妊娠早期营养限饲对输卵管生理功能的影响_王斌.pdf

2023 年第 3 期养殖技术收稿日期:2022 10 24作者简介:王斌(1970 )，男，本科，研究方向:动物畜牧兽医。E mail:609033189 qq com。妊娠早期营养限饲对输卵管生理功能的影响王斌(四川省巴中市恩阳区动物疫病预防控制中心，四川 巴中636063)摘要:母猪年提供断奶仔猪数直接反映猪场母猪的繁殖能力，也是衡量猪场综合管理能力的关键指标。影响母猪年提供断奶仔猪数的因素很多，其中母猪妊娠早期胚胎损失是一个重要的影响因素。大量的研究表明营养限饲可以改变妊娠早期输卵管内环境从而提高胚胎存活率，但是早期营养限饲改变输卵管内环境是一个复杂的过程。文章将妊娠早期营养限饲对输卵管生理功能的影响作综述，旨在归纳输妊娠早期营养限饲对母猪输卵管生理功能的影响，促进通过调控营养水平提高母猪年提供断奶仔猪数的深入研究。关键词:输卵管;营养限饲;类固醇激素;生长因子;输卵管蛋白猪的胚胎发育过程是一种综合调控的过程，各种调控方式在时间和空间上控制猪胚胎的整个发育过程，保证妊娠的顺利进行和完成。母猪妊娠早期约有 10%30%的胚胎损失，给养猪生产带来巨大的经济损失。妊娠早期，营养的因素与胚胎的存活密切相关，营养调控技术是提高早期胚胎存活率的重要途径之一1。研究发现，妊娠前期高营养水平饲喂将导致胚胎的存活率降低。Pharazyn 的研究结果显示，妊娠前期减少采食水平或者能量水平有利于胚胎的存活但是仅局限在妊娠前 3d。这种结论也得到了 liao 的证实，妊娠 3d 以后的低营养水平甚至对胚胎存活具有负面影响2。因此，推测妊娠前 3d 可能是营养调控胚胎存活的关键决定时期。配子在妊娠第 4d 从输卵管转移至子宫中，因此妊娠的前 4d，输卵管都将为胚胎提供发育的内环境3，由此看来输卵管内环境与妊娠前期胚胎存活密切相关。部分研究者认为妊娠前期应该采取营养限饲的策略才能保证较高的胚胎存活率，但是妊娠早期限饲究竟对输卵管的生理有什么影响还需要进一步探究。因此，很有必要对输卵管内环境稳态及营养限饲对其内环境的影响作一综述，意在探索营养限饲对输卵管生理影响因素以外促使研究者对输卵管影响早期胚胎发育引起重视。1输卵管的组织学结构猪的输卵管主要由 3 个部分组成，即输卵管伞(fimbria tubea)、输卵管壶腹(ampulla of the oviduct)和峡部(isthmus)。输卵管伞是由卵巢开始，连接卵巢形成的漏斗状组织。输卵管壶腹，其黏膜的表面有许多纵行皱襞，是由固有层及上皮向腔内突入形成的，上皮为单层柱状壶腹部的黏膜层和黏膜下层的混合层发生高度皱褶。黏膜形成若干初级纵行皱襞，特别是在壶腹内分出许多次级纵行皱襞，主要用于收集卵巢排出的卵子，同时也是精子和卵子受精的部位。峡部末端与子宫相连，峡部与壶腹部连接处成为壶峡连接处。输卵管的管壁组织结构从外向内主要由浆膜、肌层和粘膜组成。粘膜层主要由上皮细胞和连接组织构成，肌层主要分为内层环状或螺旋状肌束和外层纵行肌束，其中混有斜行纤维，使整个管腔能够协调的收缩。这几部分由不同的形态学、组织学和生物化学特点而具有不同的肌肉、上皮细胞和管腔结构。输卵管内部不同的组织学结构及腺体分泌使其具有不同的分泌内容及分泌方式。2输卵管的生理作用2 1分泌机能输卵管液含有许多离子、营养物质、蛋白、生长因子和细胞因子。这些物质中一部分是来自于精液，一部分依靠输卵管上皮细胞合成，另外有少量来自于卵泡液。输卵管的分泌物主要是黏多糖和黏蛋白。输卵管液内的蛋白质有白蛋白、球蛋白和糖蛋白。其中，糖蛋白(oviductal glycoprotein，OVGP)是输卵管液相对其他组织中特有的蛋白质。将这种糖蛋白进行分离和提纯，认定其为含有 8%糖基的蛋白质，分子量 54KDa，等电点为 4 5。输卵管液体环境中蛋白分泌量最高的时候是在猪排卵时以及配子到达输卵管的时候4，而此时正是输卵管中雌激素浓度的高峰期，这表明了输卵管对蛋白的分泌活性与雌激素的调控密切相关。