调控绒毛生长相关生长因子的研究进展

■魏玉青 刘海英 杨桂芹 李学俭 董维国

（沈阳农业大学畜牧兽医学院，辽宁沈阳 110866）

绒山羊具有很多经济用途，其产品包括皮、毛、肉均具有重要的经济价值，是重要的经济型动物。绒山羊因为它独有的绒毛产品而在动物生产中占有极其重要的位置。随着人们生活品质的不断提高，大家对绒毛制品的需求也越来越多，但山羊的绒毛是呈季节性生长，产量不是太高，还不能满足市场需要。最近几年，如何提高山羊绒的产量及研究绒山羊的产绒机制成了科研人员探讨的热点。研究显示绒山羊的毛囊在胚胎时期和出生后均具有周期性生长和自我更新的特点，均经历兴盛期、退行期和休止期三个典型时期，并且整个生长周期是由多种基因参与、互相制约的复杂生理生化过程，并受到多种因子的调控。那么，进一步研究调控毛囊生长发育的相关因子对提高绒毛产量，改善绒毛品质具有重要意义。

1 绒山羊绒毛生长特点及毛囊的发育规律

1.1 绒山羊绒毛生长特点

绒山羊为异质双重毛被，是由绒纤维和粗毛两种毛组成，其中绒纤维无髓质，粗毛有髓质。粗毛是从皮肤当中的初级毛囊生长而出，位于毛被的外层，其普遍直径在80 μm左右，经济价值普遍低于绒纤维的价值；羊绒亦称为开士米，是指生长于克什米尔地区的山羊绒毛，属于较细的内层毛组织，是次级毛囊生成，绒纤维的半径普遍不超过10 μm，上限在14 μm之内[1]。绒山羊被毛的纤维呈囊状分布，一般以三毛型存在，即由三个初级毛囊和几个次级毛囊形成一个毛囊群；此外是二毛型和四毛型等类型。

绵羊和安哥拉山羊的毛发一般全年内都能够保持生长，然而，绒山羊的被毛生长呈现明显周期性，随着季节的不同而不同。绵羊或安哥拉山羊的绒毛生长要经过季节周期性的生长到脱落，普遍周期为一整年。McDonald等[2]研究结果显示：澳大利亚品种的绒山羊绒毛的生长旺盛期可以从澳洲的夏季始一直持续到冬季，生长速率的峰值是秋季末期，在冬季和春季之间则会渐渐地减慢并停止生长，春夏之间绒毛会慢慢开始脱落。国内学者对不同地点绒山羊进行研究也得出同样的结论[3]。总之，对于各个地区的绒山羊而言，其绒毛生长周期普遍都始于天气变凉的秋季。之后在冬至左右，会逐渐停止绒毛的生长，春分之后绒山羊的绒毛开始逐渐脱落。由此可知，绒山羊显示出的羊绒生长发育阶段的周期普遍是基本一致的。

1.2 毛囊生长发育规律

毛囊是可再生的皮肤附属组织，发挥重要的作用，是被毛品质及生长的关键所在。了解毛囊组织生长与发育的规律性，利用对毛囊生长发育的调节与控制，从而影响对增强绒山羊的产绒毛数量和品质拥有明显的作用。毛囊季节性生长与发育都是凭借毛囊的上皮组织和真皮组织之间的充质细胞，以及其间的相互作用。首先是在生长旺盛期毛囊长出毛干；之后于退行期里，组织逐步凋亡，最后进入到了产毛的休止期。在此三阶段当中，毛囊组织会存在不一样的特点：

①在旺盛期当中，毛囊的上皮组织与真皮组织快速增殖并且分化，上皮往真皮部分延伸，同时逐渐形成有活性部分，比如毛干、毛乳头、内根鞘和毛基质等部分；

②在退行期当中，毛基质等组织会向上方不断运动，并且与不断缩小的毛乳头等结构分离，毛囊会相对变得较短，毛球逐渐变得狭窄并完善其生理活性；

③在休止期当中，毛囊内部的基质组织逐渐失去生理活性并退化，毛乳头逐渐浓缩，直到下一季节周期再开始新一轮的生长与发育。

绒山羊的品种不相同，其次级毛囊的休止期、退行期和旺盛期的发育时期也不尽相同。李长青等[4]的研究发现，绒山羊表皮的生发层组织是从3月份开始发育，同时向下方发育并延伸，同时毛囊结构也逐渐开始重新恢复活性。绒山羊毛囊从八月份至9月份完全进入产毛的兴盛期，12月份已经开始进入退行期，直到第2年2～3月份为休止期。内蒙古阿尔巴斯白绒山羊相对于辽宁绒山羊，其初级毛囊相对比较发达，次级毛囊反而不如辽宁绒山羊。并且，辽宁绒山羊的生长期相对于内蒙古绒山羊而言明显较长，这是两种绒山羊产绒量明显不同的重要原因。何茂昌等[5]研究表明，陇东绒山羊的幼崽在刚刚生下不久的时候，其初级毛囊均已经发育完善，次级毛囊仅仅有一部分发育成熟，180日龄后全部次级毛囊才发育成熟。Ansari-Renani等[6]选取伊朗五个不同种类的绒山羊，对其毛囊的密度和S/P比值进行差异性对比分析，结果表明，雄性山羊与雌性山羊之间无活性次级毛囊的差异不显著，然而在不同的品种之间，无活性的次级毛囊占的百分比是8%～70%之间。研究发现，毛囊可以分泌很多种信号转导蛋白、可溶性细胞因子和细胞表面受体，机体利用这些分子进行细胞间信号转导和调控毛囊的周期性生长。

