|
陈礼强 郑凯迪
一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)在氧气存在下能催化精氨酸分解生成一氧化氮(nitric oxide ,NO)，同时产生L-瓜氨酸。NOS有以下几种形式：神经型NOS(neuronal NOS，nNOS，又称I型NOS)、诱导型NOS(inducible NOS，iNOS,又称Ⅱ型NOS)、内皮型NOS (endothelial NOS，eNOS，又称Ⅲ型NOS )，其中nNOS和eNOS又被称为组成型NOS (constitutive NOS，cNOS)。cNOS为Ca2+依赖型，主要位于内皮细胞(eNOS)及脑(nNOS)；iNOS为非Ca2+依赖型，主要位于巨噬细胞、嗜中性白细胞、内皮细胞及上皮细胞。
NO是一种重要的多功能因子，是血小板聚集的强抑制剂，有强烈的舒张血管作用，同时NO也是一种神经递质，是巨噬细胞细胞毒作用及细胞凋亡的关键介质。NO能够对许多生理功能产生巨大的影响，目前对它的研究主要集中在动物疾病和免疫方面，而近来有些研究表明，它对生殖过程也有相当大的影响，如调节卵泡的发育和排卵、调节分娩、维持妊娠以及对睾丸微循环的调节，参与睾酮分泌、调节精子活力、促使阴茎勃起以产生性行为等。
1 NOS在动物生殖器官中的分布
Burnett等首次用NOS抗血清免疫组织化学法和NADPH-心肌黄递酶组织化学染色法对雄性大鼠生殖器官组织中的NOS进行了定位，证实睾丸内间质细胞(Leydig cell)、支持细胞(Sertoli cell)及睾丸微动脉外膜内的神经元丛中均有NOS存在。Lissbrant等采用免疫组织化学技术发现，大鼠睾丸间质细胞nNOS呈阳性，间质内小动脉内皮细胞eNOS呈阳性，而未见iNOS阳性反应。但Tatsumi等在分离大鼠睾丸所得的间质细胞中运用Nonhern杂交和免疫组织化学染色均发现有iNOS阳性表达。王世鄂等应用免疫组织化学法研究发现，性成熟大鼠睾丸间质血管壁有eNOS分布，间质细胞表达iNOS和nNOS。iNOS还存在于生精小管内的支持细胞、不成熟精子头部和管周类肌细胞；此外还发现性成熟大鼠中3种NOS呈强阳性反应，而性未成熟的大鼠中不表达或少量表达NOS，可能睾丸对NOS活性有正向调节作用，性成熟大鼠睾酮合成和分泌增多，促使NOS大量表达。
Mabumi等对大鼠卵巢进行研究发现，卵巢组织中有iNOS存在，免疫组化和原位杂交显示在大多数不成熟的卵泡颗粒细胞中有iNOS mRNA和蛋白质表达，但在有卵泡腔的成熟卵泡中无iNOS mRNA。Spencer等研究表明，大鼠子宫内膜中也有iNOS表达，在怀孕第9d蜕膜反应最明显时iNOS活性最强。有人用免疫组化方法对大鼠胎盘进行观察，发现非孕鼠的子宫肌肉上皮无iNOS表达，而孕鼠的子宫肌肉上皮及胎盘组织可见iNOS的表达。Schonfelder等的研究发现，在胎盘和脐带中也有iNOS的表达。何东宁等研究发现，在大鼠子宫和阴道内 nNOS也有分布，但在输卵管内却没有发现。
2 NOS与NO影响动物生殖的作用机理
NO分子小，具有脂溶性，能通过生物膜快速扩散，发挥自分泌或旁分泌作用。由于NO对Fe2+具有很高的亲和力，因此它能与含有血红素基团的鸟苷酸环化酶相结合，改变酶的空间结构，使酶活性升高，细胞内第二信使cGMP生成增多，进而激活依赖于它的蛋白激酶，并抑制Ca2+或钙调节蛋白引导的肌球蛋白氢链的磷酸化。细胞内的Ca2+浓度降低，收缩蛋白对Ca2+敏感性也减弱，肌细胞膜上K+通道活性下降，从而导致生殖系统血管内皮细胞及平滑肌细胞血管舒张。
