转化生长因子β在睾丸内表达和调节的研究进展
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国外医学计划生育分册 1999年8月第18卷第3期
转化生长因子β在睾丸内表达和调节的研究进展
白求恩医科大学病理生理研究室(130021)
李晓萌综述 赵雪检审校
摘要 转化生长因子β(TGFβ)广泛分布于机体中,影响细胞的生长、分化和功能。TGFβ在睾丸的不同发育阶段其表达程度不同,TGFβ对间质细胞、支持细胞、管周细胞发挥重要的调节作用。
关键词 转化生长因子β 间质细胞 支持细胞
转化生长因子β(TGFβ)是多肽类生长因子的一种,具有广泛的生物学效应。它对生殖的调节已成为生命科学研究的前沿和热点。
成熟的TGFβ是25 kd的二聚体,每条肽链含有112个氨基酸,由二硫键连接而成。它包括5种亚型,在人和啮齿类主要有TGFβ1、TGFβ2、TGFβ3三型[1]。TGFβ广泛分布于肝脏、心脏、脑、肾等多种器官。TGFβ的作用是通过与TGFβ受体形成复合物后激活环磷酸鸟苷(cGMP)-蛋白激酶系统而发挥的。TGFβ受体有3类:Ⅰ类受体65kd,属于跨膜的丝氨酸/苏氨酸受体家族,具有内在激酶活性[2]。Ⅱ类受体在人、猴为95 kd,在啮齿类为85 kd。Ⅱ类受体自身磷酸化是信号传导所必需的[3],TGFβ的信号传导有赖于Ⅰ、Ⅱ类受体的共同存在[4]。Ⅰ类受体通过Ⅱ类受体的转磷酸化作用使其丝氨酸/苏氨酸残基发生磷酸化,从而激活受体后路径的级连放大反应。Ⅲ类受体280~300 kd,目前认为是生物学活性非必需受体,但在细胞表面含量最丰富,可提供75%的结合位点,当Ⅱ类受体表达过低时,Ⅲ类受体过度表达[5]。本文就TGFβ睾丸内的表达和调节的研究进展作一综述。
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一、TGFβ在睾丸的表达与生精的关系
Caussanel等[6]对公猪睾丸的不同发育阶段各型TGFβ及受体表达变化的研究表明,在新生期,TGFβ1、TGFβ2、TGFβ3及Ⅰ型受体、Ⅱ型受体表达于公猪睾丸的间质细胞和精原细胞。在青春期前,各型TGFβ及受体表达于支持细胞。在公猪睾丸的成熟期,TGFβ1表达于幼稚的精母细胞;TGFβ2表达于支持细胞;TGFβ3表达于支持细胞和分裂期前的生殖细胞。Ⅰ型受体表达于分裂期的生殖细胞;Ⅱ型受体表达于管腔细胞——即支持细胞和管周细胞。说明TGFβ及受体在睾丸的发展和成熟过程中发挥重要的调节作用。
Gautier和Olaso等[7,8]分别研究了胚胎期和新生大鼠睾丸TGFβ1、TGFβ2的免疫组织定位。TGFβ1在支持细胞的表达出现于胚胎期13.5~16.5 d,之后逐渐增强;在出生后4 d和20 d依然呈高表达。TGFβ1在胚胎期和新生大鼠睾丸的管周细胞及生殖细胞不表达。TGFβ2在胚胎期16.5~18.5 d表达于支持细胞;在胚胎期16.5~18.5 d于间质细胞呈强表达。TGFβ2在生殖细胞的表达出现于胚胎期20.5 d,生后4 d达到峰值;在生后9 d,TGFβ2只表达于A型精原细胞,不表达于B型精原细胞。
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TGFβ在睾丸内的基因表达与生精过程密切相关。Brain等[9]通过核蛋白分析法研究了TGFβ1、TGFβ2、TGFβ3基因在青春期大鼠睾丸生精起始过程中的表达,结果表明:大鼠于生后15~20 d生精发动,首次生精波峰完成于生后35 d。TGFβ1、TGFβ2信使核糖核酸(mRNA)的表达在青春期前的睾丸占优势,随青春期的发展其表达减弱,在青春期TGFβ3 mRNA最为丰富,并在前青春期的生精发动阶段,其表达出现高峰。对前青春期(10 d)、中青春期(20 d)和后青春期(30 d)分离的支持细胞和管周细胞进行研究发现,随着青春期的发展,管周细胞表达TGFβ1、TGFβ2、TGFβ3 mRNA减少。在青春期的发展过程中,支持细胞表达TGFβ1 mRNA轻度增高并保持稳定;TGFβ2 mRNA 只在前青春期的支持细胞有表达;支持细胞表达TGFβ3 mRNA在青春期起始过程中呈短暂增高。青春期促卵泡成熟激素(FSH)可引起支持细胞的分化的TGFβ2的表达减少,提示在青春期前TGFβ2对生精细胞增殖发挥抑制作用。TGFβ3的峰值表达也说明其在生精启动过程中发挥调控作用。TGFβ作为支持细胞与生殖细胞间的调节因子调控生精[10]。
