一氧化氮对雌性动物繁殖机能的影响

。近年来，NO在雌性繁殖新进展一氧化氮对雌性动物繁殖机能的影响湖南农业大学动物科技学院/杨永生方热军摘要一氧化氮(Nitricoxide，NO)是一种结构简单而化学性质活泼的信号分子，被认为是动物体内重要的生物信使，具有多种生理和病理调节功能。近年来研究表明，NO对动物的繁殖具有调节作用，几乎参与所有的雌性生殖过程。此文主要从卵细胞的形成、胚胎发育、分娩等方面阐述了一氧化氮对雌性繁殖的影响。关键词一氧化氮；信号分子；繁殖AbstractNitricoxide(NO)isoneofsimplestructuresignalmoleculeswhichhasmanybiologicaleffects,anditisoneoftheimportantbiologicalmessagers.Recently,thestudiesshowedthatNitricoxidehadagreatimpactonmanyaspectsofthereproductivefunctionandparticipatedinalmostallfemalereproductiveprocesses.Thisessaymainlyfocusedontheeffectsoftheformationoffollicle,embryonicdevelopment,delivery,andsoon.keywordsNO；signalmolecule；reproduction一氧化氮是一种极不稳定的生物自由基，分子小，常温下为气体，微溶于水，具有脂溶性，可快速透过生物膜扩散，生物半衰期只有NOS(neuronalNOS，nNOS)、诱导型NOS(inducibleNOS，iNOS)和内皮型NOS(endothelialNOS，eNOS)。nNOS和eNOS在细胞处3～5s，在神经、免疫、消化、呼吸、于生理状态下即有表达，又合称为内分泌和繁殖等方面有着十分重要的生物学作用。体内的NO是由L-精氨酸(L-Arginine，L-Arg)在一氧化氮合酶(NitricOxideSynthase，NOS)的催化下，以及还原型烟酰胺结构型NOS(constitutiveNOS，cNOS)，而iNOS则在生理状态下不表达，在受细胞因子等刺激后呈诱导性表达[2]。NO有多种生理功能：血管舒张、抗血小板凝集、抗寄生虫、腺嘌呤二核苷酸(辅酶Ⅱ，NADPH)提供电子，黄素单核苷酸(FMN)、参与机体免疫反应及细胞对毒物的反应、调控促性腺激素的分泌和性成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黄素腺嘌吟(FAD)及四氢喋呤(BH)熟等[3～7]达eNOS。随着卵泡的发育，亚硝酸等为辅助因子的作用下，生成中间产物左旋羟基精氨酸，最终形成NO和L-瓜氨酸[1]。一氧化氮合酶的亚型有三种，按来源以及表达方式，分为神经型中的作用也愈来愈引起人们的关注。1对卵细胞的影响1.1NO与卵母细胞成熟在卵泡发育过程中，卵泡颗粒盐/硝酸盐(NO的代谢产物)在循环系统中的水平增加，含量与卵泡大小成正相关，这说明在卵泡及卵母细胞发育中NO的重要作用[8]。一定浓度的NO能够促进卵母452009.09。卵母细胞的成熟起促进作用物后半小时全部死亡，10mol/L、10mol/L和10mol/L浓度的SNP细胞的成熟，iNOS来源的NO可调节鼠生发泡的破裂和第1极体的排出，iNOS和eNOS来源的NO对猪[9,10]卜淑敏等[11]采用体内注射一氧化氮合酶抑制剂左旋硝基精氨酸甲基酯(L-NAME)和在体外培养基中分别加入L-NAME或次黄嘌呤以抑制卵母细胞自发成熟的3种模型，研究一氧化氮提供体(SNP)对小鼠卵母细胞体内、体外成熟的促进作用，排卵的过程有帮助。张建超等[12]的研究表明，对24日龄到28日龄的未成熟的雌性小鼠体内注射L-NAME来抑制卵巢中NO的合成，结果发现，注射L-NAME后排卵数明显减少，这也说明在体内，NO可促进小鼠排卵。