第一節 胎兒性腺發育
一、原始的起源和遷移
性腺形成的經典假說認為，原始生殖細胞（primordial germ cell，PGC）首先出現在卵黃囊近端頂胚層部位，在后腸內經較長距遷移到達16體節附近，即生殖腺發育部位。后PGC離開后腸，向中腎腹側的生殖腺移動。即PGC首先由后腸引導，然后由其他機制引導到性腺原基。后腸對PGC運動的重要性體現在sox17-null后腸缺陷小鼠中，PGC在后腸內固定不能遷移。
澳大利亞學者Freeman則提出上述PGC的長距遷移可能并不成立，鑒于人類卵黃囊近端部隨胚胎折疊在妊娠第5周發育成為后腸的一部分，PGC很可能是通過被動轉位到達生殖腺原基。
BMP4和BMP8等特異信號分子可調控PGC標記蛋白Stella、Blimp1等的表達，對PGC形成至關重要。此外，RNA結合蛋白Lin28在PGC分化中也有重要作用，參與了PGC的形成、遷移過程；Prdm14-klf2復合體可促進PGC形成過程中的表觀修飾構建；Steel編碼Kit 配體或干細胞因子（stem cell receptor，SCF）、Kit則參與了PGC的遷移和存活。SCF可通過調控酪氨酸激酶樣蛋白Ror2在質膜的非對稱分布實現誘導PGC定向遷移。還有研究稱視黃酸（retinoic acid）可抗PGC凋亡、促其增殖。其他基因如ZFX（編碼一種鋅指蛋白）在PGC增殖和/或生存中也發揮重要作用。
盡管迄今為止已有不少相關研究，但PGC由后腸遷移至生殖嵴的具體路徑及機制尚未完全闡明，可能依賴于PGC與其周圍間質細胞之間的相互吸引、排除作用?，F有研究明確了部分生殖細胞特異標記物及其周圍組織的化學引誘分子，它們可能參與誘導PGC向生殖嵴遷移。還有研究表明，妊娠29天至7周間，胚胎PGC由背側后腸系膜遷移到生殖嵴的路徑和自主神經纖維走行路徑一致。研究通過超微結構及cKIT和OCT4等免疫組化標志物，定義神經纖維和PGC。研究還發現性腺內神經纖維與遷移PGC仍保持接觸。在妊娠第27天的豬胚胎中，生殖嵴內也可見來自神經嵴細胞的神經元細胞。綜上，在人胚胎、胎兒發現的神經-生殖細胞作用可能對PGC遷移有重要意義，甚至可影響性腺內生殖細胞分化行為。
PGC到達性腺原基后，卵巢即與中腎密切聯系并開始發育。在體腔上皮尚未成熟上皮基底膜仍缺乏時，PGC遷移至中腎腹側間質，此為性腺發育的第一個表征。在人類胚胎，第一批PGC約于妊娠30天開始進入了該區域，并在未來幾周內持續遷入。然而，PGC到達性腺的具體時間仍不明確。理論上只要性腺外存在PGC，它們就會持續向發育中的卵巢遷移。但鑒于新生兒卵巢中僅有極少量的PGC或卵原細胞，一周歲以后幾乎不可見PGC，上述PGC遷移很可能在胎兒時期即停止。在胚胎的睪丸中，絕大多數生殖細胞于妊娠6~7周或性別分化后即定位于睪丸索內。性分化后不太可能有更多的生殖細胞再穿透睪丸索的基底膜進入發育中的睪丸。此外，不論男女，在妊娠第7周胚胎背側腸系膜外仍可見少量PGC，這些細胞會否遷入性腺，或被清除，或滯留原位尚未闡明。
二、性腺組織的體細胞
性腺發育中的體細胞成分來源于中腎間質及中腎上皮細胞，還有部分來源于鄰近的體腔上皮。在發育的早期，體腔上皮因缺乏基膜，實際上僅為“偽上皮”。
根據物種的不同，上皮與其下組織之間的上皮基膜在此后不同時期才形成。是以PGC遷移至此時，形態學上體腔間質尚未完全分化，中腎組織也在其中并未分割開來。伴隨間質細胞、PGC共同存在的還有神經細胞、血管組織、血細胞，雖然常被忽視，但它們均是發育中卵巢的重要組成成分。
性腺中PGC的數量隨著更多PGC的遷入，以及遷入中腎后的有絲分裂而增加，隨著PGC數量增加生殖嵴也日漸成熟。發育中性腺內PGC的增殖行為受多種因素調控，如神經肽（垂體腺苷酸活化酶激活肽）等。
隨著生殖嵴的進一步發育，中腎也不斷退化為中腎管和/或鮑曼腔（Bowman’s capsules），中腎上皮來源的體細胞開始侵入生殖嵴。這些細胞在遷移到生殖腺的過程中將經歷上皮-間質轉化，到達生殖嵴后再次轉化為上皮樣細胞并分化形成卵巢網，后者則與未來發育的顆粒細胞有關。
中腎與性腺發育之間的聯系及其對于性腺形成的重要意義已被廣泛認可。在男性，來源于中腎的睪丸網與睪丸索之間的聯系早已得到學界公認；但在女性，卵巢發育早期形成的卵巢網同未來形成的具有內分泌功能的顆粒細胞之間的關聯，尚未得到廣泛認同。
三、性腺的形成與性別決定
最初形成的性腺無雌、雄之分，可分化形成睪丸或卵巢。原始生殖細胞到達生殖嵴之后開始性腺的分化，未分化的性腺在一些基因的作用下，進入了不同的發育路徑，最終形成睪丸或卵巢，這個過程即性別決定。