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二、TGFβ对间质细胞睾酮合成的影响
间质细胞睾酮的合成量与黄体生成素(LH)/绒毛膜促性腺激素(hCG)剂量呈正相关。小剂量的LH/hCG对睾酮合成的促进作用不这依赖于环磷酸腺苷(cAMP),而大剂量的LH/hCG则是通过促进间质细胞cAMP的产生促进睾酮合成的。
TGFβ可通过自分泌或旁分泌方式调节间质细胞的功能。Gautier等[11]在胎鼠睾丸细胞培养液中加入TGFβ1后,睾酮的基础产量及LH诱导的产量的下降。研究发现,TGFβ1可抑制LH诱导的cAMP产生,可使细胞色素P45017α羟化酶(P450c17)mRNA及蛋白水平均显著下降,可明显抑制P450c17活性,它对细胞色素P450侧链裂解酶(P450scc)mRNA水平和3β-羟基类固醇脱氨酶(3β-HSD)活性无明显影响。Lin等[12]研究了TGFβ对原代培养的猪和大鼠的间质细胞睾酮生成的影响,发现hCG对睾酮合成的促进作用可被TGFβ所抑制。TGFβ对睾酮合成的抑制作用主要发生在细胞膜,其作用表现在:①TGFβ可减少hCG受体的数量,而对受体结合力无影响。②TGFβ可抑制8-Br-cAMP介导的睾酮的生物合成,同时抑制hCG刺激的cAMP的生成。③TGFβ还可减少cAMP对forskolin的反应和减弱8-Br-cAMP的作用。TGFβ的抑制作用呈时间和剂量依赖性,从12h开始发挥作用,在72h达到最大作用效果。在最大作用剂量时(1ng/ml),TGFβ使hCG受体的数量减少70%,使hCG诱导间质细胞产生cAMP减少50%,从而减少了甾体的合成。与此相反,TGFβ具有促进细胞外源性孕酮转化为睾酮的能力,说明TGFβ在睾酮的生成和调节中发挥重要作用。
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Mohamad等[13]研究发现,TGFβ在抑制LH介导的睾酮生成的同时,还可抑制胰岛素对睾酮生成的促进作用。胰岛素(1µg/ml)可增加LH刺激的睾酮生成,可能通过间质细胞上胰岛素样生长因子(IGF)受体发挥作用;而TGFβ(1 000pg/ml)则可阻断胰岛素促进睾酮生成的作用。说明胰岛素与TGFβ具有共同调节间质细胞的功能。
三、TGFβ对支持细胞的作用
Morera等[14]研究发现,TGFβ1可抑制促卵泡成熟激素(FSH)刺激支持细胞的芳香化过程,并抑制FSH刺激的乳酸盐产生。FSH作用于支持细胞,表现出剂量依赖性的芳香化活性(即睾酮向雌二醇转化)的增加,而加入TGFβ1后可抑制FSH的作用。这种抑制作用也呈剂量依赖性,并在48 h后减少到最大程度(40%)。TGFβ1发挥抑制作用并不是通过对FSH受体的影响,而是通过减少cAMP的累积实现的。TGFβ1可减少FSH刺激的cAMP水平,但当加入磷酸二酯酶阻断剂(MIX)后,这种抑制作用不能实现。说明TGFβ2通过提高磷酸二酯酶的活性,加强了cAMP的代谢,减少了cAMP的累积,从而实现这种抑制作用。
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Panthou等[15]研究了TGFβ1对支持细胞蛋白聚糖合成的影响。蛋白聚糖作为支持细胞的分泌物,是构成曲细精管基底膜的主要成分。TGFβ1(1 ng/ml)作用24 h后,可提高大鼠支持细胞的蛋白聚糖的产量,但对其在培养基的分布无影响。TGFβ1可促进成熟支持细胞蛋白聚糖的合成代谢,对其分解代谢无影响。
Magueresse等[16]研究了TGFβ对20日龄大鼠支持细胞抑制素mRNA表达的影响。TGFβ1可以提高支持细胞抑制素a mRNA(inhibinα)水平,呈时间和剂量依赖性,在48 h达到最大效应,提高2.6倍。而TGFβ处理过的支持细胞中加入FSH和cAMP后,会更显著地提高抑制素α mRNA的表达水平。TGFβ1对抑制β mRNA水平并无影响。
转铁蛋白作为支持细胞功能的参数指标[7],TGFβ对持续细胞脱氧核糖核酸(DNA)合成无促进或抑制作用,对转铁蛋白的产量无影响[18]。
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四、TGFβ对管周细胞的作用
