卵巢的生殖功能

卵巢是女性的性腺，其主要功能包括：①产生卵子并排卵的生殖功能；②产生性激素的内分泌功能。卵巢对人类后代的繁衍起着主要作用，卵子的发生和成熟、卵泡的发育及激素生成是生殖过程的两个主要方面，前者指卵细胞的生命周期，后者指卵巢的功能单位——卵泡的形态学变化，而激素的分泌则反映其变化过程中的功能表现。以上各过程组成人类完整的生殖过程。

一、卵泡发育成熟过程

（一）卵细胞的发生及其生命周期

原始生殖细胞（primordial germ cell，PGC）起源于近尿囊的卵黄囊壁内胚层，于胚胎25d开始，以变形运动沿着后肠的背侧系膜向生殖嵴迁移，在胚胎6周时约有1000个原始生殖细胞进入生殖嵴。在女性中，原始生殖细胞进入性腺即成为卵原细胞，随之带入一些中胚叶细胞，以后成为颗粒细胞。妊娠第6～8周卵原细胞通过有丝分裂不断增殖，至妊娠第16～20周时两个卵巢内生殖细胞数达高峰值600万～700万个，以后增殖速率下降，减少速率与卵原细胞总数量、有丝分裂和细胞凋亡活性有关，至妊娠7个月时停止。原始生殖细胞的增殖与卵巢内表皮生长因子、转化生长因子α的作用有关，目前对参与的信号调控亦有一定认识，如Kit/KL通路、FGFs通路、LIF细胞因子对PGC增殖和存活具有正调控作用，TGFβ-activin/nodal信号对PGC增殖具有抑制作用。在妊娠第8～13周时，可能由于卵巢门网状组织分泌“减数分裂诱导物质（meiosis inducing substance，MIS）”，一些卵原细胞开始进行第一次减数分裂，标志着它们向初级卵母细胞进化。初级卵母细胞（primary oocyte）在第一次减数分裂的过程中长期停滞在前期双线期（prophase dictyotene）阶段。抑制减数分裂的物质可能来自外围的颗粒细胞，如卵母成熟抑制物（oocyte maturation inhibitor，OMI）、环磷腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）等，直至育龄期后每次排卵前夕，第一次减数分裂才分次恢复。排卵时，在LH高峰的作用下，初级卵母细胞排出第一极体，完成第一次减数分裂，转化为次级卵母细胞，次级卵母细胞进入输卵管内，当精卵结合后，排出第二极体，最后完成第二次减数分裂。妊娠7个月时停留在卵原细胞期的生殖细胞则会凋亡，通常出生时卵原细胞已不存在了，在卵巢中的卵母细胞只剩100万～200万个，妇女一生卵巢内卵细胞的储备在胎儿期已成定局。卵原细胞的有丝分裂、减数分裂及退化3种过程决定了卵巢内卵细胞的数目，但近年有学者研究，卵巢中可能存在具有再生潜能的生殖干细胞群，在出生后卵巢生殖细胞可继续增殖，使始基卵泡池不断更新及补充。这一观点的提出使始基卵泡池作为唯一的卵泡储备库的历史观点受到挑战。

（二）卵泡的生长发育

卵泡的发育和生长过程从始基卵泡到窦前卵泡、窦状卵泡及排卵前卵泡，在各级各期卵泡都有闭锁。从始基卵泡发育到次级卵泡，此过程大约需要9个月，从早期窦状卵泡（直径0.1mm）到排卵前卵泡（直径20mm）的发育时间需85d或3个卵巢周期，但每个自然周期一般只有一个卵泡排卵（图4-1）。卵泡的发生包括卵泡的募集、选择和优势化。①卵泡募集：指卵泡从静止池分离出来开始生长，并获得一组可进一步生长的窦状卵泡的过程，分为初始募集和周期募集。初始募集是指卵泡进入“生长曲线”，即卵泡从静止状态开始一系列生长发育的过程，但在任何时期都可发生闭锁而离开生长曲线，这数百个卵泡经过65d的生长过程大都退化；周期募集是指卵泡获得了对促性腺激素发生反应的能力，并严格依赖于这些激素以维持其继续生长。②卵泡选择：仅1～2个募集卵泡被选择并继续存活，该卵泡通常称作优势卵泡，多余的募集卵泡则闭锁。③卵泡优势化：优势卵泡（排卵前卵泡）在抑制其他卵泡生长的基质中存活、发育及成熟。

