家养动物FSHR基因的结构功能与表达调控研究进展

沙克拉，阿依努尔·伊卜拉伊木，文逸凡，王红利，张子敬，刘 贤，王二耀，茹宝瑞，周森森，雷初朝，陈 宏，黄永震*

(1. 西北农林科技大学 动物科技学院，陕西 杨凌 712100；2. 郏县畜牧局，河南 郏县 467100；3. 河南省农业科学院畜牧兽医研究所, 郑州 450002；4. 河南省畜牧总站， 郑州 450008.)

引言

繁殖性能是家养动物生产中重要的经济性状，直接影响养殖业的纯利润。促卵泡激素FSH是一种由垂体前叶促性腺细胞合成和分泌的糖蛋白，在性腺功能和生育能力中起重要作用。促卵泡刺激素受体FSHR一种重要的G蛋白偶联受体，是卵泡发育的重要受体。FSH在人类和动物生殖过程中起着至关重要的作用，它是生物大分子，不能单独通过细胞膜进入细胞内，只能通过与FSHR结合后进入细胞内，发挥生理功能。FSHR主要表达于卵巢颗粒细胞和支持细胞中，其表达水平与颗粒细胞的分化、卵泡闭锁及成熟密切相关[1]。FSHR是下丘脑-垂体-性腺轴的重要组成部分，也是FSH发挥作用所必需的。国内外学者对FSHR基因作为繁殖性状或产仔数候选基因进行了部分研究。FSHR基因表达产物可以促进动物的超数排卵，它的缺失或者突变会使卵巢卵泡无法正常发育，严重的可导致繁殖力降低甚至不孕。

1 FSHR基因结构

FSHR基因属于数目庞大的G蛋白偶联受体超家族之一，FSH受体包括七个跨膜域和一个大胞外域与FSH的α和β亚基[2]。FSHR由695个氨基酸组成的，其中亮氨酸数量最多，所占比例为12.81%；很多研究表明，FSHR的DNA序列全长196 149 bp，而编码蛋白质的mRNA 序列全长只有2 431 bp，说明FSHR基因表达受复杂的内含子调控。FSHR基因在动物和人类染色体中位置和长度都不同。FSHR基因位于人类2号染色体上，由10个外显子和9个内含子组成，其内含子长度达52 kb，不同动物FSHR基因位于的染色体不同。

2 FSHR基因的生物学功能

2.1 在人类医学中研究

FSHR基因在人类生殖中的重要性是显而易见的，FSHR基因在人体中表达量与女性是否怀孕显著相关，并在控制男性和女性性腺功能方面发挥着重要作用[3]。在男性中，FSHR在睾丸支持细胞中表达，调节睾丸支持细胞的代谢，也是精子发生和存活所必需的；在女性中，FSHR基因在颗粒细胞中表达，它调节卵巢卵泡的发育、成熟，以及颗粒细胞的增殖和雌激素的产生[4]。在男性和女性中FSHR基因的多态性会出现不孕情况，但FSHR的多态性变异对男性生育能力的影响不清楚[5]。FSH不诱导精子发生过程，但对成熟精子的形成是必要的，FSH -亚基，即卵泡刺激素基因-多肽FSHB，11p13决定生殖功能。目前研究发现，人类中大约存在150种FSHR基因的多态性变异，并证实与很多生殖疾病相关。FSHR基因多态性与FSH浓度的升高、孕酮的降低以及精子浓度的降低有关。FSHR基因存在多种失活突变和多态性，其中大多数会导致原发性卵巢功能不全(POI)，FSHR基因是引起POI的单基因[6-7]。

