Aquaporin-4基因敲除對CD1雌性小鼠生殖功能的影響及其機制研究.pdf

1、水通道蛋白(aquaporins，AQPs)是一類廣泛存在于原核真核生物細胞膜上，選擇性高效轉(zhuǎn)運水分子的特異孔道，對機體的水平衡和細胞微環(huán)境的穩(wěn)定發(fā)揮關鍵作用。迄今為止，經(jīng)分子克隆發(fā)現(xiàn)的哺乳動物AQPs家族已有13個在蛋白質(zhì)序列上有同源性的成員(AQP0～AQP12)。其中AQP4在腦內(nèi)的表達最為豐富，主要表達于星形膠質(zhì)細胞和室管膜上皮細胞，富集于朝向血管面、軟腦膜面和神經(jīng)突觸的膠質(zhì)細胞膜區(qū)。這種分布特點提示AQP4在維持腦內(nèi)的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)

2、態(tài)中發(fā)揮重要作用，它可能是膠質(zhì)細胞參與腦功能調(diào)節(jié)的重要結構基礎。 AQP4在下丘腦弓狀核(arcuatenucleus，ARC)和視前區(qū)(preopticarea，POA)的星形膠質(zhì)細胞膜也有表達，ARC和POA是下丘腦神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)中的重要區(qū)域，含有多種神經(jīng)遞質(zhì)及肽類物質(zhì)，其中促性腺激素釋放激素(gonadotropin-releasinghormone，GnRH)主要調(diào)節(jié)垂體前葉的生殖內(nèi)分泌功能。下丘腦-垂體-卵巢軸(hyp

3、othalamus-pituitary-ovaryaxis，HPOA)是影響雌性生殖能力的重要調(diào)控因素，在生殖功能中發(fā)揮主要的調(diào)節(jié)作用。GnRH神經(jīng)元分泌GnRH，調(diào)節(jié)垂體中促性腺細胞分泌卵泡刺激素(follicle-stimulatinghormone，F(xiàn)SH)和促黃體生成素(luteotrophichormone，LH)，促性腺激素作用于性腺受體，引起性腺激素分泌并影響生殖功能。因此，位于下丘腦星形膠質(zhì)細胞膜表面的AQP4可能通過調(diào)

4、節(jié)星形膠質(zhì)細胞的功能而影響GnRH神經(jīng)元釋放GnRH，繼而調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-卵巢軸，最終影響生殖功能。 有研究報道AQP4在大鼠的所有腺垂體組織包括嗜堿性、嗜酸性、嫌色腺細胞及濾泡星形細胞膜上均有表達，分布在這些部位的AQP4可能參與了激素釋放的調(diào)節(jié)過程。因此，分布于嗜堿性內(nèi)分泌細胞膜上的AQP4也可能直接調(diào)節(jié)FSH和LH的分泌過程，進而影響下丘腦-垂體-卵巢軸功能。 目前尚無文獻報道AQP4對生殖系統(tǒng)功能的影響，涉及到

5、AQP4與生殖相關的研究文獻也為數(shù)不多，主要集中于研究各種水通道在生殖生理及病理過程中的表達變化。已有研究發(fā)現(xiàn)小鼠妊娠和分娩過程中，AQP4在子宮及宮頸的表達有變化，提示AQP4參與調(diào)節(jié)妊娠和分娩過程。最重要的是，我們在飼養(yǎng)CD1小鼠的過程中發(fā)現(xiàn)，同樣的培育條件下，AQP4+/+小鼠繁殖能力明顯強于AQP4-/-小鼠?；谏鲜鲅芯勘尘凹鞍l(fā)現(xiàn)，本文工作應用AQP4基因敲除小鼠，研究AQP4基因敲除對CD1雌性小鼠生殖系統(tǒng)的影響及其相關神經(jīng)

6、內(nèi)分泌機制；闡明AQP4對生殖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，為研究生殖能力的調(diào)控提供新的思路。 本文工作首先利用交配實驗觀察并比較了AQP4+/+雌性小鼠與AQP4-/-雌性小鼠的受孕率及每胎產(chǎn)仔數(shù)，結果表明AQP4基因敲除后，雌性小鼠的受孕率及每胎產(chǎn)仔數(shù)下降，即雌性小鼠的生殖能力下降。在此基礎上，進行超排卵實驗以佐證AQP4基因敲除對雌性小鼠生殖能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，AQP4-/-雌性小鼠超排卵數(shù)、卵泡數(shù)及子宮反應性(子宮內(nèi)膜厚度和子宮重量

7、)均低于AQP4+/+雌性小鼠。此外，體重及腎上腺重量測定結果表明：AQP4基因敲除對生長及腎上腺系統(tǒng)無影響。形態(tài)學觀察結果顯示：兩種小鼠的子宮、卵巢大體形態(tài)無明顯差別，但AQP4+/+雌性小鼠的卵巢囊狀卵泡數(shù)、黃體數(shù)均多于AQP4-/-雌性小鼠，子宮內(nèi)膜較AQP4-/-雌性小鼠厚，卵巢亦重于AQP4-/-雌性小鼠。 為進一步探討AQP4基因敲除對CD1雌性小鼠生殖功能影響的機制，本文工作運用RT-PCR及Westernblot

8、技術分別從mRNA水平和蛋白水平觀察AQP4在垂體、子宮和卵巢的表達，研究結果表明：在正常生理狀態(tài)下的垂體、子宮、卵巢，能檢測到AQP4mRNA水平轉(zhuǎn)錄，但未檢測到蛋白水平表達。應用陰道涂片觀察動情周期，統(tǒng)計結果表明：AQP4基因敲除并未影響雌性小鼠的動情周期。進一步運用電化學發(fā)光法測定性激素水平顯示：AQP4-/-雌性小鼠動情后期的雌、孕激素水平明顯低于AQP4+/+雌性小鼠，提示AQP4基因敲除可能通過調(diào)節(jié)HPOA功能而降低雌性小鼠

9、生殖功能。 綜上所述，本文工作首次研究、闡明了AQP4基因敲除對CD1雌性小鼠生殖功能的影響及其神經(jīng)內(nèi)分泌機制。研究結果表明：1)AQP4基因敲除降低CD1雌性小鼠的生殖能力，提示AQP4對CD1雌性小鼠的生殖系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)作用。2)AQP4通過調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-卵巢軸的激素水平而影響CD1雌性小鼠的生殖功能。 本文工作的主要創(chuàng)新點：1.首次發(fā)現(xiàn)AQP4基因敲除降低CD1雌性小鼠的生殖功能，提示AQP4對生殖功能具有重要的