第三节　卵母细胞产生的生殖生理

卵母细胞是女性的生殖细胞。卵母细胞的数量和质量是决定女性生育力的关键因素。因此，掌握卵母细胞产生的生殖生理是实施女性生育力保护的必需条件。

一、生殖细胞的发生

哺乳动物生殖细胞谱系在发育过程中建立很早。原始生殖细胞起源于外胚层近中心区域，靠近胚胎内胚层的外面。它们的出现受转化生长因子-β（TGF-β）超家族成员包括骨形态形成蛋白（BMP）-2、BMP-4及BMP-8的信号影响。原始生殖细胞的前体必须表达BMP信号的下游介体（Smad1和Smad5），才能成功地发育。

宫内胚胎发育到第6～7周时，卵原细胞群通过有丝分裂扩大到大约1万个细胞，第8周大约为60万个。从此时起，卵原细胞的基数同时受三个进程的影响：有丝分裂、减数分裂和卵原细胞闭锁退化。它们共同影响的结果是，到妊娠20周时生殖细胞数达到峰值：600万～700万。在妊娠中期，当卵巢生殖细胞基数到达顶峰时，总生殖细胞的2/3正处在减数分裂中的初级卵母细胞；其余的1/3为卵原细胞。生殖细胞的数量随后降低的一个原因是卵原细胞有丝分裂率的下降，大约在妊娠第7月结束有丝分裂过程。生殖细胞数减少也是卵原细胞闭锁率增加的结果，卵原细胞闭锁在妊娠5个月时达到顶峰，随后接着是卵泡闭锁，后一过程大约在妊娠第6个月开始。从妊娠中期开始不可恢复的损耗推进了性腺生殖细胞库的缩小，至出生时卵巢中只剩余100万～200万个生殖细胞。此数量至近青春期进一步减少为30万个；进入青春期后，卵泡由非促性腺激素依赖发育推进至促性腺激素依赖发育并成熟，每个月发育一批卵泡，经历募集、选择、优势化，但最后只有一个卵泡发育成熟并排卵。因此，女性一生中只有约400～500个生殖细胞发育成熟并排卵。

二、卵泡的生命周期

卵巢的皮质中存在不同大小的代表不同发育阶段的卵泡，卵泡是卵母细胞的居住地。卵泡的发育始于始基卵泡到初级卵泡的转化，始基卵泡可在卵巢内处于休眠状态数十年。始基卵泡发育远在月经周期起始之前，从始基卵泡发育至窦前卵泡是非促性腺激素依赖发育阶段，需9个月以上的时间（图1-3-1），从窦前卵泡发育到成熟卵泡经历持续生长期和指数生长期，是促性腺激素依赖发育阶段，共需85天，实际上跨越了3个月经周期（图1-3-2）。一般卵泡生长的最后阶段正常约需15天左右，是月经周期的卵泡期，即卵泡指数生长阶段，该阶段卵泡对促性腺激素刺激最敏感。

（一）卵泡的生长及与卵母细胞发育成熟的关系

根据形态、大小、生长速度和组织学特征，可将卵泡的生长分为以下几个阶段：

1.始基卵泡

又称原始卵泡，是女性的基本生殖单位，也是卵母细胞储备的唯一形式。始基卵泡位于皮质浅部，体积小，数量多，始基卵泡中央有一个初级卵母细胞，周围为单层扁平的卵泡颗粒细胞。初级卵母细胞是在胚胎时期由卵原细胞分裂分化形成，随即进入第一次减数分裂，并长期停滞于分裂前期，直至排卵前才完成第一次减数分裂。

2.窦前卵泡

由始基卵泡发育形成，为初级卵泡与次级卵泡分化阶段。始基卵泡的梭形前颗粒细胞分化为单层立方形细胞之后，称为初级卵泡。与此同时，颗粒细胞合成和分泌黏多糖，在卵母细胞周围形成一透明环形区，称透明带。颗粒细胞的胞膜突起可穿过透明带与卵母细胞的胞膜形成缝隙连接，这些胞膜的接触为卵母细胞的信息传递和营养提供了一条通道。最后初级卵泡颗粒细胞的增殖使细胞的层数增至6～8层，卵泡增大，成为次级卵泡。颗粒细胞内出现卵泡刺激素（follicle stimulating hormone，FSH）、雌激素和雄激素三种受体，具备了对上述激素的反应性。卵泡基底膜附近的梭形细胞形成两层卵泡膜，即卵泡内膜和卵泡外膜。卵泡内膜细胞出现黄体生成素（luteinizing hormone，LH）受体，具备了合成甾体激素的能力。

