畜禽去势术研究进展

邱婉玲，王誉杰，张进威，马继登，李明洲

（四川农业大学动物科技学院，畜禽遗传资源发掘与创新利用四川省重点实验室，四川成都 611130）

去势是以外源手段摘除动物主要生殖器官或使其丧失功能。畜禽生产中对公畜进行去势可以有效避免其非必要繁殖行为，降低其打斗和爬跨行为以方便管理，同时还可以改善其胴体肉品质，以获得更高的经济报酬。因此，去势术已经成为集约化、规模化畜禽养殖中一项重要的生产管理技术。21世纪初，研究人员针对去势所产生的行为学和生理学效应及其与生产效率的关系进行了较深入的研究，但对其遗传学机理还研究甚浅。本文就畜禽去势术的历史起源、应用普及率与效果、去势方法、效应机制和动物福利等方面进行综述，以期为提高我国畜禽生产水平和动物福利提供参考。

1 畜禽去势术的历史起源

传统意义上，摘除家畜睾丸和附睾或使睾丸萎缩、被机体吸收而失去生精能力的外科手术，中兽医称之为阉割或去势（Castration）。据史料查证，中国畜禽去势术是世界上历史最悠长，应用最早、最广的畜禽阉割方法。在3 000多年前的商代殷墟甲骨文卜辞中（公元前1 520—1 030年）就已有关于公猪的阉割记载。《周易》：“豮豕之牙吉”。意思是说阉割了的猪，性格就变得驯顺，虽有犀利的牙，也不足为害。《礼记》上提到“豕曰刚鬣，豚曰腯肥”，意思是：未阉割的猪皮厚、毛粗，叫“豕”；阉割后的猪，长得膘满臀肥，叫“豚”。在河南省方城县从汉墓中发掘出的文物中就有“拒龙阉牛图”，表明在公元前202—220年（距今已有1 760-2 180年），我国就已有了牛的“走骟法”。到了西晋（公元265—317年）名医葛洪所著的《肘后备急方》一书中和《腿仙肘后经》著作中都有“骟马、宦牛、揭羊、阉猪、镦鸡、善狗”等称谓，这些说法目前仍时有所见。相比之下，国外对于去势术的可追溯记载则远远晚于中国。

2 畜禽去势术应用率与效应

2.1 去势术的应用率 世界范围内，去势术在畜禽生产中的应用程度在不同物种和地域间均存在差异，虽然去势已成为畜禽生产中的常规技术手段，但是对于去势应用程度的官方统计数据却很匮乏。据美国农业部农业数据统计局（USDA-NASS）统计，2010年全美阉牛规模达1 640万头（体重＞220 kg），约占总群体的88%。据英国农业动物福利委员会报道，2008年新西兰羊羔去势程度接近60%，其中手术去势个体占比约30%[1]。据欧盟PIGCAS项目统计，2006年在26个受调查欧洲国家中大约有9 800万头（或79.3%）公猪被去势，公猪去势程度在其中19个国家里接近100%，只有在英国和爱尔兰两国公猪去势的情况比较罕见（0～2%）[2]。对于我国生猪去势程度虽没有官方统计结果，但民间调研表明我国非种用公猪去势程度接近100%。由此可见，去势术在全球畜禽生产中应用率相当高，对提高生产效率有着不可忽视的作用。

2.2 去势术的效应 第一，去势可以有效控制种畜禽的非必要繁殖行为，保证后代优良的生产性能[3]，减少生产资源的无畏浪费。去势术的必要与否取决于畜禽的屠宰和性成熟日龄，当达到屠宰体重时畜禽已经达到性成熟阶段，那么非必要繁殖和交配现象就极可能发生，此时对于淘汰种畜禽的去势则变得非常必要（如猪[4]），反之亦然（如牛和羊[5]）。

第二，去势可以对畜禽进行行为修正和管理，有效控制畜禽间打斗[6]和爬跨行为[6-7]，降低由此引发的伤病[8]和生长停滞对生产效率造成的影响，并保障肉品质。此外，雄性畜禽，尤其是公牛等大家畜，在去势后侵略性降低，也会更易于管理。

