Leptin与动物繁殖

寿奎均（浙江省诸暨市同山镇动物卫生监督站 311808）孔伟林（浙江省诸暨市王家井镇动物卫生监督站 311813）

陈成红 俞丽红 黄强（浙江省诸暨市畜牧兽医局 311800）黄学涛*（浙江省诸暨市国伟禽业有限公司 311813）

Leptin与动物繁殖

寿奎均（浙江省诸暨市同山镇动物卫生监督站 311808）孔伟林（浙江省诸暨市王家井镇动物卫生监督站 311813）

陈成红 俞丽红 黄强（浙江省诸暨市畜牧兽医局 311800）黄学涛*（浙江省诸暨市国伟禽业有限公司 311813）

Leptin（瘦素）是一种主要由脂肪组织分泌的肽类激素，除调节动物的机体代谢和能量平衡外，在动物的生殖器官发育，性激素分泌和妊娠等方面也发挥了重要的作用。本文综述了最近有关leptin的研究进展。

瘦素；leptin；调节；动物繁殖；进展；综述

自1994年Zhang等利用定位克隆技术首次成功地克隆了小鼠的Ob基因及人类的同源序列[1]，瘦素（leptin）作为Ob基因的表达产物，其结构和生理作用也逐渐被揭示，很快成为研究的一个热点。

Leptin主要由白色脂肪组织产生，棕色脂肪、骨骼肌、骨粘膜、胎盘及胎儿、骨、软骨组织、肝脏[2]也可分泌。Leptin最早是作为调节机体重量的因子被认识的，1996年Chen等[3]通过对ob/ob小鼠（缺乏有功能的leptin）和db/db小鼠（缺乏有功能的leptin受体）的研究发现，leptin与动物繁殖功能有关。近年来，与leptin和动物繁殖功能有关的研究报道不断出现，本文旨在总结leptin与动物繁殖有关的生物学作用的研究现状。

1 Leptin与动物生殖腺发育

1.1 Leptin与睾丸

有研究表明，Ob-R（leptin受体基因）在成熟的鼠胚胎、动情前期和成年大鼠的睾丸间质（Leydig）细胞中都有表达。通过原位杂交技术，RT-PCR半定量分析显示，Ob-R mRNA在晚期胚胎睾丸中表达较早期胚胎高，在性成熟期大鼠睾丸中表达比性未成熟者高，而成年雄性大鼠睾丸中Ob-R mRNA的表达则降低[4]。另外，在蛋白质水平，Ob-R mRNA在不同年龄的大鼠睾丸组织中均有表达，但是不同亚型Ob-R表达量的多少不尽相同。由此推断，leptin在大鼠睾丸发育过程中起着独特的生物学作用。

Barash等[5]试验表明，经leptin处理后，雄性小鼠可显著提高血清中FSH水平，增加睾丸和输精管的重量、精囊上皮细胞的高度，还可以提高精子含量。Mounzih等用leptin处理ob/ob公鼠后，睾丸的重量、组织学和生殖功能均完全得到恢复。这些均表明leptin可促进雄性生殖器官的生长发育，但其作用机制还不是很清楚。

也有学者提出了与上面研究结果相矛盾的报告：William等在对瘦素是如何通过血睾屏障（BTB）的研究时观察到，只有少量的血浆瘦素通过BTB，且在睾丸的Leydig细胞和支持（Sertoli）细胞没有明显的Ob-R表达，而在软脑膜、神经元和中枢神经系统（CNS）的脉络丛中表达较高，说明瘦素对动物繁殖系统调节可能不在睾丸水平。所以，有关leptin在睾丸具体的生物学功能还有待进一步研究。

1.2 Leptin与卵巢

Ahim等（1997）发现肥胖雌性小鼠经leptin治疗后其卵巢的重量增加，卵巢上的原始卵泡、初级卵泡、次级卵泡、成熟卵泡明显增加，并且观察到卵巢的纵切面上卵泡总数增多，提示leptin在一定程度上提高了卵巢的生理功能[6]。Chehab等（1997）研究了leptin在生殖功能发生中的作用，他们给处于生育期前的雌鼠注射leptin，由于激素的减肥效应，雌鼠生长较对照鼠减慢，但其达到生育期的时间较对照鼠提前9d，表现其生殖器官更早成熟。Priyas Dug等（2000）在研究卵巢机能障碍时发现通过全身性注射leptin能明显的降低大鼠的排卵率，然后他设计了给大鼠离体卵巢2组激素灌注方案，在相同FSH水平下，一种同时灌注leptin和LH，另一组单独使用LH，结果使用leptin的排卵率显著低于使用LH，说明在抑制排卵方面瘦素直接作用于卵巢。