3.窦卵泡

在雌激素和FSH协同作用下，颗粒细胞间积聚的卵泡液增加，最后融合形成卵泡腔，卵泡增大直径达500μm，称为窦卵泡。窦卵泡发育后期，相当于前一卵巢周期的黄体晚期和本周期卵泡早期，血清FSH水平及其生物活性增高，超过一定阈值后，卵巢内有一组窦卵泡群进入了“生长发育轨道”，这种现象称为募集。约在月经周期第7天，在被募集的发育卵泡群中，FSH阈值最低的一个卵泡，优先发育称为优势卵泡，其余的卵泡逐渐退化闭锁，这个现象称为选择。在卵泡发育早期，被选择的卵泡与卵泡群的其他成员没有显著的形态学差别。不过，优势卵泡可以通过其大小和颗粒细胞的高有丝分裂指数同其他成员区分开来。只有在优势卵泡的卵泡液中可检测到FSH，其E₂水平也比其他卵泡高很多。月经周期第11～13天，优势卵泡进一步增大，分泌雌激素量增多。不仅如此，在FSH刺激下，颗粒细胞内又出现了LH受体及催乳素（prolactin，PRL）受体，具备了对LH、PRL的反应性。此时便形成了排卵前卵泡。

4.排卵前卵泡

为卵泡发育的最后阶段，卵泡液急骤增加，卵泡腔增大，卵泡体积显著增大，直径可达18～23mm，血清雌激素量达到300pg/ml左右，卵泡移行向卵巢表面突出。其结构从外向内依次为：①卵泡外膜：为致密的卵巢间质组织，与卵巢间质无明显界限；②卵泡内膜：从卵巢皮质层间质细胞衍化而来，血管丰富，细胞呈多边形，较颗粒细胞大；③颗粒细胞：无血管存在，细胞呈立方形，其营养来自外围的卵泡内膜，在颗粒细胞层与卵泡内膜层间有一基底膜；④卵泡腔：腔内充满大量清澈的卵泡液和雌激素；⑤卵丘：突出于卵泡腔，卵母细胞深藏其中；⑥放射冠：直接围绕卵母细胞的一层颗粒细胞，呈放射状排列；⑦透明带：放射冠与卵母细胞之间一层很薄的透明膜。

排卵前卵泡具有卵泡液内高浓度雌激素、孕激素以及低浓度雄激素的特征。卵泡晚期小卵泡的激素状态以高浓度雄激素和低浓度雌激素、孕激素为特征。与血浆中的水平相比，卵泡越大，窦腔液FSH浓度越高，并且在可测及FSH的窦腔液中E₂水平较高。在灵长类动物排卵前卵泡的颗粒细胞上表达功能性LH受体，使LH能够替代FSH促进终末阶段卵泡的成熟。此时的初级卵母细胞又恢复减数分裂，在排卵前36～48小时完成第一次减数分裂，产生一个次级卵母细胞和一个很小的第一极体。第一极体位于次级卵母细胞和透明带之间的卵周间隙内。次级卵母细胞随即进入第二次减数分裂，并停滞于第二次减数分裂中期，此时的卵母细胞具备了受精的能力，并等待受精，称为成熟卵母细胞。

（二）卵母细胞的生长调控

卵母细胞的分化和生长是刺激卵泡生长的一个重要部分。生长中的卵母细胞是代谢活跃的细胞，在胚胎植入前的早期阶段，合成支持生长和发育的mRNA和蛋白的过程持续进行。事实上，卵母细胞将给发育中的胚胎提供大部分的胞质和胞核成分。卵母细胞与周围颗粒细胞跨透明带突起直接连接，即缝隙连接，通过双向转运营养、生长因子和其他分子支持卵母细胞的生长。

卵母细胞的形态改变在生长期发生，其中包括通过活跃的生产、装配以及分泌成分蛋白，形成精微的透明带。增加几种胞质细胞器的数量，尤其是线粒体，估计其数量在充分生长的人类卵母细胞内大约有50万个。不过，卵原细胞中存在的中心粒却在卵母细胞生长期丢失。改变细胞器的分布，包括线粒体、内质网、高尔基复合体在胞核周围邻近区域的聚集。

