FSH在羊(或牛)超数排卵及胚胎移植中的应用

FSH在羊牛超数排卵及胚胎移植中的应用吴争延安大学生命科学学院，陕西延安716000摘要：卵泡刺激素是由动物垂体前叶嗜碱性细胞合成和分泌的一种糖蛋白类促进腺激素，在人类及动物的繁殖过程中起重要作用。文章扼要介绍了卵泡刺激素的分子组成、在牛、羊胚胎移植和超数排卵中的应用及影响。关键词：卵泡刺激素，胚胎移植，超数排卵卵泡刺激素（follicle-stimulatinghormone，FSH）是由动物垂体前叶嗜碱性细胞合成和分泌的一种糖蛋白类促性腺激素，其分子中主要含有4类碳水化合物：己糖（3.90%）、氨基己糖（2.40%）、岩藻糖（0.40%）、唾液酸（1.40%）。FSH的分子量在动物间存在种属差异，大致在30KD左右。对FSH的研究始于20世纪20年代，早在1920年，Zondek和As-chheim就提出雌性动物垂体可能还有两种促性腺物质：一种是刺激卵泡成熟，另一种是促进排卵形成黄体。1927年，Smith等证明动物在切除脑垂体后性器官萎缩，而移植垂体则可使其恢复。1931年，Ferold等首次成功地将垂体提取物分为两种不同的成分后被其他学者定义为卵泡刺激素（FSH）和黄体生成激素（LH）。FSH在不同哺乳动物之间存在明显的种属特异性，马和猪垂体中FSH的含量最高，人次之，牛、羊等含量较低。FSH在雌性动物体内可促进子宫内膜生长、排卵、刺激多卵泡发育等。目前研究最多的是FSH应用于山羊、牛等动物的超数排卵、胚胎移植、同期发情及胚胎移植工作。通过超数排卵可以获得大量整齐、优质的卵子或受精卵，而这又是进行胚胎移植、转基因研究的前提条件之一[1]。FSH是由两个非共介结合可解离的亚基所组成，称为α-亚基和β-亚基。α-亚基由92~96个氨基酸组成（不同哺乳动物不同）；β-业基由1099~115个氨基酸组成。糖基是以N-糖苷键的方式连结在α和β两个亚基各自的区域。由垂体分泌的卵泡刺激素（FSH）、促黄体激素（luteinizinghormone，LH）、促甲状腺素（thyrodstimulatinghormone，TSH）、及胎盘产生的绒毛膜促性腺素（chorionicgonadotropin，CG），它们共同组成一个糖蛋白激素家庭。它们的功能虽然各异，结构却极为相近，都是由α-亚基和β-亚基所组成，在同一种内α-亚基是确定的，甚至在所有哺乳动物中的α-亚基的氨基酸序列都是保守的。它们的α-亚基可以互换，而β-亚基则不能互换。β-亚基具有激素各自的特异性，又有种间特异性，是激素生物活性和免疫活性的决定因素。α-和β-亚基单独都不具有生活活性，二者结合在一起引起结构上的变化，才具有生物活性。一般认为α-亚基负责信号传导作用，β-亚基是功能亚基，参予受体结构。后经研究发现，α-和β-亚基均参加受体结合与信号传导作用。FSH-α亚基基因由3个外显子和3个内含子组成，含有24个氨基酸的前导序列及编码96个氨基酸的DNA序列。图1FSH-α、-β亚基基因与FSH蛋白质的结构示意图FSH在雌性动物可促进子宫内膜生长、排卵、刺激多卵泡发育等。靶细胞上存在着FSH的特异性受体，FSH与细胞膜上的卵泡刺激素受体结合后，通过G蛋白偶联机制激活腺苷酸环化酶，使细胞内cAMP增加或引起钙离子内流，从而对细胞的代谢或功能活动产生影响。FSH与受体结合后产生两种作用。一方面活化芳香化酶，另一方面诱导LH受体形成。内膜细胞在LH的作用下提供19碳底物-雄烯二酮或睾酮这些底物通过基底膜进入颗粒细胞，活化的芳香化酶把它们转变为17-βE2，而卵泡内膜本身只能产生很少量的雌激素。雌激素协同FSH使颗粒细胞增生，内膜细胞分化，卵泡液形成卵泡腔扩大，从而使卵泡生长和发育。在自然条件下，单胎动物只有一个卵泡发育成熟至排卵，即使多胎动物也只有部分卵泡发育成熟，其他卵泡在不同发育阶段先后退化，可见正常垂体分泌的FSH只能保证一个或部分卵泡发育成熟。