第三，去势可以改善畜禽的肉品质，通过去势诱导的肥胖在嫩度、多汁性以及口感等多个方面改善肉品质[9]，有效降低由雄烯酮和粪臭素造成的肉品膻味发生率[10]。

3 畜禽去势的不同方法

3.1 去势方法学简介 常见的畜禽去势方法有手术去势、化学去势、免疫去势。手术去势是畜禽去势术中常采用的方法，通过切开两侧阴囊皮肤和总鞘膜，引出睾丸进行摘除或者结扎精索断其血液供应后再次包埋。相对于家畜，由于禽类的睾丸位于腹腔背部，操作较为复杂：除去羽毛后，在背部倒数一、二肋骨之间距脊骨约5～6 cm处做2～3 cm的切口，然后用扩张弓将切口扩张到适当大小，划开皮肤及肌肉层，缓慢推开肠壁，找到上下侧睾丸，切断睾丸与体腔的联系后摘除睾丸，拿掉扩张弓，缝合伤口[11]。手术去势成本低，但操作繁琐，影响去势畜禽的生长和发育[12]。

化学去势又称为药物去势，该法是通过向睾丸实质内注射去势液，致睾丸实质变性、坏死、吸收，由美国科学家首次发明[13]。去势液以乳酸、普鲁卡因、甲醛、氯化钙和盐酸为主要成分。化学去势法操作简便，经济且效果满意，因保留了附睾雄激素分泌功能，可维持去势公畜的正常生长和发育，但存在膻味问题。区别于家畜，家禽采用中草药去势法，即每天饲喂白胡椒、五味子3次，持续7 d左右，即可达到去势要求，此法阉割的家禽宰杀后，肉质鲜嫩，并对人体无毒副作用[14]。

免疫去势又称为生物去势，一是用合成十肽菌素或促性腺激素释放激素（GnRH）类似物[15]，主动免疫公畜，诱发其抗内源性GnRH抗体的形成，抑制促性腺激素的释放，降低雄性睾酮分泌，从而达到去势目的；二是采用重组促黄体释放激素融合蛋白（LHRH），其能够使禽类产生LHRH抗体，中合机体内源性LHRH，从而降级促性腺激素的水平，达到去势目的。与传统去势法相比，免疫去势是一种比较新的方法，对生产性能没有明显影响[16]，当前须要解决的是蛋白载体和佐剂的筛选和优化。

4 去势术影响畜禽生产性能的机制

去势对畜禽肉品质，尤其在肌肉生长和脂肪沉积方面产生了巨大影响。然而，其机制在农业动物中研究较少，并且缺乏系统性。去势术对雄性动物睾丸的摘除或者永久性破坏，会直接导致动物体内睾酮的不可逆缺失或者降低[17]，因此其机制可以透过人和模式动物上睾酮相关研究进行窥探。

4.1 去势对肌肉生长的影响机制 大量研究表明，去势可以显著降低公猪瘦肉率，减小肌纤维直径，提高猪肌肉嫩度，增加肌内脂肪含量，降低猪肉膻味发生率，对猪肉品质有显著的改善作用。研究表明，去势安格斯公牛具有更小肋眼区、更多白肌纤维比例、更小背最长肌直径和更好的风味等特点[18]；西门塔尔牛去势后能提高大理石花纹等级，改善肉色，提高肉品质[19]。家禽去势后可降低pH、剪切力，提高肌肉感官品尝评价[20]。1998年，Mauras等[21]研究发现，利用GnRH类似物对青年男性内源性睾酮分泌进行抑制后，受试者体内蛋白合成代谢会受到明显的抑制，肌肉强度显著下降，相反其体脂的沉积量会显著上升。然而，睾酮分泌抑制对于成肌因子的mRNA表达水平却无显著影响，包括成肌调节因子（肌分化抗原：MyoD和生肌素：Myogenin）、胰岛素样生长因子1（IGF-1）、肌抑素（Myostatin）和雄激素受体（AR）[22-23]，这也充分说明了肌肉肥大调控机制的复杂性。随着研究的不断深入，睾酮诱导骨骼肌肥大的机制得到一定程度解析，主要通过2种途径的综合作用而产生（图 1）。