2 调控绒毛生长相关因子的研究进展

绒山羊毛囊的季节性发育是一个复杂的生理生化过程，然而其生长因子是通过作用于毛囊组织发育的各个阶段，对毛囊的发育和羊绒的生长起主导调节作用。这些因子包括生长激素（GH）、褪黑激素（MT）、催乳素（PRL）、表皮生长因子（EGF）家族、成纤维细胞生长因子（FGF）家族、胰岛素样生长因子（IGF）家族、血管内皮生长因子（VEGF）、细胞凋亡相关因子等其它生长因子。研究人员通过免疫组化、原位杂交等技术在皮肤及毛囊的组织结构里发现了很多种生长因子及其受体，它们在外根鞘、内根鞘、毛乳头、毛球基质母细胞、皮脂腺、真皮中成纤维细胞等部位比较集中。这足以表明毛囊的生长与发育很有可能受很多调控因素以及细胞间的信号转导等的相互作用的影响。

2.1 IGF对绒毛生长的调控

胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor,IGF）是一类在分子结构上与胰岛素类似的多功能细胞增殖调控因子，是生长激素产生生理生化作用过程中一种必需的活性蛋白类多肽物质。在细胞的增殖、分化过程及个体的生长发育过程中均有促进作用，促进毛囊代谢，增加产绒量。

国外学者研究IGF-1对Scottish绒山羊离体毛囊生长的影响：从健康Scottish绒山羊身上采取皮肤样本，从每块样品中分离出18个完好无损的次级毛囊，将其分组放入添加了IGF-l的Williams培养液中（无菌条件）培养120 h。结果表明：IGF-l促进了山羊次级毛囊的生长。姚玉园等[7]以不同浓度的IGF-1对体外培养绒山羊毛囊的生长及形态的影响进行了研究，结果表明：IGF-1对毛囊的生长是正调节作用；IGF-1能够刺激毛母质及毛乳头细胞的增殖，然而对毛囊细胞凋亡具有抑制作用，这样有利于毛囊的生长发育和维持毛囊的形态。

研究表明，IGF-1对毛发的生长发育和周期变化规律起到一定调控作用，对黑色素细胞、上皮细胞、毛乳头细胞等的分化和增殖都有刺激作用[8]。与Ben等[9]的研究一致，IGF-1作为绒毛性状潜在的候选基因，通过调控皮肤细胞的增殖、分化，促进毛囊的生长发育。皮肤中IGF-l具有促进细胞增殖的作用，这对毛囊的发育非常重要，IGF-l由毛乳头细胞产生，通过调控角质形成细胞的增殖来刺激毛囊生长，维持毛囊在生长期的延展，延后退行期[10]。IGF-1与其受体(IGF-1R)结合发挥作用，IGF-1R间的细胞信号传导途径是促进毛囊细胞增殖的关键所在，能调控皮肤毛囊的生长发育，进而影响被毛生长。

王婷等[11]研究发现：羊驼皮肤中IGF-1与IGF-1R都有表达，通过进一步试验发现，IGF-1提高了IGF-1R和KGF（角质细胞生长因子）的表达量，有利于纤维细胞的增殖，从而促进了羊驼绒毛的生长发育。王恭远等[12]研究了IGF-1和IGF-1R在不同发育阶段的小鼠皮肤中的分布，结果表明，IGF-1和IGF-1R对11日龄小鼠毛囊生长的促进作用明显，即处在生长旺盛期时，基因表达量最多。

IGF及其受体蛋白IGFBPs共同在体内形成了一个高度保守的信号通路。IGFBPs可调节IGF的活性，这种调节作用是通过改变胰岛素样生长因子与他们细胞表面受体的相互作用从而来实现对细胞的生长发育的刺激或抑制功效的。Schlake等[13]研究发现，在IGFBP-3过表达的转基因小鼠中IGFBP-3的表达量在毛发生长中期显著增长，这有可能表现了IGFBP-3在对毛囊细胞退化的调控或执行中起着一定的作用。通过Thomas Schlake[14]的研究予以证实IGFBP-5是毛囊的生长发育过程中扮演重要角色。与IGF-1轴相关的受体IGF-1R及结合蛋白IGFBP3、IGFBP5在内蒙古绒山羊中高度表达[15]。现如今有关IGFBP-3和IGFBP-5基因在辽宁绒山羊毛囊发育的周期性表达变化的研究鲜有报道。

