视黄醇在卵巢发育中的作用研究进展

2019-01-12杨言昭张艳敏李文通杨亚岚葛长利陈其美

中国畜牧杂志 2019年5期

杨言昭，张艳敏，刘颖*，李文通，杨亚岚，葛长利，陈其美，周荣，李奎

（1.山东蓝思种业有限公司，山东日照 276800；2.佛山科学技术学院，广东佛山 528231；3.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193）

繁殖效率是影响现代规模化养殖生产效益的重要因素，提高哺乳动物繁殖力一直是科研工作者的研究热点。繁殖效率与卵巢发育紧密相关，动物卵巢发育过程中的主要生理事件有卵泡的发育、成熟和闭锁等[1]，其中卵泡发育直接影响胚胎的数量及质量[2]。视黄醇及其衍生物是动物体内维生素A 的主要存在形式，能够以自由扩散的方式进入细胞[3]。卵巢中也有视黄醇及其衍生物的存在，并能够影响卵巢抗应激能力、激素分泌及生殖细胞减数分裂等。本文主要综述了视黄醇及其衍生物在动物卵巢中的功能，旨在为正确理解视黄醇及其衍生物对动物卵巢的影响、提高哺乳动物繁殖力的育种进程提供理论依据。

1 视黄醇代谢

1.1 视黄醇在动物体内的代谢途径视黄醇在维持动物机体正常的生长发育中发挥着重要作用[4]。动物体自身不能合成维生素A，需由食物提供，主要来源于膳食中的维生素A 前体（β- 胡萝卜素等）和大量视黄酯、视黄醇等。当摄入维生素A 量不足时，会导致相关疾病的发生[5]。在小肠内，膳食中的视黄酯在小肠细胞表面的视黄酯水解酶（Retinol Ester Hydrolase，REHs）作用下被水解为视黄醇，β- 胡萝卜素在小肠上皮细胞内被水解为视黄醛，后被还原为视黄醇。在小肠中被分解后产生的视黄醇与细胞视黄醇结合蛋白II 型（Cell Retinol Binding Protein- II，CRBP-II）结合，被视黄醇酰基转移酶（Retinol acyltransferase，LRAT）酯化为视黄酯，并结合乳糜微粒进入血液。在血液中，乳糜微粒经过脂蛋白脂肪酶（Lipoprotein Lipase，LPL）的作用转化为视黄酯，后被还原为视黄醇。血液中的视黄醇与视黄醇结合蛋白（Retinol Binding Protein，RBP）及甲状腺运载蛋白（Transthyretin，TTR）形成视黄醇-视黄醇结合蛋白- 甲状腺素运载蛋白复合体（Retinol-Retinol Binding protein-Transthyretin，Retinol-RBPTTR）。血液中Retinol-RBP-TTR 复合体进入细胞后，其中的RBP 与其受体特异性结合，Retinol-RBP-TTR复合体发生断裂，视黄醇被释放进入细胞中进行转化。游离的RBP 在肾小球中的肾小管处被吸收，被肾皮层细胞摄取，并被溶酶体分解为氨基酸。肝脏中游离的视黄醇转移至肝星状细胞中储存，肝星状细胞中含有丰富的细胞视黄醇结合蛋白Ⅰ型（Cell Retinol Binding Protein-Ⅰ，CRBP-Ⅰ），进入肝星状细胞中的视黄醇与CRBP-Ⅰ结合而溶解在肝细胞的水环境，有利于视黄醇储存[6-8]。

1.2 视黄醇在细胞中的代谢分解血液中的乳糜微粒通过LPL 作用转化为视黄酯，视黄酯在REH 作用下转化为视黄醇。视黄醇进入细胞后被转化为视黄酸（Retinoic Acid，RA），其转化过程分为两步：视黄醇在乙醇脱氢酶（Alcohol Dehydrogenase，ADH）和短链脱氢酶/ 还原酶（Short Chain Dehydrogenase/reductase，SDR）作用下转变为视黄醛；其次，视黄醛在乙醛脱氢酶（Acetaldehyde Dehydrogenase，ALDH）作用下被不可逆地氧化为RA[7]。另外，研究发现细胞色素P450 家族成员26A1（Cytochrome P450、Family 26、Subfamily A、ploypeptide 1、CYP26A1）和26B1（Cytochrome P450、Family 26、Subfamily B、Ploypeptide 1、CYP26B1）可将RA 代谢物代谢为全反式视黄酸（All Trans Retinoic Acid，atRA），所以CYP26A1 和CYP26B1可以通过氧化部分RA 来调节细胞中atRA 浓度[9]。atRA 是维生素A 在体内的活性代谢物，通过与视黄酸受体结合诱导基因的转录[10]。细胞内RA 的生物作用也受到细胞视黄醇结合蛋白（Cell Retional Binding Protein，CRBP）和细胞视黄酸结合蛋白（Cell Retinoic Acid Binding Protein，CRABP）的调节[11]。在细胞中，视黄醇及其衍生物能够与4 种同种型的CRBP（CRBP-1、CRBP-2、CRBP-3、CRBP-4）和2 种同种型CRABP（CRABP-1、CRABP-2）结合[12]。CRBP 特异性结合视黄醇，而CRABPs 和脂肪酸结合蛋白（Fatty Acid Binding Proteins，FABPs）特异性结合RA[13]，并且CRABP2 是调节体内RA 生理浓度的重要蛋白[14]。

2 视黄醇及其衍生物对卵巢的影响

视黄醇及其衍生物在卵巢类固醇激素生成、卵母细胞成熟和早期胚胎发育中发挥重要作用[15]。研究发现，在卵丘颗粒细胞中含有丰富的视黄醇及其衍生物，并参与卵巢发育相关的信号传导[16]。RA 也可以促进胚胎干细胞向生殖细胞的转化[17]和卵巢体细胞的分化[18]，并且可以诱导性腺中生殖细胞减数分裂的发生[19]。

