睾丸( testis)睾丸包有较厚的纤维被膜，分为三层，外层为睾丸鞘膜，中层为睾丸白膜，内层为睾丸血管膜，被膜呈放射性向内部伸入，分隔成若干小叶结构，各小叶由线圈状的曲细精管和间质构成。曲细精管很长，呈线圈状弯曲，大鼠和小鼠各有32条，折叠约有12m/g睾丸，地鼠约有200条以上。曲细精管内有各级生殖细胞和支持细胞，前者由基底部依次向腔内移行，有精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞、精子细胞和精子。间质中有间质细胞、巨噬细胞、纤维细胞、血管、淋巴等。

大鼠精子形成由性成熟开始。在垂体促性腺激素的作用下，生殖细胞增殖、分化、形成精子。精子是经过一定的周期发育形成的，其周期按生殖细胞分化不同程度分为若干阶段，如大鼠14个、小鼠12个、地鼠和犬8个、人6个阶段。形成精子需4～5个周期，每个周期小鼠234小时，大鼠311小时，犬265小时，人380小时左右，所以精子生成一般需要40～60天。大鼠由6周龄开始生成精子，每克睾丸每天产生成熟精子约1000万个。大鼠6周龄精子开始成熟，6周龄以前精原细胞处于静止状态，随睾丸功能的发育成熟，精原细胞开始分裂。精原细胞是生殖细胞的干细胞，位于基膜上方，但未与基膜相连，共有三类精原细胞:精原细胞干细胞、增殖型精原细胞和分化型精原细胞。干细胞和增殖型精原细胞不断自身分裂增殖复制，产生大量的精原细胞用于分化。分化型精原细胞经有丝分裂形成精原细胞群，再经过有丝分裂向初级精母细胞分化，其后通过第一次减数分裂形成次级精母细胞，再经第二次减数分裂产生单倍体精子细胞，精子细胞和次级精母细胞非常相似，只不过精子细胞染色体数量减半，最后形成精子，上述各种细胞从基底部依次向腔内排列。初级精母细胞分裂前期较长，在切片中容易见到，而次级精母细胞很快分裂，切片中不易见到。值得注意的是在减数分裂时期最易受毒性影响。

支持细胞具有支持生殖细胞的作用，散在于曲细精管的基底部，呈不规则的垂直高柱状，核椭圆或三角形，胞浆稀少明亮，光镜下有时不易认出。支持细胞有一限定生长分裂时期，大鼠为18～20天龄，在这个时期一些功能初见成熟。支持细胞拥有供应精子形成过程的营养，促进生殖细胞的发育、分化、增殖，合成分泌抑制素( inhibin)和铁传递蛋白( transferrin)等生物活性蛋白质，输送雄性激素或提高局部雄激素的浓度，维持激素环境稳定。相邻支持细胞通过闭锁连接相连，形成血-睾屏障的主要部分，还能吞噬精子形成过程中的残片，由溶酶体消化吸收，并能合成和分泌抑制素，反馈给间质细胞及垂体，抑制卵泡刺激素的作用，还可以改变精子细胞顶端结构，而调控精子的排放，并分泌少量液体有助于精子的运送等多种作用。上述功能的任何一项受到干扰，都会影响精子的产生。

睾丸间质细胞位于曲细精管之间的疏松结缔组织中，另含有丰富的血管和淋巴管。间质细胞是一种内分泌细胞，成群分布，细胞体积较大，圆形或多边形，核圆居中，胞浆嗜酸性。间质细胞分泌雄激素，有促进精子发生，雄性生殖器官发育和分泌，维持第二性征与性功能等作用。间质细胞分泌的缩宫素oxytocin可以刺激曲细精管壁肌样细胞收缩，有助于精子在曲细精管中的输送;还可以调控精子的发生，如精子发生过程受到干扰，间质细胞将增加促性腺激素的分泌量，提高睾酮产生量，这时可见睾丸间质细胞增生。值得注意的是间质细胞在曲细精管之外，其突起又与毛细血管相邻，也容易受到化学物的损伤。大鼠睾丸间质中除了间质细胞，还有占细胞总量25%的巨噬细胞，虽然在超微结构下容易区别，但在光镜下与间质细胞很难区分，可采用酸性磷酸酶染色法或PAS染色法来鉴别。睾丸内细胞的死亡很少引起炎症细胞的渗出，而是引起巨噬细胞的增生，来吞噬睾丸内死亡细胞的碎片。

