酶主要是CYP26家族。CYP26家族包括CYP26A1、CYP26B1和CYP26C1，其中CYP26B1的表達只在胚胎睪丸內(nèi)，而在胚胎卵巢中不表達[13]，CYP26B1能夠代謝視黃酸、降低視黃酸濃度。視黃酸刺激Stra8在細胞核和細胞質(zhì)內(nèi)表達。胚胎小鼠睪丸中Stra8表達的缺失主要是由于CYP450酶中CYP26B1發(fā)揮作用。當給小鼠注射P450抑制劑酮康唑的時候，Stra8開始表達；在E13.5時，視黃酸水平顯著增加，從而促進Stra8 表達，原本未啟動減數(shù)分裂的生殖細胞開始啟動減數(shù)分裂[14]，但是過早啟動減數(shù)分裂的生殖細胞停滯在了粗線期并大量凋亡，導致出生后的小鼠睪丸中缺乏生殖細胞。該研究間接證明了CYP26B1對Stra8表達的調(diào)控作用。另外，研究發(fā)現(xiàn)，CYP26B1 雖然發(fā)揮了重要的抑制作用，但在睪丸發(fā)育到E13.5后CYP26B1的表達開始逐漸減少，視黃酸水平升高，Stra8再次表達，然而在整個胚胎睪丸中未能檢測到Stra8的表達[15]。因此推斷，在雄性小鼠生殖細胞啟動減數(shù)分裂前還存在其他因子抑制Stra8的表達。

Nanos2是小鼠雄性生殖細胞發(fā)育密切相關(guān)的蛋白，其在胚胎睪丸13.5～16.5 d特異性表達。通過Nanos2基因敲除小鼠分析發(fā)現(xiàn)，Nanos2是雄性生殖細胞發(fā)育必不可少的基因。Nanos2基因敲除小鼠睪丸中生殖細胞凋亡，在成年睪丸中生殖細胞完全消失，因此認為Nanos2在減數(shù)分裂前也是一個標志性基因。盡管Nanos2在野生型小鼠胚胎睪丸13.5 d開始表達，但是直到15.5 d仍沒有證據(jù)證明減數(shù)分裂啟動，CYP26b1的作用抑制視黃酸的表達，可以解釋為Nanos2在CYP26b1濃度下降后抑制減數(shù)分裂啟動，確保雄性生殖細胞不會過早地進入減數(shù)分裂，但Nanos2并不是調(diào)控減數(shù)分裂的主要機制[6]。

3.3調(diào)控Stra8的其他分子在Stra8表達的過程當中，主要受到視黃酸的調(diào)控，還有其他一些基因?qū)tra8的表達具有調(diào)控作用，例如Win18446[16]、Dmrt1[17]等。它們對于Stra8的表達具有直接或者間接的調(diào)控作用。Win18446在新生兒睪丸中抑制視黃醇往視黃酸轉(zhuǎn)化，能夠直接地抑制生精細胞中Stra8的表達。在成年小鼠睪丸中，運用顯微解剖法將生精小管生理性地分為4個集群，其中第1個集群由精原細胞細線期Ⅻ～Ⅰ階段組成; 第2集群為Ⅱ～Ⅵ階段; 第3集群為Ⅶ～Ⅷ階段，第4集群為Ⅸ～Ⅺ階段[18]。其中Win 18644只在第2和第3集群影響Stra8的表達。同時在胚胎卵巢中Stra8的表達也受到Win18446的影響。Dmrt是一類含有鋅指樣、富含半胱氨酸、能和特異DNA序列結(jié)合的DM結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子，其中Dmrt1是其中的一種，它在雌雄胚胎期的生殖脊表達，當胚胎性別確定不久之后只在睪丸中特異性表達，Dmrt1直接刺激Stra8的表達，它是Stra8轉(zhuǎn)錄的活化劑。在成年小鼠睪丸中，Dmrt1能夠抑制Stra8的轉(zhuǎn)錄，而在胚胎期的卵巢中，Dmrt1能夠激活Stra8的活性，這意味著Dmrt1自身就存在著一些活性差異，例如翻譯后修飾、不同標準的調(diào)控機制等情況。在E13.5的睪丸中并沒有檢測到Dmrt1能夠激活Stra8，因此認為DMRT1活動可以控制DNA的水平[19]。

4展望

調(diào)控減數(shù)分裂起始的基因被認為是男性生殖能力和精子功能的關(guān)鍵因素。Stra8能夠在精原細胞不同階段被視黃酸激活[20]，維生素A缺乏的小鼠生精小管中只剩下一些支持細胞和一些未分化的精原細胞。而對于調(diào)控Stra8表達的一些上游基因，如CYP26B1、Nanos2、Dmrt1、Win18644等基因已經(jīng)有了初步的了解，但是受Stra8調(diào)控的下游基因有哪些、它們調(diào)控精子發(fā)生的機制是什么尚不清楚。因此Stra8參與精子發(fā)生的分子機制至今尚未完全闡明。研究Stra8基因的功能，闡明其在精子發(fā)生中的分子機制，對建立男性不育癥的分子診斷方法、生精障礙的基因治療以及為研制男性基因工程類避孕藥物提供候選成分，促進我國男性生殖健康的基礎(chǔ)研究和臨床診斷均具有重要的理論和實踐意義。

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Research Progress of Stra8 in SpermatogenesisMAShi-kuna,GUOJia-qiana,ZHENGZheb,WANGJian-juna,ZHENGYinga.(a.DepartmentofHistologyandEmbryology,b.DepartmentofClinicalMedicine,MedicalCollege,YangzhouUniversity,Yangzhou225001,China)

Abstract:Stimulated by retinoic acid gene 8 (Stra8) gene expression developmental stage featured,which only expresses in reproductive cells before meiosis,and moves back and forth in the cytoplasm and nucleus of germ cells.Retinoic acid is a kind of metabolite of vitamin A.Retinoic acid can promote reproductive cells Stra8 gene expression.Spermatogenesis stagnation,germ cell degeneration,male infertility are observed in vitamin A deficient mice.The research for Stra8 expression regulation is mainly focused on the mechanism of interaction with retinoic acid,while the molecular regulation mechanism of Stra8 in spermatogenesis has not been fully elucidated.

Key words:Spermatogenesis; Stimulated by retinoic acid gene 8; Retinoic acid

收稿日期：2014-10-11修回日期：2014-12-30編輯：相丹峰

基金項目：國家自然科學基金(31371174)；江蘇省自然科學基金(BK20131230);揚州市社會發(fā)展科技攻關(guān)計劃(2012127)；揚州大學研究生科學創(chuàng)新基金

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.14.002

中圖分類號：R339.21

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)14-2500-03