1.始基卵泡的形成 始基卵泡（primordial follicle）又称为原始卵泡，卵母细胞进入第一次减数分裂双线期时才能和前颗粒细胞形成始基卵泡。妊娠13～16周时，卵巢皮质内陆续形成许多始基卵泡，其直径30～60μm，由一个处于减数分裂双线期的初级卵母细胞（直径9～25μm），一层来自生发上皮或卵巢网的梭形前颗粒细胞及一层基底膜组成。初级卵母细胞周围外包前颗粒细胞，为卵原细胞提供暂时的保护，避免卵原细胞闭锁。始基卵泡是妇女的基本生殖单位，亦是卵细胞储备的唯一形式。当生殖细胞通过有丝分裂增殖时，卵泡数相应增多，约于妊娠20周时卵泡数最多600万～700万个，以后不再有新卵泡形成，新生儿两侧卵巢有70万～200万个原始卵泡，7—9岁时约30万个，青春期约4万个，至40—50岁时仅剩几百个。正常女性从青春期至绝经，仅有400～500余个卵泡能发育成熟、排卵，其余卵泡均在发育的不同阶段退化为闭锁卵泡（atresic follicle）。

2.窦前卵泡的形成

图4-1　卵泡发育周期

（1）初级卵泡（primary follicle）：原始卵泡从静止状态向生长状态的初级卵泡转变称为原始卵泡的发育。于妊娠第5～6个月，位于卵巢中央的一部分始基卵泡被募集，开始发育至初级卵泡。其中，包绕卵母细胞的梭形前颗粒细胞变为单层柱状颗粒细胞，颗粒细胞有丝分裂开始并有微量的卵泡刺激素受体（follicle-stimulating-hormone receptor，FSHR）和黄体生成素受体（luteotrophic hormone receptor，LHR）出现；并在胎儿垂体分泌的促性腺激素（妊娠5个月后开始）FSH促进初级卵泡内颗粒细胞分泌黏多糖，围绕卵母细胞形成透明带（zone pellucida，ZP），但薄而不连续，其内有卵母细胞和卵泡细胞微绒毛和内层卵泡细胞胞突伸入；卵母细胞逐渐增大，直径为26～27μm。透明带包绕增大的卵母细胞形成窦前初级卵泡（preantal primary follicle），直径为110～120μm。研究表明，原始卵泡的生长启动主要受卵巢局部多种内分泌、旁分泌和自分泌因子的调节；最新的研究发现，促性腺激素受体即卵泡刺激素受体和黄体激素受体基因敲除小鼠卵巢卵泡的发育启动是正常的，证实原始卵泡的生长启动不受下丘脑-垂体轴的直接调控；同时，原始卵泡的细胞连接以及细胞间信号通讯对这一过程起着重要的调控作用。

（2）次级卵泡（secondary follicie）：初级卵泡继续发育形成次级卵泡，其显著变化是颗粒细胞上出现卵泡生长发育所必需的3种特异性受体，即FSH受体（可达1500个）、雌激素受体（estrogen receptor，ER）、雄激素受体（androgen Receptor，AR）、卵泡内膜上出现LHR；在此阶段，颗粒细胞进一步增殖变为多层，细胞数量增加，与卵母细胞之间形成间隙连接，该连接是两者间进行营养物质和生物信号交换的通道。当初级卵泡颗粒细胞增殖至3～6层时，其与周围间质细胞之间形成基底膜。基底膜内侧间质细胞分化为卵泡内膜（theca interna），卵泡内膜细胞呈纤维细胞样环绕基底膜分布。外侧间质细胞分化为卵泡外膜（theca externa），与周围间质细胞融合在一起，从而形成完整的卵泡膜层（thecal layer）。卵泡膜细胞层形成的同时，靠近基底膜的毛细血管网和淋巴管开始出现，卵泡膜间质细胞开始分化，出现LHR和合成甾体激素的活性；同时，透明带继续增厚，结构变得致密。初级卵泡发育成为次级卵泡后迁徙进入卵巢髓质内以获得更多的血液供应。