睾丸分泌的激素见表9-7。

雄激素是一种含有19个碳的化合物，根据结构的不同，雄激素可分为以下几种:睾酮、双氢睾酮( DHT)、雄烯二酮、脱氢表雄酮( DHEA)、DHEA-S和雄酮(图9-20)。不同类型的雄激素在分泌场所、分泌量和生理功能上均有差异。

男性睾丸的间质细胞产生雄激素，其中最重要的是睾酮，男性体内大约95%的睾酮由睾丸Leydig细胞分泌，成人睾丸每日的睾酮分泌量为3～10mg，此外，卵巢和肾上腺也分泌少量的睾酮，每日约500μg。DHT只有少量由睾丸直接分泌(每日分泌量约为70μg)，大部分的DHT由睾酮转化而来。肾上腺分泌的为脱氢表雄酮，由于无特异性受体，故无重要的生理意义，卵巢分泌的雄激素量很少，也无生理重要性。睾酮除直接发挥作用外，在一些特定组织内也能转化为DHT而发挥作用。

分泌进入血液的雄激素98%与各种蛋白质结合，其中40%与清蛋白结合，为非特异性结合; 60%与肝细胞分泌的性激素结合球蛋白( sex hormonebinding globulin，SHBG)综合，为特异性结合。呈结合状态的雄激素无生物活性，共有1%～3%的游离雄激素具有生物活性。但与清蛋白结合的睾酮易于转化为游离睾酮，出现生物活性，因此血浆SHBG的含量多少对于游离雄激素的浓度具有重要的影响。一些激素，如雌二醇和甲状腺素等能增加SHBG的含量，从而影响雄激素的功能。

在睾丸内，雄激素的运行主要依赖于睾丸内Sertoli细胞(支持细胞)分泌的雄激素结合蛋白( androgen binding protein，ABP)，ABP可同来自于血液或直接由Leydig细胞分泌的睾酮结合，提高曲细精管内的雄激素浓度，可达到血液中雄激素浓度的100倍，高浓度的雄激素对于精子的发生是必需的。

睾酮主要在肝脏内灭活( 50%～70%)，肝细胞从血液中摄取睾酮，在5α和5β-还原酶、3α和3β-羟类固醇脱氢酶以及17β-羟类固醇脱氢酶的作用下，转化为无生物活性的雄酮( androsterone)和雄烯二酮等，然后由肾脏排出。少数睾酮在外周组织降解，主要在前列腺和皮肤;另有少数睾酮转化成双氢睾酮和雌二醇，继续发挥作用。

睾丸Leydig细胞分泌睾酮主要受腺垂体分泌LH的作用，LH与Leydig细胞表面的G蛋白相关受体结合，从而激活了cAMP通路，进而启动睾酮基因的表达，虽然LH也能激活磷脂酶C通路，但该通路的激活是否与睾酮合成有关尚有争论(图9-21)。此外，Leydig细胞合成睾酮还受到胰岛素样生长因子-1( insulin like growth factor-1)、转化生长因子-α( transforming growth factor-α)、转化生长因子β( transforming growth factor-β)、白细胞介素-1( interleukin-1)和碱性成纤维细胞生长因子( base fibroblast growth factor)等的调节作用。

雄激素对体内的许多系统发挥作用。在胚胎期、青春期和成年期作用的重点不完全相同。作用的靶器官主要是生殖系统，包括性分化，精子发生，维持性功能和促进附属性腺的发育等。此外，雄激素也能影响全身代谢状况，对肌肉、骨骼、造血、血脂和蛋白质及糖代谢均有作用。

