第一节 胎儿性腺发育
一、原始的起源和迁移
性腺形成的经典假说认为，原始生殖细胞（primordial germ cell，PGC）首先出现在卵黄囊近端顶胚层部位，在后肠内经较长距迁移到达16体节附近，即生殖腺发育部位。后PGC离开后肠，向中肾腹侧的生殖腺移动。即PGC首先由后肠引导，然后由其他机制引导到性腺原基。后肠对PGC运动的重要性体现在sox17-null后肠缺陷小鼠中，PGC在后肠内固定不能迁移。
澳大利亚学者Freeman则提出上述PGC的长距迁移可能并不成立，鉴于人类卵黄囊近端部随胚胎折叠在妊娠第5周发育成为后肠的一部分，PGC很可能是通过被动转位到达生殖腺原基。
BMP4和BMP8等特异信号分子可调控PGC标记蛋白Stella、Blimp1等的表达，对PGC形成至关重要。此外，RNA结合蛋白Lin28在PGC分化中也有重要作用，参与了PGC的形成、迁移过程；Prdm14-klf2复合体可促进PGC形成过程中的表观修饰构建；Steel编码Kit 配体或干细胞因子（stem cell receptor，SCF）、Kit则参与了PGC的迁移和存活。SCF可通过调控酪氨酸激酶样蛋白Ror2在质膜的非对称分布实现诱导PGC定向迁移。还有研究称视黄酸（retinoic acid）可抗PGC凋亡、促其增殖。其他基因如ZFX（编码一种锌指蛋白）在PGC增殖和/或生存中也发挥重要作用。
尽管迄今为止已有不少相关研究，但PGC由后肠迁移至生殖嵴的具体路径及机制尚未完全阐明，可能依赖于PGC与其周围间质细胞之间的相互吸引、排除作用。现有研究明确了部分生殖细胞特异标记物及其周围组织的化学引诱分子，它们可能参与诱导PGC向生殖嵴迁移。还有研究表明，妊娠29天至7周间，胚胎PGC由背侧后肠系膜迁移到生殖嵴的路径和自主神经纤维走行路径一致。研究通过超微结构及cKIT和OCT4等免疫组化标志物，定义神经纤维和PGC。研究还发现性腺内神经纤维与迁移PGC仍保持接触。在妊娠第27天的猪胚胎中，生殖嵴内也可见来自神经嵴细胞的神经元细胞。综上，在人胚胎、胎儿发现的神经-生殖细胞作用可能对PGC迁移有重要意义，甚至可影响性腺内生殖细胞分化行为。
PGC到达性腺原基后，卵巢即与中肾密切联系并开始发育。在体腔上皮尚未成熟上皮基底膜仍缺乏时，PGC迁移至中肾腹侧间质，此为性腺发育的第一个表征。在人类胚胎，第一批PGC约于妊娠30天开始进入了该区域，并在未来几周内持续迁入。然而，PGC到达性腺的具体时间仍不明确。理论上只要性腺外存在PGC，它们就会持续向发育中的卵巢迁移。但鉴于新生儿卵巢中仅有极少量的PGC或卵原细胞，一周岁以后几乎不可见PGC，上述PGC迁移很可能在胎儿时期即停止。在胚胎的睾丸中，绝大多数生殖细胞于妊娠6~7周或性别分化后即定位于睾丸索内。性分化后不太可能有更多的生殖细胞再穿透睾丸索的基底膜进入发育中的睾丸。此外，不论男女，在妊娠第7周胚胎背侧肠系膜外仍可见少量PGC，这些细胞会否迁入性腺，或被清除，或滞留原位尚未阐明。
二、性腺组织的体细胞
性腺发育中的体细胞成分来源于中肾间质及中肾上皮细胞，还有部分来源于邻近的体腔上皮。在发育的早期，体腔上皮因缺乏基膜，实际上仅为“伪上皮”。
根据物种的不同，上皮与其下组织之间的上皮基膜在此后不同时期才形成。是以PGC迁移至此时，形态学上体腔间质尚未完全分化，中肾组织也在其中并未分割开来。伴随间质细胞、PGC共同存在的还有神经细胞、血管组织、血细胞，虽然常被忽视，但它们均是发育中卵巢的重要组成成分。
性腺中PGC的数量随着更多PGC的迁入，以及迁入中肾后的有丝分裂而增加，随着PGC数量增加生殖嵴也日渐成熟。发育中性腺内PGC的增殖行为受多种因素调控，如神经肽（垂体腺苷酸活化酶激活肽）等。
随着生殖嵴的进一步发育，中肾也不断退化为中肾管和/或鲍曼腔（Bowman’s capsules），中肾上皮来源的体细胞开始侵入生殖嵴。这些细胞在迁移到生殖腺的过程中将经历上皮-间质转化，到达生殖嵴后再次转化为上皮样细胞并分化形成卵巢网，后者则与未来发育的颗粒细胞有关。
中肾与性腺发育之间的联系及其对于性腺形成的重要意义已被广泛认可。在男性，来源于中肾的睾丸网与睾丸索之间的联系早已得到学界公认；但在女性，卵巢发育早期形成的卵巢网同未来形成的具有内分泌功能的颗粒细胞之间的关联，尚未得到广泛认同。
三、性腺的形成与性别决定
最初形成的性腺无雌、雄之分，可分化形成睾丸或卵巢。原始生殖细胞到达生殖嵴之后开始性腺的分化，未分化的性腺在一些基因的作用下，进入了不同的发育路径，最终形成睾丸或卵巢，这个过程即性别决定。
