鸡生殖器官β-防御素研究进展

付义凯,韩丽,2,胡建和,王三虎,李月涛

鸡生殖器官β-防御素研究进展

付义凯1,韩丽1,2,胡建和1,王三虎1,李月涛1

（1.河南科技学院动物科技学院,河南新乡453003；2.石河子大学动物科技学院,新疆石河子100081）

家禽的抗菌肽主要以β-防御素为主,禽类β-防御素具有保护组织免受不可预见的致病微生物感染的功效.禽类的卵巢和输卵管是内分泌调节的独特器官,禽类β-防御素在卵巢和输卵管中受到卵巢分泌的促性腺激素和性腺激素的作用,所以禽类β-防御素在杀灭鸡生殖道内致病微生物,保护精子的作用方面具有一定的特殊性.综述了禽类β-防御素在鸡生殖道的作用,并对β-防御素在鸡生殖器官先天免疫系统中的表达机制以及对β-防御素有影响的物质进行了论述.

鸡；生殖器官；禽类β-防御素；脂多糖

抗菌肽广泛存在于植物、昆虫、鱼类和鸟类等体内,具有广谱的抗菌活性,并且不像抗生素那样容易产生耐药性.禽类中提取抗菌肽主要是指β-防御素——富含半胱氨酸的内源性抗菌肽[1].近年来,对于禽类抗菌肽的研究取得了许多新的进展,本文拟介绍近期鸡生殖道β-防御素的研究进展.

1 β-防御素在母鸡生殖道的作用

母鸡临近性成熟时,卵巢活动剧烈,卵细胞由于营养物质积累的增加,形成大小不同的卵泡.随着卵黄的积累,排的卵进入输卵管,然后形成蛋白、蛋壳膜和蛋壳.在鸡蛋形成的过程中,母鸡的卵巢和输卵管易受各种细菌和病毒的影响.在受感染情况下,不仅这些器官会出现功能障碍,还有可能导致鸡蛋内部被微生物污染.细菌和病毒感染了母鸡的卵巢和生殖道后,母鸡的阴道先天免疫系统就会发挥作用.先天免疫系统起着防止器官感染的重要作用,由于生殖器官的生长和消退受内分泌控制,因此在免疫活性调节的机制方面,与其他器官存在一些差异.卵巢的卵泡壁和输卵管粘膜含有许多免疫活性细胞,包括巨噬细胞,MHC II类+抗原呈递细胞（APC）,CD3+、CD4+辅助细胞,CD8+细胞毒素,TCR-γδ+的T细胞亚群, Bu-1+和免疫球蛋白（Ig）+B细胞等.生殖器官在性成熟过程中发育时,这些免疫活性细胞的种群会增加,雌二醇在其增殖中起了关键作用[2].血清中循环的IgY在卵泡局部组织中合成的B细胞不仅可以防止卵泡感染,而且可以作为母体抗体被卵黄吸收[3].

禽类β-防御素在先天免疫应答中起到了很重要的作用.母鸡的卵巢和输卵管存在表达Toll样受体（TLR）-1,-2,-3,-4,-5,-7,-15和-21等多种类型.TLR-1与TLR-2能形成异二聚体,并识别革兰氏阳性细菌细胞壁的肽聚糖、脂磷壁酸和脂蛋白,这是禽类β-防御素杀灭母鸡阴道中病原性细菌的机制；而TLR-3受感染性病毒双链RNA的刺激,TLR-5和TLR-7分别与细菌鞭毛蛋白和真菌的单链RNA相互作用,产生相关的细菌和真菌蛋白酶,杀灭存在于母鸡阴道的细菌和真菌；TLR-15是一种独特的TLR,它能够识别革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌的非沉淀和热稳定性成分[4].

卵巢和输卵管TLR识别微生物相关分子模式,并表达和产生作为抗微生物肽的禽类β-防御素. TLR与其配体的相互作用上调了禽类β-防御素和促炎细胞因子的表达,促炎细胞因子也诱导了禽类β-防御素的表达,合成的禽类β-防御素能杀死微生物.禽类的繁殖系统具有较高合成抗菌肽的能力.促性腺激素和性腺激素对卵巢和输卵管提高局部防御功能起到了重要的作用,病原体识别和禽类β-防御素合成机制是生殖器官免疫防御功能实现的主要因素[5].

2 脂多糖对母鸡β-防御素在输卵管中的表达

2.1 防御素的类型

禽类β-防御素含有6个半胱氨酸残基,在牛、绵羊、猪等动物和人身上都被检出.这些多肽能广泛杀死微生物,包括革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌、真菌和酵母.归类为β-防御素的禽类抗菌肽以前被称为胆碱酯酶,现在已经统一使用它们的基因名称——禽类β-防御素.到目前为止,已经确定了13个禽β防御素基因.据报道,胆碱酯酶基因Gal-1至-7主要在骨髓和呼吸道中表达[6],Gal-8至-13仅在肝脏和泌尿生殖道中表达.卵泡的卵泡膜中表达6种类型,颗粒层中表达4种类型.卵巢基质则表达12种类型,为Gal-1至-12[7].通过研究鸡肠道中Gal-4,-7和-9的抗菌活性,发现胆碱作为抗微生物剂可以成为禽类宿主先天防御体系的组成部分.