窦前卵泡的发育不依赖于垂体促性腺激素，卵母细胞分泌的生长分化因子（growth differentiation factor 9，GDF-9）和骨形态发生蛋白15（bone morphogenetic protein 15，BMP-15）在窦前卵泡发育过程中起主要作用。GDF-9可促进大鼠的窦前卵泡合成雄激素从而促使窦前卵泡发育为窦卵泡，BMP-15可促进转基因小鼠卵泡生长，阻止卵泡成熟，而在卵泡发育早期缺乏BMP-15的野生型小鼠可出现超排卵，表明BMP-15在早期卵泡发育中的重要性。

3.窦卵泡的发育

（1）早期窦卵泡（early antral follicle）的发育：从窦前卵泡（Ⅰ级卵泡）向早期窦卵泡（Ⅳ级卵泡）发育，大约需要60d，为张力生长期（tonic growth phase）。此期卵泡从直径为0.12～0.2mm的窦前卵泡发育成直径为2mm的窦卵泡，2mm的窦卵泡在结构上已具备在体外成熟的能力，但Wynn等研究发现，卵泡直径达到5mm时卵母细胞才具有完全成熟的能力。从窦前卵泡到排卵约需要85d。

窦前卵泡在排卵前3个周期的第15～19天开始发育，25d后，即排卵前2个周期的第11～15天，Ⅰ级卵泡发育为Ⅱ级卵泡，20d后，即排卵前2个周期的黄体晚期发育为Ⅲ级卵泡，15d后，即排卵前1个周期晚期卵泡期发育为Ⅳ级卵泡，10d后转化为Ⅴ级卵泡。此时，卵泡直径增加15倍，颗粒细胞数量增加600倍，此阶段在颗粒细胞分裂增殖同时，颗粒细胞间出现大小不等的液腔，继而汇合成一个大的卵泡腔，由于组成卵泡壁的卵泡细胞排列密集呈颗粒状，故称颗粒层。卵泡腔内液体为卵泡液，由颗粒层细胞分泌的糖胺多糖和血浆渗入而成。颗粒细胞围绕增大的卵母细胞形成卵丘，突入卵泡腔内。此时的卵泡被称为窦状卵泡或三级卵泡，直径约为2mm（图4-2）。

（2）窦状卵泡的募集：虽然每个卵泡都有发育成熟的潜能，在前一周期的黄体晚期，由于黄体功能的退化，雌二醇、抑制素A及孕激素的浓度显著下降，从而导致下丘脑脉冲性释放Gn RH的频率增加，引起黄体末期FSH浓度的增加，超过一定阈值浓度后，那些能够对当时FSH水平作出反应的窦卵泡被选择，以获得进一步依赖Gn RH的生长发育，称之为周期募集，通常所说的募集多指周期募集。在随后的黄体-卵泡转化期，高于阈值的FSH浓度促使募集的卵泡快速生长，即称为“FSH窗”；本周期早卵泡期，在卵泡抑制素B和雌二醇的负反馈作用下，FSH浓度逐渐降低，一旦FSH低于卵泡选择的阈值水平，FSH窗即被关闭。

