精子在睪丸的曲細(xì)精管（ seminiferous tubules ）中產(chǎn)生。睪丸的各個(gè)組成部分以及整體的功能都受到下丘腦 - 腦垂體內(nèi)分泌腺體的影響。另外，睪丸局部的自分泌、旁分泌調(diào)節(jié)機(jī)制在睪丸的生精功能調(diào)控中也起到重要的作用。
功能結(jié)構(gòu)
睪丸間質(zhì)
精子的發(fā)生必須在下述結(jié)構(gòu)功能完備的基礎(chǔ)上進(jìn)行。睪丸間質(zhì)組織中 最重要的細(xì)胞是睪丸間質(zhì)細(xì)胞（Leydig 細(xì)胞），在下丘腦 - 腦垂體的調(diào)節(jié)下主要合成雄性激素-睪，人類(lèi)睪丸每天大約合成 6-7mg 睪酮，占血漿睪酮的 95%。除此之外，睪丸間質(zhì)中還有免疫細(xì)胞、血管、淋巴管、神經(jīng)、纖維組織和疏松連接組織。睪丸間質(zhì)尚包含巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞。巨噬細(xì)胞可能通過(guò)分泌某些細(xì)胞因子而影響睪丸間質(zhì)細(xì)胞的功能，尤其是睪丸間質(zhì)細(xì)胞的增殖、分化和類(lèi)固醇合成過(guò)程。巨噬細(xì)胞分泌影響類(lèi)固醇合成的刺激因子和抑制因子。
曲細(xì)精管
精子生成于睪丸的曲細(xì)精管。曲細(xì)精管總共約占睪丸總體積的 60% ～ 80% ，它含有生精細(xì)胞及管周細(xì)胞和支持細(xì)胞（ Sertoli 細(xì)胞）。
曲細(xì)精管被特殊的固有層（ lamina propria ）包繞，其中包括膠原層（ layer of collagen ）構(gòu)成的基底膜和管周細(xì)胞（ Peritubular cell ）（又稱(chēng)肌成纖維細(xì)胞）。支持細(xì)胞是位于生精上皮的壁細(xì)胞。該細(xì)胞位于管壁基底膜并延伸至曲細(xì)精管管腔。從廣義而言，它可被認(rèn)為是生精上皮的支持結(jié)構(gòu)。支持細(xì)胞延伸到生精上皮的全層，沿著支持細(xì)胞胞體，精原細(xì)胞發(fā)育至成熟精子的所有形態(tài)、生理變化過(guò)程都在此發(fā)生。支持細(xì)胞影響精子發(fā)生的過(guò)程。另一方面，生精細(xì)胞可以調(diào)控支持細(xì)胞的功能。支持細(xì)胞可決定睪丸的最終體積和成人的精子生成數(shù)量。
血睪屏障
在靠近基底膜一側(cè)，支持細(xì)胞形成了特殊的膜性結(jié)構(gòu)使細(xì)胞彼此之間相互連接，消除細(xì)胞間隙（閉塞性緊密連接），構(gòu)成了血睪屏障的存在。功能完備的血睪屏障依賴(lài)于支持細(xì)胞的發(fā)育成熟，并且在精子生成障礙時(shí)血睪屏障功能發(fā)生紊亂。血睪屏障可能具有兩個(gè)重要的功能：隔離精子使其避免免疫系統(tǒng)的識(shí)別；提供減數(shù)分裂和精子發(fā)生的特殊環(huán)境。
生精細(xì)胞
精子發(fā)生過(guò)程起始于生精干細(xì)胞的分化，終止于成熟的精子形成。不同的生精細(xì)胞在曲細(xì)精管中按照特殊的細(xì)胞聯(lián)系排列，形成所謂的精子發(fā)生過(guò)程。
發(fā)生過(guò)程
過(guò)程
全部精子發(fā)生過(guò)程可以被分為 3 個(gè)過(guò)程
精原細(xì)胞位于生精上皮的基底部，分為 A 、 B 兩種類(lèi)型。 A 型精原細(xì)胞進(jìn)一步分為 Ad 型和 Ap 型精原細(xì)胞。在正常情況下， Ad 型精原細(xì)胞不發(fā)生任何有絲分裂，應(yīng)該被視為精子發(fā)生的精原干細(xì)胞； Ap 型精原細(xì)胞則通常分化增殖為兩個(gè) B 型精原細(xì)胞。 B 型精原細(xì)胞分裂增殖為初級(jí)精母細(xì)胞，隨后，初級(jí)精母細(xì)胞開(kāi)始 脫氧核糖核酸 合成過(guò)程。
