犬繁殖性状相关候选基因促卵泡素的研究进展

刘成武 刘 军

犬繁殖性状相关候选基因促卵泡素的研究进展

刘成武 刘 军

促卵泡素（follicle-stimulating hormone，FSH）是动物生殖相关的重要激素，是整个生殖周期中包括性腺发育、初情期性成熟以及配子生成必需的。产仔数是一个重要的繁殖性状,产仔性状是一个数量性状,其遗传力较低(仅0.11左右),并且需等到母犬产仔后才能度量,通过传统的育种方法提高母犬产仔数收效甚微。随着现代分子生物学和分子遗传学的发展,寻找多仔基因的遗传标记和通过标记辅助选择来提高繁殖性能成为育种工作的重要任务。1997年,中国农业大学发现促卵泡基因(FSH)与产仔数的主控基因连锁,随后的研究结果表明FSH基因本身就是产仔数的主效基因。

一、FSH 基因的结构

促卵泡素分子是一种糖蛋白激素，由两个亚基（α亚基和β亚基）组成，由非共价键结合的α和β两个亚单位组成的异质二聚体，并且只有在二者结合情况下，才有激素活性。从这一点上来说，它同促黄体素、促甲状腺素、人绒毛膜促性腺激素和孕马血清促性腺激素相类似。对于同一种动物来说，α亚基的结构在各种糖蛋白激素中几乎是相同的，把不同激素的α亚基与不同激素的β亚基相互杂交，可以得到杂合重建分子。FSH 行使生物功能主要依赖于 β 亚基的特异作用（Pierce 等，1981；Kato 等，1988），所以也常把β亚单位叫做促性腺激素特异性亚单位。哺乳动物的 FSH β亚基长度均为111个氨基酸，而且氨基酸序列在几种动物之间具有很强的保守性，例如在111个氨基酸中，人与马 FSH β亚基只有 9个氨基酸的变化，同源性达到 92%，羊和牛之间有 8 个氨基酸的变化，猪与牛之间有 7 个氨基酸的变化，同源性为 94%，反应出重要蛋白激素在进化上的保守性。FSH 分子是由非共价键结合的α和β两个亚单位组成的异质二聚体。FSH 的α和β亚单位上存在 N-连接的寡糖，即寡糖是与天冬酰胺的酰胺氮共价结合的。还有一种不与β亚单位结合的游离α亚单位，在其 43 位苏氨酸上有一个 O-连接的寡糖，即寡糖与苏氨酸的羟基氧共价结合，这种寡糖不存在于α，β二聚体的α亚单位。另外，有的寡糖是硫基化的，有的则是唾液酸化的。同一种动物各种糖蛋白激素（如 FSH、LH、TSH、PMSG、hCG 等）的α亚单位的氨基酸顺序均相同。不同动物的促性腺激素α亚单位氨基酸顺序也有很大同源性。各畜种α亚单位中均有 10 个半胱氨酸残基，其位置是高度稳定的，因而不同畜种α亚单位的二硫键也是相同的。β亚单位决定激素的生物学特异性，但只有与α亚单位结合才有生物学活性。β亚单位包含12 个半胱氨酸残基，形成 6 个分子内二硫键，这在不同动物种间是高度稳定的。但不同动物的同种激素或同种动物不同激素，β亚单位的 N-端长短不一。因而，FSH的种属差异较大。

二、FSH基因的受体FSHR

FSHR 属于 G 蛋白偶联受体家族，是一个结构复杂的跨膜蛋白，特征是有7个疏水的螺旋插入到质膜内，胞内和胞外的长度依赖配基的类型发生改变。FSHR 的胞内部分偶联到 Gs 蛋白上，当激素 FSH 与受体胞外域相互作用后就启动了级联反应，直接引发促性腺激素特定的生物学效应。FSHR 相互作用几乎没有什么种属特异性，不管是同源还是异源系统均有相似特征。在FSHR 的精确定位方面，放射自显影显示标记的 FSH 被选择性的定位到支持细胞的表面，位于紧密连接的外面。通过荧光原位杂交和连锁分析将 FSHR 基因定位到 2号或3号染色体。FSHR 基因是一个单拷贝基因（single-copy gene），由 10 个外显子和 9 个内含子组成。FSHR 基因表达具有高度的组织特异性，并且严格地依赖不同激素的刺激。FSHR 基因的 5’侧翼区缺少规范的 TATA 或 CCAAT 启动子元件，而且也没有 LH受体上的 GC box，启动子特异转录因子 SP1 的结合位点。关于 FSHR 启动区调控元件的研究至今还没有很一致的说法。FSHR 基因启动子的特异表达还可能与甲基化有关。FSHR 基因单核苷酸变异与功能的研究方面，宋美玲（2005）分析发现 5’调控区和部分外显子 1序列的单核苷酸多态与超排的效果有显著影响。宁立娜（2006）对动物抽样群体 FSHR 基因的外显子 10 部分序列进行 PCR-SSCP 基因型判定，发现了两种基因型：AB 型和 AA 型。高产群和普通群体的 AA 基因型频率都比相应的低产群要低。