胚胎性分化过程中，雄激素使中肾管和中肾小管演变为男性生殖管道，并促使男性外生殖器的形成。

青春期开始，睾丸开始大量分泌雄激素，使得出现男性表型，包括睾丸增大，阴茎变长，阴毛出现并呈男性分布，出现胡须，声音变粗，肌肉发达，骨骼生长迅速等，同时使精囊腺和前列腺发育成熟，开始分泌精液。

精子发生的启动和维持依赖于高浓度的雄激素，由于Sertoli细胞分泌雄激素结合蛋白，使曲细精管内的雄激素浓度为血清中的100倍，雄激素刺激精子发生的机制尚不完全清楚，已经发现，雄激素受体分布于Sertoli细胞、管周细胞、Leydig细胞和小动脉的内皮细胞，提示雄激素通过刺激这些细胞的功能而促进精子的发生。目前倾向于通过Sertoli细胞发挥作用。至于生精细胞上有无雄激素受体尚无定论。

雄激素对附睾的成熟和功能发挥重要作用，附睾上皮物质转运、DNA和RNA合成、蛋白质合成、细胞内酶的含量以及精子在附睾内的成熟均受到雄激素的调控。

雄激素在前列腺的发育过程中有重要作用，与前列腺癌的发生也密切相关，睾酮需转化为双氢睾酮才能发挥作用。在青春期，随着血清睾酮的增多，前列腺也逐渐增大，在青春期前去势、5α-还原酶缺乏和雄激素受体突变均会导致前列腺不发育。雄激素对前列腺的作用可能是通过调节凋亡基因的表达产生的，在雄激素缺乏时，成年睾丸的凋亡基因表达明显上升。

睾酮能抑制GnRH的分泌，但作用较弱。

雄激素能刺激肝脏合成多种蛋白质;促进骨骼生长，增加骨密度;促进骨髓造血;促进肌肉细胞增生肥大。

早在1970年Dym和Fawcett提出肌样细胞是曲细精管的最初通透性屏障。曲细精管内支持细胞与支持细胞连接成了第二次细胞屏障，与毛细血管内皮细胞共同构成BTB，介于间质毛细血管腔和曲细精管腔之间。两腔之间的解剖结构中包括毛细血管内皮、毛细血管基膜、淋巴管内皮、肌样细胞、曲细精管基膜及支持细胞。在某些黏性分子参与下，促进了靠近曲细精管基底处支持细胞之间的连接和紧密连接( gap junction)的形成。紧密连接将曲细精管分隔成生殖细胞处于静止状态的基底区( basal compartment)和精细胞分裂、成熟的管腔区( adluminal compartment)，而保护增殖、分裂活跃的精细胞不受大循环复杂成分的干扰。基底区位于曲细精管壁基膜与支持细胞紧密连接之间，内含精原细胞、细线前期和细线期精母细胞，管腔区位于紧密连接与管腔之间，含有细线期精母细胞以后的各级生精细胞。精子形成过程中细线期精母细胞分化成粗线期精母细胞必须穿过紧密连接进入管腔区，这时支持细胞间的紧密连接方能分段开放，当细线期精母细胞进入后，紧密连接又恢复原状维持血-睾屏障。

1969年Setchell和Coworkers首先证实免疫球蛋白、碘化清蛋白、胰岛素和一些小分子物质可由曲细精管排出。BTB能阻止药物或化学物质自由通过，只允许分子量＜300Da的非电解质和脂溶性物质通透，分子量＞300Da的需经支持细胞处理后，方能选择性地转运至管腔区，如葡萄糖及胆固醇类物质均需有相应的载体帮助转运，离子则由相应的离子通道转运。而且，成熟精子的表面形成一些新的蛋白质，对机体具有异种抗原性，由于有BTB可与大循环隔离，免遭机体的免疫排斥。总之，通过BTB有3个条件:①分子量小于300Da;②脂溶性大;③化学毒物得到离子化。BTB的分化成熟大鼠在出生后16～20日，人在出生后11～13岁。药物是否对生殖系统有影响，常规只是对成熟动物作生殖试验，而对儿童用药需考虑儿童血-睾屏障尚未发育成熟，应进行幼鼠生殖试验。

