生殖激素产品的应用和发展趋势

罗昊澍 ，张佳伟 ，师 磊 ，熊剑胜

（1.中国农业大学生物学院，北京 100193；2.北京伟杰信生物科技有限公司，北京 100085）

在畜牧生产过程中，母猪的繁殖对猪群的扩繁至关重要，外源的生殖激素可以直接调节母猪的生殖活动，因此根据母猪的实际情况，可以进行合理的激素调节，提高母猪的繁殖能力和效率。

近年来，养猪业向机械化、自动化、规模化方向逐步发展，非洲猪瘟的发生加快了这一进程。养猪企业的生产水平和盈利能力取决于生猪的繁殖水平高低，因而对猪场繁殖群体实施批次化管理显得尤为重要。母猪批次化管理是指将母猪群体按照计划组织分批生产，利用现有的生物技术实现母猪发情、排卵、配种和分娩同步化的高效管理体系，科学运用动物生殖激素产品是批次化生产的核心所在。

生殖激素作为生物技术的基础，可人为改变母猪自然发情的周期规律，使母猪在特定时间内集中发情、排卵，有计划地组织配种。并且随着畜牧业规模化、集约化以及疾病防控的需要，生殖激素被越来越多地应用到提高母畜的生产性能上，合理地使用生殖激素可以提高母猪繁殖力，有利于提高受胎率和产仔数。生殖激素是母畜自身产生的调节生殖过程的激素，目前母猪生产过程中所使用的生殖激素主要用于诱导发情、排卵、助产和分娩等。

1 现阶段生殖激素产品的种类及应用场景

生殖激素包括蛋白类激素和化学类激素，蛋白类生殖激素主要是在动物体内的下丘脑、垂体和胎盘组织细胞产生，蛋白类激素进入动物体内发挥作用后将会被全部代谢掉，所以不存在残留和食品安全问题，是一类天然、安全的生殖激素。目前上市的蛋白类激素产品主要是孕马血清和孕妇尿液提取物。

1.1 蛋白类生殖激素

蛋白类生殖激素主要包括多肽类生殖激素和蛋白类促性腺激素。

1.1.1 多肽类生殖激素

1.1.1.1 促性腺激素释放激素（Gonadotropin-releasing hormone，GnRH）

动物体内下丘脑产生的10肽，主要功能是与垂体上的GnRH受体结合促进垂体合成和分泌促性腺激素包括促卵泡素（Follicle-stimulating hormone，FSH）和促黄体素（Luteinizing hormone，LH）。并且除作用于垂体外，还作用于性腺、胎盘和其他组织，但是高活性类似物或者GnRH长时间使用对生殖有抑制作用。在母猪的繁殖过程中GnRH可有效诱导母猪排卵，缩短发情至排卵间隔，在改善繁殖性能方面也有积极影响。

1.1.1.2 催产素（Oxytocin）

动物体内下丘脑的视上核和室旁核产生的多肽类生殖激素，主要生理功能为刺激子宫平滑肌收缩，促进分娩，可以刺激乳腺导管上皮组织细胞收缩，引起排乳，并且人工授精时在精液中加入催产素有助于精子和卵子在生殖道中运行，提高受精率。目前的上市产品由多肽合成仪生产，主要用于动物的人工授精和分娩过程。

1.1.2 蛋白类促性腺激素

1.1.2.1 促卵泡素（FSH）

刺激卵巢增长、促进卵泡颗粒细胞增殖和卵泡发育，常被用于雌性动物的超数排卵。

1.1.2.2 促黄体素（LH）

在促卵泡素作用的基础上，促使卵泡发育成熟并排卵。

1.1.2.3 孕马血清促性腺激素（Pregnant mare serum gonadotropin，PMSG）

孕马胎盘杯状细胞分泌的一种高度糖基化的蛋白激素，具有FSH和LH的双重功能，来源于怀孕母马血清，是目前家畜诱导发情的常用药物。

1.1.2.4 人绒毛膜促性腺激素（Human chorionic gonadotophin，HCG）

人胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，有一定的糖基化，半衰期比LH长，所以在临床的辅助生殖过程中用于促排卵和提高受孕率，也可提高男性精子活力和数量，在动物繁殖领域则主要用于催情、促排卵和鱼类排卵排精。

以上4种促性腺生殖激素属于糖蛋白，结构复杂，目前全世界范围内没有上市的兽用重组生殖激素产品。在母猪繁殖过程中主要是使用PMSG和HCG，可单独使用PMSG用于母猪的发情诱导，也可PMSG和HCG联合使用诱导母猪发情，两者联合使用不仅能诱导母猪发情，提高母猪的同期发情率、排卵率，还可提高母猪生殖性能。蛋白类激素进入动物体内发挥作用后将会被全部代谢，所以不存在药物残留和食品安全问题，是一类天然、安全的生殖激素。

1.2 化学类生殖激素

化学类生殖激素主要是在动物体内的性腺（卵巢或睾丸）产生的，其基本结构为甾体类化学激素，目前的上市产品主要是化学合成产物。

1.2.1 雄性激素

睾酮、脱氧表雄酮。其主要功能是促进精子发生，延长附睾精子寿命，促进雄性第二性征发育。

1.2.2 雌激素

雌酮、雌二醇等，促进母畜发情和生殖道生理变化，通过对下丘脑正反馈的调节作用，形成LH峰促进排卵。

1.2.3 孕激素

孕酮、烯丙孕素等，主要是通过孕激素负反馈调节下丘脑-垂体-性腺轴抑制动物发情，最终解除抑制后实现雌性动物的同期发情。

1.2.4 前列腺素（Prostaglandin，PG）

一种不饱和脂肪酸，主要用于促进动物的黄体溶解，引起孕酮的降低，促进卵泡发育和胎儿分娩。前列腺素可以用来诱导母猪提前分娩或者同期分娩，便于对仔猪和母猪的护理，提高仔猪的成活率。在生产中通常应用前列腺素类似物氯前列烯醇诱导分娩。

