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成人的生精小管(seminiferous tubule)长30~70cm,直径150~250μm,中央为管腔,壁厚60~80μm,主要由生精上皮(spermatogenic epithelium)构成。生精上皮由支持细胞和5~8层生精细胞(spermatogenic cell)组成。上皮下的基膜明显,基膜外侧有胶原纤维和一些梭形的肌样细胞(myoid cell)。肌样细胞收缩时有助于精子的排出(图16-2)。

人生精小管扫描电镜像


图16-2 人生精小管扫描电镜像 ×180

Lu生精小管管腔 SE生精上皮IT间质

1.生精细胞包括精原细胞初级精母细胞次级精母细胞精子细胞和精子。在青春期前,生精小管管腔很小或缺如,管壁中只有支持细胞和精原细胞。自青春期开始,在垂体促性腺激素的作用下,生精细胞不断增殖分化,形成精子,生精小管壁内可见不同发育阶段的生精细胞(图16-3;16-4)。从精原细胞至形成精子的过程称精子发生(spermatogenesis)。

生精小管与睾丸间质


图16-3 生精小管与睾丸间质

人生精小管 半薄切片 甲苯胺蓝-派若宁染色


图16-4 人生精小管 半薄切片 甲苯胺蓝-派若宁染色×320

A A型精原细胞 ,B B型精原细胞,PS 初级精母细胞,

Sp 精子细胞,Se 支持细胞,Lu管腔

(1)精原细胞:精原细胞(spermatogonium)紧贴生精上皮基膜,圆形或椭圆形,直径约12μm,胞质内除核糖体外,细胞器不发达。精原细胞分A、B两型(图16-5)。A型精原细胞的核呈椭圆形,核染色质深染,核中央常见淡染的小泡;或核染色质细密,有1~2个核仁附在核膜上。A型精原细胞是生精细胞中的干细胞,经过不断地分裂增殖,一部分A型精原细胞继续作为干细胞。另一部分分化为B型精原细胞。B型精原细胞核圆形,核膜上附有较粗的染色质颗粒,核仁位于中央,B型精原细胞经过数次分裂后,分化为初级精母细胞。

人生精小管上皮 半薄切片 甲苯胺蓝-派若宁染色


图16-5 人生精小管上皮 半薄切片 甲苯胺蓝-派若宁染色× 520

A A型精原细胞, B B型精原细胞,PS 初级精母细胞,

Sp 精子细胞,RB残余胞质Se 支持细胞

(2)初级精母细胞:初级精母细胞(primary spermatocyte)位于精原细胞近腔侧,体积较大,直径约18μm,核大而圆,染色体核型为46,XY。细胞经过DNA复制后(4n,DNA),进行第一次成熟分裂,形成2个次级精母细胞。由于第一次成熟分裂的分裂前期历时较长,所以在生精小管的切面中常可见到处于不同增殖阶段的初级精母细胞(图16-5)。

(3)次级精母细胞:次级精母细胞(secondary spermatocyte)位置靠近管腔,直径约12μm,核圆形,染色较深,染色体核型为23,X或23,Y(2n,DNA)。每条染色体由2条染色单体组成,通过着丝粒相连。次级精母胞不进行DNA复制,即进入第二次成熟分裂,染色体的着丝粒分开,染色单体分离,移向细胞两极,形成两个精子细胞,精子细胞的染色体核型为23,X或23,Y(1n DNA)。由于次级精母细胞存在时间短,故在生精小管切面中不易见到。

成熟分裂又称减数分裂(meiosis),只发生在生殖细胞。成熟分裂的特点是:①成熟分裂后的生殖细胞,染色体数目减半,由二倍体的细胞变成了单倍体细胞,受精(两性生殖细胞结合)后,合子受精卵)又重新获得与亲代细胞相同的染色体数,保证了物种染色体数的恒定;②在第一次成熟分裂的前期,同源染色体发生联会和交叉,进行遗传基因的交换,从而使配子(精子或卵子)具有不同的基因组合(图16-6)。在成熟分裂过程中,若同源染色体不分裂或基因交换发生差错,将导致配子染色体数目及遗传构成异常,异常的配子受精后,将导致子代畸形

生殖细胞成熟分裂示意图


图16-6 生殖细胞成熟分裂示意图

精子形成模式图


图16-7 精子形成模式图

(4)精子细胞:精子细胞(spermatid)位近管腔,直径约8μm,核圆,染色质致密。精子细胞是单倍体,细胞不再分裂,它经过复杂的变化,由圆形逐渐分化转变为蝌蚪形的精子,这个过程称精子形成(spermiogenesis)(图16-7)。精子形成的主要变化是:①细胞核染色质极度浓缩,核变长并移向细胞的一侧,构成精子的头部;②高尔基复合体形成顶体泡,逐渐增大,凹陷为双层帽状覆盖在核的头端,成为顶体(acrosome);③中心粒迁移到细胞核的尾侧(顶体的相对侧),发出轴丝,随着轴丝逐渐增长,精子细胞变长,形成尾部(或称鞭毛);④线粒体从细胞周边汇聚于轴丝近段的周围,盘绕成螺旋形的线粒体鞘;⑤在细胞核、顶体和轴丝的表面仅覆有细胞膜和薄层细胞质,多余的细胞质逐渐汇集于尾侧,形成残余胞质,最后脱落。

