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编号:10502207
小鼠睾丸Ⅳ型胶原的合成与分布
http://www.100md.com 《中国医学科学院学报》 1999年第3期
     宋阳 许增禄 崔丽 刘霄 徐健 钱晓菁 黄玉苓

    摘 要 目的 研究小鼠睾丸内Ⅳ型胶原的合成与分布。方法 应用生物素-抗生物素蛋白DCS体系间接免疫荧光法和原位杂交法检测幼年、成年及老年小鼠睾丸内Ⅳ型胶原的合成与分布的变化。结果 小鼠睾丸支持细胞具有合成Ⅳ型胶原的功能,小鼠睾丸曲细精管基膜内Ⅳ型胶原的含量及支持细胞内Ⅳ型胶原mRNA水平随小鼠年龄的增加而变化。15天幼鼠睾丸内含量最高,成年及老年小鼠睾丸内含量依次减少。结论 睾丸内的细胞外基质可能在生精过程中起重要作用。

    关键词:胶原 睾丸 间接免疫荧光 原位杂交

    睾丸内的细胞外基质(extracellular matrix,ECM)主要包括纤维粘连蛋白(fibronectin,FN)、层粘连蛋白(laminin,LN)、巢蛋白(entactin)、SPARC(secreted protein,acidic,and rich in cysteine)、蛋白多糖和Ⅰ型、Ⅲ型、Ⅳ型胶原等[1~4],与精子发生和生精细胞的分化具有密切关系,曲细精管基膜是睾丸内ECM的主要分布位置,Ⅳ型胶原是基膜内含量最丰富的ECM成分。在睾丸内,支持细胞(Sertoli cell,SC)和管周肌样细胞(Peritublar cell,PC)可以产生ECM[5]。本研究采用生物素-抗生物素蛋白DCS(avidin D cell sorter)体系间接免疫荧光法和原位杂交法检测各年龄段小鼠睾丸内Ⅳ型胶原的合成与分布,以阐明ECM在生精过程中的重要作用,并试图对其作用机制进行初步探讨。
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    1 材料和方法

    实验分组 体内实验:实验动物为昆明小鼠,按年龄分为4组:(1)新生鼠,出生后5 d; (2) 幼鼠,出生后15 d; (3) 成年鼠,3个月; (4) 老年鼠,18个月。体外实验:培养的支持细胞来自出生后10 d的昆明小鼠。各年龄段使用动物数8~12只。

    支持细胞的分离与培养 支持细胞分离参照Hadley等[6]方法进行。用培养液悬浮细胞,用吸管将细胞接种在有盖玻片的培养瓶内,于31℃,5%CO2条件下培养10~14 d。分离培养的细胞存在核卫星小体,可鉴定为支持细胞。

    生物素-抗生物素蛋白DCS体系间接免疫荧光染色

    组织切片的生物素-抗生物素蛋白DCS体系间接免疫荧光染色:参照许增禄[7]法。应用兔抗小鼠Ⅳ型胶原为第一抗体,生物素化的山羊抗兔IgG为第二抗体。染色后滴加甘油封片剂(含10%PBS和1%对苯基二胺)封片,OLYMPUS反射式荧光显微镜下观察,Kodak 400ASA胶卷照相。
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    体外培养的SC生物素-抗生物素蛋白DCS体系间接免疫荧光染色:将长有SC的盖玻片从培养瓶内取出,D-Hank液洗1次,放入丙酮固定20 s,PBS洗2次,每次5 min,然后加用PBS配制的10%山羊血清于4℃孵育20 min,以下操作同上。

    原位杂交

    cDNA探针的制备:含小鼠α1(Ⅳ)cDNA(1.8 kb)的重组质粒PE123由预防医学科学院劳动卫生研究所刘秉慈教授惠赠。按文献[8]方法转染细菌后,大量制备质粒,用相应内切酶酶解质粒后,再用低融点琼脂糖法回收cDNA片段。

    缺口平移法标记探针:应用缺口平移试剂盒(华美公司),依照说明书将α-35S-dATP标记到探针上,标记探针经Sephadex G-50柱层析后回收,标记探针的比活性达2.78×106Bq/μg。
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    组织cDNA-mRNA原位杂交:采用林月珍等[9]方法。

    新鲜睾丸组织制成冰冻切片,经原位杂交后,放射自显影及HE复染,树胶封片,OLYMPUS光学显微镜观察,Kodak 100ASA胶卷照相。

    体外培养的SC的原位杂交:将长有SC的盖玻片从培养瓶内取出,直接放入PBS配制的4%多聚甲醛中固定20 min,以下操作同组织cDNA-mRNA原位杂交。

    阴性对照标本的设置:

    A.杂交液中无标记探针的空白对照。

    B.以标记的λDNA代替目的探针。

    原位杂交结果的半定量及统计学处理:每个动物取1张切片,则每个年龄组为8张切片,在每张切片上取左上、右上、中、左下、右下5个区域(n=40),在400×下计数银颗粒数,结果以银颗粒数/10000 μm2表示。实验数据以均数±标准差(/Images/2004/11/13/0b/58/13/94_1.GIF (881 bytes)±s)表示,用t检验进行组间比较,P<0.05为差异有显著性意义。
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    2 结果

    细胞免疫化学结果

    组织切片的生物素-抗生物素蛋白DCS体系间接免疫荧光染色结果:5天小鼠曲细精管基膜内Ⅳ型胶原的荧光最弱,呈薄层状围绕曲细精管,血管基膜处亦有荧光存在(图1a),15天小鼠睾丸曲细精管基膜内Ⅳ型胶原的荧光最强(图1b),3及18个月小鼠睾丸曲细精管基膜内Ⅳ型胶原的荧光依次减弱(图1c)。对照染色标本未见荧光。t194-1.gif (11378 bytes)t194-2.gif (5328 bytes)

    图1 Ⅳ型胶原抗体在小鼠睾丸冰冻切片上的间接免疫荧光染色结果

    Fig 1 Immunofluorescent photomicrograph of frozen section of testis in mouse stained with antibody
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    against type Ⅳ collagen ×200

    a.5-day-old mouse; b.15-day-old mouse; c.18-month-old mouse

    体外培养SC的生物素-抗生物素蛋白DCS体系间接免疫荧光染色结果:体外培养的SC胞质内和胞膜上可见中等强度的Ⅳ型胶原的荧光,胞核处无荧光(图2)。对照染色标本未见荧光。t194-3.gif (6487 bytes)

    图2 Ⅳ型胶原抗体在培养小鼠睾丸SC上间接免疫荧光染色结果

    Fig 2 Immunofluorescent photomicrograph of cultured SC stained with antibody against type Ⅳ collagen ×200
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    原位杂交结果

    组织切片的原位杂交结果:杂交银颗粒主要位于小鼠睾丸支持细胞胞质内。15天小鼠睾丸内Ⅳ型胶原cDNA-mRNA杂交银颗粒密度最高(图3a),3和18个月小鼠睾丸内杂交银颗粒密度依次减弱(图3b)。阴性对照实验几乎看不见杂交银颗粒。t194-4.gif (12397 bytes)

    图3 原位杂交法显示小鼠睾丸内Ⅳ型胶原α1(Ⅳ)mRNA的分布(以Ⅳ型胶原α1(Ⅳ)cDNA为探针)

    Fig 3 Distribution of type Ⅳ collagen α1(Ⅳ) mRNA in testis in mouse,as detected by in situ hybridization with type Ⅳ collagen α1(Ⅳ) cDNA probe ×400
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    a.15-day old mouse; b.18-month old mouse

    体外培养的SC的原位杂交结果:体外培养的SC胞质内可见较高密度的Ⅳ型胶原cDNA-mRNA杂交银颗粒(图4a),阴性对照实验几乎看不见杂交银颗粒(图4b)。t194-5.gif (14075 bytes)

    图4 原位杂交法显示培养小鼠睾丸支持细胞内Ⅳ型胶原α1(Ⅳ) mRNA的分布(以Ⅳ型胶原α1(Ⅳ) cDNA为探针)

    Fig 4 Distribution of type Ⅳ collagen α1(Ⅳ) mRNA in cultured SC,as detected by in situ hybridization with type Ⅳ collagen α1(Ⅳ)cDNA probe ×400
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    a.positive signals; b.negative control

    原位杂交结果的半定量及统计学处理:15天、3和18个月小鼠银颗粒数分别为(492.98±63.48)、(248.85±42.70)和(177.53±40.54)/10000 μm2,3个月与15天比较P<0.001,18个月与3个月比较P<0.001。