4.1.1 AR信号途径 AR属于核受体超家族中的类固醇受体，广泛分布于细胞质中。睾酮在体内代谢为二氢睾酮后可与细胞内AR结合，激活受体复合物并使其转移至肌细胞核，进而与DNA上的激素效应元件（HRE）相结合，启动下游成肌相关基因的表达，如成肌分化因子和蛋白合成基因[24]，从而促进肌纤维内蛋白质的合成，最终促使肌纤维肥大。对健康人群进行睾酮注射处理，可以显著增加机体净蛋白合成量，该过程并不依赖体内氨基酸向肌肉的转移，而依赖于肌肉细胞内游离氨基酸的高效二次利用[25]。IGF-1和IGF-1R是AR的靶基因，睾酮能显著提高其肌肉中IGF-1基因的表达量，激活Akt/mTOR信号通路，增强肌肉强度和蛋白合成水平[26]。Akt的激活还能够磷酸化并抑制转录因子FoxO，从而降低骨骼肌降解[27]。相反，去势可降低mTOR、p70S6K1和4E-BP1的磷酸化水平[28]。

此外，睾酮还可以通过细胞AR受体，靶向激活肌纤维周围静息性肌卫星细胞使其融合至原有肌纤维，为蛋白合成提供更多的肌细胞核[29]；或者通过其分化和融合形成新的肌纤维[30]。体外实验证明，睾酮能显著提高肌卫星细胞有丝分裂能力[31]。睾酮补给可以增加人体骨骼肌组织中增殖细胞核抗原阳性（PCNA+）肌卫星细胞的比例，说明睾酮可以激活静息肌卫星细胞进入细胞周期，不对称分裂形成新的肌纤维和更多肌卫星细胞[32]。成年男性经过20周睾酮注射后，其肌卫星细胞数量显著增加。长期使用雄激素的举重运动员，其肌卫星细胞数量相比正常人也有显著提高[33]。以上研究均说明肌卫星细胞是睾酮肌营养性效应的重要媒介。

除肌卫星细胞外，骨骼肌内其他多能性前体细胞同样可以感受AR信号，并向肌源性细胞分化[34]。研究证明，鼠源多能间充质干细胞（C3H 10T1/2）在睾酮刺激下能够表达特异肌源性标记蛋白MyoD和MyHC，并且该效应依赖于AR信号途径，该结果说明睾酮具有招募和诱导间充质多能细胞向肌肉细胞分化的作用[30]。

4.1.2 G蛋白耦联受体途径 睾酮可以激活细胞膜上的G蛋白耦联受体从而打开Ca+通道，使肌细胞内Ca+离子浓度增加，激活细胞外信号调节激酶（ERK1/2）进而诱导成肌转录因子及细胞生长相关基因的表达[35]。此外，活化的ERK1/2能与下游细胞周期蛋白D3（Cyclin D3）形成复合物，介导成肌过程中细胞周期的退出，促进骨骼肌分化[36]。众所周知，3-羟基磷脂酰肌醇激酶/蛋白酶B（PI3K/AKT）信号通路对骨骼肌的增殖和肥大有着重要调节作用，而ERK1/2能与PI3K/AKT信号通路相互影响，从而更精准、细致地调节骨骼肌的特性应答[37]。

图1 睾酮在肌纤维肥大过程中的作用通路

4.2 去势对体脂沉积的影响机制 公畜去势后体脂沉积能力显著增加[38]，但对去势公畜注射睾酮会使其体内脂肪含量显著减少[39]。同样，禽类去势能提高脂肪沉积能力[15]，增加胸肌、腿肌肌内脂肪含量[40]。研究表明，雄性激素（睾酮）主要通过成脂分化、脂质沉积和脂质分解等生物学通路影响动物的体脂总量和体脂分布。