睾丸激素活性是受下丘脑和垂体控制，形成受下丘脑-垂体-睾丸轴，一个复杂的反馈轴，间质细胞受垂体的黄体生成素( LH)的刺激，产生睾酮，刺激支持细胞促进精子形成。试验证明将成年大鼠的垂体摘除，可使睾丸缩小，间质细胞萎缩，睾酮分泌减少，精子发生过程停滞，一般停止在初级精母细胞阶段。如长期注射睾酮，可使生精过程恢复，给未成年鼠的睾丸局部埋植睾酮，其附近的曲细精管发生早熟的生精过程已经开始，只要给适量的睾酮，生精过程便可维持。如生精过程尚未开始或因某种原因中断，仅有睾酮则难以使生精过程启动或恢复，该过程必须有FSH的作用。可见，FSH对生精过程有启动作用，而睾酮则有维持生精效应，两者相互配合，共同调节生精过程。支持细胞分泌的抑制素( inhibin)还能向间质细胞及垂体发挥反馈作用，抑制垂体FSH的分泌。

睾丸网是由单层立方或柱状上皮组成的网状结构，大鼠和小鼠睾丸网位于睾丸顶部的囊下，而犬和兔形成管道穿过睾丸的中部。睾丸网主要是收集、储存精子及曲细精管液重吸收的地方。睾丸网延伸的睾丸输出管直接进入附睾头部。睾丸输出管上皮细胞为高柱状和低柱状混合分布，管腔呈星形为其特征。上皮主要是主细胞( principal cell)，游离面有不动毛( stereocilia)，输出管周围有三层平滑肌，有助于精子从睾丸网进入附睾头部。另外，输出管也能重吸收部分由支持细胞分泌的曲细精管液。

附睾是睾丸输出管继续的器官，由无数弯曲的附睾管组成，分为头部、体部和尾部三个部分。头部血管丰富，可见明显的红色，头部附睾管上皮表面有绒毛，核位于基底部，细胞小呈多角形。附睾体是头部与尾部之间的狭小部分，尾部由于储存大量精子而膨大。体部和尾部附睾管上皮细胞为两层高柱状，胞浆内有小空泡，表面有一层不动毛。当精子通过附睾时，精子在形态学上及新陈代谢上都有很多变化。精子在附睾头部和体部形成顶体，胞浆内脂滴从精细胞内流出，不同的表面抗原也表达出来，并逐渐产生运动和代谢功能，精子成熟过程需1～2周。在此期间由于这些功能具有雄激素依赖性，所以，附睾也会同样受到化学物质的毒性影响。

雄激素分泌低下是男性生殖系统异常的常见疾病之一，主要导致性功能低下和精子发生障碍。中老年人由于睾酮分泌的生理性下降，出现雄激素部分缺乏的症候群，称为老年男性雄激素部分缺乏( partial androgen deficiency of the aging male，PADAM)。主要表现为:①性欲和勃起功能减退;②情绪改变伴有脑力和空间定向能力下降，容易疲劳、抑郁和情绪激动;③肌力下降;④体毛减少和皮肤改变;⑤骨质疏松;⑥内脏脂肪增加。

在啮齿类动物慢性毒性及致癌性研究中，间质细胞瘤是最常发生的内分泌肿瘤之一。啮齿类动物睾丸肿瘤一般分为5类:源于性腺基质细胞的肿瘤、源于生殖细胞的肿瘤、源于睾丸附件结构的肿瘤、源于浆膜的肿瘤以及源于支持结缔组织和睾丸血管的肿瘤。