    3 讨论

    Ⅳ型胶原为小鼠睾丸基膜中含量最丰富的ECM成分,它形成基膜的结构网架。基膜中最常见的分子组成是[α1(Ⅳ)]2 α2(Ⅳ),为三螺旋型的三聚体[10]。由于基膜中Ⅳ型胶原分子含两条α1(Ⅳ)链,所以本研究原位杂交所用的探针为α1(Ⅳ) cDNA探针,这样可以较高效率地检测出小鼠睾丸基膜中Ⅳ型胶原的mRNA水平。Ⅳ型胶原是基膜中最主要,也是含量最丰富的ECM成分,而基膜又是ECM的特殊型,本研究进一步探讨小鼠睾丸中基膜的组成和功能是否随年龄而变化。
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    小鼠睾丸中ECM随小鼠的年龄而变化,小鼠睾丸的发育、生长、成熟、衰老都离不开ECM的参与和作用。胚胎12.5 d时,SC和前精原细胞一起从生精索分化出来。此时,发育着的生精索通过位于生精上皮基底面的基板与间充质分开。已证明此第一基板包括LN、Ⅲ和Ⅳ型胶原、FN和硫酸乙酰肝素(heparin sulfate,HS)[11]。由此可见,SC的分化和ECM的产生是同时进行的。生后10 d左右,电镜观察到第二基板位于分化着的PC和淋巴内皮细胞间[12]。15 d小鼠睾丸内Ⅳ型胶原mRNA的水平处于高峰,这是由于此时小鼠处于青春前期,生殖系统发育迅速,需要合成足量的Ⅳ型胶原来满足生殖系统发育的需求。3个月小鼠睾丸内Ⅳ型胶原mRNA的含量又回到较低水平,这可能是由于此时小鼠处于性成熟期,睾丸内曲细精管的管径已达到顶峰,不再增粗,睾丸的各项生理功能及各种结构已经稳定,合成与降解达到平衡,对ECM合成的需求与青春前期相比有所降低。

    本研究体外实验部分证明:SC具有合成和分泌Ⅳ型胶原的功能,这与以前的研究结果[6]一致。在小鼠发育的不同年龄阶段,SC的功能与Ⅳ型胶原的合成量密切相关,并随着小鼠年龄的变化而变化。如上所述,在小鼠胚胎12.5 d时,SC和前精原细胞一起从生精索中分化出来,此时由ECM组成的第一基板出现[11];在小鼠睾丸发育的新生阶段PC分化出来,含有ECM成分的第二基板也随后出现[12]。由此可见,SC和PC的分化与ECM的产生密切相关,并在小鼠的睾丸发育、生精上皮的形成及生精功能的启动过程中起重要作用。
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    ECM具有重要的生物活性,参与细胞的迁移、粘附、增殖和分化,介导细胞与细胞间、细胞与生物大分子间的相互作用,从而在各种生理和病理过程中发挥重要作用[10]。睾丸中的ECM作为曲细精管基膜的组成成分而参与血睾屏障的构成,它还作为细胞间传递信息的信号,介导SC、PC和睾丸间质细胞间的相互作用,睾丸中ECM与精子的发生和生精细胞的分化有着密切的关系[1,5]。另外,ECM具有促进迁移和粘附的功能,它可以促进生精细胞从管壁移向管腔,逐渐走向成熟[5]。可见ECM对精子生成具有重要的作用,其作用机制还有待进一步深入研究。

    △国家自然科学基金(39270380)资助

    许增禄为通讯作者

    作者单位:宋阳 许增禄 刘霄 徐健 钱晓菁 黄玉苓 (中国医学科学院 中国协和医科大学 基础医学研究所组织胚胎学室,北京 100005)
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    崔丽 (白求恩医科大学组织胚胎学教研室)

    参考文献

    1 Hadley MA,Dym M.Immunocytochemistry of extracellular matrix in the lamina propria of the rat testis: electron microscopic localization.Biol Reprod,1987,37(5): 1283~1289

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    3 Lian G,Miller KA,Enders GC.Localization and synthesis of entactin in seminiferous tubules of the mouse.Biol Reprod,1992,47(2): 316~325
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    4 Paranko J.Expression of type Ⅰ and Ⅲ collagen during morphogensis of fetal rat testis and ovary.Anat Rec,1987,219(1): 91~101

    5 Skinner MK,Tung PS,Fritz IB.Cooperativity between Sertoli cells and testicular peritubular cells in the production and deposition of extracellular matrix components.J Cell Biol,1985,100(5); 1941~1947

    6 Hadely MA,Byers SW,Suarez-Quian CA,et al.Extracellular matrix regulates Sertoli cell differentiation,testicular cord formation,and germ cell development in vitro.J Cell Biol,1985,101(6): 1511~1522
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    7 Xu Zenglu,Parker SB,Minkoff R.Distribution of type Ⅳ collagen,laminin and fibronectin during maxillary process formation in the chick embryo.Am J Anat,1990,187(3): 232~246

    8 卢圣栋.现代分子生物学实验技术.北京:高等教育出版社,1993.95~155

    9 林月珍,丁 濂,阿晋彦.一种简化的原位核酸杂交法.中华病理学杂志,1993,22(5): 305~306

    10 李玉瑞主编.细胞外间质的生物化学及研究方法.北京:人民卫生出版社,1988.1~44

    11 Pelliniemi LJ,Frojdman K,Paranko J.Embryological and prenatal development and functions of Sertoli cells.In: Russell LD,Griswold MD eds.The Sertoli cell clearwater.FL: Cache River Press,1993.87~114

    12 Leeson CR,Leeson TS.The postnatal development and differentiation of the boundary tissue of the seminiferous tubule of the rat.Anat Rec,1963,147(3):243~259, 百拇医药