成脂分化即前体脂肪细胞向成熟脂肪细胞分化的过程，其受多种成脂转录因子的高度调控。间充质前体细胞接受成脂信号后定向分化为前体脂肪细胞，而后生长停止并经历分裂增殖和末端分化，最终生产成熟的、具有功能的脂肪细胞[41]。过氧化物酶体增殖复合物激活受体γ（PPARγ），CCAAT/增强子绑定蛋白α、β和δ（C/EBPα、C/EBPβ和 C/EBPδ），IGF-1以及糖皮质激素受体在成脂分化中均具有重要调控作用[42]。实验表明，雄激素（睾酮）能通过下调PPARγ等成脂因子的表达水平，显著抑制成脂分化（表1）。睾酮和二氢睾酮能通过AR途径激活Wnt信号通路，最终抑制3T3-L1和C3H10T1/2前体脂肪细胞的体外分化，显著下调C/EBPα、C/EBPβ和PPARγ基因和蛋白的表达水平，降低脂肪细胞内脂质的沉积[30,43,44]。Fujioka等[45]研究指出，睾酮和脱氢表雄酮（睾酮类似物）均能显著抑制鼠源3T3-L1、3T3-F442A和3T3-A31前体脂肪细胞的增殖和分化，并利用AR拮抗剂和RNA干扰技术同时证明了该效应对于AR信号通路的依赖性。Huang等[46]研究表明，AR敲除能激活鼠源骨髓间充质干细胞的表皮生长因子受体（EGFR），进而激活下游ERK和Akt信号通路以提高细胞的自我更新能力。对人的研究表明，二氢睾酮能有效抑制不同解剖部位来源（腹部脂肪、肠系膜和大网膜）前体脂肪细胞的分化[47]，并且该效应没有明显的性别差异[48]。二氢睾酮处理后，人腹部皮下脂肪组织干细胞向前体脂肪细胞的分化会受到明显扰乱，说明雄激素可以影响前体脂肪细胞的早期分化[49]。此外，利用脱氢表雄酮处理人皮下前体脂肪细胞系（Chub-S7），同样能显著抑制其增殖和分化[50]。在体动物实验证明，去势可以同时增加大鼠附睾和肾周原代前体脂肪细胞的增殖能力，增加附睾前体脂肪细胞的分化能力，相反降低肾周原代前体脂肪细胞分化能力。然而，去势对其皮下原代前体脂肪细胞的增殖和分化能力均没有显著影响[51]。该结果与内脏脂肪组织具有更高AR表达和更高雄激素敏感性吻合[52]。

脂质沉积包括脂肪细胞对脂质的吸收和合成。大部分研究中，雄激素（睾酮）可以降低脂肪细胞对脂质的吸收和合成。补充睾酮可降低男性和女性皮下脂肪和内脏脂肪组织中脂蛋白脂肪酶（LPL）的活性，进而降低其对甘油三脂的吸收[53]。去势可诱导雄性日本猕猴脂肪组织中产生很小且多腔室的脂肪细胞，利用睾酮进行替代治疗后，该效应得到明显逆转[54]。对雌性恒河猴腹膜离体培养后，采用二氢睾酮刺激脂肪组织后可提高其脂肪酸摄取能力，但是与胰岛素同时处理时其脂肪酸摄取能力却受到显著抑制[54]。睾酮对脂质沉积的影响也被证实与月经周期相关。对经期女性进行慢性睾酮治疗后，其大网膜脂肪胰岛素信号通路被显著激活，其脂肪酸摄取也显著增加[55]。