与正常的野生鼠相比，去除eNOS的成熟雌鼠的死胎率更高且个体更小，而且由hCG(人绒毛膜促性腺激素)诱导的排卵率降低63%，表明NO在排卵和卵巢生理上用，但目前研究较多的是抑制颗粒细胞凋亡，即可抑制卵泡闭锁[14]。2调节胚胎附植胚胎植入是生殖过程的重要环节，成功的植入不仅取决于胚泡的滋养层细胞对母体子宫的侵入性，而且取决于子宫对胚泡的相容性和营养供应。前者涉及细胞的黏附、迁移、细胞外基质(extracellularmatrix，ECM)的降解等，后者涉及蛋白酶对结果表明，只有腹腔注射2.5mg/kg有作用[13]。子宫内膜的组织降解和更新以及血SNP这一剂量组能显著逆转10mg/kgL-NAME对卵母细胞第一极体释放的抑制作用(P＜0.05)，而高剂量SNP(10mg/kg)使小鼠在注射药-7-6-5能显著促进4mmol/L次黄嘌呤抑制的卵丘卵母细胞复合体中卵母细胞的极体成熟，整个试验显示，卵母细胞产生的生理剂量的NO可以促进体内外卵母细胞的成熟。1.2NO与排卵卵巢内存在着NO的产生系统，在卵巢不同的区域可以检测到eNOS和iNOS。值得注意是，eNOS和iNOS的活性在鼠卵巢的周期中发生改变，在发情前期的早期，iNOS的mRNA增加，在发情前期的后期，iNOS蛋白的表达有最初的增加，这与排卵前血清中雌激素和LH(促黄体素)增加是相同的，此后，iNOS表达下降，在排卵前阶段，还能检测到eNOS蛋白的存在。卵巢中NOS亚类型表达的周期改变给NO直接影响卵巢功能提供了支持。卵巢中NOS活性的增加与排卵前峰值的时间相符合，这表明NO通过刺激促性腺激素的产物，而对462009.09NO产生的有效因子可以通过直接激活Cyclooxyge-nases(环氧化酶-COX)而刺激PGs(前列腺素)的合成。通过NOS抑制剂阻止卵巢内NO的产生，可以降低PGE2和PGF2α对注射hCG的应答，这表明NO可从COX途径刺激PGs的合成，从而增加排卵过程中的炎症发生过程美国至尊一氧化氮胶囊。1.3NO与卵泡闭锁发育中的卵泡是发育成优势卵泡还是发生闭锁，影响的因素较多，研究发现NO可影响卵泡的闭锁。在早期卵泡发育阶段局部产生低浓度的NO有助于调节卵泡生长和可能抑制卵泡闭锁，而优势卵泡到卵泡成熟阶段局部产生高浓度的NO则有可能促进卵泡闭锁。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在细胞凋亡方面的研究涉及的细胞类型较多，NO一方面促进细胞凋亡，另一方面也有抑制细胞凋亡的作用。同样，NO在颗粒细胞凋亡方面也有双向作管新生[15]。Purcell等[16]采用免疫组织化学和蛋白质印迹方法对围植入期小鼠子宫中iNOS和eNOS的表达进行了分析，研究发现，与非植入点相比，植入点iNOS和eNOS的表达都升高，初步表明NO对成功植入具有重要作用。胚泡附植的发生既决定于胚泡的主动性，也决定于子宫内膜是否做好准备，它们必须同步化，才能使胚泡的附植顺利进行[17]。NO从胚胎发育和子宫环境两方面参与附植过程。首先，NO是胚胎分裂分化的调节因子，并能影响胚胎附植。Biswas等报道，将L-NAME注入妊娠2d、3d、5d的小鼠子宫内，第8d处死所有小鼠时发现，L-NAME使妊娠3d和5d的鼠妊娠终止，胚胎发育受阻，不能终止妊娠2d的鼠，但与对照组相比，胚胎附植点大大减少，而将L-NAME与SNP共同注入小鼠子宫则不能终止妊娠，与对照组相比，附植点没有什么差别。另外，妊娠的成功建立依赖于子宫内适宜的环境。附植前子宫NOS活性明显增加，附植发生时，附植点子宫组织中iNOS含量显著上升，这说明NO参与子宫微环境的建造。Gouge等[18]在鼠的附(2000)通过胎附植失败。何东宁等。