管周细胞受间质细胞产生的雄激素调节,管周细胞产生一种旁分泌因子Pmod-S作用于支持细胞,通过调节支持细胞的功能来调控生精[19]。
TGFβ主要通过Ⅰ类受体的介导,促进细胞外基质的增生,从而激活管周细胞的PAI-1(plasminogen activator inhibitor)的作用。管周细胞分泌PAI与支持细胞分泌的PA(plasminogen activator)可协同作用,参与血睾屏障的调节[20]。
通过对细胞增殖和DNA合成3H-脱氧胸腺嘧啶核苷(3H-TdR)摄入的试验分析,发现TGFβ1不能影响管周细胞和支持细胞的增殖,但可抑制TGFα引起的管周细胞的DNA合成,对支持细胞的DNA合成无影响。此外,TGFβ作用于管周细胞后,180、220、300~500 kd蛋白的产生增多,主要为胶原、fibrone和蛋白聚糖,这些物质是曲细精管基底膜的组成成分。这说明管周细胞和支持细胞对曲细精管基底层的调节很可能是通过TGFβ来实现的[19]。
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总之,TGFβ的睾丸内的表达与其生物作用的发挥密切相关,TGFβ通过对各种细胞的作用来调节睾丸的功能并维持睾丸内环境的稳定。
参考文献
1 Bordor WA,Noble NA.N Engl J Med,1994;331(19):1286-1292
2 Saioh M.J Biol Chem,1996;271:2769
3 Pepin MC,Beauchemin M,Planmondon J et al.Biochem Biophys Res Commun,1996;220:289
4 Luo K,Lodish HF,EMBO J,1997;16:1970-1981
5 Franzen P,Dijke P,Ichijo H et al.Cell,1993;75(4):681-692
, 百拇医药
6 Caussanel V,Tabone E,Hendricd JC,et al.Biol Reprod,1997;56(2):357-367
7 Gautier C,Levacher C,Avallet O et al.Mol Cell Endocrinol,1994;99(1):55-61
8 Olaso R.Mol Cell Endocrinol,1997;126(2):165-172
9 Mullaney BP,Skinner MK.Mol Endocrinol,1993;7(1):67-76
10 Fritz IB.Ciba Found Symp,1994;182:271-274
11 Gautier C,Levacher C,Saez JM,et al.Mol Cell Endocrinol,1997;131(1):21-30
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12 Lin T,Blaisdell J,Haskell JF et tl.Bioche Biophy Res Commun,1987;146:387-394
13 Mohamad WA.Steroids,1990;55:266-270
14 Morera AM,Esposito G,Ghiglieri C et al.Endocrinology,1992;130(2):831-836
15 Panthou P,Barbey P,Thiebot B et al.Biochem Mol Biol Int,1994;34(3):603-612
16 Magueresse LE,Morera Am,Benahmed M.J Endocrinol,1995;146(3):501-508
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17 Boockfor FR.Prco Sox Exp Biol Med,1997;214(2):139-145
18 Millan FA,Boockfor FR,Kondaiah P et al.Development,1991;111:131-144
19 Skinner MK,Norton JN,Mullaney BP et al.J Biol Chem,1988;263:2884-2890