2.2 脂多糖机制

脂多糖（LPS）是革兰阴性细菌外膜的主要成分,由类脂A、核心多糖和O-抗原3部分组成.类脂A是脂多糖的毒性和生物活性核心,由2分子葡萄胺、磷酸盐和一定量的脂肪酸构成[8].脂多糖在革兰氏阴性细菌感染及疾病演化的过程中起到了重要作用,也被认为是造成全身性炎症综合征的主要原因.脂多糖具有十分复杂的生物学活性,是一种很好的免疫增强剂[9].它能激活T淋巴细胞、B淋巴细胞和巨噬细胞等免疫细胞,促进细胞因子生成,活化补体,增强免疫活性.

2.3 脂多糖对β-防御素的作用

通过将已知的禽类阴道中的12种防御素用脂多糖进行处理,然后和未处理的防御素分别进行编号,通过逆转录PCR在不同的时间测定mRNA表达谱的变化,检测脂多糖对禽类的β-防御素是否具有促进作用.试验结果发现,添加有脂多糖的几组治疗效果显著增加,其他组无显著变化.研究发现,在已知的禽类12种防御素中,脂多糖对部分种类的β-防御素具有增强作用,也表明了脂多糖在母鸡阴道内具有积极的治疗和杀菌效果[10].

3 精子表达的禽类β-防御素3（AvBD-3）

3.1 禽类β-防御素对精子的作用

公鸡精液中的精子通过附睾管和输精管进入母鸡输卵管,然后长时间储存在子宫与阴道交界处（UVJ）的精子储存管（SST）中,与卵子发生受精作用.微生物可能侵袭雄性和雌性的生殖器官并附着于精子,将会导致精子的生存能力和繁殖能力的下降.在不同种类动物雄性生殖道中的细胞和精子表面表达了β-防御素.这些防御素不仅起到了先天免疫的作用,而且对雄性生殖能力、精子的存活和精子与卵子相互作用也起到了一定的增强作用[11].

3.2 β-防御素3的表达

通过对受精母鸡输卵管、子宫阴道交界处以及公鸡的睾丸、附睾、输精管中的精子进行免疫细胞的化学鉴定,均发现了禽类β-防御素3.通过逆转录PCR分析,证实睾丸细胞和精子能合成禽类β-防御素3.通过对连接于生精上皮的细长精子细胞和精液管腔内的精子进行鉴定,在附睾管和输精管中的精子中发现免疫反应产物[12].免疫反应产物在精液中主要分布在精子尾部,部分分布在中部和头部.禽类的β-防御素免疫反应产物也在子宫阴道交界处被发现.通过逆转录PCR分析,β-防御素3的mRNA主要是在睾丸组织中表达,而不是在射精的精子中表达.这些结果都表明禽类β-防御素3是在睾丸的精子细胞的晚期合成的,在雄性生殖道通过期间和输卵管的精子储存管中被精子保留[13].

3.3 禽类β-防御素3的作用

如果病源微生物附着于精子,会导致公鸡的生存能力和繁殖力降低.已有研究表明在雄性的生殖器官中,各种细胞（包括精子）表达了β防御素.这些防御素不仅起到了先天免疫的作用,而且对雄性生殖能力、雄性生殖道中的精子存活以及精子与卵子的相互结合也发挥了作用[14].在射精的精子中,禽类β-防御素3的免疫标记主要在尾部.通过RT-PCR分析未能鉴定出明显的条带来显示禽类β-防御素3的mRNA表达.射精的精子能够保留在睾丸中合成的禽类β-防御素3,但在射精后不会进一步合成禽类β-防御素3[15].说明禽类β-防御素在睾丸精子细胞的后期合成,且在穿过附睾、输精管甚至在输卵管储存期间都被精子保留,有效防止了精子被微生物感染的风险.禽类β-防御素3在保护精子免受微生物感染和精子存活方面发挥了积极作用.

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（责任编辑：卢奇）

Research progress ofβ-defensin in chicken reproductive organs

The antimicrobial peptides of poultry are mainly beta defensins,and avian beta defensins have the ability to protect tissues from unforeseen pathogenic microbial infections.The avian ovary and fallopian tube is a unique organ endocrine regulation,avian beta defensins in the ovary and oviduct affected ovarian gonadotropin and gonadotropin secretion function,so the avian pathogenic microorganisms in the reproductive tract in killing hens, protect the sperm has a certain particularity.The avian beta defensins in hen reproductive tract and the role of beta defensins in hen reproductive organs in the innate immune system were reviewed,and expression mechanism of beta defensins influencing material were discussed in this paper.

chicken；reproductive organs；avianβ-defensin；lipopolysaccharide

S852.4

A

1008-7516（2017）02-0040-03

10.3969/j.issn.1008-7516.2017.02.009

2017-03-02

国家自然科学基金（31672559）；河南省基础与前沿技术项目（132300410014）

付义凯（1995―）,男,河南林州人,本科生.

李月涛（1979―）,男,河南长垣人,博士,讲师.主要从事动物微生物学与特种经济动物生产研究.

FU Yikai1,HAN Li1,2,HU Jianhe1,WANG Sanhu1,LI Yuetao1

（1.SchoolofAnimal Science and Technology,Henan Institute ofScience and Technology,Xinxiang 453003,China；2.College of AnimalScience and Veteninary Medicine,ShiheziUniversity,Shihezi 100081,China）