2.2 MT对绒毛生长的调控

褪黑激素（MT）能刺激体外培养毛囊的生长，Fischer等[16]研究表明，MT对毛发的生长、毛发的颜色和毛发周期性脱落有一定的调控作用，它能促进水貂、兰狐、绒山羊的被毛生长，所以被广泛应用于动物试验和羊毛生产。

在绒山羊的生绒期和非生绒期，褪黑激素均可以刺激绒毛的生长，提高绒毛的产量[17]。对处于非生长期的绒山羊进行了试验研究，不同的光照时长或注射褪黑激素对被毛生长状况及其生产性能与品质的影响。研究显示，褪黑激素处理组和每日8 h光照都可以显著提高毛的总产量，其中山羊绒产量明显增加，而粗毛的重量与空白对照组之间并无显著差别[18]。然而体外培养试验与贾志海研究的MT促进羊绒生长，对粗毛无影响的结论相反。王琳[19]通过从内蒙古绒山羊皮肤中分离毛囊，在构建的游离毛囊培养液中加入不同浓度的褪黑激素，观测毛囊的发展状态。研究显示，褪黑激素对初级毛囊有极显著(P＜0.01)的促进作用，但对于次级毛囊的生长并无明显影响，随着培养时间的延长，初级毛囊的生长速度也逐渐降低。

程建波等[20]总结出褪黑激素是间接影响绒毛生长发育的，一方面是通过影响IGF或PRL的分泌进而促进绒毛的生长；另一方面是通过影响皮肤中脱碘酶基因表达或改变皮肤中PRLR基因的可变剪接规律来促使绒毛生长。

2.3 PRL对绒毛生长的调控

催乳素（PRL）是一种蛋白类的激素，主要是动物腺垂体分泌。它是细胞增殖及机体发育的必要生长因子。离体试验结果显示，PRL对毛囊发育和绒毛纤维的生长有重要的刺激作用[21]。Forsyth等[22]也进行了离体毛囊培养试验，发现催乳素具有促进安哥拉山羊毛囊和绒山羊次级毛囊生长的作用，对毛囊伸展有刺激作用。Craven等[23]研究发现，PRL不是被毛周期性生长的根本转导信号，可能与其他生长因子共同作用来调控毛囊的周期生长。

Nixon等[24]研究了不同剂量的PRL对绵羊皮肤中PRLR的表达和毛囊形态的影响，结果显示：当血液中PRL的浓度由低逐渐变高时，皮肤中催乳素受体PRLR的mRNA含量开始降低，该变化迅速刺激绒毛进入过渡期；随着PRL浓度的不断升高，皮肤中PRLR的mRNA含量也不断升高，绒毛的生长进入了休止期；在绒毛生长达到旺盛前期后，PRL的浓度及PRLR mRNA的含量均为最高值；处于生绒旺盛期时，PRL的浓度和PRLR mRNA的含量又开始下降到每个生长周期开始前的水平。PRL通过诱导毛母质角质形成细胞的凋亡，减少毛球角质形成细胞的增殖，诱导毛囊退行期的提前产生，且能缩短生长期，延长退行期[25]。岳春旺等[26]研究发现，在山羊的绒毛生长过程中，S-PRLR起着重要的调控作用。

2.4 EGF和VEGF对绒毛生长的调控

表皮生长因子（EGF）能够促进表皮细胞的增殖分化，并与细胞的凋亡有密切关系。EGF可刺激皮肤细胞的分化增殖，与此同时能上调其他的内源性生长因子的分泌，刺激细胞产生糖蛋白和透明质酸，完善皮肤的结构[27]。王睿智等[28]的研究表明，青山羊从刚刚产出到60日龄期间，EGF的表达量与次级毛囊直径呈现极显著的正相关关系。深入研究证明，EGF对体外培养毛囊的促进生长作用，是对毛囊上皮细胞的生长有影响，进而刺激毛囊由旺盛期提前进入退行期[29]。

血管内皮生长因子（VEGF）是由毛乳头细胞自分泌的一种生长因子，研究人员通过离体培养试验总结VEGF不但对毛囊的超微结构完整性有维持作用，而且可以刺激毛囊生长[30]。有研究发现，VEGF是通过刺激毛囊四周的血管生成来调控毛囊的季节性变化，进而影响被毛发育[31]。

3 小结

绒山羊毛囊的生长发育是比较复杂的季节性周期变化过程，受许多相关分子因素的影响。然而，至今为止，我们对绒山羊毛囊周期性生长发育规律的分子机制及这些相关因子之间的互相影响的关系还需通过分子生物学技术来研究。毛囊就成为我们研究工作的基础和起点，深入研究调控毛囊发育的相关生长因子及它们之间的关系是今后的工作重点。这将为动物生产中提高绒山羊的产绒性能和绒品质的提升提供理论依据，对增加绒山羊养殖业有重要的经济意义。