精母細(xì)胞經(jīng)歷了減數(shù)分裂的不同階段。粗線期時(shí) 核糖核酸 的合成十分活躍。減數(shù)分裂的結(jié)果產(chǎn)生單倍體生精細(xì)胞，又稱(chēng)精子細(xì)胞。在精子生發(fā)過(guò)程中，減數(shù)分裂是一個(gè)非常關(guān)鍵的過(guò)程，在這個(gè)階段，遺傳物質(zhì)相互重組、遺傳物質(zhì)只復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，最終形成染色體數(shù)目減少一半的精子細(xì)胞。次級(jí)精母細(xì)胞產(chǎn)生于第一次分裂后，含有雙份單倍體染色體。在第二次分裂精母細(xì)胞演變?yōu)閱伪扼w的精子細(xì)胞。第一次分裂前期大概持續(xù) 1 ～ 3 周，而除此之外的第一次分裂的其他階段和第二次分裂在 1 ～ 2 天之內(nèi)完成。
第二次分裂后形成精子細(xì)胞，是沒(méi)有分裂活性的圓形細(xì)胞。圓形的精子細(xì)胞經(jīng)過(guò)復(fù)雜的顯著變化轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌L(zhǎng)度的精子細(xì)胞和精子。在第二次分裂中，細(xì)胞核發(fā)生的聚縮和塑性，同時(shí)鞭毛形成和胞漿明顯擴(kuò)張。全部精子細(xì)胞變形的過(guò)程稱(chēng)為精子形成。
動(dòng)力學(xué)
精子生成過(guò)程在時(shí)間和空間上有嚴(yán)格的順序性。曲細(xì)精管中不同成熟階段的生精細(xì)胞在管腔中連續(xù)、依次排列，提示精子生成過(guò)程按照順序依次從第一階段到第二階段，再到第三、第四階段。這個(gè)順序稱(chēng)為生精波（ spermatogenic wave ）。在人類(lèi)以及某些猴的部分睪丸組織中，曲細(xì)精管的同一轉(zhuǎn)化部位也可以同時(shí)存在多個(gè)精子成熟階段。曲細(xì)精管同一局部的精子生成過(guò)程呈螺旋樣相互聯(lián)系。
除了精子發(fā)生的時(shí)間和各個(gè)階段的空間分布特征之外，人類(lèi)的精子發(fā)生還表現(xiàn)出另外一個(gè)特征：人類(lèi)的生精細(xì)胞數(shù)目相對(duì)較少，同樣，每個(gè)支持細(xì)胞相對(duì)應(yīng)的生精細(xì)胞數(shù)目也較低。上述因素以及精子與支持細(xì)胞較低的比率（ 1 ： 5 ）導(dǎo)致人類(lèi)的精子生成數(shù)目相對(duì)較少。人類(lèi)每克睪丸組織在 24 小時(shí)內(nèi)生成的精子數(shù)目 300 ～ 700 萬(wàn)。
生精細(xì)胞的增殖和分化過(guò)程都遵循一個(gè)嚴(yán)格的模式，所有生精細(xì)胞的發(fā)育和分化都經(jīng)過(guò)幾個(gè)獨(dú)立而又緊密聯(lián)系的過(guò)程。生精上皮按照程序成功完成每一個(gè)發(fā)育階段稱(chēng)為生精上皮周期，每個(gè)周期需要 16 天，人類(lèi)的精子發(fā)育到成熟必須經(jīng)過(guò)四個(gè)周期，可以推測(cè)起碼需要 64 天。
精子發(fā)育成熟釋放到曲細(xì)精管管腔的過(guò)程稱(chēng)為精子釋放，而這些過(guò)程受到多種因素的影響，包括血纖維蛋白溶酶原、激素、溫度、毒性物質(zhì)。未釋放的精子將被支持細(xì)胞吞噬。
分泌調(diào)控
睪丸的生精及合成雄激素兩項(xiàng)功能都通過(guò)負(fù)反饋受到下丘腦和腦垂體的調(diào)節(jié)。