（3）优势卵泡的选择：在被募集的卵泡簇中，有一个卵泡获得定向发育为优势卵泡并具有排卵能力的过程。窦卵泡转化为雌激素优势化卵泡是被“选择”为优势卵泡（dominance follie）的前提条件，每个月经周期一般仅有一个优势卵泡形成。早卵泡期优势卵泡与非优势卵泡在形态上并无差别，但卵泡液激素微环境的研究显示，优势卵泡的颗粒细胞分裂指数高、卵泡液FSH及E2浓度高、A 2浓度低，E2/A 2比值高，因此，对FSH敏感性高；不仅如此，优势卵泡基底膜外膜细胞血供较丰富，可以向该卵泡输送较多FSH，LH，LDL-C，生成较多的E2及P。FSH和雌激素促进优势卵泡发育的作用表现为：①优势卵泡颗粒细胞存在较多的FSH受体，对FSH反应性较强，生成较多的雌激素，形成卵泡内高雌激素微环境，雌激素增强FSH作用。②雌激素抑制垂体FSH分泌，间接抑制FSH对未成熟卵泡的芳香化酶和雌激素生成的作用，诱导卵泡向雄激素微环境转化，促进卵泡闭锁。③雌二醇分泌高峰和优势卵泡形成同步出现，血清及卵泡液E2水平与优势卵泡的体积成正相关关系。同时，卵巢局部旁分泌、自分泌调控机制能提高或降低某个卵泡颗粒细胞对FSH的敏感性，使优势卵泡与非优势卵泡在相近水平的FSH供给下，有截然不同的命运。动物实验提示，卵巢内能提高颗粒细胞对FSH敏感性的物质有胰岛素样生长因子、转化生长因子β及激活素等。抑制颗粒细胞敏感性的物质有表皮生长因子、转化生长因子α及抑制素等。优势卵泡选择的同时，未成熟卵泡开始闭锁，新一周期的卵泡开始募集。

图4-2　卵泡发育周期

从此时起，优势卵泡在双侧卵巢中占主宰地位，它决定了该周期卵泡期的期限；正是募集与选择机制精确地控制了人类卵巢自然周期排出卵子的数目。

（4）优势卵泡快速生长期：排卵前10～15d，即前周期的黄体晚期第25～28天，经过选择形成的优势窦卵泡进入快速生长期，从Ⅴ级卵泡发育为Ⅷ级卵泡，成为排卵前卵泡，此期为促性腺激素依赖性生长期。血液和卵泡液中FSH快速升高，卵泡液急骤增加，卵泡腔增大，卵泡体积和颗粒细胞数量呈几何指数增加，颗粒细胞数量增加160倍，卵泡直径增大至20mm（图4-3）。FSH增强颗粒细胞芳香化酶活性，促进卵泡膜细胞生成的雄激素（睾酮和雄烯二酮）转化为雌激素，形成FSH-雌激素优势卵泡内环境，这对于卵泡的最后成熟和排卵至关重要。月经周期第9天时，优势卵泡中卵泡膜血管密度高于其他窦卵泡2倍，以便于促性腺激素的渗入。此时，即使促性腺激素水平降低，而优势卵泡内仍保持相对高的FSH浓度和反应性，以维持其自身的继续生长发育和功能，可能的解释有以下方面：①以往高水平的FSH使卵泡细胞产生了大量的FSH受体，因此，即使在低水平的FSH作用下，卵泡仍可保持良好的反应性和芳香化活性；②卵泡局部产生的血管内皮生长因子使局部的FSH得到浓缩；③卵泡合成的激活素和IGF-1可增强FSH的效应，使卵泡膜细胞合成的雄激素增加，从而增加了芳香化的底物，加速芳香化过程和颗粒细胞的增殖，即产生所谓的“滚雪球效应”，使优势卵泡得以进一步发育。在优势卵泡内，随着卵泡内雌激素的增高，FSH的作用从升调自身受体作用转向促进LH受体的生成，为成功的对未来LH高峰产生反应和排卵做准备。同时FSH和雌激素也增强LH对优势卵泡的作用，因LH能够促进已受FSH预激作用的颗粒细胞生成LH受体。

