生殖基本知識第1頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六2.1.基本概念配子：精子sperm,

卵母細胞（卵子）oocyte(egg)受精卵胚胎embryo胎兒fetusday11(Mouse)after9wk(human)

生殖內分泌學生殖生理學第2頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六♀♂♂性內分泌系統(tǒng)睪丸結構精子發(fā)生精子結構---運動射精性周期絕經(jīng)受精卵子排

卵卵泡發(fā)生乳腺生物學泌乳---哺乳胎兒---母體妊娠子宮分娩妊娠基因表達著床胎盤性別決定卵

巢

生

理子宮生物學性別分化♀性生殖系統(tǒng)結構---生理生殖激素生殖激素第3頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六ReproductiveEndocrinology

第4頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六激素來源、靶器官和功能Hormones:Sources,TargetsandFunctionsSourceHormoneTargetPhysiologicEffect下丘腦GnRHPituitary,tissuesStimulatesFSH/LHsecretionAnteriorpituitary腺垂體Follicle-stimulatinghormone(FSH)OvaryandTestesGrowthofovarianfolliclesorseminiferoustubulesLuteinizinghormone(LH)OvaryandTestesProductionofestrogenandprogesteroneortestosteroneposteriorpituitaryOxytocin催產(chǎn)素UterusandMammaryStimulatescontractionandsecretionofmilkPinealgland松果腺MelatoninGonads,pigmentcellsControlbiorhythmsinfluencereproductionOvaryEstrogenestradiolGeneraluterusDevelop/maintainfemalecharacteristicsstimulategrowthofuterineliningProgestrogenUterus,breastStimulatedevelopmentofuterineliningPlacentaChorionicgonadotropinAnteriorpituitaryStimulatesreleaseofFSHandLHTestes睪丸TestosteroneGeneralandreprod-uctivestructuresDevelopsandmaintainsmalesexcharacteristicspromotesspermatogenesis第5頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Relationofthepituitaryglandtothebrainandhypothalamus第6頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六♀生殖周期中激素的反饋調節(jié)第7頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六♀發(fā)情周期第8頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六PhysiologyofReproduction

第9頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六1、雄性生殖器官與精子

（sperm）第10頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六產(chǎn)生精子合成和分泌類固醇激素、神經(jīng)肽、鴉片肽、蛋白水解酶等。精原干細胞、精子載體睪丸注射GENE第11頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Spermandspermvector第12頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六2、Femalereproductiveorgans

輸卵管oviduct；2卵巢；3子宮第13頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六3、Ovary冷凍與移植Mouse:Szteinetal,1998;JacksonLab;Shawetal,2000;Manipulatingthemouseembryo,3rdedscow：Shawetal,2000;AgcaY,2000Sheep:Salleetal,2003為什么進行卵巢冷凍和移植？基礎研究患癌癥的女性，放療和高劑量的化療都能導致不孕標準：developmenttoterm第14頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六rat第15頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六卵巢移植Mice：Jones&Krohn;Parrott,1960;Sheep:Gosdenetal,1994免疫問題第16頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六MonkeyBRENDA：Leeetal,Nature,2004,428:137-8第17頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六4、卵泡發(fā)育與卵子成熟第18頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六mouse第19頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六第20頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六RelationshipbetweenoocyteandfolliclecellsTraditionalopinion:

在卵子發(fā)生過程中，卵泡細胞養(yǎng)育卵母細胞卵泡細胞通過排卵發(fā)生將卵母細胞輸送到輸卵管中RecentStudies：卵泡發(fā)生過程中，卵母細胞具有主動的關鍵作用卵母細胞與卵泡細胞間建立的雙向通信，是卵子的獲得受精力，以及早期胚胎發(fā)育是必需的第21頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Ovulation：卵母細胞旁分泌的GDF9、BMP-15和卵巢外LH主導Oocyte-granulosacellcommunicationisessentialfornormalgrowthanddevelopmentofboththeoocyteandthefollicle第22頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六成年動物原始卵泡再生

