性别是指男女之间的区别,主要是指建立在遗传基础上的解剖结构和生理活动的不同,广义而言还包括两性之间心理、行为和社会角色关系等方面的差别。性别是有多种因素决定的,包括基因性别(染色体组成)、性腺性别(性腺的类型)、表现型性别(内外生殖器类型),稍长还有社会身份性别、心理性别等。出生之后的每一个人类个体都会被自然地赋予一个男性或女性的性别角色,人类社会无论是蒙昧初开的古时,还是到包容开明的今天,始终都无法认同男女之外或男女之间的另外一个性别,任何介于两性之间或处于两性之外的个体均被视为性别异常,表现在生理和解剖方面即为性别障碍和性别畸形,临床上一般是指生殖器形态异乎正常的性器管发育并表现出性征问题。
个体的性别以染色体核型、外生殖器、生殖道、性腺等方面的协调一致为基础,如果染色体、外生殖器、生殖道和性腺之间出现矛盾导致性别畸形的产生。通常在新生儿出生时其生殖器不能明确指定为某特定性别,但也有时在青春期阶段才表现出来。对于出生时外生殖器表现型不明确的新生儿,诊断性别畸形比较容易,但性别的认定有时却非常困难,需要详细的病史询问、系统的体格检查、染色体与性染色质检查、分子生物化学检查,有时要借助于影像学和内镜或手术探查等,并经过综合分析才能明确诊断。性别畸形的治疗同样复杂,需要综合考虑解剖、功能、心理和社会等各方面的因素,常常需要建立一个长期的序列治疗计划,是一项复杂的系统工程,需要多学科和专业的配合,还包括家长和患者的直接参与及配合。患者家庭还需要遗传病理生理知识的了解,以及再出生性别畸形的危险性、职业检查、产前诊断甚至产前治疗等方面的建议支持,有时需要社会工作者的辅导与帮助。
性别发育和性别分化的胚胎学基础
胚胎的性别发育包含两个基本要素:性别决定(sex determination)和性别分化(sex differentiation)。性别决定是指生殖腺(睾丸和卵巢)的形成;性别分化是指在一系列激素影响下生殖器官(内生殖器和外生殖器)表现型的形成,这两个过程联合决定了性别的发育。进而在青春期,性激素进一步强化性器官表现型,继之以获得生育潜能。正确理解了性别决定和性别分化的过程,那么两性畸形的发生的特定阶段就可以合理的推断确定。
在胚胎第7-8周之前,两性之间尚未形成组织结构和功能的区别,都同样具有午非管(Wolffian duct)、苗勒管(Mullerian duct)、尿生殖脊(urogenital ridge)和外生殖器原基, 为无性别时期。正常新生儿出生时的性别表现型依赖于在胎儿发育特定时间内,按特定序列进行的一系列事件的结果,这个过程受遗传基因的控制,受胚胎体内激素的影响,也有赖于特定靶器官组织的激素受体具有正常功能,三者缺一不可。这些因素的作用是在某个特定的时间作用于特定的胚胎组织才能发挥作用,超过其作用的时间段、激素水平异常、或者相应的靶组织不敏感都会产生相应的畸形。
胚胎的生殖器发育基础是女性生殖器官发育,在没有雄激素和抗苗勒管激素的作用的情况下都自动发育成为女性的生殖器官,即副中肾管(苗勒管)将自动发育成为输卵管、子宫和阴道的上部,而泄殖腔诸结构将自动发育成阴道下段和女性外阴。胚胎发育成女性是自然现象,之所以有男性的发育在于睾丸的存在及其产生睾丸酮及抗苗勒激素(AMH)等发挥内分泌作用的结果,正常睾丸内分泌作用的存在就使胚胎发育成男性。在睾丸酮和AMH的作用下苗勒管退化,午非管发育分化为输精管、附睾、精囊。
一、生殖腺(性腺)的分化
