原始生殖细胞的发生、发育与EG细胞

农业生物技术学报Journal of Agricultural Biotechnology 2005,13(3):382~387

*基金项目：国家自然科学基金项目(No.30200137)，国家基础研究发展(973)项目(No.G199954304-3)，国家高技术研究与发展计划(863)项目

(No.2002AA216161)和教育部重大科技项目(No.03160)资助。

华进联:男,1971年生,助理研究员。E-mail:.**通讯作者。Author for correspondence.E-mail:.收稿日期：2004-05-19接受日期：2004-06-03

·综述

·原始生殖细胞的发生、发育与EG 细胞*

华进联

刘雨潇董武子杨炜峰窦忠英**

(西北农林科技大学国家干细胞工程技术研究中心陕西分中心，

杨凌712100)摘要：对原始生殖细胞(PGCs)的起源和发生，PGCs 发生和发育的相关基因，原始生殖细胞与性别分化，PGCs 的分离培养和EG 细胞等作一简述。

关键词:原始生殖细胞;胚胎生殖细胞;生殖细胞;哺乳动物

Specification and Development of Primordial Germ Cells

and Embryonic Germ Cells

HUA Jin-Lian

LIU Yu-Xiao DONG Wu-Zi YANG Wei-Feng DOU Zhong-Ying**

(

)

This paper reviews the origin ,specification and the genes related to the origin ,specification of primordial germ cells

(PGCs)and sex differentiation,isolation and culture of PGCs and embryonic germ cells(EG)cells and its related

problems.

primordial germ cells(PGCs);embryonic germ(EG)cells;embryonic stem(ES)cells;mammal

生殖细胞是精子和卵细胞的前体细胞，来源于原始生殖细胞(primordia germ cells,PGCs)。在胚胎和个体发育过程中，PGCs 经不断分裂发育和分化演变为成体动物器官中的精子和卵细胞。长期以来，人们对各种脊椎和非脊椎动物的精子和卵细胞发生的生理学特性作了较深入研究，但对生殖细胞的祖细胞—原始生殖细胞的研究相对较浅显，且大多以线虫、果蝇、蝾螈和斑马鱼等低等动物的研究为主。

在早期胚胎发育中，生殖细胞聚集，

形成携带母源卵子的特殊细胞质—生殖质、极性胞质和极性颗粒等生殖细胞决定子。20世纪50年代，人们开始研究小鼠原始生殖细胞。研究表明，哺乳类与其它低等动物如鸟类PGCs 有相似的来源和发育分化途径。PGCs 来源于上胚层，以变形运动的方式迁移至背肠系膜，后定位于中肾内侧和背肠系膜之间的由脏壁中胚层形成的生殖嵴(生殖腺原基)中。PGCs 定向迁移受生殖嵴的吸引及其迁移途径周围细胞的细胞外基质如纤连蛋白(fibronectin,FN)和一些细胞生长因子(如

steel 因子，TGF 茁1等)的作用而控制。在迁移过程中，PGCs 不断分裂增殖，随胎龄增长，性别发生分化，生殖嵴演变为雄性的睾丸和雌性的卵巢，PGCs 形成生殖细胞(精子和卵子)(Mclaren,2003;Wylie,1999)。

1原始生殖细胞的起源和发生

PGCs 来源于胚外内胚层或上胚层，多数观点认为PGCs 来源于上胚层(epiblast)(Mclaren,2003;Wylie,1999；Lawson and Hage,1994)。7.0dpc(days post coitum,交配后天数)小鼠PGCs 表达非特异性碱性磷酸酶(TNAP)，PGCs 最早出现于7.25dpc;7.0～7.5dpc ，PGCs 定位于后肠,从8.5dpc 开始迁移，经背肠系膜迁移至中肾侧的生殖嵴。PGCs 首先在胚外中胚层至原条可检测到，随后5d ，相继迁移到生殖嵴。9.5dpc ，PGCs 离开后肠，通过背肠系膜向靶器官生殖嵴迁移；11.5dpc ，所有PGCs 到达生殖嵴。在此迁移中，PGCs 数目主动增殖300倍，即

第3期华进联等:原始生殖细胞的发生、发育与EG细胞

从8.5dpc的50～100个增殖至12.5dpc的25000～30000个，分裂周期为16h。12.5dpc，雄性生殖细胞呈索状排列，雌性则随意排列。13.5dpc，雄性生殖细胞进入有丝分裂休止期，而雌性则开始减数分裂形成卵原细胞，后休止于减数分裂前期I。出生后性成熟时，雄性生殖细胞恢复有丝分裂，形成雄性睾丸精原干细胞，进一步减数分裂形成成熟精子；卵原细胞恢复减数分裂波，产生成熟卵子(Mclaren, 2003;Wylie,1999；Lawson and Hage,1994；Buehr, 1997)。