(5)精子:精子(spermatozoon)形似蝌蚪,长约60μm ,分头、尾两部(图16-8)。头部正面观呈卵圆形,侧面观呈梨形。头内主要有一个染色质高度浓缩的细胞核,核的前2/3有顶体覆盖。顶体内含多种水解酶,如顶体蛋白酶、透明质酸酶酸性磷酸酶等。在受精时,精子释放顶体酶,分解卵子外周的放射冠与透明带,进入卵内。尾部是精子的运动装置,可分为颈段、中段、主段和末段四部分。颈段短,其内主要是中心粒,由中心粒发出9+2排列的微管,构成鞭毛中心的轴丝。在中段,轴丝外侧有9根纵行外周致密纤维,外侧再包有一圈线粒体鞘,为鞭毛摆动提供能量,使精子得以快速向前运动。主段最长,轴丝外周无线粒体鞘,代之以纤维鞘。末段短,仅有轴丝。

精子超微结构模式图


图16-8 精子超微结构模式图

中图示尾部横断面,右图示立体结构

从精原细胞发育为精子,在人约需64±4.5天。一个精原细胞增殖分化所产生的各级生精细胞,细胞质并未完全分开,细胞间始终有细胞质桥相连,形成一个同步发育的细胞群。在生精小管的不同节段,精子的发生是不同步的,后一节段比前一节段的精子发生稍晚,故生精小管可以一批接一批地持续不断地产生精子。故在睾丸组织切片中,可见生精小管的不同断面具有不同发育阶段生精细胞的组合(图16-5)

增殖活跃的生精细胞易受多种物理化学因素的影响,如射线微波、高温、药物、毒素性激素维生素等。如隐睾患者,睾丸位于腹腔或腹股沟管内,因湿度偏高,影响精子发生。服用生棉子油(内含棉酚)或服用雷公藤,可造成精子发生障碍。目前正在研究某些安全有效的抑制精子发生的因素,以期应用于男性抗生育。

2.支持细胞 支持细胞(sustentacular cell)又称Sertoli细胞。在光镜下,支持细胞轮廓不清,核常呈不规则形,核染色质稀疏,染色汪和,核仁明显。电镜观察下,支持细胞呈不规则锥体形,基部紧贴基膜,顶部伸达管腔,侧面和腔面有许多不规则凹陷,其内镶嵌着各级生精细胞(图16-9)。胞质内高尔基复和合体较发达,有丰富的粗面内质网、滑面内质网、线粒体、溶酶体糖原颗粒,并有许多微丝和微管。相邻支持细胞侧面近基部的胞膜形成紧密连接,将生精上皮分成基底室(basal compartment)和近腔室(abluminal compartment)两部分。基底室位于生精上皮基膜和支持细胞紧密连接之间,内有精原细胞;近腔室位于紧密连接上方,与生精小管管腔相通,内有精母细胞、精子细胞和精子。生精小管与血液之间,存在着血-生精小管屏障(blood-seminiferous tubule barrier),其组成包括间质的血管内皮及其基膜、结缔组织、生精上皮基膜和支持细胞紧密连接。紧密连接是构成血-生精小管屏障的主要结构。

支持细胞有多方面的功能。它对生精细胞起支持和营养作用,其微丝和微管的收缩可使不断成熟的生精细胞向腔面移动,并促使精子释放入管腔。精子形成过程中脱落下来的残余胞质,可被支持细胞吞噬和消化。支持细胞分泌的少量液体有助于精子的运送,分泌物中含有一种抑制素(inhibin),它可抑制垂体前叶合成和分泌FSH。支持细胞在FSH和雄激素结合蛋白(androgen binding protein ,ABP),ABP可与雄激素结合,以保持生精小管内雄激素的水平,促进精子发生。支持细胞紧密连接参与构成的血-生精小管屏障,可阻止某些物质进出生精上皮,形成并维持有利于精子发生的微环境,还能防止精子抗原物质逸出到生精小管外而发生自体免疫反应。

生精细胞与支持细胞


图16-9 生精细胞与支持细胞

左图:各级生精细胞与支持细胞关系示意图

右图:支持细胞紧密连接电镜像 ×3600

硝酸鑭灌注固定,Sg精原细胞(位于基底室内)↑支持细胞间的紧密连接

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