20 Schlatt S,Krester DM,Loveland KL et al.Biol Reprod,1996;55(2):227-235
(收稿日期:1998-09-17 修回日期:1999-05-11)
校对时间:99-12-08 23:16 赵秀妮, http://www.100md.com
白求恩医科大学病理生理研究室(130021)
李晓萌综述 赵雪检审校
摘要 转化生长因子β(TGFβ)广泛分布于机体中,影响细胞的生长、分化和功能。TGFβ在睾丸的不同发育阶段其表达程度不同,TGFβ对间质细胞、支持细胞、管周细胞发挥重要的调节作用。
关键词 转化生长因子β 间质细胞 支持细胞
转化生长因子β(TGFβ)是多肽类生长因子的一种,具有广泛的生物学效应。它对生殖的调节已成为生命科学研究的前沿和热点。
成熟的TGFβ是25 kd的二聚体,每条肽链含有112个氨基酸,由二硫键连接而成。它包括5种亚型,在人和啮齿类主要有TGFβ1、TGFβ2、TGFβ3三型[1]。TGFβ广泛分布于肝脏、心脏、脑、肾等多种器官。TGFβ的作用是通过与TGFβ受体形成复合物后激活环磷酸鸟苷(cGMP)-蛋白激酶系统而发挥的。TGFβ受体有3类:Ⅰ类受体65kd,属于跨膜的丝氨酸/苏氨酸受体家族,具有内在激酶活性[2]。Ⅱ类受体在人、猴为95 kd,在啮齿类为85 kd。Ⅱ类受体自身磷酸化是信号传导所必需的[3],TGFβ的信号传导有赖于Ⅰ、Ⅱ类受体的共同存在[4]。Ⅰ类受体通过Ⅱ类受体的转磷酸化作用使其丝氨酸/苏氨酸残基发生磷酸化,从而激活受体后路径的级连放大反应。Ⅲ类受体280~300 kd,目前认为是生物学活性非必需受体,但在细胞表面含量最丰富,可提供75%的结合位点,当Ⅱ类受体表达过低时,Ⅲ类受体过度表达[5]。本文就TGFβ睾丸内的表达和调节的研究进展作一综述。
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一、TGFβ在睾丸的表达与生精的关系
Caussanel等[6]对公猪睾丸的不同发育阶段各型TGFβ及受体表达变化的研究表明,在新生期,TGFβ1、TGFβ2、TGFβ3及Ⅰ型受体、Ⅱ型受体表达于公猪睾丸的间质细胞和精原细胞。在青春期前,各型TGFβ及受体表达于支持细胞。在公猪睾丸的成熟期,TGFβ1表达于幼稚的精母细胞;TGFβ2表达于支持细胞;TGFβ3表达于支持细胞和分裂期前的生殖细胞。Ⅰ型受体表达于分裂期的生殖细胞;Ⅱ型受体表达于管腔细胞——即支持细胞和管周细胞。说明TGFβ及受体在睾丸的发展和成熟过程中发挥重要的调节作用。
Gautier和Olaso等[7,8]分别研究了胚胎期和新生大鼠睾丸TGFβ1、TGFβ2的免疫组织定位。TGFβ1在支持细胞的表达出现于胚胎期13.5~16.5 d,之后逐渐增强;在出生后4 d和20 d依然呈高表达。TGFβ1在胚胎期和新生大鼠睾丸的管周细胞及生殖细胞不表达。TGFβ2在胚胎期16.5~18.5 d表达于支持细胞;在胚胎期16.5~18.5 d于间质细胞呈强表达。TGFβ2在生殖细胞的表达出现于胚胎期20.5 d,生后4 d达到峰值;在生后9 d,TGFβ2只表达于A型精原细胞,不表达于B型精原细胞。
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TGFβ在睾丸内的基因表达与生精过程密切相关。Brain等[9]通过核蛋白分析法研究了TGFβ1、TGFβ2、TGFβ3基因在青春期大鼠睾丸生精起始过程中的表达,结果表明:大鼠于生后15~20 d生精发动,首次生精波峰完成于生后35 d。TGFβ1、TGFβ2信使核糖核酸(mRNA)的表达在青春期前的睾丸占优势,随青春期的发展其表达减弱,在青春期TGFβ3 mRNA最为丰富,并在前青春期的生精发动阶段,其表达出现高峰。对前青春期(10 d)、中青春期(20 d)和后青春期(30 d)分离的支持细胞和管周细胞进行研究发现,随着青春期的发展,管周细胞表达TGFβ1、TGFβ2、TGFβ3 mRNA减少。在青春期的发展过程中,支持细胞表达TGFβ1 mRNA轻度增高并保持稳定;TGFβ2 mRNA 只在前青春期的支持细胞有表达;支持细胞表达TGFβ3 mRNA在青春期起始过程中呈短暂增高。青春期促卵泡成熟激素(FSH)可引起支持细胞的分化的TGFβ2的表达减少,提示在青春期前TGFβ2对生精细胞增殖发挥抑制作用。TGFβ3的峰值表达也说明其在生精启动过程中发挥调控作用。TGFβ作为支持细胞与生殖细胞间的调节因子调控生精[10]。