在生长期，卵母细胞具备了减数分裂成熟的能力。获得减数分裂能力的分子基础尚不明确。然而，只有在卵母细胞达到某种临界大小之后才会发生。有减数分裂能力的卵母细胞具有一些特性，包括细胞周期蛋白P34cdc2、细胞周期蛋白B及cdc25水平的升高。很可能在细胞周期重新开始之前，卵母细胞必须获得的这些蛋白最低阈值数量。重要的是，在减数分裂过程中，染色体正确地分离依赖于完美的卵泡发生和卵母细胞的生长；在年长妇女的卵巢中，这些过程可能受到损害，导致染色体不分离和胚胎的非整倍性。

尽管基因组印记的再建直到胚胎发育的种植前晚期才完成，但是在卵母细胞生长期它就开始发生了，该过程至少部分受到了DNA甲基转移酶作用的影响。无论是卵母细胞还是男性生殖细胞中印记建立的失败，均会导致母系或父系等位基因异常表达。全部丢失卵母细胞的母系印记会导致完全性葡萄胎的形成。

除了减数分裂能力的发育，生长中的卵母细胞开始获得支持植入前胚胎发育和发育至足月的能力，即所谓的“发育能力”。迄今，对发育能力还无明确定义，不过它包括卵母细胞胞质改造精子DNA的能力，以及提高产生钙振荡的能力。产生的母系mRNA池，高度稳定，直到成熟或受精才能被翻译，这也是发育能力的一个重要方面。当卵母细胞完成了生长，转录终止，蛋白的翻译明显变慢。

（三）排卵

卵母细胞和它周围的卵丘颗粒细胞一起被排出的过程称排卵。排卵前卵泡进入排卵前状态，卵母细胞与放射冠漂浮在卵泡液中。卵泡壁颗粒细胞层和卵泡膜及其外围的卵巢组织变得很薄。卵泡突出于卵巢表面，类似一个水泡，最后破裂，出现排卵。排卵时随卵母细胞同时排出的有透明带、放射冠及小部分卵丘内的颗粒细胞。

导致排卵的内分泌调节为排卵前血LH/FSH峰的出现，其机制：排卵前，由成熟卵泡分泌的雌二醇在循环中达到对下丘脑起正反馈调节作用的峰值（E₂≥200pg/ml），促使下丘脑促性腺激素释放激素（gonadotropin releasing hormone，GnRH）的大量释放，继而引起垂体释放大量促性腺激素，出现LH/FSH峰。LH峰是即将排卵的可靠指标，出现于卵泡破裂前36小时。LH峰促使初级卵母细胞完成第一次减数分裂，排出次级卵母细胞和第一极体。在LH峰作用下排卵期卵泡黄素化，产生少量的孕酮。LH/FSH排卵峰与孕酮协同作用，激活卵泡液内蛋白溶酶活性，使卵泡壁隆起尖端部分的胶原消化成小孔，称排卵孔。排卵前卵泡液中的前列腺素显著增加，排卵时达高峰。前列腺素可促使卵泡壁释放蛋白溶酶，有助于排卵。排卵多发生在下次月经来潮前14天左右。卵母细胞可由两侧卵巢轮流排出，也可由一侧卵巢连续排出。卵母细胞排出后，经输卵管伞部捡拾、输卵管壁蠕动及输卵管黏膜纤毛活动等协同作用进入输卵管，并循管腔向子宫侧运行（图1-3-3）。

卵母细胞排出后若在24小时内未受精，次级卵母细胞即退化；若与精子相遇受精，次级卵母细胞即完成第二次减数分裂，形成一个受精卵和一个第二极体。

卵母细胞成熟就是指卵母细胞减数分裂的过程，故又称成熟分裂或减数分裂。卵母细胞的减数分裂包括两次分裂过程。第一次减数分裂后，染色体数目减半，从二倍体细胞（46，XX）变为单倍体细胞（23，X）。第二次减数分裂是在排卵之后受精进行中完成，包括染色体的复制，同源染色体配对与重组、交换。完成受精的受精卵恢复为双倍体。

