精子发生的局部调控

睾丸的精子生成受到睾丸局部调节机制的影响。睾丸局部调控可分为旁分泌、自分泌和胞内分泌（intracrine）。旁分泌作用通常是指距离较远的细胞局部之间的相互作用和信号传递。但是相互作用还包括睾丸不同部分之间的相互作用。

睾丸产生的局部因子对于激素活性调节可能非常重要；局部因子可以被视为调节激素活性和细胞间信号转导的物质。具有生理功能的局部调节物质首先要具备以下条件：在睾丸内合成、在活体睾丸内发挥作用。具有睾丸局部调控作用的因子包括：生长因子、免疫因子、鸦片样物质、催产素和抗利尿激素，生精小管管周细胞调节物、肾素、血管紧张素、GHRH、CRH、GnRH、钙调蛋白、血浆铜蓝蛋白、转运蛋白、糖蛋白、血浆酶原激活物、强啡肽和PACAP等。研究发现这些睾丸功能调节物质处于一种过量储备状态，在这些物质缺乏时能起到补偿作用。

睾酮在睾丸内既作为内分泌激素，又作为局部调节物质（通过旁分泌和自分泌）而存在，具有重要的作用。生长因子与细胞表面受体结合后通过特殊的信号传导通道而诱导细胞特异的分化过程。参与生精调节的主要生长因子包括：转移生长因子（TGF-α和TGF-β）、抑制因子、活性因子、神经生长因子（NGF）、胰岛素样生长因子Ⅰ（IGF-Ⅰ）、表皮生长因子（EGF）。与细胞表面受体结合并刺激细胞分化和增殖的细胞因子包括干扰素、肿瘤坏死因子（TNF）、白介素、白血病抑制因子（LIF）、干细胞因子（SCF）、巨噬细胞移动抑制因子（MIF）等。

精子发生受垂体分泌的促黄体生成素（LH）、促滤泡生成素（FSH）以及睾丸间质细胞分泌的睾酮调控。间质细胞又称Leydig细胞，位于各生精小管之间的间质组织中，它们合成和分泌睾酮进入生精小管，促进精子发生。睾酮的产生受垂体释放的LH的控制。垂体分泌的FSH则刺激支持细胞合成和分泌雄激素结合蛋白，它与睾酮有强的亲和能力，以保持睾酮在生精小管中的浓度，维持它对精子发生的作用。此外，FSH还能直接启动精原细胞分裂和激发早期生殖细胞的发育。