2PGCs发生和发育的有关基因

2.1和

Frigilis是由干扰素（IFN）介导的细胞表面跨膜蛋白，具有保守性IFN反应元件和IFN家族分子的一些性质。促进生殖细胞形成和同型聚集，与周围体细胞相区别。在胚胎早期至6.0dpc,上胚层微弱表达,至6.25dpc-6.5dpc(原肠胚前)，外胚层近点侧和胚外外胚层接触处，表达显著加强；

7.25dpc尿囊基点，强表达，PGCs在此聚集；

表达直至后肢芽期(7.5dpc)，到早期头折期，渐减退；到迁移期(8.5dpc)，大量减少(Saitou., 2002)。

是标志生殖细胞发生的第1个基因。

参与染色体构成和RNA加工，是新生PGCs 定型(specification)的在生殖细胞系表达的第1个基因。与周围体细胞相比，PGCs稳定高表达；新生PGCs表达，同时表达，而不表达;但不表达或低表达的细胞肯定检测不到。表达与PGCs生成直接相关。在发育期胚胎PGCs，明显表达，多能性ES和EG 细胞均表达，可能与多能性细胞增殖有关。卵母细胞和附植前胚胎表达，是维持多能性的关键基因。和是PGCs定型和与原条期周围体细胞相区别的关键分子(Saitou .,2002)。PGCs发生定型的可能分子顺序包括总是先于基因抑制的强表达，随后表达(Saitou.,2002)。

2.2基因

是一种属于POU家族的转录因子，

基因所表达的蛋白是一个细胞全能性的标志，也是维持细胞多能性的一个重要转录因子(Eiges and Benvenisty,2002),在早期胚胎发育中起重要作用。

基因缺失的胚胎不能形成真正的全能胚胎细胞，只能发育到囊胚期，在胚胎附置后不久死亡，因为其内细胞团(ICM)不能正常发育(Nichols., 1998;Pesce.,1998)。对抑制ICM分化和胚胎发育过程未分化状态的维持起关键作用。人类在PGCs迁移到性腺和正常性腺均检测到表达。至20周龄胎儿，睾丸表达逐渐下降，在3~4月龄一些细胞仍然持续表达，这与性原细胞经终末期分化为早期精原细胞发生一致。在正常睾丸，未检测到表达。雌性原始卵原细胞表达，但在形成原始卵泡时下调。间性和遗传性缺陷的表达有所改变。在人类卵巢，在第1次减数分裂启动时，沉默，而在睾丸，

的下调随性原细胞的分化而发生(Rajpert-De., 2004)。

2.3

Nanog是一种能够独立于LIF/Stat3，独自维持ICM和胚胎生殖(embryonic stem,ES)细胞的多能性的ES细胞内源性同源异型蛋白(Chambers., 2003;Mitsui.,2003;Bhattacharya.,2004; Hart.,2004)。Nanog分子在ES细胞以及胚胎癌细胞中表达，但在造血干细胞、腔壁内胚层(parietal endoderm)、成纤维细胞、成体组织或分化的ES细胞中不表达。Nanog分子出现于ES细胞来源的致密桑椹胚或胚泡的ICM。Nanog分子可持续在ES细胞和上胚层中表达。在6d小鼠胚胎原条的上胚层近端区域可检测到Nanog表达，随原肠胚期原条延长，表达向远点扩展，后限制性表达于外胚层。在形成中胚层和限定性内胚层表达下调。在11.5～12.5dpc胚胎性腺的多能性干细胞和NT2畸胎瘤细胞中检测到mRNA。在小鼠和人类成体组织和ES细胞分化细胞中表达下调(Bhattacharya.,2004)。Nanog缺失的ICM分化为脏壁内胚层样细胞。后肠迁移期，PGCs表达基因，为迁移期所必需(Tsuda., 2003)。至于基因在原始生殖细胞和EG细胞的详细表达情况，有待进一步深入研究。

2.4其它相关基因

PGCs在生殖嵴定居后，开始表达包括高度保守mouse vase homology(Mvh)，生殖细胞核抗原(Gc-na1)和germ cell-less(GCL)等在内的生殖细胞特异性基因，随后，和等其它基因下调，基因表达改变表明生殖细胞发生了重编程。PGCs除表达外，还表达和(和可用来识别生殖细胞和外胚层

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