神经系统兴奋性突触前膜释放的兴奋性氨基酸结合到突触后膜的受体上，引起膜的去极化，造成Ca2+的内流。Ca2+结合钙调节蛋白，激活NOS，引起NO的合成。一氧化氮作为NOS辅基-铁血红素复合物的配体，也可能通过负反馈抑制NOS的活性。NO通过简单扩散，作用于邻近的突触前或突触后可溶性的鸟苷酸环化酶，提高cMGP的水平而产生生理效应。由于神经细胞是生殖系统的重要组成成分，因此，NO也可以通过以上机制发挥生理效应。
3 NOS和NO对雌性动物生殖的影响
3.1 NOS和NO参与卵巢发育及排卵
Jablonka-Shariff等报道，将敲除eNOS基因的小鼠与正常小鼠作比较，发现eNOS缺陷会导致小鼠发情周期不正常、排卵率下降、卵巢形态异常及类固醇激素合成障碍。eNOS和NO在卵泡发育中起重要作用，卵泡颗粒细胞及卵泡膜细胞中eNOS染色阳性，卵泡内及排出的卵母细胞特异表达eNOS。随着卵泡的发育，亚硝酸盐和硝酸盐(NO的代谢产物)在循环系统的水平增加，含量与卵泡大小成正相关。这说明NO在卵泡及卵母细胞发育过程中起重要作用。
NOS在大鼠成熟卵泡的破裂中也起一定的作用。NOS可能通过环氧合酶通路刺激PGE（前列腺素）及PGF2（前列腺素F2）的表达，进而刺激卵泡破裂。另外，NOS在大鼠卵泡闭锁中也有重要作用。Matsumi等发现，大多数不成熟的大鼠卵泡颗粒细胞中存在iNOS，而所有闭锁卵泡颗粒细胞中未检测到iNOS活性。在不成熟的大鼠卵泡颗粒细胞中，iNOS产生的NO可能通过抑制颗粒细胞的凋亡来阻止大鼠卵泡的闭锁。
NO在排卵中也起重要作用。切除eNOS小鼠比正常小鼠的排卵率显著降低，且在卵母细胞减数分裂成熟中表现不正常，卵母细胞的死亡率也增加。由于切除eNOS小鼠发情周期延长、发育卵泡数量减少以及卵母细胞排卵数量减少，这说明NO能调节神经内分泌——卵巢轴或局部调节卵巢类固醇的合成。在下丘脑区、垂体前部及后部发现cNOS，NO可能通过调节GnRH的分泌来调节LH的分泌，也可能通过这一机制来调节卵巢类固醇的生成。因为NO也调节血管的紧张度，所以NO可能通过调节脑下垂体门脉血流，间接影响激素的释放。
3.2 NOS参与哺乳动物胚胎着床
Purcell等报道了小鼠着床期NOS的表达时间与位置的关系，与非着床位点相比，妊娠5d着床位点iNOS水平显著增加,此种增加持续到8d。eNOS 与iNOS相似，但峰值出现在5d和8d。iNOS定位于蜕膜处、子宫肌层血管的周围及外胎盘锥内；eNOS位于邻近胚胎的初级蜕膜区的血管内；nNOS主要位于子宫系膜及子宫肌层，在整个着床期无变化。在着床过程中，着床位点iNOS及eNOS的表达可说明NOS可能在着床过程中起重要作用。
3.3 维持妊娠及启动分娩
在妊娠绵羊子宫中nNOS主要位于子宫肌层，而eNOS主要位于子宫内膜。在分娩前nNOS mRNA水平下降，但是nNOS酶活性及蛋白量在分娩前并没有下降。由于nNOS mRNA水平在分娩前期下降，很可能导致分娩时nNOS蛋白水平下降，表明nNOS和NO对维持妊娠可能是非常重要的。NOS还可能通过抑制分娩必需的基因表达来维持子宫的静止。
子宫颈成熟是一种炎症反应，伴随有白细胞的浸润及细胞外基质的重组，这一过程的介导者还未完全确定。大鼠足孕期正常的子宫颈成熟过程中局部产生硝酸盐，且NOS mRNA表达增加。局部应用NO供体可诱导子宫颈成熟。在分娩期，子宫及胎盘中NO产量降低使分娩能够发生；相反，妊娠后期子宫颈NO产量则增加。