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二、TGFβ对间质细胞睾酮合成的影响
间质细胞睾酮的合成量与黄体生成素(LH)/绒毛膜促性腺激素(hCG)剂量呈正相关。小剂量的LH/hCG对睾酮合成的促进作用不这依赖于环磷酸腺苷(cAMP),而大剂量的LH/hCG则是通过促进间质细胞cAMP的产生促进睾酮合成的。
TGFβ可通过自分泌或旁分泌方式调节间质细胞的功能。Gautier等[11]在胎鼠睾丸细胞培养液中加入TGFβ1后,睾酮的基础产量及LH诱导的产量的下降。研究发现,TGFβ1可抑制LH诱导的cAMP产生,可使细胞色素P45017α羟化酶(P450c17)mRNA及蛋白水平均显著下降,可明显抑制P450c17活性,它对细胞色素P450侧链裂解酶(P450scc)mRNA水平和3β-羟基类固醇脱氨酶(3β-HSD)活性无明显影响。Lin等[12]研究了TGFβ对原代培养的猪和大鼠的间质细胞睾酮生成的影响,发现hCG对睾酮合成的促进作用可被TGFβ所抑制。TGFβ对睾酮合成的抑制作用主要发生在细胞膜,其作用表现在:①TGFβ可减少hCG受体的数量,而对受体结合力无影响。②TGFβ可抑制8-Br-cAMP介导的睾酮的生物合成,同时抑制hCG刺激的cAMP的生成。③TGFβ还可减少cAMP对forskolin的反应和减弱8-Br-cAMP的作用。TGFβ的抑制作用呈时间和剂量依赖性,从12h开始发挥作用,在72h达到最大作用效果。在最大作用剂量时(1ng/ml),TGFβ使hCG受体的数量减少70%,使hCG诱导间质细胞产生cAMP减少50%,从而减少了甾体的合成。与此相反,TGFβ具有促进细胞外源性孕酮转化为睾酮的能力,说明TGFβ在睾酮的生成和调节中发挥重要作用。
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Mohamad等[13]研究发现,TGFβ在抑制LH介导的睾酮生成的同时,还可抑制胰岛素对睾酮生成的促进作用。胰岛素(1µg/ml)可增加LH刺激的睾酮生成,可能通过间质细胞上胰岛素样生长因子(IGF)受体发挥作用;而TGFβ(1 000pg/ml)则可阻断胰岛素促进睾酮生成的作用。说明胰岛素与TGFβ具有共同调节间质细胞的功能。
三、TGFβ对支持细胞的作用
Morera等[14]研究发现,TGFβ1可抑制促卵泡成熟激素(FSH)刺激支持细胞的芳香化过程,并抑制FSH刺激的乳酸盐产生。FSH作用于支持细胞,表现出剂量依赖性的芳香化活性(即睾酮向雌二醇转化)的增加,而加入TGFβ1后可抑制FSH的作用。这种抑制作用也呈剂量依赖性,并在48 h后减少到最大程度(40%)。TGFβ1发挥抑制作用并不是通过对FSH受体的影响,而是通过减少cAMP的累积实现的。TGFβ1可减少FSH刺激的cAMP水平,但当加入磷酸二酯酶阻断剂(MIX)后,这种抑制作用不能实现。说明TGFβ2通过提高磷酸二酯酶的活性,加强了cAMP的代谢,减少了cAMP的累积,从而实现这种抑制作用。
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Panthou等[15]研究了TGFβ1对支持细胞蛋白聚糖合成的影响。蛋白聚糖作为支持细胞的分泌物,是构成曲细精管基底膜的主要成分。TGFβ1(1 ng/ml)作用24 h后,可提高大鼠支持细胞的蛋白聚糖的产量,但对其在培养基的分布无影响。TGFβ1可促进成熟支持细胞蛋白聚糖的合成代谢,对其分解代谢无影响。
Magueresse等[16]研究了TGFβ对20日龄大鼠支持细胞抑制素mRNA表达的影响。TGFβ1可以提高支持细胞抑制素a mRNA(inhibinα)水平,呈时间和剂量依赖性,在48 h达到最大效应,提高2.6倍。而TGFβ处理过的支持细胞中加入FSH和cAMP后,会更显著地提高抑制素α mRNA的表达水平。TGFβ1对抑制β mRNA水平并无影响。
转铁蛋白作为支持细胞功能的参数指标[7],TGFβ对持续细胞脱氧核糖核酸(DNA)合成无促进或抑制作用,对转铁蛋白的产量无影响[18]。
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四、TGFβ对管周细胞的作用