脂质分解是指脂肪细胞内甘油三酯水解的过程，其为机体组织提供脂肪酸作为能量物质，并受到许多刺激因素的影响和调节[56]。脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）和激素敏感性脂肪酶（HSL）是脂肪水解过程中的2个关键酶。HSL受到脂肪细胞内环腺苷酸依赖性激酶（CPKA）磷酸化后会转移至脂滴执行其脂质分解作用[57]。在众多药物中，儿茶酚胺是对脂质分解过程影响最显著的一类，它作用于脂肪细胞膜的β肾上腺素受体，引起细胞内环腺苷酸升高，进而激活蛋白激酶CPKA，最终激活细胞内的脂肪分解反应[58]。现有研究中，雄激素对脂质水解作用的描述不尽相同。睾酮注射显著增加了皮下脂肪组织中去甲肾上腺素介导的脂质水解反应[53]，该结果在人[59]和鼠[60]源离体细胞研究中同样得到了验证。然而，雌性恒河猴的研究却表明，睾酮的补充降低了黄体期机体脂质水解的促进作用，同时睾酮处理后内脏脂肪组织中HSL的表达也受到显著抑制[55]。随后研究发现，该效应受到AR[61]、HSL[62]以及腺苷酸环化酶的介导和调节。脱氢表雄酮能促进女性皮下原代脂肪细胞的脂质水解反应，对其内脏原代脂肪细胞无显著影响；然而脱氢表雄酮对男性皮下和内脏原代细胞的脂质水解能力均无显著影响[60]。尽管现有研究结论不尽相同，但睾酮对于脂质水解过程的作用确实显示出明显的性别特异性。

5 去势过程中的动物福利

动物福利是指满足动物基本的自然需求，即享有不受饥渴的自由、生活舒适的自由、不受痛苦和伤害及疾病的自由、生活无恐惧和无悲伤的自由和表达天性的自由。随着社会发展，国际上对于畜禽养殖过程中的动物福利问题日趋重视，而畜禽常用的手术去势给动物带来了长期的痛苦，影响了动物福利。给畜禽去势是为了减少生产环节中不必要的性行为和攻击行为，消除公畜膻味，因此去势只是市场需求。目前倡导在去势手术前使用麻醉剂或止疼药来降低去势对畜禽动物造成的疼痛，对于术后创口消炎和护理也有相应要求。自从2012年起，欧盟国家法律已规定，动物手术去势前要使用麻醉剂或止疼药，并且自2018年起，将全面禁止手术去势[63]，美国兽医协会明确支持使用局部麻醉和止疼药等必要的措施减轻或消除畜禽去势时的疼痛[64]。但此方法耗时较长，并且存在药效失效的可能性。除此之外，动物福利组织倡导畜禽生产者使用化学去势[12]或者免疫去势[63]等无创的去势方法。另外，在羊或牛等阴囊在出生时便外露明显的大家畜，提倡采用去势夹或去势环等方式阻断睾丸血液供给，从而达到去势的目的[63]。总之，手术去势的方法已经被淘汰，而以畜禽生产效应为目标的去势疫苗，可解决养殖过程中的动物福利问题。

表 1 睾酮对前体脂肪细胞增殖和分化影响的相关研究

6 存在的问题与展望

迄今为止，去势术已在畜禽生产中得到了广泛应用，畜牧研究人员对畜禽去势后所产生的行为、生理和肉品质等变化进行了深入的研究，但是对于去势所涉及表型变化背后的遗传学和表观遗传学机制有待进一步深入研究。最常用的去势方法为手术去势，但由于存在术后感染和组织撕裂问题，给去势动物带来长期的痛苦，因此手术去势过程中的动物福利是畜禽生产中不可回避的问题，新去势方法的研发、手术去势前的辅助药物筛选、去势后的疼痛程度评估等也需要更深入的研究。代替手术去势的方法包括阉割前使用镇定剂或进行麻醉、化学去势和免疫去势。但使用镇定剂或进行麻醉耗时较长，而化学或免疫去势成本高且存在猪肉膻味问题。除此之外，畜禽去势还存在以下问题有待解决：畜禽去势前健康状况的评估；手术时间的选择；如何避免切口愈合的时间过长；阉割过程中人畜的安全问题；阉割后畜禽的护理问题等。总之，如何最大限度提高去势过程中畜禽的福利水平，发挥去势术的优势和应用范围，培育出低膻味又能保持畜禽优良性能的品系，开发具有降低家畜膻味的药物将是当前乃至今后数十年内去势技术研究的方向。