三、FSH 基因的生物学作用

FSH 通过结合唯一分布在性腺靶细胞上的特异受体行使功能。卵泡刺激素在垂体内受一系列糖基化加工，形成一系列糖基化不同的 FSH异形物(FSHisoforms)，分泌至血液循环内与性腺靶细胞受体结合，经过次级信使 Ca2+及 cAMP 引起一系列生物反应， 促进颗粒细胞增生与卵泡液的分泌，并诱导促黄体素 LH、促乳素 PRL 的受体生成及芳香化酶的生成，刺激雌二醇的合成与释放，从而协调控制配子细胞的发育和成熟；促进睾丸足细胞合成和分泌雌激素，刺激生精上皮的发育和精子发生（在次级精母细胞及其以前阶段，FSH起重要作用，此后由睾酮起主要作用）。家畜在排卵前20～30小时 出现第二次 FSH 高峰，启动另一批卵泡形成卵泡腔，为下一周期排卵作准备，而且 FSH 高峰期的量与17天 内卵巢内的有腔卵泡数呈现显著正相关。因此，FSH 是相当重要的一种生殖激素。在生理条件下，促卵泡素和促黄体素具有协同作用，对其分别研究发现促卵泡素对雌性动物的生理作用，主要是刺激卵泡的生长和发育。试验证实，促卵泡素能提高卵泡壁细胞的摄氧量，增加蛋白质合成；促进卵泡内膜细胞分化，促进颗粒细胞增生和卵泡液的分泌。一般来说，促卵泡素能影响生长卵泡的数量。只有在促黄体素的协同作用下，才能激发卵泡的最后成熟，诱发排卵并使颗粒细胞变成黄体细胞。FSH 在维持卵母细胞生长和卵泡结构的完整性方面起着十分重要的作用。体外试验发现，高浓度的 FSH 能显著地促进腔前卵泡的生长和腔的形成，且能够提高腔前卵泡的成活率（靳双星等，2007；Ji 等，2001）。大量的研究表明，FSH 在抑制卵泡闭锁方面也起着重要作用。FSH 在卵泡从腔前阶段向早腔阶段发育过程中，是调节卵泡发育和抗闭锁的重要因素（Orisaka等，2006）。对雄性动物，促卵泡素的作用主要是促进生精上皮发育和精子形成，试验观察发现，促卵泡素能促进曲精细管的增长，促进生精上皮细胞分裂，刺激精原细胞增殖，而且在睾酮的协同作用下促进精子形成。

四、FSH 基因对繁殖性能影响

高的排卵率和良好的子宫容量是高产仔的物质基础，而在卵泡发育和排卵过程中，卵泡刺激素（FSH）和促黄体素（LH）是两种起直接作用的糖蛋白激素，其中 FSH 应用于超排的研究业已证明高浓度的 FSH 可以促进更多的卵泡成熟，在 LH 协同作用下，实现超排。近年来，在许多动物实验中，对抑制素免疫所引起的排卵率的变化最终亦归因于 FSH 浓度的上升。但随着胎次的增加，FSHβ座位影响产仔数的效应也在下降，这可能是因为随母畜年龄的增加，环境因素（如营养和应激）对繁殖性状的影响加大。FSH基因是否对其他重要生产性状有影响，需进行更深入的研究。

五、FSH基因在犬繁殖育种中的应用前景

目前FSH在很多动物上都得到了很好的应用，由此可以证明FSH 在犬的繁殖育种中将发挥巨大的作用：诱导乏情期的母犬发情： 接近发情期的母犬使用FSH 处理，可诱导乏情期的母犬发情和配种，进行同期发情处理，并能缩短胎间距， 提高母犬的繁殖效率；提高公犬精液品质：公犬精子密度不足或精子活力差可致母犬不孕，应用FSH和LH 治疗，可提高精子密度，改善精液品质；治疗母犬卵巢疾病： FSH 对卵巢机能不全、卵泡发育停滞或交替发育均有较好疗效；超排处理：在进行犬胚胎移植工作中，为了获得大量的卵子和胚胎，常用FSH 对供体犬只进行处理，使其卵泡大量发育成熟和排卵；卵母细胞的体外成熟和体外受精实验中添加FSH可以促进卵母细胞的完全成熟，从而进一步应用于体外受精等。总之，卵泡刺激素因其广泛而重要的生物学功能，在犬的繁殖育种和相关疾病治疗等领域具有十分广阔的应用前景。

（作者单位：公安部警犬技术学校，110034）

（编辑：李 冰）