---Rewritetextbook！femalemammalsproducenoneweggsafterbirthmouseovariesharborapreviouslyundiscoveredtypeofstemcellthatcanformneweggsthroughadulthood.newJohnsonetal,2004第23頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Germ-cellproliferationinjuvenileandyoungadultovariesa示卵巢表面上皮可能的GermlineStemCells(arrowheads)，這些細胞(b)表達生殖細胞特有的MVH蛋白(mousevasahomologue,免疫偶聯(lián)黃色產(chǎn)物，b)。這些細胞保持著正常的有絲分裂生長過程（c）.采用BrdU(red)和MVH(green)雙染色方法，證明這些生長的生殖干細胞存在于幼年（d）和青年母鼠（e）的卵巢上。F圖是用蘇木精和伊紅染色的d圖卵巢組織。分裂前期(g)和中期(h)的陽性干細胞（綠色）第24頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Meiosisofoocyte第25頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六小鼠成熟Oocyte的參數(shù)第26頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六卵母細胞中mRNA的儲存Oocytegrowth(40m85m)andaccumulationofoocyteRNAaccumulationofoocytet-PAmRNAduringoocytegrowth(40oocytes/lane)OocytegrowthandaccumulationofoocyteRNA(~300-foldincrease,12m85m)第27頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六卵母細胞的IVM

(invitromaturation)MediaHormoneGrowthFactoraa第28頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六卵母細胞的冷凍與解凍

vitrificationThawingFreezing第29頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六卵子形態(tài)結構DictyatestageovulationM-IIstage第30頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Zona第31頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Zona小鼠ZP1，ZP2，ZP3分別為200，120和83KD的糖蛋白。由生長的卵母細胞連續(xù)合成和分泌生成Zona。糖基化在高爾基體中完成。第32頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六小鼠透明帶ZP1：維持透明帶的立體結構。ZP2:精子第二受體。ZP3：精子第一受體、誘導精子的頂體反應。主肽鏈402aa,44KD,3-4條N-oligos(穩(wěn)定蛋白質結構，防止內源性酶的降解)，6條絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）連接的O-oligos.編碼基因：5號染色體，單拷貝，8個exon，exon7高度變異，由其編碼的25個氨基酸殘基及其糖基化位點決定了受體功能和透明帶反應，保證了受精過程的種間特異性。ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP2ZP3ZP3ZP3ZP3ZP3ZP3ZP3ZP3ZP3ZP1ZP3ZP3ZP3ZP2ZP1－6.2m－第33頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六ZP3的生物學功能之一主肽鏈誘導精子發(fā)生頂體反應O-oligos末端的非還原性單糖（可能為-半乳糖或N-乙酰葡糖胺），參與識別精子表面的透明帶結合蛋白（ZBP，zonabindingprotein），介導透明帶與精子的第一次結合，行使精子受體的功能。第34頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六ZP3的生物學功能之二Zonareactionandblockspermpenetration第35頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六techniqueofretroviralvector第36頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六5、Fertilization第37頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Outlineofmammalianfertilization第38頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六gametesarriveatfertilizedregion第39頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Step1spermpenetratesthecumuluscellslayerPH-20glycoproteinofspermholdingtheactivityofhyaluronidase第40頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Step2spermrecognizes,binds,andpenetratesthroughthezonaofoocyte識別、結合Acrosomereactionofsperm第41頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Acrosomereaction,penetrationStep2spermrecognizes,binds,andpenetratesthroughthezonaofoocyte第42頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Step2spermrecognizes,binds,andpenetratesthroughthezonaofoocyteZonareaction第43頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Step3.識別和融合第44頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Step4Corticalreactionandpolyspermyblock融合時的變化：阻止多精子入卵融合同時，質膜電位快速去極化，胞內游離〔Ca2+〕瞬時升高，pH值升高，皮質顆粒的釋放第45頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六卵母細胞的激活變化融合后的變化：“喚醒”卵母細胞，完成周期形態(tài)：PB2的排出、精子核膜崩解、精子染色體去濃縮、雌雄原核形成、雙原核向卵中央遷移、原核核膜崩解，進入第一次有絲分裂。生理：〔Ca2+〕升高和/或Ca2+振蕩、受精膜電位的形成、pH值升高生化：母源mRNA的翻譯、功能蛋白的修飾、細胞周期因子的活性變化、DNA合成的啟動。第46頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六卵母細胞激活的關鍵胞內游離〔Ca2+〕升高是關鍵信號鈣池中Ca2+動員的模式Ca2+振蕩胞外Ca2+的流入是維持Ca2+振蕩必需的Ca2+振蕩時，Ca2+泵動員1個Ca2+將耗掉1～2ATP，生物體采用這樣一個效率低下的信號機制，意義何在？第47頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六精子激活卵母細胞的初始信號受體假說激活因子假說第48頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六PIP2.磷脂酰肌醇酯；PLC.磷脂酶C；IP3.三磷酸肌醇；DAG.甘油二酯PIP2PLC-betaPLC-gammaG?PTKCa2+IP3DAGPKC???CG釋放、PB2排出、雙原核形成………受體學說第49頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六PIP2.磷脂酰肌醇酯；PLC.磷脂酶C；IP3.三磷酸肌醇；DAG.甘油二酯PIP2PLC？截短c-kit?寡聚oscillin?Ca2+IP3DAGPKC??CG釋放、PB2排出、雙原核形成………激活因子學說?NO?第50頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Furtherchange:pronuclearformationandPB2extrusion第51頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Microinjection第52頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六MicewithoutafatherInmammals,genomesfrombothparentsaregenerallyneededtomakeviableoffspring.Butchangingtheexpressionof‘imprinted’genescanrenderthefather’scontributiondispensable.Loebel&Tam,2004第53頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Micewithoutafather