胚胎第5周生肾索迅速增大从腹后壁向腹腔方向嵴状隆起,称为尿生殖嵴(urogenital ridge) 。两条尿生殖嵴上各出现一条纵行的沟将尿生殖嵴分为内外两份,内侧部分即为生殖嵴(genital ridge),外侧部分为中肾嵴。生殖嵴上有生殖上皮增生,是生殖腺的起源地;。随着生殖上皮增殖并向深部深入,大约妊娠5-6周时,形成生殖细胞索,即为原始生殖腺(undifferentrated gonad)。此时,原始生殖腺的组织形态无差别,并且具有双向分化潜能。原始生殖腺有3部分组成:生殖上皮、间充质和原始生殖细胞。
原始生殖腺之所以分化成为睾丸和卵巢是受遗传基因的控制,人类Y染色体上决定睾丸分化的基因称为睾丸决定因子(TDF) ,TDF位于Y染色体短臂上。正常情况下,常染色体上与性别决定有关的应答基因受TDF调控。TDF诱导睾丸组织的发生,而睾丸产生的激素使个体表现型向男性化方向分化发育。1990年Sinclair等发现Y染色体的性别决定区基因,称为SRY(sex-determining region on the Y chromosome)基因。目前认为TDF就位于Y染色体的性别决定区,SRY是TDF的最佳候选基因。Y染色体上有两个功能区都与性别决定有关,一个是拟常染色体区(Pseudoautosomal region),位性染色体末端,是X和Y染色体的同源区,彼此能进行交换;另一个就是SRY,在正常情况下不与X染色体进行重组。TDF就在距离拟常染色体区边界附近35个碱基内。SRY基因只在睾丸中表达,而在卵巢、肺和肾中不表达。实验证实SRY基因表达的组织和时间与睾丸的分化一致。目前对于SRY是否就是TDF尚有争论。
可以肯定SRY基因是启动复杂的序列发育过程的重要因素,它指导原始生殖腺发育成为睾丸。关于SRY基因及其表达的SRY蛋白的始动因素、调节因素、作用方式及靶器官成分的性质尚不清楚。现在已经认识到性别决定是一个复杂的过程,研究表明SRY并非决定性别的唯一基因,迄今已经发现包括SRY在内至少6种基因(SR、XoX9、AMH、WT-1、SF-1和DAX-1等)参与胚胎性别决定从原始生殖嵴开始到两性内生殖器的形成过程。
源自卵黄囊内胚层的原始干细胞在胚胎第4-5周,通过背侧肠系膜移动并最终到达原始生殖腺,原始未分化生殖腺来自尿生殖边缘的体腔上皮,临近肾和肾上腺。干细胞到达原始生殖腺时数目大约为300-1300,并最终致性腺发育分化为睾丸或卵巢,没有这些干细胞,性腺的分化和发育就不可能实现,并导致性腺发育不全。
睾丸发育的首个组织学征象是从原性索和塞托利细胞(Sertoli cells)浓缩而来的生精索的出现,大约出现于胚胎7周;与此相反,卵巢要过约4周之后才会出现。胚胎第7-8周前,睾丸有可见的细管,并开始由塞托利细胞(Sertoli cells-足细胞或滋养细胞)产生苗勒管抑制物质/抗苗勒激素(MIS/AMH);源自于间充质的间质细胞出现在胚胎9周前,并且分化为睾丸间充质细胞(Leydig cells),睾丸间充质细胞可分泌雄激素,包括睾丸酮等。睾丸质团最初很小,循环中的激素水平也很低。原始干细胞从卵黄囊壁通过后肠系膜移动到性腺结构位置,该移动过程是依靠化学诱导和细胞粘附作用完成的,其具体作用机制仍未完全明确。
卵巢的发育比睾丸迟。虽然被认定为卵巢的性腺出现增大表现,但是,一直到第11或12周时才能分辨出从原始卵原细胞发育而来的卵母细胞的存在。大约第14周时,单层扁平颗粒细胞包裹卵母细胞形成原始卵泡,到第20-25周时达到最大,此时,部分原始卵泡已经发育成为初级卵泡,卵巢的形态特征才被清晰的分辨出来。