2.2 FSHR基因在动物育种的研究

繁殖性状是绵羊、山羊、牛和猪的重要经济性状，其受各种因素的影响，其中与繁殖相关的选候基因是影响繁殖经济的主要因素。FSHR基因是影响家养动物繁殖性状的必不可少的基因之一。FSHR基因作用范围很广泛，在畜牧业上与动物的产仔数有一定的关系，正确地来说是动物影响产仔率的候选基因之一。FSHR基因存在9种失活突变和4种激活突变，这些突会导致雄、雌性动物的不孕或繁殖能力降低。FSHR基因多态性与很多繁殖性状间存在关联。近5年来国外内研究者研究发现了FSHR基因的多态性状况，并且还克隆FSHR基因。

2.3 FSHR的其他功能

卵泡刺激素受体(FSHR)除了在性腺组织中表达外，还在一些腺外正常组织和肿瘤组织中被检测到，包括不同类型的原发性和转移性癌症以及肿瘤血管内皮细胞(TVEC)。FSH在锥体外组织中的作用包括促进血管生成、肌层收缩力、骨骼完整性和脂肪组织积累。肿瘤组织内的非恶性细胞已被证明缺乏FSHR的表达，这意味着FSHR可以作为一种标记用于诊断，甚至在作为治疗工具方面存在潜在的作用[8]。此外，最近还发现其在体外受精，子宫内膜疾病过程中发挥一定的作用。

3 FSHR基因在家养动物繁殖性状方面的调控研究

FSHR基因不仅在卵巢、子宫和睾丸等生殖器官中表达，而且在输卵管、垂体前叶、下丘脑和尿道等性腺外组织也有表达[9-10]，并表现出阶段依赖性，与卵泡或生殖细胞的不同成熟状态相吻合。FSHR基因表达会影响家养动物的各种生理状况，比如奶牛的产奶量，母鸡的产蛋量等。研究表明，FSHR基因5’区存在许多转录调控元件，它们与转录因子相互作用，调控FSHR转录。

3.1 牛FSHR基因的研究进展

随着人民生活水平的提高，人们对肉产品和奶制品的需求量越来越多。畜牧业得到快速发展，畜产品的数量和质量也迅猛发展。牛是单胎家畜，自然状态下基本上没有多胎，双胎率很低。FSHR基因是牛的繁殖性状的选候基因之一，研究表明，牛FSHR基因的特定等位基因位点突变与受精卵产生数量的变化相关[11-12]。在牛中，从基因表达的角度出发，在FSHR在卵泡发育过程中的表达模式以及该受体在生殖障碍中的作用方面有广泛的报道[13-15]。同时，FSHR基因的多态性会影响奶牛的产仔率和产奶量[16]，该研究结果在提高我国奶牛产仔和产奶量上有积极意义。最近研究还发现不同牛的FSHR表达量不同，比如牦牛FSHR表达量显著低于黄牛[17]。此外，夏忆等研究克隆得到牦牛FSHR基因cDNA序列，编码区全长2 088 bp，编码695个氨基酸，与其他哺乳动物氨基酸序列同源性较高[18]。

3.2 绵羊和山羊FSHR基因的研究进展

多羔性状是影响绵羊和山羊养殖业的重要经济性状之一，提高每胎的产羔数是提升羊生产经济效益的重要措施[19]。谭广梅等对海门山羊FSHR基因进行了研究，表明FSHR在第十外显子的第1 056 bp处发生了T→C变异，该突变对产仔数具有正向效应，且FSHR基因的表达与绵羊和山羊产羔数之间存在一定程度的相关性[20-21]。在绵羊和山羊中，卵巢卵泡中促卵泡激素受体(FSHR)的表达增加是携带高产等位基因的母羊的一个共同特征。哺乳动物的FSHR基因的结构基本上相似，但也存在差异。比如绵羊和山羊是属于完全不同的两个品种，它们的FSHR基因结构存在差异，比如绵羊的FSHR基因位于3号染色体，由11个外显子和10个内含子组成[22]。山羊的FSHR基因位于11号染色体，由10个外显子和9个内含子组成[23]。国外学者研究发现FSHR基因的第10外显子上第680位密码子处发生碱基突变并导致氨基酸改变，从而使 FSH 活性降低，影响产羔性状。吕阳升等[24]认为绵羊FSHR基因虽然存在可变剪接体的结构，但其功能主要取决于经典型的695个氨基酸蛋白质分子，并且对初级卵泡的发育具有一定的作用。转录调控区域的多态性对绵羊FSHRmRNA的衰退有重要影响。王德娣等[25]研究发现哺乳动物FSHR基因的多态性，并阐明了其转录调控的新机制。但是FSHR基因在公羊中研究少，胡雯等[26]研究发现FSHR因在睾丸中特异性高表达，但具体作用机制还有待于进一步研究。