睪酮可以抑制LH、FSH的分泌。對(duì)于 FSH ，抑制素 B 是更為重要的調(diào)節(jié)物質(zhì)。 LH 促進(jìn)睪丸間質(zhì)細(xì)胞合成睪酮， FSH 則控制支持細(xì)胞的調(diào)節(jié)精子生成作用。睪酮在睪丸間質(zhì)中的作用對(duì)于精子發(fā)生過(guò)程也十分重要。
精子發(fā)生的初次生精過(guò)程一般在 FSH 和 LH 的影響下完成。但是高濃度的睪酮單一作用也可以誘導(dǎo)精子發(fā)生。在睪酮分泌型睪丸間質(zhì)細(xì)胞瘤的腫瘤附近和 LH 受體激活性突變的患者體內(nèi)，都可以見(jiàn)到完整的精子發(fā)生過(guò)程。非常關(guān)鍵的治療目的就是試圖在睪丸間質(zhì)中聚集高濃度的睪酮。臨床常用的辦法是使用hCG，它具有較高的 LH 和 FSH 活性。激素在生精維持、生精再激活中同樣有重要作用。大劑量睪酮通過(guò)負(fù)反饋機(jī)制抑制促性腺激素的分泌，并導(dǎo)致射精中的精子數(shù)量大量減少；即使使用 FSH 后精子生成數(shù)量也只能達(dá)到正常數(shù)量的 30%。與之相似，使用 hCG 后也可以造成生精數(shù)量減少，其機(jī)制是由于 hCG 刺激產(chǎn)生的睪酮發(fā)揮了負(fù)反饋抑制，但是其抑制生精的作用不如單獨(dú)使用睪酮的效果明顯。而且， 尿促卵泡素 的生精抑制作用可以在使用 FSH 后完全恢復(fù)。 hCG 和睪酮抑制生精的效果差異是由于在睪丸間質(zhì)中睪酮的濃度更高。
使用抗體免疫中和 FSH 可以明顯減少靈長(zhǎng)目以及男子人類(lèi)的精子發(fā)生。在抑制內(nèi)生性促性腺激素分泌后， FSH 可以持續(xù)地維持生精過(guò)程。最近的證據(jù)發(fā)現(xiàn)在腦垂體切除的患者中，在缺少 LH 、 FSH 受體激活性突變的情況下，生精功能可以正常存在。盡管還不知道睪丸間質(zhì)的睪酮濃度，但是這例患者提示 FSH 受體結(jié)構(gòu)激活對(duì)于正常生精是十分必要的。推測(cè)睪酮的作用可能是激活 FSH 受體，使 FSH 與其結(jié)合后發(fā)揮作用。
LH 、 FSH 以及睪酮的協(xié)同作用對(duì)維持正常生精和生精再激活必不可少。
局部調(diào)控
睪丸的精子生成受到睪丸局部調(diào)節(jié)機(jī)制的影響。睪丸局部調(diào)控可分為旁分泌、自分泌和 胞內(nèi)分泌（ intracrine ）。旁分泌作用通常是指距離較遠(yuǎn)的細(xì)胞局部之間的相互作用和信號(hào)傳遞。但是相互作用還包括睪丸不同部分之間的相互作用。
睪丸產(chǎn)生的局部因子對(duì)于激素活性調(diào)節(jié)可能非常重要；局部因子可以被視為調(diào)節(jié)激素活性和細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)的物質(zhì)。具有生理功能的局部調(diào)節(jié)物質(zhì)首先要具備以下條件：在睪丸內(nèi)合成、在活體睪丸內(nèi)發(fā)揮作用。具有睪丸局部調(diào)控作用的物質(zhì)因子包括：生長(zhǎng)因子、免疫因子、鴉片樣物質(zhì)、催產(chǎn)素和抗利尿激素，曲細(xì)精管管周細(xì)胞調(diào)節(jié)物、腎素、血管緊張素、GHRH、CRH、GnRH、鈣調(diào)蛋白、血漿銅藍(lán)蛋白、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、糖蛋白、血漿酶原激活物、強(qiáng)啡肽和PACAP等。研究發(fā)現(xiàn)這些睪丸功能調(diào)節(jié)物質(zhì)處于一種過(guò)量?jī)?chǔ)備狀態(tài)，可以在這些物質(zhì)缺乏時(shí)起到補(bǔ)償作用。