2.1 视黄醇及其衍生物对动物生殖细胞减数分裂的影响生殖细胞减数分裂是产生单倍体配子的一种特殊的细胞分裂形式。早先研究表明，RA 能够促使生殖细胞周围的体细胞产生诱导因子进而促进生殖细胞进行减数分裂，并且体细胞合成的RA 是生殖细胞减数分裂前期所必需的[20]。研究发现，卵巢中的RA 可以促进减数分裂的发生[21]，RA 诱导卵巢中视黄酸激活基因8（Stimulated by Retinoic Acid Gene，Stra8）的表达，进而调节生殖细胞减数分裂的启动[22-23]。RA 浓度与视黄酸脱氢酶（Retinoic Acid Dehydrogenase，RALDH）和细胞色素P450 家族成员26B1（Cytochrome P450、family 26、Subfamily B、Ploypeptide、CYP26B1）的表达相关[19]，RALDH 可以减缓卵巢中减数分裂进程[24]，CYP26B1能够将RA 代谢为atRA 进而调节生殖细胞减数分裂，进而抑制生殖细胞被过早诱导进入减数分裂[25-26]。近年来，Kumar 等[27]研究发现，在体内不产生RA 合成酶时也检测到了基因Stra8 的表达，但Bowles 等[28]在卵巢中检测到乙醛脱氢酶A1（Aldehyde Dehydrogenase A1，ALDHA1）的表达，并发现缺少ALDHA1 的表达会减缓减数分裂的发生。因此，研究者认为RA 对诱导生殖细胞减数分裂有着重要作用但并不是必要的。总之，RA 在生殖细胞减数分裂中的功能及其作用机制仍有待于进一步探讨。

2.2 视黄醇及其衍生物对卵巢的抗应激作用在动物卵泡发育过程中，经常出现一些不可避免的应激，影响卵泡细胞的增殖和发育。研究发现，热应激对卵母细胞的细胞核和细胞质成熟均有显著的影响[29]。在体外培养体系中，添加适量视黄醇可以阻止热应激导致的卵母细胞凋亡，从而保护卵母细胞免受热应激的影响[30-31]。对于氧化应激，目前研发出几种对卵母细胞和早期胚胎具有活性氧保护的抗氧化功能的分子，如视黄酸、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和γ- 谷氨酰半胱氨酸合成酶等，编码这些酶的基因在卵母细胞成熟过程中发挥着重要的作用，可以增强早期胚胎的发育能力[32]。在实际养殖生产中，摄入适量的视黄醇可以帮助早产奶牛卵巢的恢复，并显著提高奶牛的繁殖效率[33]。

2.3 视黄醇及其衍生物对卵巢中激素合成的影响视黄醇及其衍生物对于动物卵巢类固醇激素的合成是必不可少的[34]。研究发现，大鼠卵巢颗粒细胞中的RA 可以抑制卵泡刺激素（Follicle-Stimulating Hormone，FSH）的表达并促进促黄体生成素（Luteinizing Hormone，LH）的表达[35]，而在小鼠卵巢卵泡中，FSH 可以通过调节小鼠卵巢对视黄醇的摄取和代谢途径，促进视黄醇转化为RA[36-37]，RA 也可以促进促卵泡激素β 亚基（Follicle-Stimulating Hormone，FSHβ）增加[38]。研究发现，适量的维生素A 可以增加母猪体内孕酮、胰岛素样生长因子（Insulin-like Growth Factor，IGF-1）和前列腺素F2（Prostaglandin F2，PGF2）的浓度，但并不影响LH 在体外对孕酮合成的促进作用[39]。在猪生殖器官中CRABP 基因的表达受到不同激素的调控；在输卵管中，雌激素能够调节CRABP1 的表达；在子宫中，CRABP1 的表达受孕酮影响[40]。雌激素还能够诱导小鼠生殖道上皮组织中CRABP2 基因的表达，生殖道中视黄醇浓度受到CRABP2 基因的调控[41]。由此可见，卵巢内的激素调控了CRABP 的表达，进而调节RA 生物学功能的发挥。

另外，研究发现视黄醇及其衍生物在不同动物卵巢中的功能也不尽相同。牛从饲料中摄取的维生素A 经代谢被转运至卵泡中，通过对卵丘颗粒细胞中促性腺激素受体、细胞因子、环氧合酶-2 和一氧化氮合酶等基因表达的调节，进而促进牛卵母细胞细胞质成熟[42]。母猪排卵前5 d，在饲料中添加视黄醇可以增加产仔数，改善母猪的胚胎发育能力[39]。在山羊中，atRA 可以减少卵巢中卵丘颗粒细胞的凋亡，促进卵母细胞的成熟[43]。在山羊卵母细胞成熟期添加适量维生素A 可以降低卵母细胞的凋亡率，加强山羊的胚胎发育能力[44]。在黄羽肉鸡中，维生素A 可以通过其活性代谢物RA 调控卵巢中IGF-1、FSH、LH、生长激素（Growth Hormone，GH）等基因的表达来调控卵泡发育[45]。在家猫卵巢中的RA可能通过上调基质金属蛋白酶9（Matrix Metalloproteinase 9，MMP9）和下调基质金属蛋白酶7（Matrix Metallo Proteinase 7，MMP7）来促进卵泡生长[46]。添加一定量的视黄醇及其衍生物可以调控卵巢相关激素的分泌，促进卵泡发育和卵母细胞成熟，进而提高随后的胚胎发育能力，但具体的作用机制尚不清楚。