朱猛进等新进展植前胚胎中检测出iNOS和eNOS产生的NO，其作为对子宫的信号之一，刺激局部血管舒张并且增加毛细血管的通透性，为成功的附植创造条件，试验证明，阻碍NO产生，将导致胚[19]检测NOS在雌性大鼠生殖器官的分布，探讨了NO在生殖系统中的作用，发现NO可通过激活平滑肌细胞中的糖皮质激素，使其产生cGMP，而升高的cGMP再刺激蛋白激酶，促使内质网摄入Ca2+，减少胞浆中的游离Ca2+，使平滑肌舒张，而这种舒张作用对维持妊娠期间子宫的静息状态具主要意义。3对分娩的影响很多研究表明，NO参与分娩的启动。在分娩前和分娩时，子宫内NOS的活性下降。有试验研究了孕期子宫NOS的变化情况，发现在妊娠后期iNOS便开始下降，临近分娩时，子宫肌、胎膜、孕体和母体触面等处的NO全面减少。到分娩开始时，子宫NO已下降至最低水平，这意味着依赖于NO的子宫妊娠状态结束，NO的抑制作用解除，子宫肌兴奋性上升，进而发动分娩。同时，NO也是控制子宫、盆骨功能从妊娠状态向分娩状态转变的关键因子。有研究发现，分娩到来时，在子宫NO产生减少的同时，骨盆中的NOS表达却显著上升说明分娩时盆骨中NO的产生4对泌乳的影响NO参与乳腺血流量的调节。NO是血管舒张因子，向乳腺灌入NO供体可使乳腺产生一个快速持续的乳腺血流量增长，而灌入NO抑制剂却可使乳腺血流量下降65%。采用组织染色的方法检测到NOS在乳腺血管内皮细胞和分泌性上皮细胞均有分布，因而可能是上皮细胞通过分泌NO来控制其血流的供给[22]。进一步的研究发现乳腺中生成的NO量会随泌乳期发生变化，有试验表明，山羊妊娠后期和泌乳早期乳腺中NO合成显著加强，并且乳腺外NO更新率降低，因此推测NO是围产期局部范围内上调乳腺功能的一个重要因子。5主要作用机制NO具有独特的理化性质和生物学活性，与Fe2+亲和力高，而且具有脂溶性，能快速通过生物膜扩散，这使得它具有自分泌/旁分泌的作用，即NO产生后，不仅对自身细胞，也能对相邻细胞中的靶分子发生作用，起着细胞或突触间的信息传递作用。Yallampalli[23]1993年提出妊娠期间子宫内存在一个L-精氨酸-NO-cGMP系统，在足月妊娠前，孕酮水平增高，该系统作用增强，抑制妊娠期子宫收缩，而在足中，无论是内源产生NO或是外源NO，由于浓度差异，造成NO对细胞迁移、增生和MMP-2分泌具有不同的作用，NO在低浓度时起促进作用，高浓度时起抑制作用，而调节过程可能是通过激活Akt/PKB信号通路而使Akt/PKBSer-473磷酸化起作用。通常认为，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蛋白质相结合，产生比较稳定的亚硝基血红素复合物。NO与细胞内可溶性鸟苷酸环化酶(sGC)血红素辅基中的铁反应生成NO-血红素，致使血红素中铁与酶蛋白的键断裂，解除了血红素中铁对sGC的抑制，激活sGC，使细胞内产生大量的cGMP(cyclicGMP)，从而激活依赖于cGMP的蛋白激酶，进一步产生一系列生物效应[25～27]。NO-cGMP通路在多种组织、细胞中广泛存在，是一种新的细胞信息传递和细胞功能的调节机制。NO通过NO-cGMP通路来调节不同的生殖过程，从而在生殖过程中起着重要的作用。6小结NO参与了雌性动物生殖中的多个生理过程，诸多试验表明，在动物生殖系统的子宫、胎盘和卵巢中都有分布，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，增加[20][21]认为NO的减月分娩时，孕酮水平下降，cGMP同时还参与胚胎着床、维持妊娠、调少使得胎盘脉管系统的阻力增加，而胎儿的氧和营养供应短缺，兴奋的子宫肌施加于胎儿的机械压迫增加，诱导胎儿下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴产生应激反应，大量分泌皮质醇，启动分娩。效应系统发生改变，NO-cGMP舒张子宫平滑肌的作用减弱，导致子宫收缩，触发分娩，产后NO-cGMP作用进一步减弱，有利于子宫复旧。沈政[24](2004)年通过试验研究系统地说明，在JAR细胞节分娩等。由于NOS和NO对生殖的调节