normalgeneexpressionofH19/Igf2Loebel&Tam,2004TheH19andIgf2genesarefoundonthesamemousechromosomeandareoppositely‘imprinted’:innormalembryos,H19isexpressedonlyfromthematernalchromosomeandIgf2onlyfromthepaternalchromosome.Onthematernalchromosome,theproteinCTCFbindstothedifferentiallymethylateddomain(DMD),blockingtheaccessofenhancerstoIgf2.Thus,H19isexpressedinstead.Onthepaternalchromosome,theDMDismethylated(representedbyCH3),andsoCTCFcannotbind;theenhancersthereforehaveaccesstoIgf2,whichisexpressed,whereasH19issilenced.第54頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六MicewithoutafatherLoebel&Tam,2004Konoetal.1combinedthechromosomesfromafullygrownegg(whichhasallmaternalimprints)withthechromosomesfromanon-growingeggfromwhichtheDMDandH19

weredeleted(H1913).ThesedeletionsmimickedtheabsenceofpaternalH19activityandenabledIgf2expression,leadingtoviableadults.NormalKonoetal第55頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六ParthenogeneticmicedevelopedtoadulthoodKonoetal,2004Normalreproduction第56頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六6、Embryogenesis第57頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Morphologicalaspectsofpreimplantationembryos第58頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六SEMMorphologyofembryos第59頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Developmentofhumanpreimplantationembryo第60頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Innercellmassandtrophoblastcelllayer第61頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六MoleculareventsduringembryogenesisGametesnucleusdecondensation基因組DNA的啟動時相Genomicimprinting功能基因的轉錄XistTertOct-4（stemcells，略）第62頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六♀:Completionofmeiosis,Pronucleidevelopment1).gametesnucleusdecondensation第63頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六♂:Decondensationofthespermnucleusinooplasm1).gametesnucleusdecondensationDNA-HistoneDNA-ProtamineSpermnucleusY第64頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六♂:Decondensationofthespermnucleusinooplasm1).gametesnucleusdecondensationSpermnucleusdecondensationisindependentofeggactivation,whereasthetransformationofadecondensedspermnucleustoapronucleusisdependentoneggactivationSpermnucleusdecondensationisearlierthanthatofoocytenucleus第65頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六concept2)MaternaltozygotictransitionMZT:maternaltozygotictransitionZGA:zygoticgeneactivationor,embryonicgenomeactivation.由母體遺傳的蛋白質和轉錄本直接發(fā)動的發(fā)育程序，被新的發(fā)育程序代替，新功能基因開始表達。