2 Leptin与配子发生和性激素分泌

2.1 Leptin与精子的产生

通过免疫组织化学方法显示，出生5d的小鼠，Ob-R主要在精原细胞表达，20～30d的小鼠，Ob-R主要在精母细表达，在成熟的睾丸，Ob-R主要是在生精上皮周期的第9到第10期表达，由此说明Ob-R的表达随着年龄和精子发育状态的不同而有专一的定位[7]。Ishikawa等通过对阻塞性不育、唯Sertoli细胞综合症、少精男性患者瘦素及其受体在睾丸、精子发生中的表达以及与血浆睾酮浓度关系的研究中观察到，瘦素在生殖细胞上有表达，且主要是精母细胞表达，其表达率随着睾酮增加而减少。Ob-R主要在Leydig细胞上有表达，并且也随着血浆睾酮浓度的增加而减少。故精子生成障碍可能与睾丸中瘦素及Ob-R的增高有关。

2.2 Leptin与卵子的产生

最近，许多研究表明，卵巢组织中有高水平的瘦素受体mRNA表达。提示瘦素对卵巢有直接的作用。Turing将卵子内部不对称分布的胞质成分称作形态生成素（morphogens）在低等动物如两栖类的卵母细胞中形态生成素是决定早期分化过程中细胞命运的原始动力。类似的情况也存在于哺乳动物的卵母细胞中，在卵泡颗粒细胞、卵丘细胞和成熟卵母细胞中发现leptin的富集暗示leptin可能参与了卵母细胞的发育与成熟调节。成年女性血液Leptin水平比男性高2倍，绝经后才下降。给大鼠脑室注leptin抗体12 h后LH波动性分泌消失，性周期停在间情期。由此推断，leptin和体脂肪含量是维持卵泡发生正常周期的必要因素。

瘦素对维持正常的性腺激素至关重要，瘦素除了通过下丘脑-垂体对性腺调控外还直接作用于性腺。

2.3 Leptin与雄性激素的分泌

10-9～10-7M的leptin可明显降低成年大鼠睾丸培养组织睾酮基础水平和hCG诱导的睾酮分泌男性血清leptin水平与睾丸激素显著相关。研究发现：男性性腺功能减退者睾酮水平低下，但leptin水平显著高出正常对照组和男性性腺功能减退经雄激素替代治疗组将近3倍，显示leptin水平与睾酮呈明显的负相关。

2.4 Leptin与雌性激素的分泌

0b-R，尤其0b-Rs大量存在于人的卵巢颗粒层，卵泡膜细胞、卵泡液中存在的瘦素可阻止LH诱发的雌二醇的产生[8]。在性未成熟的大鼠给予hCG，4h后可降低血浆中瘦素浓度，然而通过Western blotting检测，卵巢中Ob-R的表达反而增高。给予高剂量的瘦素，可降低血浆孕酮、卵巢前列腺素E的水平，也降低排卵率，对体外培养的排卵前卵泡及卵巢组织块的研究也显示了同样的结果，即降低排卵率、降低孕酮和卵巢前列腺素E的释放[9]。

大量研究表明，leptin在对配子发生和性激素分泌的影响更多的是源自leptin对动物生殖中枢的影响。

3 Leptin与生殖中枢

3.1 Leptin与下丘脑

当机体脂肪贮存量达到某一水平时，从脂肪中释放人血的leptin水平升高，下丘脑的弓形核和腹内侧核表达Ob-R mRNA，这两个区域同时调节摄食和生殖能力，leptin能刺激GnRH从下丘脑基底部分泌，由此可推断leptin可能作为一种代谢信号将脂肪贮存量传给含有GnRH的神经元。但是，在小鼠和猴子的实验中，人们未能发现Ob-R和GnRH在蛋白和mRNA水平上共同表达，提示leptin是通过触突传递信号刺激GnRH分泌[10]。因此，人们猜想有其他下丘脑多肽参与了leptin和GnRH分泌之间的信号转导途径。含有POMC基因产物的神经元可通过触突直接作用释放GnRH的神经元：POMC存在于0b-R mRNA高度表达的弓形核，且双标记原位杂交实验证实了POMC和0b-R mRNA在大鼠和猴子中高度共同表达。Foster等[11]比较了野生型和ob/ob小鼠的POMC mRNA水平。在来治疗的ob/ob小鼠体内，POMC基因表达约是野生型的50～70%，而leptin治疗的ob/ob小鼠体内POMC表达恢复到野生型水平。因此，提示ob/ob小鼠中，leptin调控POMC的基因表达，从而影响生育力。此外，NPY神经元在在体状态下通过触突刺激含GnRH的神经元释放CnRH。在弓形核处，含有NPY mRNA的神经元同样表达Ob-R。在此基础上，人们建立了一种假说，leptin可能是通过正/负调节其他下丘脑多肽，从而间接调节GnRH的分泌。假说模型如下：leptin刺激下丘脑多肽神经元表Ob-R。这些神经元包括含有POMC的神经元和含有NPY mRNA的神经元。他们表达的Ob-R呈现在这些神经元的表面，因此，当leptin与其受体结合时，leptin直接调控POMC和NPY mRNA的合成和分泌。这些下丘脑多肽物质通过触突作用于GnRH神经元，调节GnRH的分泌。