图4-3　卵泡生长的速度和周期

4.排卵前卵泡 排卵前卵泡（preovulatory follicle）即成熟卵泡（mature follicle），也称格拉夫卵泡（Graafian follicle），其结构包括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，细胞成多边形，此层含丰富血管。③颗粒细胞：细胞呈立方形，细胞间无血管存在，营养来自外周的卵泡内膜。在颗粒细胞层与卵泡内膜层之间有一层基膜。④卵泡腔：腔内充满大量清澈的卵泡液和雌激素。⑤卵丘：呈丘状突出于卵泡腔，卵细胞深藏其中。⑥透明带：为在放射冠与卵细胞之间一层很薄的透明膜。⑦放射冠：直接围绕卵细胞的一层颗粒细胞，呈放射状排列。同时，即将排卵的卵泡从卵巢深层向卵巢表面移动，并从含有丰富纤溶酶原抑制因子系统的细胞中摆脱出来。

二、排　卵

当卵泡直径达18～20mm并明显地突起于卵巢表面时，卵泡膜和卵巢包膜破裂，在大部分卵泡液流出之后，卵细胞及其周围的颗粒细胞从卵泡内缓慢地排出，称为排卵（ovulation）。月经周期中，从卵泡开始生长发育到排卵，为卵泡期，卵泡期可长短不一，但相对稳定，若月经28～30d来潮1次，排卵一般发生在下次月经来潮前14d左右，卵子可由两侧卵巢轮流排出，也可由一侧卵巢连续排出。

（一）雌二醇高峰

排卵前，优势卵泡（排卵前卵泡）雌激素分泌增加形成的雌二醇高峰是促进下丘脑-垂体GnRH-LH的扳机，即促进垂体分泌具有高生物活性的碱性、高糖基化FSH和LH分子。月经中期，雌二醇高峰促进FSH和LH高峰取决于两个重要因素：①血浆E2浓度必须≥200 pg/ml，只有当优势卵泡直径≥15mm才会引起雌二醇高峰；②E2高峰持续的时间必须≥50h，才能发挥正反馈作用。

（二）FSH及LH高峰

FSH是促卵泡成熟激素，而LH和HCG是排卵激素。FSH高峰促进排卵前卵丘细胞扩散和弥散形成卵子-卵丘细胞团，并自由漂浮于窦卵泡腔液中，FSH高峰也可确保颗粒细胞层LH受体补给。LH高峰是雌二醇正反馈作用、下丘脑GnRH和垂体FSH及LH脉冲性释放频率及振幅同步性增强的结果，也是促进优势卵泡最后成熟、破裂和排卵的重要因素。LH高峰促进卵母细胞重新开始第一次减数分裂、卵丘复合物伸展、颗粒细胞黄素化、促进卵泡破裂需要的前列腺素和纤溶酶原激活因子生成。

排卵前24～36h，成熟卵泡颗粒细胞雌激素生成达到高峰，而LH高峰出现于E2高峰之后，LH高峰通过增加雄激素浓度抑制未成熟卵泡发育，并保证优势卵泡的最后成熟和排卵；LH高峰浓度必须维持14～27h才能确保排卵前卵泡最后完全成熟，LH高峰必须维持48～50h，才能确保排卵，而排卵多发生于LH高峰后10～12h，或雌二醇高峰后24～36h，排卵过程持续6～8h。排卵后血浆雌二醇浓度急剧下降与LH对自身受体功能降调和排卵期孕酮高峰抑制卵泡细胞增殖相关。

