牛卵发生的调控因素及机理

牛卵发生的调控因素及机理

卵石的发育是一个非常罕见的生物过程。牛一生中约有99%的卵石被认为是封闭的，但很少有人能够成熟并分泌。在一般情况下牛多为一胎,人们围绕着提高母牛的一次排卵率和产仔率,进行了许多卓有成效的研究工作。其中对于牛卵泡发生过程及其调控因素和机理的更为深入、准确的了解将有助于探索出更为精确的控制母牛繁殖周期的方法。这对于充分利用卵巢卵母细胞及更加有效地利用超排技术非常重要。1不同发育部位卵母细胞的发育人们通常根据卵泡的体积、颗粒细胞的层数、卵泡膜的发育、卵母细胞在卵丘内的位置、腔的出现等几个方面,将发育的卵泡分为原始卵泡、初级卵泡、次级卵泡、三级卵泡、成熟卵泡(葛拉夫氏卵泡)几个阶段。其中原始卵泡、初级卵泡和次级卵泡又统称为腔前卵泡,三级卵泡、成熟卵泡统称为有腔卵泡。卵母细胞开始第一次成熟分裂时,周围被一层扁平颗粒(上皮)细胞包围,这是最小的卵泡形式,称原始卵泡,主要位于皮质外区的储备库中,成群存在。原始卵泡中的初级卵母细胞生长增大,卵泡细胞分裂增殖,一旦其获得一层完整的立方颗粒(上皮)细胞包围,就发育成为初级卵泡,位于腔前卵泡缓冲库内,逐渐卵黄颗粒增多,卵泡细胞增殖,在初级卵母细胞与颗粒细胞之间,由颗粒细胞分泌的糖蛋白构成透明带,此时直接包围卵泡四周的皮质基质即改变为卵泡膜,初级卵泡发育成为次级卵泡,仍位于腔前卵泡库内,卵泡细胞分裂增殖形成复层,细胞膜上出现促卵泡素(Follicle-StimulatingHormone,FSH)和促黄体素(LuteinzingHormone,LH)受体,胞内同时形成雌激素(Estrogen,E)、睾酮(Testosterone,T)、孕酮(Progesterone,P4)受体。而后次级卵泡中卵泡细胞逐渐分离,形成腔隙,其中充满由卵泡细胞分泌的卵泡液。随着卵泡腔的扩大和卵泡液的增多,卵母细胞被推向一边,并被包裹在卵泡细胞团中形成卵丘,颗粒细胞贴在卵泡腔周围形成颗粒层,发育成三级卵泡,这时的颗粒细胞也参与卵泡液的形成,并在FSH诱导下在细胞膜上形成催乳素(Prolactoliberin,PRL)受体。到达成熟卵泡时,颗粒细胞不再分裂增生,但细胞膜上的LH受体进一步增多,而PRL受体有所下降;这时卵泡液急剧增加,卵泡腔达最大,因而卵泡壁变薄,卵丘内放射冠细胞与卵丘细胞间出现裂隙,彼此联系松动,以利于卵母细胞排出。2牛、牛、黄体期不同发情周期的fsh发育特点对卵巢的组织学观察、卵泡标记技术以及解剖学观察结果表明,动物的卵泡多是以波的形式生长的。通过超声波显象技术已经证实,牛的卵泡发育的确是以波的形式周期性地发生的,在牛的发情周期中常见2～3个发育波,偶尔也出现1个、4个或5个发育波。青年母牛卵泡期约始于发情周期第2、9、和16天(3波发育)或第2和11天(2波发育)。每个卵泡波中,直径≥2mm的卵泡发育要历经卵泡募集、选择、优势化和(或)闭锁过程,具体为:一组(一般1～6个)直径为4～5mm的卵泡同期出现并开始发育(卵泡的募集),通常在每个卵泡波发动前的2.5d左右开始出现FSH暂时性上升,大约到卵泡波出现时开始下降。在这组卵泡共同生长36～48h后,其中一直径8～9mm卵泡继续发育快速生长,变得比其余的卵泡大,而小卵泡的命运将是停止生长,发生退化、闭锁。被选择的卵泡获得对同组其余卵泡的生长优势,成为优势卵泡。这些也说明了在牛的发情周期中不是随机出现大卵泡的。一般地,在牛的发情周期的黄体期中,达到最大约16～20mm的优势卵泡在退化前将维持3～6d。因为发情周期中在黄体期达到最大的优势卵泡和所有次要卵泡的命运一样都是闭锁。而在黄体退化、溶解时存在的优势卵泡则成为该发情周期中的排卵卵泡,它在黄体溶解后,继续生长,直到排卵。自然情况下,牛的排卵卵泡来自最后一个发育波,可能在P4较低的环境下易成熟排卵。