Сравнительная морфофункциональная характеристика клеток Лейдига семенников млекопитающих (светооптические, ультраструктурные и иммуноцитохимические аспекты)

Сравнительная морфофункциональная характеристика клеток Лейдига семенников млекопитающих

Н.Н. Шевлюк, д.б.н, профессор, Оренбургская ГМА

Важная роль в обеспечении реализации репродуктивной стратегии млекопитающих принадлежит эндокринным структурам семенников — интерстициальным эндокриноцитам (клеткам Лейдига). Хотя различным сторонам структурнофункциональной характеристики клеток Лейдига посвящена обширная литература [1—9], тем не менее, многие аспекты их морфологии и физиологии нуждаются в углублении, уточнении и дополнении.

Материалы и методы. Объектами исследования служили семенники представителей 15 видов млекопитающих, относящихся к отрядам насекомоядных, грызунов, зайцеобразных, хищных и парнокопытных. Из отряда насекомоядных исследована обыкновенная бурозубка. Исследованные грызуны относились к семействам беличьих (малый суслик, рыжеватый суслик, сурок-байбак), хомяковых (обыкновенная полевка, рыжая полевка, степная пеструшка), мышиных (домовая мышь, лесная мышь, серая крыса). Из отряда зайцеобразных исследован кролик, из отряда хищных — собака. Из отряда парнокопытных исследованы некоторые домашние животные: быки красной степной, казахской белоголовой и герефордской пород, хряк крупной белой породы, козел оренбургской пуховой породы.

Для световой микроскопии материал фиксировали в 12%-ном водном растворе нейтрального формалина, спирт-формоле, жидкости Буэна. Парафиновые срезы толщиной 5—7 мкм окрашивали гематоксилином Майера и эозином, перйодатом калия и реактивом Шиффа [10].

Для электронной микроскопии материал последовательно фиксировали в 2,5%-ном растворе глутарового альдегида и 1% -ном растворе четы-рехокиси осмия, обезвоживали в ацетоне возрастающей концентрации и заливали в ЭПОН-812. Ультратонкие срезы, изготовленные на ультратоме LKB-5, подвергали двойному контрастированию растворами уранил-ацетата и цитрата свинца. Исследование ультратонких срезов и их фотографирование производили в электронном микроскопе ЭМВ 100 АК.

С помощью иммуноцитохимических методов (выявление фрагментации ДНК, определение про- и антиапоптотических белков Р53 и Ьс12) у ряда грызунов (сурок-байбак, лесная мышь, рыжая полевка) изучена выраженность проявле-

ний генетически запрограммированной клеточной гибели (апоптоза).

На гистологических срезах семенников подсчитывали площадь интерстициальной ткани, численность клеток Лейдига, объемы их ядер. На электронограммах проводили морфометрию цитоплазматических структур интерстициальных эндокриноцитов (площадь гладкой эндо-плазматической сети, число и размеры митохондрий, количество липидных включений). Материалы морфометрических исследований были подвергнуты статистической обработке.

Результаты исследования. Клетки Лейдига располагаются в семенниках млекопитающих, как и в мужских гонадах представителей других классов позвоночных, группами или поодиночке, локализуясь вокруг капилляров либо перитубу-лярно. Форма клеток овальная, округлая, полигональная или вытянутая [6—9, 11—15]. Плазма-лемма эндокриноцитов чаще имеет гладкие контуры с отдельными короткими микроворсинками, цитоплазма их обычно электронноплотная. В отличие от эндокриноцитов у встречающихся в интерстиции макрофагов форма сферическая, цитоплазма светлая, а поверхность «морщинистая». Клетки Лейдига содержат много пиноцитоз-ных пузырьков, а цитолемма образует пиноци-тозные инвагинации, особенно на поверхности, прилежащей к сосудам. Соседние клетки Лейди-га могут быть соединены десмосомами и щелевидными контактами. На поверхности клеток Лейдига может находиться базальная мембрана. При этом феномене в семенниках изученных видов нами отмечено, что окруженные выраженной базальной мембраной клетки Лейдига обнаруживаются в семенниках сурка байбака и обоих видов сусликов.

Содержание клеток Лейдига как в семенниках животных разных видов, так и у животных одного вида, но в разные сезоны года может сильно варьировать. Большой объем интерстициальной ткани семенников приходился на клетки Лейди-га, например, у сурка-байбака, а также хряка, тогда как в семенниках лесной мыши, рыжей полевки, крысы, степной пеструшки их доля невелика.