是胚胎繼續(xù)發(fā)育必需的過程，高等動物比低等動物早第66頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Biologicalfunctionsofthematernaltozygotictransition2)MaternaltozygotictransitionTodestroyoocyte-specifictranscripts,suchasthatfortheRNAbindingproteinMSY2(占卵子總蛋白的2%，維持卵子中mRNA的穩(wěn)定)toreplacematernaltranscriptsthatarecommontotheoocyteandearlyembryo,e.g.actin,withzygotictranscriptstopromotethedramaticreprogramminginthepatternofgeneexpressionthatiscoupledwiththegenerationofnoveltranscriptsthatarenotexpressedintheoocyte第67頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六maternalmRNAspriortogenomeactivation2).MaternaltozygotictransitionBythemidmurinetwo-cellstage,manyembryonicgenesareswitchedon.Coincidentally,muchofthematernallyinheritedmRNAappearstobedegradedrapidly,butmaternallycodedproteinscanpersistbeyondthistime.2-細胞期的小鼠胚胎中，>90%的maternalmRNAsaredegraded第68頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Timeofgenomeactivation2).Maternaltozygotictransitionmouse：2-cellstage(Schultz,1993)bovine,ovineandhuman：4-to8-cellstages(Telfordetal.,1990).1-cellmurineembryoistranscriptionallyactiveandthatRNApolymeraseI,IIandIIIarefunctional.第69頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Methylationreprogramminginpreimplantationembryos3).Genomicimprinting黑：甲基化imprintedgenes紅：母源的去甲基化的非印跡基因組蘭：父源的去甲基化的非印跡基因組受精后，父源基因組(蘭)的去甲基化機制馬上激活。對于母源基因組（紅）來說，去甲基化機制是被動的，依賴于DNA復制。囊胚分化出胚胎細胞系（EM）和胚胎外細胞系（EX）時，父源和母源基因組同時開始恢復甲基化過程。早期發(fā)育過程中，甲基化的印跡基因和一些重復序列（上虛線表示）不會去甲基化；同樣，非甲基化的印跡基因（下虛線表示）也不會甲基化。第70頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Conceptandbiologicalfunction3).X-chromosomeinactivationLeonhypothesis:雌性的一條X染色體隨機失活由X染色體上的X-inactivationcentre(Xic)控制著X失活的開始、程度、以及哪一條X染色體的失活Xic同時產(chǎn)生Xisttranscript,aremarkableRNA覆蓋在X染色體的cis部位，發(fā)動沉默XistRNAcoating過程使X染色體發(fā)生一系列的染色質變化，包括Polycombgroupproteins的復原過程X失活初期脆弱，需要隨后的DNAmethylation等epigeneticmarks進一步來穩(wěn)定

近期研究發(fā)現(xiàn)，小鼠的X失活不僅僅是在附植前階段完成分裂期的胚胎中，所有細胞中的父源X最初被滅活，隨后在不同的細胞亞類中被選擇性的激活，來組織胚胎，最后才發(fā)生隨機性的失活第71頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Xinactivationduringpre-implantationmousedevelopment3).X-chromosomeinactivationXp:paternalgenomeXm:maternalgenomeHeard,2004第72頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六7、implantationandplacentation第73頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六

胎生是哺乳動物在自然選擇中出現(xiàn)的有效繁殖模式。哺乳動物子宮是該模式的承擔者,是精子獲能、胚泡著床、胚胎發(fā)育和分娩的場所，因而它是一個多功能的器官。精子獲能胚泡著床胚胎分娩發(fā)育第74頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六胚胎植入“窗口”：a)胚胎滋養(yǎng)層具備可侵入能力，同時，b)子宮內膜具備可接受性的這一特定而短暫的時期“窗口”期：人D5-7(D19-21)小鼠D4.5Panda不定，延緩型第75頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Molecularsignalingduringimplantation非接受期子宮對囊胚反應遲鈍。通過調控子宮內的多種因子，E2andP4可以將子宮的狀態(tài)由非接受期轉變至接受期。反過來，子宮方面的catecholestrogen也可以將胚泡激活至有植入能力的狀態(tài)。粘附過程中，子宮內的一系列信號過程引起胚泡的植入，隨后間質細胞開始蛻膜化。胚泡粘附過程中，還存在配體-受體、粘附分子(integrinsandothercell-surfacemolecules)的作用.第76頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六AppositionAdhesionNorwitzE.,etal.,NEnglJMed,345：1400－1408胞飲突pinopodesSTB微絨毛第77頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六NorwitzE.,etal.,NEnglJMed,345:1400－1408CTBSTB愈合中的子宮上皮子宮內膜毛細血管子宮內膜腺體第78頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六NorwitzE.,etal.,NEnglJMed,345:1400－1408母體血竇sinusoidCTBSTB滋養(yǎng)層腔(lacuna)第79頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六人胎盤內血液循環(huán)示意圖血竇臍靜脈臍動脈絨毛子宮螺旋動脈的末端開口于絨毛間形成血竇，胎盤絨毛浸潤在血竇內；而胚胎的臍動脈和靜脈分支進入每一根絨毛內，胎兒與母體之間進行開放式的血液循環(huán)。第80頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六人足月胎盤示意圖第81頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六8、Sexualdetermination