管周细胞受间质细胞产生的雄激素调节,管周细胞产生一种旁分泌因子Pmod-S作用于支持细胞,通过调节支持细胞的功能来调控生精[19]。
TGFβ主要通过Ⅰ类受体的介导,促进细胞外基质的增生,从而激活管周细胞的PAI-1(plasminogen activator inhibitor)的作用。管周细胞分泌PAI与支持细胞分泌的PA(plasminogen activator)可协同作用,参与血睾屏障的调节[20]。
通过对细胞增殖和DNA合成3H-脱氧胸腺嘧啶核苷(3H-TdR)摄入的试验分析,发现TGFβ1不能影响管周细胞和支持细胞的增殖,但可抑制TGFα引起的管周细胞的DNA合成,对支持细胞的DNA合成无影响。此外,TGFβ作用于管周细胞后,180、220、300~500 kd蛋白的产生增多,主要为胶原、fibrone和蛋白聚糖,这些物质是曲细精管基底膜的组成成分。这说明管周细胞和支持细胞对曲细精管基底层的调节很可能是通过TGFβ来实现的[19]。
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总之,TGFβ的睾丸内的表达与其生物作用的发挥密切相关,TGFβ通过对各种细胞的作用来调节睾丸的功能并维持睾丸内环境的稳定。
参考文献
1 Bordor WA,Noble NA.N Engl J Med,1994;331(19):1286-1292
2 Saioh M.J Biol Chem,1996;271:2769
3 Pepin MC,Beauchemin M,Planmondon J et al.Biochem Biophys Res Commun,1996;220:289
4 Luo K,Lodish HF,EMBO J,1997;16:1970-1981
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6 Caussanel V,Tabone E,Hendricd JC,et al.Biol Reprod,1997;56(2):357-367
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9 Mullaney BP,Skinner MK.Mol Endocrinol,1993;7(1):67-76
10 Fritz IB.Ciba Found Symp,1994;182:271-274
11 Gautier C,Levacher C,Saez JM,et al.Mol Cell Endocrinol,1997;131(1):21-30
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12 Lin T,Blaisdell J,Haskell JF et tl.Bioche Biophy Res Commun,1987;146:387-394
13 Mohamad WA.Steroids,1990;55:266-270
14 Morera AM,Esposito G,Ghiglieri C et al.Endocrinology,1992;130(2):831-836
15 Panthou P,Barbey P,Thiebot B et al.Biochem Mol Biol Int,1994;34(3):603-612
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17 Boockfor FR.Prco Sox Exp Biol Med,1997;214(2):139-145
18 Millan FA,Boockfor FR,Kondaiah P et al.Development,1991;111:131-144
19 Skinner MK,Norton JN,Mullaney BP et al.J Biol Chem,1988;263:2884-2890
20 Schlatt S,Krester DM,Loveland KL et al.Biol Reprod,1996;55(2):227-235
(收稿日期:1998-09-17 修回日期:1999-05-11)
校对时间:99-12-08 23:16 赵秀妮, http://www.100md.com