牛卵巢从初情期前开始出现卵泡波,形成优势卵泡,妊娠期仍是如此。但有报道称,在妊娠最后一个月,虽有重复的FSH升高,却不出现卵泡波。三波发育发情周期显著长于二波周期,说明黄体期的长短似乎决定(至少部分决定)一个周期的卵泡波数量。三波的发情周期,其黄体期比二波的稍长。用外源性孕酮处理青年母牛,试验延长黄体期,结果一个周期产生4个或5个卵泡发育波。而在三波周期中,第二波不排卵,优势卵泡最小,可能和它在发情周期中受到高水平持续孕酮的抑制有关。3监督管理因素3.1fsh与山水气动物及hcl的关系促性腺激素是卵泡发生发育必需的蛋白质激素。在卵泡生长的各阶段,促性腺激素影响着各生长阶段的卵泡:究竟是启动继续发育、成熟排卵,还是发生闭锁。在卵泡形成早期,并非完全依赖于促性腺激素。但FSH极有可能对卵泡波的发动和早腔卵泡的生长极为重要,而随着卵泡发育、成熟,LH逐渐变得重要,卵泡的最后生长、成熟可能依赖于LH分泌脉冲频率的增加。表现为:①内膜细胞为颗粒细胞提供底物,经芳香化作用生成17β-雌二醇;②在优势卵泡增长而FSH下降时,颗粒细胞提供额外刺激,增强了FSH诱导的芳香化能力。以上两过程使得LH分泌脉冲频率增加。因此,在卵泡发育过程中,尤其是对初始阶段以后(牛卵泡直径4mm左右)的发育,FSH起着至关重要的作用,它对原始卵泡的发育恢复起关键作用,而LH对卵泡的选择、优势化起作用。近年的研究进一步说明了这一点:在腔前卵泡或早腔卵泡(直径<4mm)时,颗粒细胞不表达细胞色素P450侧链裂解酶(P450scc)和3β-羟类固醇脱氢酶(3β-HSD)的mRNA,说明这些卵泡不能把脂肪酸转化为孕激素或孕酮。研究还发现,FSH受体的mRNA位于颗粒细胞和卵丘细胞的表面。在原始卵泡只有1～2层颗粒细胞时就能找到表达FSH受体mRNA。原始及次级卵泡能表达FSH受体的mRNA说明,FSH可以促进颗粒细胞增殖及处于生长早期的卵泡发育。颗粒细胞周围内膜形成后,其上LH受体、P450scc、P45017(细胞色素P45017α-羟化酶)和3β-HSD的mRNA表达约从腔形成时开始,而后,随早腔卵泡生长而增加。这些结果显示,发育早期的卵泡能合成雄激素(A),但在腔前及早腔卵泡均测不到颗粒细胞上述受体表达,说明这些卵泡颗粒不能把A转化为17β-雌二醇,这和直径<5mm的卵泡对雌激素不敏感的结论一致。一般地,随卵泡进行性发育,对促性腺激素受体,类固醇生成酶和类固醇生成快速调节蛋白(Steroidgenicacuteregulatoryprotein,StAR)的mRNA表达增加,并在卵泡接近最大时表达最高。近来的一些研究表明:卵泡的募集与颗粒细胞上P450scc、P450arom(细胞色素P450芳香化酶)的mRNA同时表达的开启有关,而优势卵泡的选择似乎与LH受体、3β-HSD的mRNA表达有很大关系。对于卵巢类固醇激素和一些蛋白质激素,一般认为:雌激素能促进卵泡的发育和分化,而雄激素、孕激素、抑制素等起相反作用。另外,可以影响促性腺激素、类固醇激素的其他激素均能对卵泡发育产生作用。实验证明hCG可促使第一波优势卵泡排卵,第二波持续时间缩短,而使第三波延长。而催产素(OT)亦能影响卵泡发育,并有可能调控着排卵。如:给青年母牛于发情前期注射OT,能促进排卵。3.2免疫调节作用近来的许多研究表明,生长因子和细胞因子在动物的卵泡发育过程中扮演重要角色。在卵泡中,胰岛素样生长因子(IGFs)主要由颗粒细胞和内膜细胞所产生。IGFs作为一类促生长物质,能促进细胞对葡萄糖的摄入和氧化,加速氨基酸转运,促进DNA的合成。卵泡内膜/内膜间质细胞上均有IGFs受体,IGFs与其受体结合可刺激内膜细胞和颗粒细胞进行有丝分裂,使细胞数量增加。Gong等按大(>10mm)、中(5～10mm)、小(<5mm)卵泡将牛颗粒细胞进行体外培养,掺入胸腺嘧啶核苷,以研究IGF-1对这种颗粒细胞增殖的影响。