LH高峰促进卵细胞完成第一次减数分裂，排出第一极体，初级卵母细胞成熟为次级卵母细胞，并开始进行第二次减数分裂直到精卵结合和第二极体排出；排卵时，LH高峰通过增强c AMP活性，解除颗粒细胞生成的卵母细胞成熟抑制因子和血管内皮细胞生成的黄素化抑制因子、内皮素-Ⅰ对卵子成熟的抑制作用，重新恢复成熟。同时，LH促进颗粒细胞和卵泡膜细胞分泌、增加卵泡液和卵泡内压、促进卵丘膨胀和排卵需要的前列腺素和二十碳烯酸的合成，使排卵前卵泡液中前列腺素E及F和羟基二十碳四烯酸甲酯浓度明显升高，排卵时达到高峰，前者可促进卵泡壁蛋白溶酶分泌、卵巢内平滑肌细胞收缩和卵丘细胞复合物排除，后者则促进血管生成和炎症反应。排卵前卵泡内中性粒细胞侵入由白介素趋化作用介导，其促进与排卵、黄体形成和凋亡相关的细胞变化。

LH高峰促进卵泡内孕酮升高和组胺释放，引起孕酮高峰，促进卵泡壁解离和卵泡壁弹性的变化。卵子排出前卵泡壁胶原降解，卵泡壁张力增加，变得菲薄而脆弱。FSH及LH和孕酮高峰共同增强蛋白溶酶活性，促进卵泡壁胶原消化和膨胀性。

LH高峰的关闭机制与多种机制相关，包括LH受体的降调、雌二醇正反馈作用消失、孕酮负反馈作用增强、GnRH释放脉冲频率和性激素浓度变化等。另外，FSH促进颗粒细胞生成促性腺激素高峰抑制因子（gonadotropin-surge inhibitor，GnSIF）于排卵期达到高峰，其抑制LH释放和预防卵泡过早黄素化。为确保排卵，雌二醇高峰、LH高峰和卵泡成熟必须同步化，在时间和空间两个层面保持协调一致。

三、黄体的形成和退化

排卵后的卵泡塌陷，LH促进塌陷的排卵卵泡内颗粒细胞分泌血管内皮生长因子和碱性成纤维细胞因子，促进新生血管快速增生，并深入到基底膜和颗粒-卵泡膜细胞层，直达中央腔隙内，以供应丰富的血液和低密度脂蛋白-胆固醇，使其充满血液形成血体。排卵后3d，黄素化颗粒细胞和卵泡膜细胞体积增大，细胞质内充满黄体素使其外观呈现橘黄色而形成黄体。黄体除黄体细胞外，还含有内皮细胞（约占成熟黄体细胞总数的50%）、白细胞和成纤维细胞。

颗粒细胞和卵泡膜细胞黄素化分别形成大型颗粒黄体细胞和小型卵泡膜黄体细胞。黄体细胞之间的间隙连接时细胞间物质和生物信息交换的通道，其间存在连接蛋白-43。

在LH作用下，黄体细胞分泌孕激素和雌激素，另外，胰岛素样生长因子也促进黄体孕激素和雌激素的生成，雌、孕激素可以自分泌或旁分泌方式调节黄体功能。另外，颗粒黄体细胞合成缩宫素、松弛素、抑制素、甾体激素、肽类激素和多种生长因子。黄体功能于排卵后7～8d达高峰，黄体酮分泌达高水平，雌二醇分泌也再度上升。若为受孕则于第9天开始衰退。正常排卵周期中，从LH高峰到月经来潮，黄体平均寿命较固定，为（14±2）d。退化的黄体最终形成玻璃样物质，称为白体。从黄体退化到白体形成需6～8周。黄体的退化和溶解的原因并非LH降低，因整个黄体期LH与其受体结合力无明显变化，改变LH脉冲性释放频率或幅度也不能引起黄体溶解；黄体退化与溶解可能与前列腺素和雌激素升高相关，以及与蛋白溶解酶、基质金属蛋白酶（matrix metallo proteinases，MMPs）活性升高相关。HCG可部分性地阻抑MMP过度表达，增加基质金属蛋白酶组织抑制剂（tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMPs）生成，改善黄体功能。若受孕，则HCG分泌增加（从排卵后第9～13天开始）促进黄体转化为妊娠黄体，其作用可持续到妊娠第9～10周直到胎盘功能完全建立。