睾丸最初位于腹腔后上方,以后逐渐下降,直到降至阴囊内。睾丸下降的机制尚未阐明,可能与引带的作用有关。引带是位于原始生殖腺尾端与将来的阴囊或大阴唇之间的一个条索状结构。引带似乎有引导睾丸向阴囊的作用,其末端膨大形成短而厚的胶状结构,随着胚胎长大,控制睾丸在将来的腹股沟韧带的位置,并且在将来睾丸通过腹壁下降到阴囊的过程中也有重要作用。最近的研究显示Insl3与MIS/AMH、二氢睾丸酮(DHT)、松弛肽等协同作用引起引带的男性化,并引导睾丸下降。
12-15周前,已经可以发现睾丸位置改变与卵巢不同;之后10周睾丸形态无明显改变。在此期间,中枢神经系统也出现性别分化的不同。睾丸酮可直接地,或通过芳香化酶转化成雌激素,或者通过5α还原酶转化成二氢睾酮,对脑的性别发育产生影响。同时雄激素还对胚胎背根神经结内生殖股神经(GFN)的敏感核产生影响,该神经对之后调节睾丸从腹股沟到阴囊的下降起重要作用。
出生前睾丸移至阴囊内标志男性的性别发育完成,该过程分为睾丸跨过腹壁和在腹股沟阴囊内下降两个阶段。第一个阶段,至少在鼠体上观察到,睾丸下降受控于一种由睾丸产生的胰岛素样缩氨酸松弛肽的调节,编码该蛋白的基因受到干扰时就会引起隐睾症的发生。然而,对睾丸未降的男性家系基因研究却发现极少有该基因突变。第二阶段在腹股沟阴囊内下降是雄激素依赖性的,在性腺发育不良性的性机能减退症和雄激素不敏感综合征患者均表现为腹腔位睾丸。
大约胚胎第25周时,引带已延长到超过腹股沟管外环口并继续向阴囊延伸。同时通过壁腹膜的伸展和远端空洞化形成鞘膜突。引带向阴囊的延伸和移行是在男性化的生殖股神经(GFN)的控制下完成的,该神经在阴囊内感觉神经末梢释放降钙素基因相关多肽(CGRP-calcitonin gene-related peptide);降钙素基因相关多肽可能影响引带终端的有丝分裂、收缩、移动,从而影响睾丸的自腹股沟到阴囊的下降。随着妊娠的继续,CGRP还与睾丸酮一起作用使鞘膜突闭锁。
二、生殖管的分化
大约到胎龄7周时,无论是男性还是女性胚胎,内生殖管是相似的并且具有双向分化潜能。尿生殖脊都有退化中肾和发育中的原始生殖腺。内生殖管的发育形成是午非管(Wolffian ducts)和苗勒管(Mullerian ducts)发育和转变过程。午非管形成于中肾管并在局部高度集中的雄激素(睾丸酮)的作用下分化为输精管、附睾、精囊;而苗勒管则在无抗苗勒激素(AMH-anti-Mullerian hormone,分泌自塞托利细胞)的情况下稳定发育并分化形成子宫、输卵管、和阴道的上段。生殖管都由中肾管(Walffian ducts午非管)和副中肾管(Mullerian ducts苗勒管)组成,二者均位于尿生殖脊外侧游离缘内。在正常男性胚胎,午非管将发育成为附睾、输精管和精囊;而在正常女性胚胎体内,苗勒管将发育成为子宫、输卵管和阴道上段。下图表示生殖管的性别分化。
目前认为不论性染色体是XX还是XY,其生殖管道和外生殖器都可自动发育为女性,这种发育与卵巢的作用无关,之所以向男性分化是因为睾丸的存在及发挥正常功能。睾丸的间质细胞合成并分泌雄性激素,雄激素使午非管(中肾管)发育成附睾、输精管和精囊,并使外生殖器男性化。但是雄激素虽然能使午非管发育,却不能使苗勒管(副中肾管)退化。苗勒管退化消失与雄激素无关,但是与睾丸的存在有关。研究表明苗勒管的退化主要是由于苗勒管抑制物质(MIS)或抗苗勒管激素(AMH)作用的结果。
生殖管的男性化源于午非管的激素外分泌,继之以睾丸酮的分泌。同侧高浓度的睾丸酮和MIS/AMH可以使午非管保留, 而苗勒管退化。值得注意的是苗勒管在MIS/AMH作用下退化,但其退化只能在特殊的敏感期内完成,这个敏感期就是胚胎第8-12周,超过12周后MIS/AMH不能再引导副中肾管完全退化消失,其结果是不同程度的子宫、输卵管和阴道上段发育。下图示胚胎生殖器分化时间。