如果在发情前期给动物注射大量FSH，就能使将要退化的卵泡发育成熟，其排卵量可超过正常排卵数的若干倍，例如对波尔山羊注射FSH，获得了显著的超数排卵效果。另外，FSH还可直接作用于卵巢，刺激卵巢生长，增加卵巢重量[2]。FSH在胚胎移植中有相当重要的作用，近年来对其研究较多。胚胎移植又称受精卵移植，就是把一头雌性动物的早期胚胎从输卵管或子宫内冲洗出来，移植到另一头动物的输卵管或子宫内，使其继续发育为胎儿的过程。胚胎移植技术是家畜繁殖领域中的一次重大革命，它能够提高优秀种畜的繁殖力，充分利用遗传基因，对家畜的育种、保种、引种及经济效益的提高都具有非常重要的意义。它的基本过程包括：供体和受体的选择、供体超排处理和配种、受体同期发情处理、胚胎回收、检卵和移植。其中，超排技术是胚胎移植中最基本和重要的技术之一。它是指以各种外源性促性腺激素诱发动物卵巢的许多卵泡发育并排出具有受精能力的卵子的过程，是成功回收早期可用胚胎的关键环节[3]。超数排卵是在外源性生殖激素的参与下，对家畜下丘脑-垂体-性腺轴分泌活动和卵巢本身刺激所产生的一系列较为复杂的生殖生理过程。它受激素种类、剂量、注射时间、超排程序、重复注射、家畜品种、年龄、胎次、遗传特性、营养水平、发情周期阶段、产后时间间隔、卵巢功能、泌乳状态、繁殖力和环境条件等因素的影响，效果不稳定，特别是个体之间差异较大[4]。目前对于影响羊（或牛）超数排卵及胚胎移植的因素的研究，最多的是外源性激素的质量和剂量。FSH剂量过大，卵巢上发育的卵泡数和排卵数量过多，会导致卵巢体积异常增大和卵子接受过程的机械障碍，结果接受到的卵子数量却有限，卵巢表面未排卵的卵泡可释放激素进而影响妊娠率；剂量不足，不能充分满足体内多个卵泡发育乃至排卵的需要，不表现发情或者表现发情但是卵巢黄体数目较少，因而达不到预期的超排效果[5]。此外，来自不同的生产厂家的FSH纯度不同、质量的效价不稳定和纯度及所含LH活性成分的多少都直接影响到动物体。激素的批号以及药物的保存方法和处理程序也都影响超排效果。另外，外源性激素的介入使得动物机体内的FSH、LH的比值发生明显的变化，LH的含量较高时可以导致生长卵泡的闭锁和黄体化，从而导致超排效果不佳[6]。例如，探讨奶牛连续超数排卵的效果，对28头荷斯坦奶牛以不同的FSH剂量（400、380、360mg），以30d为间隔连续超排3次。结果表明，每组中各次间头均可用胚数差异不明显；400mgFSH组与380mgFSH组头均可用胚数差异不明显，但与360mgFSH组存在差异，380mgFSH组与360mgFSH组存在差异；以400mg和380mgFSH进行连续3次超数排卵，都可取得满意效果，但以400mgFSH为最佳连续超排剂量[7]。又如，使用新西兰产FSH对波尔山羊超数排卵后平均获得可用胚胎14枚/只，显著高于澳大利亚产FSH效果（平均7.59枚/只）（P0.05），而中国科学院产FSH的超排效果（平均10.38枚/只）与新西兰产无显著性差异（P0.05）；进一步采用中国科学院产和新西兰产FSH分别对道塞特、萨福克和杜泊3个品种绵羊实施超数排卵结果，获得平均可用胚胎数均无显著性差异（P0.05）；使用腹腔内窥镜法和常规手术法胚胎移植结果表明，移植妊娠率分别为57.44%和60.20%，2种方法间无显著性差异（P0.05）[8]。家畜个体情况对超排效果也会有影响。不同品种，甚至是同一品种的不同品系，对药物的敏感性也是不同的。同样剂量的药物，奶牛和肉牛的效果是不同的，同是肉牛品种的牛，排卵也是不相同的。有人报道，西门塔尔牛排卵为15.2个，利木赞牛排卵为13.6个。郭志勤等（2001）对荷斯坦奶牛与安格斯肉牛和西门塔尔牛超排效果进行了比较，安格斯肉牛为好，西门塔尔和荷斯坦牛差别不大[9]。