3.2 Leptin与垂体

Yu等[12]取离体雄鼠垂体前叶在leptin中孵育3h。发现从垂体中释放的卵泡刺激素（PSH）和LH与leptn呈剂量相关，分别在leptin浓度为10-9mol/L和10-11mol/L时达到顶峰，而当leptin浓度升高时，促性腺激素释放下降，这一点类似于垂体的负调节作用。另外，催乳素（PRL）也呈剂量相关，仅在leptin为10-7～10-5mol/L时达到最高。在体实验中，注射10μL的雌二醇苯甲酸盐酯人切除卵巢的雌鼠第三脑室中，75h后，在第三脑室显微注射leptin（0.6nmol/L）或相同体积的稀释液作对照。Leptin注射后10～15min，LH有显著升高，但FSH浓度及对照组的FSH和LH均无变化，因此，尽管仍未发现垂体中有Ob-R存在推测可能存在于促性腺物质的分泌细胞中，但是，这些实验结果证实了leptin在相当低的浓度下。可刺激FSH和LH从离体垂体前叶中释放出来；在体状态下，可刺激LH释放，提示leptin可直接作用于垂体组织。至于leptin如何刺激在体雌鼠LH的分泌，可能与leptin作用于GnRH有关。Leptin与AN上的Ob-R结合，降低了AN处的NPY mRNA，导致NPY的合成和分泌减少。去甲肾上腺素能神经元参与介导GnRH的释放。NPY抑制去甲肾上腺素能神经元从而降低GnRH的释放。因此，当leptin抑制NPY释放时，去甲肾上腺素能冲动就产生，此冲动作用在NO-ergic上的a受体，促使NO释放，NO扩散到GnRH末端，活化GnRH释放。这个肽在排卵前排出，分泌到垂体门静脉里去，在此，它通过结合促性腺物质上的GnRH受体来刺激LH的释放。

4 Leptin与妊娠、胚胎的发育和胎儿生长

4.1 Leptin与子宫

Leptin与子宫、子宫内膜存在Ob-RmRNA，用重组leptin治疗肥胖、不孕小鼠后，子宫重量明显增加，组织学证明：子宫内膜厚度、上皮高度、腺体面积均明显增加。因同时伴有卵巢重量的增加，认为leptin对子宫的作用可能通过激活卵巢，引起性激素分泌增加所致。Chien等发现小鼠妊娠后血清leptin浓度比对照组增加1.8倍，子宫内膜Ob-R mRNA增加2.7倍，提示妊娠后leptin浓度以及子宫内膜Ob-R增加，与宫腔内胚胎发育以及调节能量利用有关。

4.2 Leptin与妊娠、胚胎的发育和胎儿生长

妊娠期母体血清中leptin水平要高于非妊娠雌性动物，这可能是由于脂肪分泌leptin的上调作用，但也可能来自胎盘中leptin的分泌，胎盘可能通过分泌血清leptin结合蛋白从而调控母体leptin水平。Zhao等（2004）[13]通过对亲源性很远的2种动物musmusculus和myotislucifugus妊娠期胎盘中Ob-R的表达，验证了胎盘是leptin作用的靶器官，同时发现妊娠时下丘脑Ob-R水平无变化，而胎盘中Ob-R水平显著增加，提示leptin很可能促进了妊娠期胎盘生长和功能的发挥，并推测妊娠期leptin的这种活性很可能被哺乳动物保留下来。Chan等（2004）研究结果表明：在妊娠的4～6月羊膜内游离的leptin水平越高，胎儿出生重越低，同时Chan等[14]推测，此期leptin水平可以用于预测双胎妊娠分娩时的复杂情况。Leptin及Ob-R基因在胎盘和胎儿的软骨、肺、脉络丛等组织中有表达，leptin可以通过旁分泌和内分泌作用，影响胎儿的生长、发育。有报道leptin可以矫正胎儿的大小。Antczak等观察到人和鼠的卵母细胞中leptin参与了胚胎的形成。Harigaya等报道了脐带血液中leptin可以调节人的出生。母乳中的leptin对幼仔神经内分泌可能起着调节作用，乳源性leptin是一种不为新生儿肠道分解而直接可吸收的大分子蛋白质，主要在调节新生儿摄食、小肠成熟或肾上腺对应激的反应性等方面起重要作用。

5 小结

作为肥胖与生殖之间的连接点，尤其在生殖内分泌领域，Leptin越来越受到人们的关注。Leptin对下丘脑-垂体-性腺轴有调节作用，能刺激内分泌，对于繁殖系统是一种重要的允许信号；leptin也可作为繁殖生理方面的一种激素指标，间接的反映生殖活动，并且非常准确。相信在今后的畜牧生产中，leptin在控制畜禽的生长发育、发情配种等环节将得到广泛的应用，更加有利的利用畜禽，为人类提供更多更丰富的产品。

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寿奎均（1967.5.11-），男，大学本科，兽医师。

*通讯作者：黄学涛，兽医学博士。