Клетки Лейдига характеризуются наличием обширной цитоплазмы, в которой хорошо развит гладкий эндоплазматический ретикулум, равномерно заполняющий всю цитоплазму, а шероховатый эндоплазматический ретикулум представ-

лен отдельными короткими канальцами. Гладкий эндоплазматический ретикулум в зрелых клетках Лейдига представлен структурами везикулярной и тубулярной формы, широко анастомозирую-щих между собой. Доля агранулярной эндоплаз-матической сети в клетках Лейдига ряда видов может достигать 50 и более процентов, например, в клетках Лейдига сурка, крысы, быка.

Характерным для клеток Лейдига является наличие многочисленных митохондрий, кристы которых погружены в матрикс умеренной электронной плотности. Большой объем цитоплазмы клеток Лейдига, приходящийся на митохондрии, связан с тем, что в этих органеллах завершается начатый на агранулярной эндоплазматической сети синтез стероидных гормонов. Типичной картиной для клеток Лейдига является тесный контакт митохондрий с элементами гладкого эндоплазматического ретикулума.

В ядрах клеток Лейдига выявляются 1—2 интенсивно окрашивающихся ядрышка. Центрио-ли в клетках Лейдига выявляются редко, в тех клетках, где они обнаруживаются, они обычно примыкают к комплексу Гольджи.

В эндокриноцитах обнаруживаются также липидные включения и лизосомы. Например, для клеток Лейдига быка характерно значительное развитие гранулярного эндоплазматическо-го ретикулума, очень вариабельное содержание липидных включений и низкое количество лизо-сом. В клетках Лейдига крыс содержание липидных включений также невелико, вплоть до полного их отсутствия. А у сурка-байбака, а также у малого и рыжеватого сусликов нами выявлено значительное содержание липидов в клетках Лейдига.

Большое разнообразие по содержанию липидных включений в цитоплазме клеток Лейдига различных млекопитающих обусловлено несколькими факторами. Например, согласно нашим данным, животные, у которых не выражена сезонность в репродуктивной активности, как правило, имеют в цитоплазме интерстициальных эндокриноцитов мало липосом. А у большинства млекопитающих с выраженной сезонностью в размножении (кроме козлов) в цитоплазме выявляются липидные капли различной (как низкой, так и высокой) электронной плотности, причем у этих животных содержание липидных включений мало варьирует в зависимости от сезона половой активности.

Следует отметить, что количество секреторных включений не является показателем, который однозначно указывает на низкий либо высокий уровень стероидогенеза в клетках. Большое количество секреторного продукта в клетке может быть: а) показателем задержки секреторного процесса на стадии вывода секрета; б) показателем высокой функциональной активности. Послед-

нее наблюдается в случае, если агранулярный эндоплазматический ретикулум в клетках хорошо развит, митохондрии многочисленны, нередки контакты митохондрий с везикулами гладкого эндоплазматического ретикулума и липидными каплями. Существенную роль в анализе морфологических эквивалентов стероидогенеза может играть не только подсчет количества митохондрий, но и учет особенностей строения внутримитохондриальных структур. Так, для сте-роидпродуцирующих клеток характерны тубуло-везикулярные кристы в митохондриях. Следовательно, наличие большого количества митохондрий с тубуло-везикулярными кристами является одним из показателей активного стероидогенеза.

Интерстициальные эндокриноциты семенников могут содержать в цитоплазме пигментные включения. Среди исследованных нами видов наибольшее содержание пигментных включений в цитоплазме интерстициальных эндокриноцитов было отмечено у сурка-байбака. У некоторых животных этого вида в связи с высоким содержанием пигментных включений срезы семенника (на неокрашенных препаратах) имели коричневую окраску. Анализ возрастной динамики распределения пигментных включений у сурка-байбака показал, что содержание пигмента в интерстициальных эндокриноцитах увеличивается с возрастом животных.

В клетках Лейдига комплекс Гольджи обычно представлен несколькими диктиосомами и скоплением мелких пузырьков диаметром 20 нм.

У исследованных видов животных в цитоплазме интерстициальных эндокриноцитов нами не обнаружено наличия кристаллов Рейнке (представляющих собой слоистые образования типа «осиного гнезда», возникающие в результате дезинтеграции мембран гладкого ЭР, проходящей одновременно с синтезом стероидов).

Популяция клеток Лейдига млекопитающих относится к клеточным популяциям стабильного типа. Об этом свидетельствует тот факт, что ни у одной из половозрелых особей всех исследованных нами видов не было обнаружено митозов среди интерстициальных эндокриноцитов семенников. Исходя из этого, источником пополнения численности клеток Лейдига является их дифференци-ровка из предшественников, находящихся в ин-стерстициальной ткани органа (в основном из малодифференцированных фибробластов).