如对10只波尔山羊进行了超排处理，从超排结果来看，波尔山羊这一品种对FSH极为敏感，以42IU剂量的处理效果最佳，但个体之间也存在差异[10]。不同品种的山羊对激素处理的反应存在较大的差异，相同品种的不同个体对药物的反应也不一样。青年羊的反应比成年羊的要敏感，但差异较大[11]。注射激素剂量相同的母牛，由于年龄的不同，超排效果也不同。初产牛比经产母牛排卵多，育成牛要比成年牛排卵多。3岁以下的青年母牛超排效果较好，这可能是因为青年母牛卵巢对外源激素反应敏感而促使诱发多排卵。另外，生殖力高的母牛（易配种受胎）比生殖力差（不易受胎）的母牛超排效果好，这似乎不仅说明卵巢的机能不同（产生正常的卵子）而也与生殖道内受精的环境有关。生殖力正常母牛排卵数、受精和胚胎数、移植妊娠率明显高于低生殖力的母牛。不同的处理方法对超排也用一定的影响。性周期阶段与超排效果的关系现行的超排处理基本在供体牛发情周期第8-14人进行，其中在1012人的效果较好，超排的黄体较多，这能与超排处理时黄体的发育有关。经放射免疫测定乳脂，血清孕酮含量结果表明，超排前或超排时孕酮浓度高的可用胚胎多。无论那种FSH，在适当的剂量范围都可有效进行超排，中国科学院FSH与宁波FSH联合使用可提高回收胚胎数和可用胚胎数；与6次递减注射相比，7次或8次递减注射的结果更为理想[12]。另外，环境、营养、遗传因素、饲养管理水平以及冲胚技术对超排效果都有一定的影响。所以，要想用青年牛进行超排还需进一步试验研究。利用青年牛进行超排是切实可行的，在经济上也是合算的[13]。有关利用青年母牛作为供体，一般认为青年母牛的卵巢机能不够完善以及操作困难而使超排效果差。但研究发现青年母牛超排所获可用胚胎数与经产母牛相比无明显差异，可能是由于本试验所用的青年母牛在1.5岁以上，其生殖系统和机能发育完成，同时青年母牛对激素应答反应敏感，所以选择1.5岁以上青年母牛超排效果与经产牛没有差异。参考文献：[1]关洪斌,李庆章.卵泡刺激素研究进展[J].东北农业大学学报,2002年9月第33卷第3期209-212.[2]任春明,字向东,张重庆,等.卵泡刺激素(FSH)的研究进展[J].禽牧业,2006年第20期.[3]王自科.国产促卵泡素(FSH)对供体牛超排效果的分析[J].甘肃畜牧兽业.2006年第1期，27-28.[4]肖红卫,田永祥,李莉,等.高产奶牛超数排卵方法和胚胎冷冻的研究[J].湖北农业科学.2007年9月第46卷第5期，795-796.[5]吕文发,刘增新,王军,等.成年荷斯坦奶牛超数排卵效果的比较研究[J].中国畜牧杂志.2007年第43卷第7期，16-17.[6]杨,冯建忠,张金龙,等.波尔山羊的超数排卵及影响因素的分析[J].中国畜牧杂志,2005年第41卷第1期，37-39.[7]张成,史远刚,马甫行,等.荷斯坦奶牛连续超数排卵的研究[J].安徽农业科学,2006年第34卷第6期，1087-1088.[8]付静涛,朱士恩,余文莉等.影响绵羊、山羊超数排卵及胚胎移植效果因素分析[J].中国农业大学学报,2005年第10卷第5期，58-61.[9]魏红芳,郭建来.牛超数排卵的方法及影响其效果的因素[J].河南畜牧兽医.2004年第25卷第10期，20-21.[10]张令进,达来,于清勇,等.用不同剂量FSH对波尔山羊进行超排处理及胚胎移植试验结果初报[J].中国草食动物,2004年第2卷第4期，13-14.[11]郭晓昭,李莉,谢传昀.用FSH和PMSG超排不同品种山羊的对比试验[J].草食家畜,2004年第1期，32-33.[12]白喜云,陈静,李跃民,等.FSH使用方法对无角道塞特绵羊超数排卵的影响[J].中国兽医科学,2006年第36卷第12期，1009-1012.[13]张成,史远刚,娄媛媛,等.影响荷斯坦青年奶牛超数排卵效果因素的研究[J].江苏农业科学,2006年第2期，105-106.