孕酮在维持妊娠期子宫及子宫颈方面起决定性作用，在孕酮的存在下，妊娠期细胞因子诱导的iNOS合成NO。妊娠期子宫NOS表达是上调的，而妊娠期子宫颈iNOS的表达是下调的。在妊娠期，NO与孕酮一起抑制子宫收缩，从而维持妊娠；在妊娠晚期，NO与孕酮一起促进子宫颈的成熟，从而诱导分娩。
3.4 其它影响
NOS还可能参与胎盘的形成及黄体的退化。现在还在小鼠胚胎干细胞中发现了iNOS mRNA，而且它可能在胚胎干细胞中起作用，但其作用机制还不清楚。
4 NOS和NO对雄性动物生殖的影响
4.1 参与睾丸微循环的调节和睾酮的分泌
NO是一种血管舒张因子，与血管紧张性有关。Lissbrant等对鼠睾丸进行局部注射NOS抑制剂N－硝基－L－精氨酸后，血流减少、血压升高。说明NOS活性受到抑制，血管壁NO合成下降，导致血管收缩，血流减少。睾丸微循环在温度升高时血管扩张，温度降低时血管收缩。Sabaregh等使用NO合成抑制剂后，睾丸小动脉舒张频率在较高温度(34～37℃)下失去了温度依赖性，而且血管平均直径明显下降，血管舒张幅度明显增加，失去了正常的应答反应性，说明NO具有维持睾丸小动脉紧张性，使其适应不同温度的作用。
Abams等研究发现，皮下注射NOS抑制剂1～2h，血清睾酮水平明显升高，而NO相关药物可抑制睾酮的分泌，表明高浓度NO对睾酮的分泌起抑制作用。Valenti等以3种NO供体对鼠进行试验后发现，NO在低浓度时可以通过cGMP引导作用刺激睾酮的分泌；而在高浓度时又可以通过cGMP作用抑制睾酮的分泌。
4.2 对精子发育及精子活力的影响
王世鄂等研究发现，性成熟大鼠睾丸生精小管内的未成熟精子头部大量表达iNOS，而管腔面的精子大量表达nNOS。表明NO在精子变态成熟方面起重要作用，催化该部分NO的合成主要是iNOS，由nNOS催化产生的NO具有维持精子进一步成熟的作用。推测iNOS催化支持细胞分泌的NO间接参与精子的发生；由iNOS催化类肌细胞产生的NO可调节其本身收缩，促使精子向附睾方向输送。
已有研究报道，NO既有提高精子活动度的正面生理效应，又有抑制精子活动度的不良作用，这种双重作用的表现，主要由精液中NO的浓度所决定。Zhang等研究表明，适量的NO有利于正常生育和弱精不育患者的精子存活率和运动能力的维持。
精子的受精过程包括获能及顶体反应等一系列复杂过程。Herrero等采用免疫荧光技术进行了人和鼠精子NOS的定位研究，发现NOS主要分布在精子的顶体和尾部，表明NO与精子的运动、获能以及顶体反应密切相关。Zini等认为，在低浓度NO递质中，可以明显增强精子的获能。Yeoman认为，NOS抑制剂在精子获能后期的超活化或活动亢进阶段，具有明显的抑制作用，提示NO在精子获能后期的重要作用。Viggiano等认为，在精子发生顶体反应中，NOS具有重要作用，当加入NOS抑制剂时，可以对精子自然发生的顶体反应产生抑制作用。
诸多试验表明，NOS主要分布在动物生殖系统的睾丸、子宫、胎盘和卵巢中，并对雌性动物卵泡的发育、排卵、卵母细胞减数分裂有调节作用，同时还参与胚胎着床、维持妊娠、调节分娩等；而对雄性动物则主要是调节睾丸微循环，参与睾酮分泌，影响精子发生，调节精子活力和受精能力等。由于NOS和NO对生殖的调节具有双重性，既有正面的生理效应，又有负面的不良影响，所以NOS和NO对生殖功能的研究工作还相当复杂和艰难，对于动物的生理生化及代谢特征的影响，具有重要的理论研究价值和应用前景。
（编辑：刘敏跃，）
陈礼强，西南农业大学水产学院，在读硕士，400716，重庆。
郑凯迪，单位及通讯地址同第一作者。
收稿日期：2006-03-26
|
相关信息