1966年，研究者發現了Y染色體短臂上的睪丸決定因子（testis determining factor，TDF）。1987年，美國科學家Page等進一步研究發現人Y染色體短臂的假常染色體區（pseudoautosomal boudary）含有一個Y連鎖鋅指蛋白（Y linked zinc-finger containing protein，ZFY）基因。1990年，Sinclair等在Y染色體短臂上找到了一個足以引起雄性化的更小片段，命名為Y染色體性別決定區（sex determining region of y chromosome，SRY），編碼包括能與DNA結合的高遷移率族蛋白（high mobility group，HMG）的蛋白質。SRY基因的HMG盒在哺乳動物間具有高度的同源性，SRY能通過HMG盒與特異的DNA序列結合，這種結合是SRY打開雄性發育通路的關鍵，如果結合能力減弱，就可能導致XY個體性逆轉為雌性。在小鼠胚胎，受精后10.5~12.5天SRY基因就在XY型胚胎的支持細胞前體細胞中表達，直到生殖嵴分化完成。SRY的表達激活了大量的信號通路，從而引起雄性特異的細胞增殖、細胞遷移，以及微管形成；導致性腺體積迅速增大，向雌性發育的通路或被抑制，或未被激活而發育為雄性。間充質細胞從中腎向性腺的遷移促進了精索的形成，如果這種遷移被阻滯，精索就不能正常形成。成年睪丸中，SRY的表達依賴于生殖細胞中的Y染色體。XX雄性小鼠因生殖細胞缺少Y染色體，其睪丸中并不表達SRY。因此，SRY在胚胎階段和成年睪丸中具有不同的功能。
SRY的鑒定是通過人類的性轉變確定的，但僅有約20%的性轉變患者具有SRY突變，提示在性別決定過程中，還有其他因素。如SOX9，人類SOX9失活時有75%的患者為XY女性性別，表明該基因在性別決定中具有重要作用。對小鼠的研究發現SOX9的表達在SRY表達后迅速開始，在受精后第11.5天的雄鼠生殖嵴中有明顯的表達上調，而在雌性中則明顯下降。通過轉基因技術使小鼠胎兒性腺的SOX9持續表達，將導致雌性向雄性的性逆轉。人XY型胎兒的SOX9即使只有一個拷貝發生突變，使其表達量低于正常水平，也會導致性別決定異常。此外，還有抗米勒管激素（anti-Müllerian hormone，AMH），也稱為米勒管抑制物（Müllerian inhibiting substance，MIS）。它由睪丸支持細胞產生，可使雄性體內的副中腎管退化，阻止其發育成雌性生殖器官。敲除小鼠AMH或其Ⅱ型受體基因后，雄鼠發育成假兩性體有完全的雄性生殖道，同樣也有子宮和輸卵管。這種雄鼠能產生正常的精子，但存在的雌性生殖器官阻斷了交配過程中精子進入雌性生殖道，睪丸間質細胞增生，將導致雄性動物中因雌性生殖器官分化而引發的隱睪癥和不育癥。威爾姆斯瘤抑制基因1 （Wilms tumor suppressor 1，WT-1）的突變或缺失，也并伴隨性逆轉及性腺發育異常等。WT-1敲除可導致小鼠受精后第14天生殖嵴不能正常的增厚。在小鼠和人的正常胚胎中，WT-1在性腺未分化期的生殖嵴中的表達早于SRY基因的表達，提示WT-1基因的產物可能參與調節SRY的表達。此外還有甾類生成因子（steroido genic factor 1，SF-1）、CBX2、POD1等重要基因都參與了雄性生殖嵴發育。
上述基因參與了雄性性別決定，在雌性，也有相應的一系列基因促進雌性性別決定。如人類Xp21的DAX1基因，是一種卵巢發育基因。研究發現當X染色體上2個拷貝的DAX1均表達時，即使個體具有SRY基因，也會發生XY個體雄性到雌性的性逆轉。在正在發育的小鼠性腺中，DAX1首先在未分化的雌雄生殖嵴體細胞中表達，后隨著睪丸索的出現，在個雄性中表達降低，而在卵巢發育時DAX1基因的表達則不變，即表現出性別二態性。進一步研究發現DAX1首先通過破壞WT-1的功能遏制SRY的表達，進而通過核受體共抑制物來抑制SF-1的轉錄激活功能，協同作用阻止具有雙向分化潛能的生殖嵴向雄性分化。
此外，RSPO1基因突變可導致完全性46，XX男性或XX真兩性畸形。RSPO基因在性腺形成時呈特異性的表達。小鼠研究發現受精后第10.5~11.5天，雌雄性腺中RSPOl表達量一致，隨后XX性腺中表達量明顯增多，到第14.5天，XX性腺中的表達量高于XY性腺5倍，可見RSPO1在性腺分化的關鍵時期有重要作用。RSPO1作為WNT配體可通過與卷曲蛋白（frizzled，FZD）家族特異受體等結合，啟動胞內的β-catenin聚集，阻止其降解，促進其入核，并與 T細胞因子（T cell factor，TCF）、淋巴增強因子（lymphoid enhancer factor，LEF）等共同激活下游基因轉錄，誘發卵巢形成。WNT4是WNT信號分子家族的一員，人類XY性別反轉的機制可能與1p31-35基因區的重復表達有關，其中即包含WNT4基因，WNT4的過量表達會激活DAX-l表達從而導致形成XY女性。RSPO1/WNT4共同參與WNT信號通路的調節，從而抑制生殖嵴向睪丸的分化和發育，促進生殖嵴向卵巢的分化。性別決定是一個復雜的過程，由許多基因參與，除了主要的性別決定基因SRY及上述所列的基因外，還有新的基因正不斷被發現。它們形成的復雜調控網絡調節著生殖腺的形成和發育，為雌、雄配子的發育成熟提供合適的環境。