2 现阶段生殖激素产品的发展困境

尽管外源性生殖激素的应用有效地提高了母猪的繁殖效率，使母猪的经济效益显著增长，但生殖激素的使用也带来了一些问题。化学类生殖激素的过度使用会对动物的生殖内分泌系统造成较大的干扰和危害，并且产品中的残留可能引发食品安全问题。此外化学类生殖激素在动物体内利用度比较低，大部分产物经尿液或者粪便排出，释放到环境中不易被降解，这些物质可能通过土壤、水源、农作物被人体摄入，对人类生殖健康产生重大危害。近年来我国不孕不育、出生缺陷、生殖系统疾病和肿瘤发病率居高不下，与食物和环境中激素类化学物的污染紧密相关，因此综合考虑环境友好和人类健康，应该减少或者禁止化学类生殖激素的使用。

蛋白类激素是天然、安全的生殖激素，蛋白类激素在动物体内发挥作用后全部被代谢，因而不存在药物残留和食品安全问题，可以使用蛋白类生殖激素替代化学类生殖激素。目前只有提取类蛋白生殖激素（PMSG、HCG）应用于母猪的繁殖过程，但这些提取的生殖激素仍然存在着问题。第一，提取的激素来源于孕马血清和孕妇尿液，原料的供应有限，收集难、成本高，并且很多国家因动物福利问题已禁止采集孕马血清。第二，孕马血清和孕妇尿液的成分复杂，含有较多杂质，通过低成本的纯化工艺很难获得高纯度的产品，如果增加纯化工艺，又会增加产品成本。并且孕马血清中可能含有马属动物的病原微生物，而人尿液的收集过程中又很难避免操作污染，所以在提取产品中存在病原微生物的污染风险。同时提取类产品相对粗放的生产工艺很难避免内毒素超标的问题，可能导致动物使用后出现副作用。第三，PMSG和HCG分别是马和人的绒毛膜促性腺激素，对猪、牛、羊属于异源蛋白，长时间使用后动物体内会产生抗体，从而降低产品的使用效果，提取类产品已经出现反复多次使用后需增加药量的弊端。第四，收集的不同批次的孕马血清和人尿液所含有效成分波动较大，并且产品的提取工艺比较粗放，很难保证产品的批次稳定性。

3 生殖激素发展困境的可能解决方案

开发高品质的兽用基因重组蛋白类生殖激素是解决以上问题的有效方法。目前人用重组FSH和HCG产品已有生产和销售，但人用药的成本较高，而且人与动物之间存在物种的基因差异，因而人用重组产品无法用到动物繁殖领域。研发动物专属的生殖激素产品，并且克服重组蛋白生产成本高的问题是开发兽用重组生殖激素的核心所在。在开发过程中，蛋白表达系统的选择是关键，基因重组蛋白表达系统目前有两类，原核表达系统和真核表达系统。原核表达系统主要为大肠杆菌原核细胞表达系统，大肠杆菌发酵工艺简单、成本较低，但是分子量大、空间结构复杂、二硫键多以及需要翻译后修饰的糖基化蛋白在大肠杆菌中则无法正确表达。此外大肠杆菌表达的蛋白多为包涵体形式，需要有体外复性过程，因而现无法应用其进行哺乳动物生殖激素的蛋白表达。真核表达系统包括酵母、昆虫细胞和哺乳动物细胞表达系统，虽然昆虫及酵母等真核细胞在蛋白表达过程中能进行有效的翻译后修饰，但是其糖基化修饰与哺乳动物体的糖基化修饰有较大差别，导致表达的哺乳动物蛋白活性欠佳。哺乳动物细胞表达系统则能够较好地解决以上问题，现阶段广泛使用的是中国仓鼠卵巢细胞（CHO），目前上市的重组蛋白及抗体类药物70%以上来源于CHO细胞。CHO细胞表达动物或人体内的蛋白分子，优势明显，在免疫原性和结构上与动物体内天然蛋白最为相似，可进行正确的糖基化，不产生内毒素污染，不产生包涵体，药物蛋白可分泌表达，并且CHO细胞较少分泌内源性杂蛋白，对纯化工艺的压力小，可在无血清培养基中悬浮培养，能够耐受较高的剪切力和渗透压，便于利用生物反应器进行高密度、大规模生产。

尽管目前在人类生殖领域，已有利用基因重组开发出高品质的重组FSH、HCG和LH产品，在不孕不育医学治疗领域得到高度认可。但因CHO细胞药物开发系统的技术难度大、工艺复杂、成本高等特点，目前在全球范围内仍然没有兽用的基因重组生殖激素产品。可喜的是国内已有公司正通过不断努力和技术攻关，致力于开发出基因重组的猪用蛋白类生殖激素产品。提高生猪养殖效率和降低生产成本，进一步推广批次化生产繁殖技术，为提升我国乃至全球畜牧业的动物繁殖效率做出贡献，为动物和人类的健康提供重要保证。

综上所述，开发基因重组兽用蛋白类生殖激素是大势所趋，市面已有的蛋白类产品均为提取类产品，其原料来源有限，成本高，纯化工艺难度大，产品品质和批次稳定性很难保证。并且化学类性激素存在药物残留、食品安全、环境污染以及长期使用导致动物内分泌紊乱等缺点，将逐步减少或者禁止使用。蛋白类生殖激素更安全、更天然、实际应用效果更好，蛋白类生殖激素将全面取代化学类生殖激素。目前全球没有基因重组兽用生殖激素产品，市场空间非常广阔。