3.精子发生的基因调控

哺乳动物的精子发生（spermatogenesis）依赖于雄激素（androgen）驱动，由生殖细胞和体细胞相互作用共同完成。在特定基因表达调控下，精原干细胞经过有丝分裂、减数分裂和精子形成等阶段，持续不断产生正常功能精子（functional sperm）。激素通过与它们对应的受体蛋白结合成复合物，在细胞核内能识别其靶基因DNA上的顺式作用元件——激素应答元件（hormone response element，HRE），并与之结合，在转录水平上调控基因表达。在精子发生过程中，雄激素、雌激素及其受体的转录调控作用尤为重要。对精子发生的调控雄激素主要由睾丸产生（肾上腺皮质少量分泌）。天然雄激素为睾丸间质细胞分泌的睾酮（testosterone），与雄激素及雄激素受体（androgen receptor，AR）形成复合物。对AR信号产生应答的是支持细胞，AR在以下两个步骤上对精子发生起作用：①生殖细胞减数分裂起始阶段（需要少量AR信号）；②晚期圆形精子细胞形成长形精子细胞阶段（需要大量AR信号）。雄激素及其受体通过以下3种方式对精子发生过程中的基因表达起调控作用，即初级激素应答（primaryhormone responses）、次级激素应答（Secondary hormone responses）和非经典应答（nonclassical responses）：①初级激素应答：雄激素-受体复合物直接与位于初级应答靶基因启动子区的顺式DNA元件相互作用，激素处理30分钟足以改变基因转录，一般情况下激活转录，但也能抑制转录。已发现的初级雄激素应答基因较少，一是 Pem/Rhox5 同源框基因，该基因转录起始位点上游0.3kb存在雄激素反应原件（androgenresponse elements，AREs）；另一个是原癌基因 c - myc ，免疫共沉淀实验表明，AR结合于 myc 启动子区域。②次级激素应答：初级应答引起新蛋白合成（转录因子），转录因子继而激活其他基因，称之为次级激素应答。由于靶基因受到新合成的转录因子调控，一般几小时至几天才达到最大反应。次级雄激素应答基因自身没有AREs，例如精氨酸酶（arginase）、connexin-43、谷胱甘肽S转移酶（glutathione S transferase）、碳酸酐酶（carbonic anhydrases）、血管紧张素转化酶2（Angiotensinconverting enzyme 2）、雄激素结合蛋白（androgen binding protein）和闭合蛋白-1（claudin-1）基因。目前尚不清楚调控次级雄激素应答基因的是哪些转录因子，在睾丸中被雄激素抑制的次级应答基因亦尚未发现。③非经典应答：雄激素通过提高第二信使如Ca ²⁺ 以及蛋白激酶活性水平引起的快速应答。体外极低水平的睾酮（～1nmol/L）可以引起AR诱导的基因转录达到最大（初级和次级激素应答基因），而体内则需要大量睾酮（～70nmol/L）才能保证精子发生，表明非经典应答需要高水平的雄激素刺激，也证实了非经典应答在精子发生过程中可能更重要。非经典应答可依赖AR或不依赖AR起作用，在雄激素处理大鼠成骨细胞（osteoblasts）和人卵巢颗粒细胞（granulosa cell）后，Ca ²⁺ 和其他第二信使的浓度在10秒以内迅速升高，因此是不依赖AR介导的应答，但至今尚未鉴定出特定激素的结合受体。在支持细胞和前列腺细胞中，雄激素诱导的快速Ca ²⁺ 浓度升高可被AR拮抗剂羟基氟他胺（hydroxyflutamide）阻断，表明是依赖于AR的雄激素应答。非经典应答通过快速诱导钙离子内流和激活ERK1和ERK2诱导MAPK通路激活来实现转录调控。非经典应答信号转导通路可能跟MAPK有关，5-双氢睾酮能快速和短暂（2～60分钟）诱导AR阳性前列腺细胞系LNCaP的ERK磷酸化。雄激素在1分钟内快速诱导转录因子ERK和CREB磷酸化，并持续至少12天，这种磷酸化调控精子发生基因如前脑啡肽原（proenkephalin）、c-Fos、乳酸脱氢酶A（lactate dehydrogenaseA，LDHA）和早期生长反应因子1（early growthresponse-1）基因的快速诱导表达，这些基因都有CREM结合位点，没有AREs。

精子发生期间染色质浓缩，使DNA不能够转录，这种情况在精子完全形成之前完成。各种动物在精子形成中转录停止的时刻不完全相同。例如，在果蝇，RNA合成在初级精母细胞期间停止，而在小鼠，精子细胞在成熟分裂后不久的仍在进行，要到细胞核开始伸长时才完全停止。

4.精子发生的其他调控

温度调控：温度对精子的产生有明显的影响。阴囊温度比腹腔温度低2℃左右，它是精子发生的合适温度。隐睾症患者，由于睾丸长期处于温度较高的腹腔内，精曲小管不能正常发育也无精子发生。其他，如放射线、微波照射睾丸，营养不良和维生素A、维生素E缺乏及酗酒等对生精过程也都有不良影响。

精子的形成依赖蛋白质合成，既然RNA合成已停止，精子变态所需蛋白质的合成必然要依赖于较早时期产生并储藏起来的，直到精子变态时才进行转译的稳定RNA，这是发生在转录后水平上的调控，是延迟基因表达的机制。比如在精子细胞质中合成并进入细胞核取代组蛋白的鱼精蛋白，其基因在初级精母细胞中就已转录。它将在核内合成的RNA转移到细胞质中，与蛋白质结合形成16～18S的核蛋白颗粒，并以这种形式储藏在细胞质内，直到精子细胞时期。这种转录和转译之间有较长时间间隔的例子，目前尚不清楚对控制转录后基因表达的相关因素。类似的现象可能也会在其他类型细胞的终末分化中遇到。