研究发现，输卵管液中营养物质浓度及种类依靠卵巢中类固醇激素的调控，卵巢分泌的类固醇激素可不通过机体血液循环17养殖技术2023 年第 3 期而直接到达输卵管5。除此之外，输卵管还能分泌各种酶类，这些酶能使糖原分解为丙酮酸和葡萄糖，丙酮酸是受精卵分裂和生长的底物，而葡萄糖则是精子和受精卵的主要来源。输卵管是一个重要且复杂的分泌器官，还需进一步研究其分泌物种类和功能。2 2运送卵子和精子借助输卵管纤毛的摆动、管壁的分节蠕动、黏膜和输卵管系膜的收缩、纤毛摆动将卵巢排出的卵子经过伞部向壶腹部运送，将精子由峡部向壶腹部运送。Blandau 在研究猪的输卵管时，发现输卵管纤毛的能将颗粒物质下从输卵管的子宫连接部向卵巢部转移，并抵达了输卵管壶腹部受精部位6。另有研究显示无论是死亡的还是存活的精子都能通过输卵管抵达受精部位，这充分说明了精子的转运有赖于输卵管的运动7。2 3精子获能精子的获能是一种生化反应，在这个过程中精子细胞膜表面磷脂层重塑以及发生顶体反应。精子内部自身钙离子浓度是较低的，当精子进入输卵管后，由于雌二醇的调节使精子与输卵管内皮结合，而当动物排卵以后，孕酮的释放增加，较高浓度的孕酮与输卵管上皮孕酮受体结合后，耦联 G 蛋白可活化质膜上的磷脂酶 C，进而催化磷脂酰肌醇，产生二酰基甘油和三磷酸肌醇，三磷酸肌醇与储存钙离子的内质网受体结合增加钙离子往精子中的释放，同时促发输卵管细胞分泌糖蛋白。当精子中钙离子达到阈值，则获能完成，此时，输卵管上皮才会释放精子而抵达受精部位。2 4卵子受精和受精卵卵裂输卵管是哺乳动物新生命开始的地方，当动物排卵以后，卵细胞经过输卵管壶腹部与精子结合形成合子，合子在输卵管中开始卵裂，输卵管内环境对于胚胎的良好发育十分重要。在体外细胞试验中，将绵羊的输卵管细胞用于培养胚胎，能使胚胎顺利的发育到胚泡阶段8。在人类的研究中，用仓鼠的输卵管细胞培养人的受精卵可提高附植率9。3营养限饲影响输卵管调控的生理事件3 1营养限饲影响精子的转移和获能在输卵管中，精子与卵子的成功结合完成受精，研究显示精子与卵子的比例决定了受精卵数量，而受精卵的多少决定胚胎数量，到达输卵管壶腹部的精子数量越多则形成受精卵的概率越大，因此精子的转运就显得十分关键10。精子获能是完成受精作用的一个重要的生理活动，精子在附睾内已经获得了受精能力，但是由于附睾分泌了去能因子抑制了精子的受精能力。当精子穿过子宫颈时，精浆内大量的的去能因子被阻挡，精子同子宫内膜接触后，子宫膜产生获能因子，获能因子刺激精子发生获能反应，研究表明输卵管的分泌物也参与了精子获能。精子获能是一个复杂的生理过程，还需要进一步研究。精子在输卵管中的运输是伴随输卵管平滑肌收缩、纤毛摆动和精子获能同时进行，精子要在输卵管中停留获能以达到成熟，成熟的精子才具备正常的受精能力。猪精子的获能时间是 1 2h，其他动物精子获能时间甚至长达 8h。3 2营养限饲影响卵细胞的成熟卵巢直接排出的卵子并未完全成熟，仍然要在输卵管中经历进一步的发育，才能达到受精前的成熟阶段。研究发现，来自于输卵管中的卵子相比于卵巢中收集的卵子可提高 95%的受精率，同时降低34%多精入卵现象，进一步研究发现，这与卵细胞周围包裹的糖蛋白的水平密切相关11 12。Coy P 发现来自卵巢的卵子经过 1 5min 后完全消化，而输卵管中的卵子经过 228min 才消化完成13，Kolbe 也得到了类似的结果14，推测卵子在输卵管运输的这段时间中，输卵管液可能会重塑卵子透明带。输卵管液对透明带的重塑和卵细胞活力的保护有重要作用，糖蛋白能重塑母猪卵母细胞透明带，有利于精子的穿透、防止酶类的破坏和防止多精入卵现象的发生15。研究发现，妊娠早期营养限饲会降低输卵管类固醇激素受体的表达，从而影响到输卵管糖蛋白的分泌，因此多精入卵率会增加。Merchn 研究发现糖蛋白基因在胚胎停留于输卵管中的时间段里持续表达，提出了输卵管糖蛋白基因是关系到兔胚胎存活率的关键候选基因。