（四）黄体形成和退化

1.黄体形成

排卵后，卵泡液流出，卵泡腔内压下降，卵泡壁塌陷，形成许多皱襞，卵泡壁的卵泡颗粒细胞和内膜细胞向内侵入，周围有结缔组织的卵泡外膜包围，共同形成黄体。排卵后的卵泡颗粒细胞和卵泡内膜细胞在LH峰的作用下进一步黄素化，分别形成颗粒黄体细胞及卵泡膜黄体细胞，分泌孕酮和雌二醇，黄体细胞的直径由原来的12～14μm增大到35～50μm，在血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）作用下颗粒细胞血管化，孕酮由此进入体循环中。排卵后7～8天黄体体积和功能达最高峰，此时黄体直径增大至1～2cm，外观色黄。黄体血管的发育与孕酮的产生相平行。到黄体充分形成的时候，内皮细胞大约占细胞成分50%。黄体的血管生成由血管生成因子支配，包括由LH触发的血管内VEGF和碱性FGF。壁层颗粒细胞对LH峰反应所历经的明显形态学改变，统称为黄素化。正常黄体功能的建立需要正常发育的排卵前卵泡形成以及FSH刺激和一定水平的持续LH的作用。

2.黄体退化

若排出的卵母细胞受精，黄体则在胚胎滋养细胞分泌的人绒毛膜促性腺激素（human chorionic gonadotropin，HCG）作用下增大，转变为妊娠黄体，至妊娠3个月末才退化。此后胎盘形成并分泌甾体激素维持妊娠。若卵母细胞未受精，黄体在排卵后9～10天开始退化，其机制尚未完全明确。正常月经周期黄体期限于14天，黄体的退化即黄体溶解包括功能性改变（如内分泌改变，最明显的是孕酮生成减少）及结构改变（如凋亡和组织退化）。退化时黄体细胞逐渐萎缩变小，周围的结缔组织及成纤维细胞侵入黄体，逐渐由结缔组织所代替，组织纤维化，外观色白称白体。黄体退化表现为雌孕激素下降致子宫内膜脱落月经来潮，卵巢中新一批卵泡开始发育，开始新的卵泡周期。

（五）卵泡闭锁

在性成熟期，除妊娠及哺乳期外，卵巢不断地重复着周期变化，但在妇女一生中，绝大多数卵泡均在发育过程中退化，成为闭锁卵泡。闭锁卵泡的组织学特征为卵母细胞退化坏死，被吞噬细胞清除，颗粒细胞层分解，细胞脂肪变性，卵泡塌陷最后纤维化。

三、卵泡及其周围物质

生长的卵母细胞表达一系列卵泡发育、受精和植入前发育的基因。基因敲除小鼠证实了一些与卵泡发育相关的卵母细胞特异性转录因子。Figla、Sohlh1和Lxh8在形成始基卵泡的过程中是必需的，而Nobox则参与了始基卵泡到原始卵泡的转化过程。Dazl、Cpeb1及Ybx2为DNA或DNA连接蛋白，参与调节卵母细胞中mRNA翻译。已证实几种卵母细胞内特异表达的基因为成功受精和植入前发育所必需的，包括与透明带形成有关的基因，透明带是卵母细胞周围的细胞外基质。透明带保护卵泡内生殖细胞的发育，输卵管内的卵母细胞，以及卵裂期胚胎。透明带还作为最初与精子接触的部位，在受精之后成为屏障防止多精子受精。有3个基因具有编码ZP1、ZP2、ZP3的特征，这些蛋白是透明带主要的硫酸糖蛋白。四种在卵母细胞内形成的“皮质下母体复合物”的母体相关基因为：Nlrp5、Filia、Ooep及Tle6。

四、卵巢衰老

伴随着年龄增长，卵泡池和卵母细胞的质量和数量都呈下降趋势。绝经后的卵巢多半缺乏卵泡，卵泡消耗在生育期最后10年内明显加速。在平均年龄45～46岁时，达到低于几千卵泡的临界数量，并出现月经不规律。部分研究认为切除单侧卵巢和未产与早绝经有关，产次增加与晚绝经有关。

绝经后卵巢重量不超过10g，结构上无光泽，表面皱缩。衰老卵巢形态上的主要改变是体积缩小和基质纤维化增强，结缔和瘢痕组织累及。直到末次月经5年后还可以发现少数始基卵泡、成熟过程中卵泡及闭锁卵泡。血管网减少、血管腔缩小及血管壁增厚或硬化是其特征，这造成多普勒超声影像检查评价中卵巢基质的血流减少。随着衰老，卵巢表面上皮发生变化。突起和囊腔出现的频率减少，表面上皮细胞变得扁平，微绒毛减少并缩短。可以观察到凋亡和坏死细胞数量增多。卵巢衰老反映了决定卵泡总数的遗传因素、继发于正常细胞受损代谢的添加效应，以及影响卵泡生存力的环境因素等方面综合的作用。

（叶　虹　沈小力）