睾丸的间质细胞常随着年龄的增长及长期受大剂量外源性化学物质而出现增生。引起间质细胞增生性损伤的致病机制包括辐射、物种或品系的差别以及暴露于某种特定的化学物质(如镉盐和2-乙酰氨基芴)，其他原因包括生理功能紊乱如隐睾病、睾丸血供不足或脾的异位移植。激素失衡也是导致间质细胞增生性损害的重要因素，如增高的鼠和豚鼠雌激素和由于持续给予雄激素受体拮抗剂、5α-还原酶抑制剂、睾酮生物合成抑制剂、GnRH激动剂和芳香酶抑制剂而增高的垂体促性腺激素等。许多化学物质也能干扰大鼠的下丘脑-垂体-睾丸轴上的某个环节(图9-22)，影响负反馈调节而生成过多的黄体生成素，引起间质细胞的增生性变化(增生、腺瘤)，例如长期受抗雄激素类药物的影响［如与雄激素受体相结合的procymidone(速克灵)］，能增加黄体生成素的血液浓度，刺激间质细胞，从而导致细胞的增生和腺瘤的发生。

生殖系统对外来化学物质的摄入、分布、排泄与机体其他部位的生物转化相似，差别在于有血-睾屏障和胎盘屏障。而且，睾丸中不同细胞群对化学物质的感受性不同，生精细胞＞支持细胞＞间质细胞，尤其在初级精母细胞以后的发育阶段最容易受多种药物和化学物质的干扰，所以病变多在曲细精管内。动物试验证实直接损伤曲细精管上皮的有钴、放射线、烷基化合物、抗生素及抗代谢药物，直接损伤精原细胞的有镉、汞、铅及锰。对睾丸间接引起损伤的因素较多，如促性腺激素缺乏、给予雌激素、营养不良、锌和维生素A缺乏等。

正常情况下，各级生精细胞的发生是有规律的，当化学物质侵入后，细胞产生一系列的应答反应，而且与毒性作用强度、剂量成正比，呈现一定的量效关系。毒性作用引起细胞损害的特点主要取决于化学物质的理化性质、作用强度、时间和对生殖细胞的靶点等因素。例如雌激素、孕激素均可引起大鼠睾丸萎缩，钴可以导致大鼠精原细胞和支持细胞坏死，雌激素还可诱发间质细胞增生。小鼠皮下注射镉盐后，早期可出现睾丸血管变化，随着给药时间的延长，则生精细胞脱落、分离，并出现融合的巨核精细胞，部分组织纤维化，失去正常结构。附睾毒性与睾丸相似，大鼠和犬给予雌激素可以引起附睾上皮萎缩和坏死。有些药物也可出现上皮空泡变化或精子肉芽肿。此外，长期给予雌激素或维生素A缺乏还可出现鳞状上皮化生。另外需要注意的是，老龄大鼠和小鼠会出现生理性精子形成低下现象。

间质细胞的形态学变化是受性激素调控的: LH的增多会使内质网体积增加，导致间质细胞肥大增生;相反，LH减少或抑制类固醇生成，则内质网体积变小，导致间质细胞萎缩。

化学物质的细胞毒性作用可以导致蛋白质或RNA合成障碍，阻止纺锤体形成，多见于抗癌药、某种抗生素和分裂抑制剂等。有的化学物质直接作用于精原细胞，早期出现精原细胞或精母细胞消失，给药40天后曲细精管内所有细胞消失。如果药物作用于减数分裂以下阶段，则精原细胞和支持细胞正常，而次级精母细胞以下阶段细胞全部消失，由于精原细胞还存在，停药后还可以恢复生精功能。代谢和营养障碍可以引起睾丸萎缩，毒性试验也常常出现睾丸萎缩，两者在评价的时候要注意区别，前者伴有体重减轻、皮下脂肪减少和附属生殖器官萎缩等。

附睾在毒性试验中最常见的反应是雄激素减少，进一步导致附睾上皮萎缩或出现空泡。大鼠和犬给予雌激素可引起附睾上皮细胞萎缩或坏死，某些药物能引起附睾上皮细胞空泡变性或囊泡形成。化学物质诱发的附睾反应主要是炎症病变，甚至形成精子肉芽肿。虽然附睾有血-附睾屏障，但没有血-睾屏障那样紧密。当附睾上皮受到损伤时，将会出现免疫补体细胞，它将腔内的精子看作是外来的抗原，结果形成精子肉芽肿。给予大鼠肾上腺阻断剂可引起精子肉芽肿，其原因是附睾管断裂，精子进入间质，由巨噬细胞、成纤维细胞包围形成肉芽肿。