女性胚胎缺乏MIS/AMH和睾丸酮,其苗勒管得以保存,而午非管则逐渐退化。下部的苗勒管融合形成子宫、宫颈和阴道上部。没有Insl3和MIS/AMH等使引带随身体的增长而适度地延长,这样就使得卵巢比较接近保持原来的位置, 不象睾丸那样靠近将来的腹股沟管位置。
三、外生殖器的分化
约在胚胎第6周时,尿生殖窦膜的腹侧形成一个突起,称为生殖结节(genital tubercle)。在继续发育过程中,生殖结节两侧各生成一个生殖隆突(genital swelling),生殖结节的尾侧正中线形成一条浅沟,称为尿道沟,是尿道的前身,尿道沟两侧突起为尿道襞。胚胎第7周已经形成外生殖器原基,此时尚不能区分性别,生殖器原基具有双向潜能,从第8周开始才逐渐向男性或女性分化发育。男性胚胎,第8- 12周,生殖器原基在雄激素作用下逐渐发育分化成正常男性外生殖器,这里起作用的是二氢睾丸酮(DHT)而不是睾丸酮。结果是生殖结节增长形成圆柱状的阴茎;尿生殖窦的下段伸入阴茎并开口于尿道沟,不久,尿道沟两侧的尿道襞的后段逐渐向阴茎头端融合,表面留有融合线,称为阴茎缝,尿道口逐渐移向阴茎头。在龟头顶端,外胚层细胞向内生长出一个细胞索,以后细胞索管道化与尿道沟通,此时尿道外口开口至龟头顶端。生殖结节的间充质分化成阴茎海绵体和尿道海面体。生殖结节两侧的生殖隆突发育、移向尾侧并相互融合形成阴囊。
女性外生殖器的发育是在没有雄激素作用的情况下由胚胎外生殖器原基自然发育形成的,这个发育过程比男性稍迟。其生殖结节稍微增长形成阴蒂,两侧生殖隆突形成大阴唇,尿道襞不融合形成小阴唇,尿生殖窦的一部分形成尿道,其余大部分显著地变宽变浅,尿生殖窦膜破裂后,构成阴道前庭。在外生殖器的分化和发育过程中雄激素起到关键性的重要作用。早期生殖器原基分化形成男性外生殖器主要是二氢睾丸酮的作用,二氢睾丸酮是在5α还原酶作用下由睾丸酮转化成。后者的生物活性比睾丸酮强数倍,因此放大了其效应。胚胎第12周之后至出生,甚至以后青春期外生殖器的发育主要与睾丸酮有关。雄激素对胚胎外生殖器的分化发育作用有:
1、阴茎从生殖器原基上的发育;男性尿道的发育并开口至阴茎顶端:通常认为尿道襞融合形成尿道,其终端从阴茎头顶端凹陷部分而成。然而,最近的研究对尿道的发育有了新的认识,鼠和人胚胎的研究显示内皮尿道板从发育一开始就由生殖结节一直延伸到龟头顶端,并且(鼠胚)通过凋亡后管道化形成雄性尿道。在缺乏雄激素的情况下,尿道板形成大量凋亡使生殖结节因无相应的背侧生长而塌陷在会阴上。这样就形成女性的阴蒂和短的女性尿道。
2、阴囊阴唇壁融合形成阴囊并在中间形成阴囊脊:在女性胚胎,阴唇阴囊襞保持非融合状态而形成大阴唇。尿生殖窦壁的后部增厚而成的阴道板管道化形成下部阴道。
3、尿生殖窦发育成为膀胱和前列腺部尿道:融合的苗勒管尾端部分仍保持为前列小囊或精阜。而女性胚胎的阴道板,尿生殖窦后壁增厚,管道化形成阴道下部。
对于男性胚胎,雄激素保持对生殖器的作用超过第12周直到分娩,使其外生殖器继续发育成为完善发育的男婴形态。12周之后,双氢睾丸酮的作用逐渐减小,而随着睾丸的生长发育和产生睾丸酮的增多,睾丸酮的直接作用逐渐增强。同时,在睾丸酮和由GFN(生殖股神经)分泌的CGRP作用下,睾丸逐渐下降并发生鞘膜突闭锁。如果是女性胚胎,异常的雄激素水平会导致不同程度的阴蒂增大,阴唇融合及尿生殖窦形成。
三、胎儿性别发育的遗传和激素分泌调控