3.3 猪FSHR基因的研究进展

猪的繁殖性能的高低直接影响猪场的生产效率和经济效益。母猪繁殖性状属于低遗传力数量性状。2017年许瑶等[27]首次在江香猪FSHR基因中发现了3个SNPs位点即rs322800083(C276T)，rs332115220(T611C)和novel 1(G-92A)，其中novel 1 位于内含子9中。这三个新的多态性对猪的产仔率有影响。研究发现FSHR基因表达水平的升高伴随着组蛋白H3K9乙酰化水平的升高，提示组蛋白H3K9乙酰化可以调控猪FSHR基因的表达[28]。尽管对FSHR启动子的调控进行了大量的研究，但猪FSHR的精确转录调控机制仍是未知的。

3.4 鸡FSHR基因的研究进展

产蛋是家禽重要的经济性状，研究影响产蛋性能的关键基因和功能性单核苷酸多态性具有重要意义[29-30]。在母鸡中，FSH刺激卵巢类固醇激素的合成、卵巢的选择以及卵泡的发育和成熟，对卵泡的正常发育起着至关重要的作用[31]。据报道，FSHR基因位于鸡的3号染色体上，基因全长77 646 bp，含有10个外显子和9内含子，外显子1到9的长度均在200 bp以内，而外显子10长1 217 bp[32-33]。母鸡的卵巢正常发育与产蛋数成正比，母鸡卵泡发育过程中卵巢FSHRmRNA水平的调控以及FSHR中可能与产蛋性状相关的多态性是重要的研究领域[34-36]。FSHR基因不仅在母鸡中表达，公鸡中也表达，研究发现FSHR基因在母鸡卵巢和公鸡睾丸组织中表达量在出壳时最高[37]。

4 小结

促卵泡刺激素(FSH)通过与其受体(FSHR)结合后在人和动物的生殖器官中起着重要的生理作用。FSHR基因作为影响家养动物产羔(仔)数等繁殖性状的候选基因，在人类和牛羊等家养反刍动物中研究较多，在猪和鸡方面的研究较少。FSHR的表达量对卵巢与FSH的结合和敏感性有直接影响，多胎绵羊品种卵泡中FSHR的表达量显著高于单胎品种[38]。最近几年来在FSHR基因的克隆方面研究也很多，在体外受精方面也有。FSHR基因为单拷贝基因，在动物进化过程中是相对保守的[39]。在绵羊，山羊与牛和人的FSHR基因基本没有同源性，这说明FSHR基因在物种之间具有很大的差异。同时，FSHR与动物的繁殖性状密切相关。两个物种之间FSHR的序列和表达水平的差异可能与它们繁殖的差异有关。FSHR基因不仅对动物繁殖有影响，还与人类临床医学上各种繁殖和肿瘤疾病有关。最近，一项基于出生时相关基因加速进化的研究发现，促卵泡激素受体(FSHR)可能是早产发生的候选基因。此外，FSHR基因在包括胎盘在内的体外组织中也有表达[40-41]。

综上所述，FSHR基因对于家养动物的繁殖性状和生产性能具有重要影响，对于该基因的深入研究对改良动物的经济性状、提升畜牧行业的经济效益具有良好作用。