В ходе онтогенеза млекопитающих последовательно появляются две генерации клеток Лейди-га. Фетальная популяция клеток Лейдига в конце эмбриогенеза подвергается деструктивным изменениям, и после рождения клетки Лейдига в семенниках большинства изученных видов подвергаются деструктивным изменениям и погибают. Новая популяция клеток Лейдига формируется в семенниках незадолго до начала пу-

бертатного периода и существует в течение всей жизни особей.

Выраженность проявлений генетически программированной клеточной гибели в популяции интерстициальных эндокриноцитов семенников у всех исследованных видов была невысокой. Об этом свидетельствует анализ иммуноцитохими-ческих реакций на выявление фрагментации ДНК и на выявление проапоптотического белка Р53.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в ходе эволюции млекопитающих в семенниках животных сформировалась популяция клеток Лейдига, характеризующаяся морфофункциональными свойствами, которые оптимально обеспечивают как поддержание мужского статуса организма, так и реализацию репродуктивной стратегии видов в динамично изменяющихся условиях среды обитания.

Литература

1. Lunstra D.D., Ford 1.1., Christenson R.K., Allrich R.D. Changes in Leydig cell ultrastructure and function during pubertal development in the boar // Biol.Reprod. 1986. vol.34. N.I. p.145-158.

2. Sinha hikim A P., Bartke A, Russel L.D. The seasonal breeding hamster as a model to study structure-function relationships in the testis // Tissue and Cell. 1988. vol. 20. N.I. p.63—78.

3. Sinha hikim AP., Amader AG., Bartke A, Russel L.D. Structure-function relationships in active and inactive hamster Leydig cells: a correlative morphometric and endocrine study // Endocrinol. 1989. vol.125. N.4. p.1844-1856.

4. Werner G., Haben B., Neuman K. The fine structure of testicular interstitial cells in the mouse. A comparison after conventional double fixation versus rapid freezing followed by freeze substitution // J. Submicrosc. Cytol. and Pathol. 1991. vol.23. N.3. p. 405-414.

5. Стадников, A.A. Mopфофункциональная характеристика гии оталамо-гииофизар но-гонад ной системы крыс-самцов

в условиях эмоционально-болевого стресса (ЭБС) /

A.А. Стадников, Н.Н. Шевлюк // Морфология. 1996. Т. 110. № 5. С. 38-42.

6. Хмельницкий, O.K. Морфологическая характеристика ги-пофизарно-гонадной системы при действии на организм высокогорной гипоксии / O.K. Хмельницкий, Т.Я. Тарарак // Бюлл. экспер. биол. мед. 1991. Т. 111. № 4. С. 432—436.

7. Шевлюк, Н.Н. Морфофункциональная характеристика интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) семенников некоторых позвоночных в условиях сезонного изменения репродуктивной активности // Морфология. 1995. Т. 108. № 2. С. 57-60.

8. Шевлюк, Н.Н. Морфофункциональная характеристика интерстициальных эндокриноцитов семенников суслика рыжеватого в условиях сезонного изменения репродуктивной активности // Морфология. 1998. Т. 114. № 4. С. 88-93.

9. Шевлюк, Н.Н. Основные принципы и закономерности структурно-функциональной организации эндокринных И герминативных структур семенников ПОЗВОНОЧНЫХ // Морфология. 2002. Т. 121. № 2-3. С. 179-180.

10. Шевлюк, Н.Н. Биология размножения обыкновенной слепушонки Ellobius talpinus / Н.Н. Шевлюк, Е.Е. Елина // Оренбург: Изд-во ОГПУ, 2008. 128 с.

11. Шевлюк, Н.Н. Биология размножения наземных грызунов из семейства беличьих (морфологические, физиологические и экологические аспекты) / Н.Н. Шевлюк,

B.Н. Руди, А.А. Стадников. Екатеринбург, УрО РАН, 1999. 146 с.

12. Пирс, Э. Гистохимия теоретическая и прикладная. М.: Изд-во И.Л., 1962. 944 с.

13. Шевлюк, Н.Н. Морфофункциональная характеристика интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига) семенников и предстательной железы козлов оренбургской породы в онтогенезе и в условиях сезонного изменения их репродуктивной активности / Н.Н. Шевлюк, А.А. Стадников, Н.В. Обухова, В.А. Кленов, Э.М. Бикчентаев // Морфология. 1998. Т. 113. № 2. С. 97-104.

14. Техвер, Ю.Т. Интерстициальные клетки яичка // Гистология мочеполовых органов и молочной железы домашних животных. Ч. 1. Тарту, 1968. С. 94—95.

15. Haider S.G., Passia D. Ultrastructurelle enzymhistochemische und endokrinologische Studien an humanen Leydigzellen; Versuch einer Klassifizierung // Anat. Anz. 1989. vol.168. №.1. p.62.