结果发现,IGF-1对这三种的颗粒细胞均有促增殖作用。IGFs除了促进颗粒细胞和内膜细胞的生长和增殖外,还可促进其分化。IGFs能促进卵泡内膜细胞生成雄激素,促进颗粒细胞产生雌二醇,另外,IGF-1和雌二醇有相互促进作用,IGFs也能促进孕酮的合成与分泌。而Spicer等向卵巢内灌注IGF-1,以确定是否影响牛卵泡功能时发现,经7d直接向卵巢基质内灌注IGF-1,并不影响卵泡生长,但却改变了卵泡雌二醇的产生,即IGF-1处理使得大卵泡雌二醇浓度下降,而小卵泡液中雌二醇浓度升高,但未影响大、小卵泡液中孕酮浓度。成熟的牛卵泡内膜细胞可分泌内皮因子(ET-1)。研究发现在排卵前期及PGF2α诱导黄体溶解阶段,血浆中ET-1浓度升高。此ET-1在卵巢微管功能的急性变化方面发挥着重要作用。ET-1影响类固醇的产生,如:抑制P4和A的释放,却促进E2的释放,这说明ET-1刺激芳香化酶的活性。ET-1对E2释放的影响可能是通过间接途径实现的,直接的刺激作用也不能排除。ET-1通过局部作用调控LH引发的排卵过程。ET-1可促进PGE2的释放,和PGE2可能是协同控制血流,调整血管通透性,激活参与卵泡破裂的蛋白水解酶。实验表明,肿瘤坏死因子(TNFa)和白细胞介素-1(IL-1)能抑制体外培养的鼠、猪颗粒细胞的分化和产生孕酮,人、猪的卵泡液中已查明有IL-1活性物质。IL-1能抑制鼠泡膜细胞合成A,在排卵过程中也起着一定的作用(诱导排卵)。在Acosta等实验中却未发现IL-1β对基础的或LH刺激的P4的产生施有明显的影响。还发现:表皮生长因子(EGF)、转化生长因子(TGF)、成纤维细胞因子(FGF)、肿瘤坏死因子(TNF)、活化素、白细胞介素(IL)、血小板活化因子(PAF)等均能通过内分泌、旁分泌或自分泌调节卵泡的生长发育或闭锁。其中EGF、TGF-α、bFGF和抑制素具有抑制卵巢功能的作用,而胰岛素和IGFs则具有促进作用。成纤维细胞因子(FGF)有碱性(b-)和酸性(a-)两种,都能作用于细胞表面同一种受体。它可能与早期卵泡发生有密切的关系。bFGF通过控制卵泡颗粒细胞的生长,在卵泡形态发生的起始方面发挥作用。它还能刺激腔前卵泡颗粒细胞的增殖。面bFGF抑制牛腔前卵泡分泌由FSH促进的雌二醇也许表明,它在体内能抑制FSH介导的颗粒细胞功能。近年来的研究发现,在活体内,FSH是使腔前期和小腔卵泡颗粒细胞增殖和分化的始发激素,但在体外实验中FSH和17β-雌二醇都没有促进颗粒细胞发生有丝分裂作用,其原因是激素对卵泡发育的调控作用是由细胞因子介导的。TGF-β对卵泡颗粒细胞的特殊化作用包括增强FSH对芳香化酶的作用和对LH受体的诱导,结果表现出FSH刺激颗粒细胞的增殖与分化作用。说明了FSH可通过TGF-β和EGF为中介来调节卵泡发育。实验表明,ET-1,PGE2和细胞因子间的相互作用,可能在LH诱发的牛排卵前卵泡排卵级联的局部介导-放大系统中发挥关键作用。牛卵泡内膜细胞能产生肝细胞生长因子(HGF),能够刺激颗粒细胞的生长。Parrot等发现,HGF可能是卵巢卵泡发育时间质-内皮细胞相互作用的重要介质。LH也可能部分地刺激了卵泡内膜细胞HGF的局部释放而促进了卵泡的生长。HGF直接刺激颗粒细胞的增殖而间接地抑制了其分化功能。所以HGF对激素诱导的颗粒细胞的增殖可能很重要,其对建立雌性动物卵子成熟所必需的颗粒细胞群和微观环境可能也是非常重要的。3.3人口统计学检测近来一些研究显示:由肥胖基因产生的激素产物“瘦蛋白因子”(Leptin)的受体的mRNA也存在于牛颗粒细胞和内膜细胞上,Leptin不但能抑制体外培养的牛颗粒细胞上胰岛素诱导的雌激素的产生,也能抑制内膜细胞上胰岛素诱导的雄烯二酮的产生。Frajblat等研究发现,在产后早期的母牛,高浓度的Lept