Garca 的研究中验证了这种糖蛋白表达量与家兔胚胎数量呈现正相关，推测输卵管糖蛋白的分泌主要受到卵巢类固醇激素的调控，特别是雌二醇与孕酮发挥着重要作用16，妊娠早期营养限饲会降低输卵管类固醇激素受体的表达，从而影响到输卵管糖蛋白的分泌，最终影响卵细胞的成熟。Mburu 在母猪配种后禁食处理，尔后检测精子在透明带中的分布情况，结果发现禁食组透明带中的精子数量明显少于对照组，这可能正是营养限饲影响了卵子的成熟而造成的17。3 3营养限饲影响受精目前在研究输卵管的内分泌环境对受精的影响中，输卵管分泌的特有糖蛋白已经成为研究的热点，这种糖蛋白不仅能重塑卵细胞透明带和减少多精入卵现象的发生，还对受精十分重要。输卵管糖蛋白的 mNA 在输卵管壶腹部被检测到也进一步证实272023 年第 3 期养殖技术了它是受精必不可少的物质18，这种来自输卵管的糖蛋白对受精十分重要。Martus 比较了来自牛输卵管的糖蛋白和血清白蛋白在卵子受精前的营养效应，结果发现输卵管糖蛋白处理后的卵子有更高的受精率(62%VS 31 2%)，当加入抗输卵管糖蛋白的抗体以后，受精率将不会提高19。3 4营养限饲影响早期胚胎发育输卵管对早期胚胎存活至关重要20，它能分泌利于胚胎发育所需要的各种营养因子同时还能及时清除胚胎发育过程中分泌的代谢产物，提高附植率。输卵管液有利于妊娠早期卵裂的发生以及促进受精卵向胚泡的发育21，在许多物种的研究上都表明输卵管的内环境能促进早期胚胎发育。Hwu 研究显示提前用输卵管液孵育胚胎能提高到达胚泡阶段的比例，同时可存活胚胎数增加22。在胚胎发育过程中，输卵管峡部能分泌 330KDa 的糖蛋白，这种糖蛋白的主要作用是包被胚胎，使它们免受母体免疫系统的攻击，同时建立良好的胚胎发育内环境，进一步研究证实输卵管特殊蛋白 mNA 和蛋白的合成依靠雌激素介导，在排卵前、排卵和早期胚胎发育过程中表达量显著提高23。同时，IGF2 在输卵管上被检测到，IGF2 在胚胎发育早期扮演者关键的角色，它也能够加强输卵管壁的运动特性。V de Brun 对母羊发情阶段每天饲喂 1 5 倍维持需要和 0 5 倍维持需要，在发情的第 5 天屠宰，检测发现营养限饲可造成输卵管中 IGF2 的表达量降低。营养供给与动物输卵管内环境稳态密切相关。母猪妊娠早期进行营养限饲，降低了胚胎存活率，可能与营养限饲改变了输卵管内环境有关。Borowczyk 研究营养对母羊妊娠前期胚胎发育的影响，60%限饲组导致受精卵卵裂率降(79vs64%，P 0 006)24。4总结胚胎转入子宫前，输卵管良好的内环境对配子的转移、受精及早期胚胎发育至关重要，妊娠早期营养限饲容易带来一些负面效应。妊娠早期营养限饲降低了输卵管肌肉的收缩性和纤毛的摆动，降低了卵巢类固醇激素分泌，降低了输卵管特异性蛋白的分泌，从而影响配子转移、受精和胚胎发育，不利于早期胚胎的存活。5展望输卵管是雌性动物重要的生殖器官，也是输送精子和卵子、精卵融合、早期胚胎发育的场所，对胚胎在子宫中继续发育奠定了基础，但是输卵管内环境是一个容易被忽视的研究领域，特别是早期营养限饲对输卵管内环境影响的研究还不够深入。因此，还需采用代谢组、蛋白组、免疫荧光等现代分子生物学技术，探究早期营养限饲对输卵管内环境的影响以及早期营养限饲对妊娠调控的分子机制。参考文献:1 Jindal，Cosgrove J，Aherne F X，et al Effect of nutrition onembryonal mortality in gilts:association with progesteroneJ Jour-nal of animal science，1996，74(3):620 624 2 Liao C W，Veum T L Effects of dietary energy intake by gilts andheat stress from days 3 to 24 or 30 after mating on e