因为性别发育的基础形式是女性的性别发育,所以男性的性别发育是主动的强制介入过程,需要各种因子决定睾丸的形成、苗勒管退化以及男性内外生殖器分化形成。有一整套基因与睾丸的形成有关,其中许多基因仍未准确定位。对性别逆转综合征及鼠胚胎的研究已经基本阐明了一些关键基因- SRY基因。SRY基因,即Y染色体上的性别相关区基因,是控制睾丸形成的关键,实验将SRY基因引入XX鼠胚胎可见睾丸出现及雄性特征。X和Y染色体上的拟常染色体区成对出现常发生父性减数分裂。当SRY基因位置非常靠近拟常染色体区边界的时候,如果X染色体和Y染色体进行遗传物质交换时超过了其拟常染色体区界限,该基因可转移到Y染色体上。
SRY基因编码一种蛋白,该蛋白含有一个由80个氨基酸组成的中心区,是一大组高移动组(high mobility group,HMG)核蛋白的同源蛋白。SRY基因突变与性腺不育和完全性XY性逆转(Swyer’s syndrome)有关。然而,实际上发现只有15-20%这样的病人的SRY基因突变,这说明还有其他基因与睾丸决定有关。其中之一就是SOX9基因,它也编码一种含有HMG相关氨基酸修饰的蛋白,是一种转录因子。SOX9基因突变引起一种胸廓和肢体骨骼严重缺陷的综合征,并且在大多数情况下同时伴有性腺和生殖器官异常。SOX9基因可能由SRY基因激活,因为两基因暂时相关性的同时在胚胎的塞托利细胞(Sertoli cells)内表达。其他基因是否必须被这两种关键的转录因子调节仍未明确。值得注意的是SOX9基因可以上调AMH基因的表达。
到目前为止,尚未确定一种基因其产物与卵巢发育有关。然而,有报道类似一种抗睾丸(anti-testis)的基因存在。复制X染色体的短臂可导致完全XY性逆转,该区间上的DAX1基因是核激素受体之一。据推测,DAX1的过度表达要么直接阻止SRY,要么通过上调SOX9间接阻止SRY的活动。另一个定位于染色体1p34的WNT4基因表现为抗睾丸基因特性,基于其在XY女性化性逆转个体中1p32-1p35的复制。DAX1和WNT4二者初始在睾丸和卵巢中都有表达,之后仅持续在卵巢中。
胚胎的女性性别发育并不需雌激素的参与,相反,男性的性别分化却在特定时期需要高度浓缩的雄激素产物的参与。并且,主要的雄激素,包括睾丸酮和二氢睾丸酮(DHT),通过与靶组织的特定的雄激素受体(AR)结合调节性别发育。雄激素是由Leydig细胞合成,初始阶段是自主性,之后依赖于胎盘分泌的人绒毛膜促性腺激素(hCG)。妊娠后期,随着hCG的减少,雄激素的合成受控于胎儿自身垂体分泌的黄体活化激素(LH)。阴茎在妊娠后期生长发育,所以,小阴茎畸形常见于遗传性垂体机能减退的新生儿。
适当的雄激素水平及其足够的活性保障内外生殖器官的发育依赖于Leydig细胞膜正常的LH/ hCG受体的存在,进而在一系列酶反应下利用胆固醇合成睾丸酮,将睾丸酮转化为更具潜能的代谢物DHT,最终雄激素(睾丸酮和DHT)激活AR转录因子,这些物质的任何缺陷都可能导致XY性别发育畸形。雄激素是含有18个碳原子的类固醇激素,除产生于睾丸之外,雄激素还可来源于肾上腺皮质。具有雄激素活性的类固醇激素有多种,主要包括睾丸酮、雄烯二酮、脱氢表雄酮和雄酮等,其中以睾丸酮的活性较高;正常情况下,睾丸酮还可进入前列腺等组织细胞内,在5α还原酶作用下转变成二氢睾丸酮(DHT),二氢睾丸酮的生理活性比睾丸酮还大。