&differentiation第82頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六PGC細胞起源PGC細胞遷移Sry基因的表達及雄性發(fā)育方向的確立Genomereprogramming生殖管道的發(fā)育雌性發(fā)育第83頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六圖解：（左圖）6.0dpc階段，源于胚胎外部外胚層（淺藍色部分）趨化細胞（predisposescells）的信號，作用于胚盤（棕色）上層細胞epiblast的PGCc前體，發(fā)動生殖細胞系的命運；（右圖）接著，所有的PGCs前體向原條(Primitivesteak)遷移，邊遷移邊增值，到達胚胎外的區(qū)域。7.0dpc階段，新生成的胚胎外中胚層（金黃色）形變，構成胚外體腔（exocoelomiccavity，白色），一些PGCs前體停止遷移，成簇排列在生殖細胞系誕生的部位。PGC細胞的起源第84頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六PGCmigration7.25dpc,PGCs細胞在后羊膜褶中胚層中(posterioramnioticfold)確立,成簇排列；7.0-8.5dpc,PGCs細胞位于原條(primitivestreak)后部的下層,并且混入尿囊(allantois)基層,成簇排列,約有75個細胞左右,此時胚胎處于前體節(jié)階段(presomitestage).8.5dpc前數(shù)小時,表達組織非特異的堿性磷酸酶活性(tissue-nonspecificAlkalinephosphatase,TNAP),高度轉錄Oct3/4(又稱POU5f1)mRNA.PGCs細胞繼續(xù)向生殖嵴遷移的過程中,堿性磷酸酶的活性仍然維持.8.0dpc,小群體PGCs出現(xiàn),總數(shù)約200左右,位于后腸(hindgut)上皮中.隨后,PGCs細胞沿腸管內胚層(gutentoderm)以阿米巴方式遷移,進入腸系膜(mesentery)中胚層,最后定居于生殖嵴腔上皮.10.5-11.5dpc期間,可以在生殖嵴上皮檢測到PGCs細胞.PGCs遷移至尿囊后,細胞周期為16小時,13dpc時,數(shù)量達到25000左右.第85頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六小鼠XX和XY生殖腺雙向分化通路的分子基礎

10.5-11.5dpc時,數(shù)種因子(Sf1,Wt1,Lhx9,M33,Emx2,Igf1r/Ir/Irr)參與生殖腺雙潛能細胞的增殖和防止細胞凋亡的生化過程;10.5-12.5dpc期間,GATA4/FOG2andWT1+KTS因子與XY生殖腺中Sry基因的激活有關,Sry蛋白通過調控Sox9,Fgf9和Dax1因子,實現(xiàn)生殖腺向雄性方向發(fā)育,誘導體細胞向Sertoli細胞定向分化,隨后在Pdgfra,Dhh,成,唯一知道的與12.5dpc早期卵巢發(fā)育有關的兩個因子是Wnt4和Fst.第86頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六左：Y特異基因，右：X同源基因.黃色為廣泛表達基因；藍色為testis-specificgenes；tooth-bud-specificgenesingreen,andbrain-specificgenesinred.Geneticmapofthenon-recombiningregionofthehumanYchromosome第87頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六LocationofSRYonYchromosome第88頁，共97頁，2023年，2月20日，星期六Srygene

原始生殖腺向睪丸方向分化的時間明顯早于向卵巢分化的時間,由此預測,雄性發(fā)育方向的啟動是一個主動性的過程,在開始卵巢發(fā)育之前,雄性發(fā)育信號主導著雙重潛能的生殖腺細胞向睪丸方向分化.雌性小鼠在交配后10.5天(10.5dpc.,dayspostcoitum)時,能夠檢測到胎兒生殖腺中Sry基因的表達；原位雜交顯示，11.5dpc階段的Sry基因轉錄只局限在生殖嵴部位，鄰近的中腎組織沒有轉錄。11.5-12.5dpc期間，未分化生殖腺獲得雌或雄性特征。在12.0-12.5dpc時,也就是在Sry開始表達36h后