1966年，研究者发现了Y染色体短臂上的睾丸决定因子（testis determining factor，TDF）。1987年，美国科学家Page等进一步研究发现人Y染色体短臂的假常染色体区（pseudoautosomal boudary）含有一个Y连锁锌指蛋白（Y linked zinc-finger containing protein，ZFY）基因。1990年，Sinclair等在Y染色体短臂上找到了一个足以引起雄性化的更小片段，命名为Y染色体性别决定区（sex determining region of y chromosome，SRY），编码包括能与DNA结合的高迁移率族蛋白（high mobility group，HMG）的蛋白质。SRY基因的HMG盒在哺乳动物间具有高度的同源性，SRY能通过HMG盒与特异的DNA序列结合，这种结合是SRY打开雄性发育通路的关键，如果结合能力减弱，就可能导致XY个体性逆转为雌性。在小鼠胚胎，受精后10.5~12.5天SRY基因就在XY型胚胎的支持细胞前体细胞中表达，直到生殖嵴分化完成。SRY的表达激活了大量的信号通路，从而引起雄性特异的细胞增殖、细胞迁移，以及微管形成；导致性腺体积迅速增大，向雌性发育的通路或被抑制，或未被激活而发育为雄性。间充质细胞从中肾向性腺的迁移促进了精索的形成，如果这种迁移被阻滞，精索就不能正常形成。成年睾丸中，SRY的表达依赖于生殖细胞中的Y染色体。XX雄性小鼠因生殖细胞缺少Y染色体，其睾丸中并不表达SRY。因此，SRY在胚胎阶段和成年睾丸中具有不同的功能。
SRY的鉴定是通过人类的性转变确定的，但仅有约20%的性转变患者具有SRY突变，提示在性别决定过程中，还有其他因素。如SOX9，人类SOX9失活时有75%的患者为XY女性性别，表明该基因在性别决定中具有重要作用。对小鼠的研究发现SOX9的表达在SRY表达后迅速开始，在受精后第11.5天的雄鼠生殖嵴中有明显的表达上调，而在雌性中则明显下降。通过转基因技术使小鼠胎儿性腺的SOX9持续表达，将导致雌性向雄性的性逆转。人XY型胎儿的SOX9即使只有一个拷贝发生突变，使其表达量低于正常水平，也会导致性别决定异常。此外，还有抗米勒管激素（anti-Müllerian hormone，AMH），也称为米勒管抑制物（Müllerian inhibiting substance，MIS）。它由睾丸支持细胞产生，可使雄性体内的副中肾管退化，阻止其发育成雌性生殖器官。敲除小鼠AMH或其Ⅱ型受体基因后，雄鼠发育成假两性体有完全的雄性生殖道，同样也有子宫和输卵管。这种雄鼠能产生正常的精子，但存在的雌性生殖器官阻断了交配过程中精子进入雌性生殖道，睾丸间质细胞增生，将导致雄性动物中因雌性生殖器官分化而引发的隐睾症和不育症。威尔姆斯瘤抑制基因1 （Wilms tumor suppressor 1，WT-1）的突变或缺失，也并伴随性逆转及性腺发育异常等。WT-1敲除可导致小鼠受精后第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达早于SRY基因的表达，提示WT-1基因的产物可能参与调节SRY的表达。此外还有甾类生成因子（steroido genic factor 1，SF-1）、CBX2、POD1等重要基因都参与了雄性生殖嵴发育。
上述基因参与了雄性性别决定，在雌性，也有相应的一系列基因促进雌性性别决定。如人类Xp21的DAX1基因，是一种卵巢发育基因。研究发现当X染色体上2个拷贝的DAX1均表达时，即使个体具有SRY基因，也会发生XY个体雄性到雌性的性逆转。在正在发育的小鼠性腺中，DAX1首先在未分化的雌雄生殖嵴体细胞中表达，后随着睾丸索的出现，在个雄性中表达降低，而在卵巢发育时DAX1基因的表达则不变，即表现出性别二态性。进一步研究发现DAX1首先通过破坏WT-1的功能遏制SRY的表达，进而通过核受体共抑制物来抑制SF-1的转录激活功能，协同作用阻止具有双向分化潜能的生殖嵴向雄性分化。
此外，RSPO1基因突变可导致完全性46，XX男性或XX真两性畸形。RSPO基因在性腺形成时呈特异性的表达。小鼠研究发现受精后第10.5~11.5天，雌雄性腺中RSPOl表达量一致，随后XX性腺中表达量明显增多，到第14.5天，XX性腺中的表达量高于XY性腺5倍，可见RSPO1在性腺分化的关键时期有重要作用。RSPO1作为WNT配体可通过与卷曲蛋白（frizzled，FZD）家族特异受体等结合，启动胞内的β-catenin聚集，阻止其降解，促进其入核，并与 T细胞因子（T cell factor，TCF）、淋巴增强因子（lymphoid enhancer factor，LEF）等共同激活下游基因转录，诱发卵巢形成。WNT4是WNT信号分子家族的一员，人类XY性别反转的机制可能与1p31-35基因区的重复表达有关，其中即包含WNT4基因，WNT4的过量表达会激活DAX-l表达从而导致形成XY女性。RSPO1/WNT4共同参与WNT信号通路的调节，从而抑制生殖嵴向睾丸的分化和发育，促进生殖嵴向卵巢的分化。性别决定是一个复杂的过程，由许多基因参与，除了主要的性别决定基因SRY及上述所列的基因外，还有新的基因正不断被发现。它们形成的复杂调控网络调节着生殖腺的形成和发育，为雌、雄配子的发育成熟提供合适的环境。