胎儿第20周左右时,泌尿生殖窦需要在二氢睾丸酮作用下发育为前列腺、阴茎、尿道和阴囊,当5α还原酶缺陷时,不能将睾丸酮转化为二氢睾丸酮,前列腺不发育,外生殖器分化不全。雄激素、雌激素和肾上腺皮质的生物合成有共同的原料-胆固醇,因此,三者都统称为甾体类激素。参与三种甾体类激素的生物合成的酶系统基本是一致的,除了11-羟化酶和21-羟化酶是皮质类固醇所特有的之外,其余的酶均为睾丸、卵巢和肾上腺皮质所共有;在这些甾体类激素的合成过程中相互联系,互为中间产物,任何一种酶缺陷或代谢障碍都可以直接或间接影响另外两种激素的生物合成和作用。下图是甾体类激素生物合成流程及相关的酶作用系统。常见的酶缺陷有21-羟化酶是导致先天性肾上腺皮质增生的主要原因;17α-羟化酶缺陷致女性男性化;17β还原酶缺陷导致脱氢表雄酮不能转化为雄烯二酮和睾丸酮致男性化不全;同样5α还原酶缺陷致二氢睾丸酮生成障碍造成XY男性化不全。
青春期的性别发育
青春期的生理变化与肾上腺类固醇和性腺类固醇有关,正常情况下性激素的产生和分泌受中枢神经系统促性腺激素释放激素的控制。促性腺激素释放激素(GnRH)是下丘脑产生的一种多肽激素,其分泌活动有周期性节律变化,它控制和调节垂体前叶合成和释放黄体生成激素(LH)和促卵泡激素(FSH)。促性腺激素释放激素的调节规律尚不清楚,但促性腺激素释放激素、黄体生成激素和促卵泡激素从胚胎到成人的各阶段的分泌水平已经比较明确。胚胎头三个月,胎盘产生的人绒毛膜促性腺激素(HCG)直接刺激胎儿性腺黄体生成激素受体,三个月之后,促性腺激素释放激素水平升高,代替HCG作用,并且胎儿黄体生成激素(LH)和促卵泡激素(FSH)用于完成性腺的成熟。
促性腺激素释放激素的分泌水平在出生时达到高峰直到出生后约6个月龄时,然后,其分泌活动降低直到青春期前。青春期开始,下丘脑-垂体-卵巢轴分泌活动再次增强,周期性的循环活动直到更年期绝经之后。患Turner 综合征的女性(一个X染色体丢失45XO或有一个异常X染色体)其雌激素水平特别降低,黄体生成激素和促卵泡激素水平升高到青春期前达到高峰,这意味着下丘脑分泌活动抑制。说明青春期以前下丘脑活动被正常情况下较低性激素水平所抑制。
至青春期,垂体逐渐成熟,肾上腺网状带产生雄性激素增多。这些类固醇转化产生睾丸酮,并负责加快生长,促使骨骺成熟,阴毛生长,还可能产生皮肤痤疮粉刺等改变。同样,这些活动改变的触发机制尚不明确。
对于男性的性发育而言,只需要黄体生成激素(LH)刺激睾丸间质细胞(莱迪希细胞)产生睾丸酮。雄激素作用产生男性青春期全部性征发育。这种所谓单一激素作用系统比较简单,很容易通过一个病理过程说明或模拟复制,而女性的协调惯序的发育过程要复杂的多。如果男性9岁之前出现青春期性征表现,就可认为有性早熟可能;相反,如果超过14岁之后仍无青春期发育,应考虑性发育延迟或无青春期性发育。男性青春期发育成熟的表现是睾丸增大、阴毛生长、阴茎增大、身高增长、胡须生长、男性体格形成等。
在女性的性发育过程中,必须有黄体生成激素(LH)和促卵泡激素(FSH)激发卵巢的功能活动,卵泡生长,和雌性类固醇激素的产生。雌激素激发乳房发育生长,女性体格形成,外阴延长,小阴唇增大,阴道粘膜成熟,子宫增大及月经初潮等。然而,肾上腺功能初现,阴毛的发育,体味的形成,身高的增加,骨骼的成熟等这些活动主要与肾上腺活动有关,在较小程度上与卵巢的雄激素合成作用有关。女性7~8岁之前出现青春期体征是早熟的表现,而到13岁仍无女性青春期表现就应当考虑有发育延迟的可能。女性青春期发育的结果是卵巢增大,乳房生长,阴毛出现,外阴生长,身高增加,月经来潮,及腋毛生长等。
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