DDT作用于小鼠睾丸初级精母细胞造成显性致死。烷化剂作用于雄鼠造成精子缺乏或使精子失去致孕能力或导致畸胎。棉酚可干扰睾丸曲细精管生精上皮的生长及增殖。甾体类避孕药还可以通过作用于下丘脑-垂体轴，而间接抑制雌性动物的排卵。

使用大剂量的钙离子通道阻断药能显著提高Sprague-Dawley大鼠发生间质细胞腺瘤的危险性。内分泌的研究表明黄体生成素和卵泡刺激素血清浓度升高只在52周和66周后才表现出来。黄体生成素持续升高到104周。

外源性物质增加间质细胞肿瘤发生率的另一个重要机制是抑制睾丸细胞的睾酮合成。例如:兰索拉唑是苯并咪唑(间二氮茚)的替代品，能够抑制位于胃底黏膜处一种有泌酸功能的壁细胞的H ⁺-K ⁺ATP酶(质子泵)。兰索拉唑咪唑基的存在提示其有影响睾丸激素合成的可能，因为几个咪唑基化合物(如酮康唑和格列本脲)均能抑制睾丸激素的合成。对大鼠的慢性试验表明，兰索拉唑会引起血液中睾丸激素水平的下降、黄体生成素水平升高，增加间质细胞增生和良性腺瘤的发生率。兰索拉唑抑制睾酮合成反应中最敏感的环节是将胆固醇转运至胆固醇侧链裂解酶。

尽管几种激素失衡会增加啮齿类动物间质细胞肿瘤的发生，但几种与血黄体生成素持续升高有关的人类疾病(包括克兰费尔特综合征、垂体的促性腺激素细胞腺瘤)中尚未发现与这种罕见的睾丸肿瘤相类似的疾病及任何的发展趋势。

文献中有许多关于外源性化学物质(其中许多为市售药品)增加大鼠在毒理学及致癌试验中发生间质细胞增生性损害的报道。这些化学物质包括吲哚美辛、乳糖、美舒麦角、西咪替丁、吉非贝齐、氟他胺等。

氟他胺是一种强效的非类固醇抗雄激素类物质，能抑制睾酮与靶细胞上特异受体结合，并且能减弱对下丘脑及垂体的负反馈调节，以致使血液中黄体生成素和卵泡刺激素的浓度升高。持续给予氟他胺会引起大鼠的间质细胞肿瘤的发生率大大提高。Schering-Plough研究所的药品安全与代谢部门完成了一个重要的可逆性研究。在这个研究中Sprague-Dawley大鼠接受1年的氟他胺，或者用药1年后给予1年的恢复期，或者持续给予2年。这个研究强调许多大鼠间质细胞的灶性增生性损害缺乏自发生长性及需要药物的存在而刺激其生长。将每天接受3个剂量组氟他胺、持续给药1年的大鼠在停药恢复1年后与在停药后未经恢复期的大鼠相比，其间质细胞腺瘤(根据NTP的大于1个曲细精管直径的诊断标准)发生率呈现下降。与之相反，连续给药2年的大鼠的腺瘤数量继续上升，直到中、高剂量组( 30μg/kg及50μg/kg) 的95%均出现间质细胞肿瘤。1年的恢复期也使局灶性增生(小于1个曲细精管直径的病灶)明显降低。该研究结果表明较小的间质细胞增生性损伤经常可以逆转。

尽管对大鼠的慢性试验中会增加间质细胞腺瘤发生率的外源性物质已被大量的报道，但许多相似的化合物(如西咪替丁、酮康唑和某种钙离子通道阻断药)，并未增加人类间质细胞腺瘤的发生。总之，间质细胞腺瘤对于大鼠是高发的肿瘤，通常与激素失调有关。但是这些大鼠肿瘤并非是评估男性发生这种罕见睾丸肿瘤潜在危险的合适模型。能够增加大、小鼠睾丸间质细胞增生性损害的代表性药物见表9-8。