睪酮在睪丸內(nèi)既作為內(nèi)分泌激素，又作為局部調(diào)節(jié)物質(zhì)（通過(guò)旁分泌和自分泌）而存在，具有重要的作用。生長(zhǎng)因子與細(xì)胞表面受體結(jié)合后通過(guò)特殊的信號(hào)傳導(dǎo)通道而誘導(dǎo)細(xì)胞特異的分化過(guò)程。參與生精調(diào)節(jié)的主要生長(zhǎng)因子包括：轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子（ TGF- α和 TGF- β）、抑制因子、活性因子、神經(jīng)生長(zhǎng)因子（ NGF ）、胰島素樣生長(zhǎng)因子Ⅰ（ IGF- Ⅰ）、表皮生長(zhǎng)因子（ 西妥昔單抗 ）。與細(xì)胞表面受體結(jié)合并刺激細(xì)胞分化和增殖的細(xì)胞因子包括干擾素、腫瘤壞死因子（ TNF ）、白介素、白血病抑制因子（ LIF ）、干細(xì)胞因子（ SCF ）、巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子（ MIF ）等。
精子發(fā)生的激素調(diào)控 精子發(fā)生受垂體分泌的促黃體生成素（LH)、促濾泡生成素（FSH)以及睪丸間質(zhì)細(xì)胞分泌的睪酮調(diào)控。間質(zhì)細(xì)胞又稱(chēng)Leydig細(xì)胞，位于各曲細(xì)精管之間的間質(zhì)組織中，它們合成和分泌睪酮進(jìn)入曲細(xì)精管，促進(jìn)精子發(fā)生。睪酮的產(chǎn)生受垂體釋放的LH的控制。垂體分泌的 FSH則刺激支持細(xì)胞合成和分泌雄激素結(jié)合蛋白，它與睪酮有強(qiáng)的親和能力，以保持睪酮在曲細(xì)精管中的濃度，維持它對(duì)精子發(fā)生的作用。此外FSH還能直接啟動(dòng)精原細(xì)胞分裂和激發(fā)早期生殖細(xì)胞的發(fā)育。
基因調(diào)控
精子發(fā)生期間染色質(zhì)濃縮，使 脫氧核糖核酸不能夠轉(zhuǎn)錄，這種情況在精子完全形成之前完成。各種動(dòng)物在精子形成中轉(zhuǎn)錄停止的時(shí)刻不完全相同。例如在果蠅，核糖核酸合成在初級(jí)精母細(xì)胞期間停止，而在小鼠，在成熟分裂后不久的精子細(xì)胞中還在進(jìn)行，要在細(xì)胞核開(kāi)始伸長(zhǎng)時(shí)才完全停止。
正常精子
精子的形成依賴(lài)蛋白質(zhì)合成，既然 RNA合成已停止，精子變態(tài)所需蛋白質(zhì)合成必然要依賴(lài)較早時(shí)期產(chǎn)生并儲(chǔ)藏起來(lái)的到精子變態(tài)時(shí)才進(jìn)行轉(zhuǎn)譯的穩(wěn)定RNA，這是發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控，是延遲基因表達(dá)的機(jī)制。如在精子細(xì)胞質(zhì)中合成并進(jìn)入細(xì)胞核取代組蛋白的魚(yú)精蛋白，其基因在初級(jí)精母細(xì)胞中就已轉(zhuǎn)錄。在核內(nèi)合成的 核糖核酸轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中，與蛋白質(zhì)結(jié)合形成 16～18S的核蛋白顆粒，并以這種形式儲(chǔ)藏在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)直到精子細(xì)胞時(shí)期。在這種轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯之間有較長(zhǎng)時(shí)間間隔的例子中，對(duì)控制轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)的因素尚缺乏了解。類(lèi)似的現(xiàn)象可能也會(huì)在其他類(lèi)型細(xì)胞的終末分化中遇到。
參考資料 >