抑制素免疫技术提高奶牛繁殖性能的最新研究进展

陈 芳，郭日红，梅 承，施振旦*

（1.江苏省农业科学院 畜牧研究所，南京 210014；2.农业农村部 种养结合重点实验室，南京 210014；3.东营澳亚现代牧场，山东 东营 257345）

奶牛繁殖性能对奶牛养殖的生产效率和经济效益有举足轻重的影响。提高奶牛繁殖性能可以节约养殖成本，增加产奶量，提高牛场经济效益。以100头奶牛群体为例，当配种受胎率为60%时，理论上5次输精可使全部奶牛受胎；当配种受胎率下降到30%时，需12次配种才可使全部奶牛受胎，大幅增加生产成本。而实际生产中，奶牛受胎率降低、屡配不孕会增加奶牛的淘汰率，缩短使用年限，使养殖综合成本居高不下。通过调控奶牛生殖内分泌机能提高奶牛繁殖性能，一直是奶牛业的研究热点。目前生产中常采用注射或口服外源激素以调整奶牛发情配种的时间或排卵数量，并形成了常规的超数排卵技术用于胚胎移植和同步排卵技术配合定时输精技术。虽然胚胎移植和同步排卵技术已经在生产中大规模推广应用，但无法从根本上改善母牛卵巢机能、提高卵泡和卵子发育质量，且随着超数排卵次数增加，一级胚胎的获得率呈下降趋势，因此对繁殖性能的影响仍然有限。

为从根本上解决卵巢机能下降的问题，中和卵泡颗粒细胞分泌的内源性抑制素成为新的调控方法。免疫中和抑制素生物活性，可以打破奶牛生殖内分泌激素间的动态平衡，解除对促卵泡素（FSH）分泌的负反馈抑制作用，促进垂体分泌更多量的FSH，从而促进卵泡的发育；同时中和抑制素生物活性，能解除抑制素对卵泡颗粒细胞的不良作用，调节卵泡微环境，提高卵子和胚胎质量。因此，将抑制素免疫技术与现有的奶牛繁殖调控技术结合，能够大幅提高奶牛的生产效率和繁殖性能。文章将在这一领域做一综述，以促进抑制素免疫技术在提高奶牛繁殖性能上的推广应用。

1 奶牛繁殖性能下降的原因

在过去几十年来，对奶牛产奶性能的选育使奶牛年产奶量从20世纪50年代的4 000 kg上升到8 000 kg以上，发达国家的高产牛群甚至达到平均单产15 000 kg。产奶量大幅上升的副作用是奶牛繁殖性能的持续下降，如产后首次配种的受胎率从65%下降到35%左右。我国规模化养殖场的配种受胎率为30%～45%；但在夏季高温季节，南方牧场的配种受胎率仅达10%左右。造成奶牛繁殖机能下降的原因主要包含以下几个方面。

1.1 产奶高峰期的能量负平衡

奶牛产后进入泌乳高峰，而干物质摄入量减少，难以满足泌乳的高能量需求，造成奶牛自身的营养代谢发生改变，动用身体贮备营养用于泌乳，最终导致奶牛发生能量负平衡（NEB）。产后NEB会导致雌激素和孕酮分泌减少，类胰岛素生长因子-1（IGF-1）、丙氨酸、谷氨酰胺等激素和代谢产物发生改变，会直接影响卵泡生长。此外在大量机体脂肪被消耗的同时，脂肪组织分泌的瘦素含量大幅降低，会降低促性腺激素释放激素（GnRH）和促黄体生成素（LH）的分泌，降低对卵泡发育的促进作用，使卵泡生长停滞，表现为不发情。

1.2 炎症及细菌内毒素

脂多糖（LPS）是革兰氏阴性菌的细胞壁成分，在菌体自溶或裂解后被释放出来。高精低粗的饲粮往往会在瘤胃内产生大量乳酸，造成瘤胃内革兰氏阴性菌死亡，继而释放LPS。发生乳房炎和子宫内膜炎时，病灶内生成大量革兰氏阴性菌，所产生的LPS进入血液循环，作用于下丘脑，改变促性腺激素的产生和释放，抑制或降低垂体分泌LH；LPS也直接作用于卵泡颗粒细胞，降低雌二醇（E2）分泌水平，推迟排卵E高峰，从而推迟发情甚至抑制排卵。在发生炎症及LPS作用下，很多组织细胞会产生炎性因子（如白细胞介素-1、白细胞介素-6和肿瘤坏死因子等），诱发卵子凋亡，降低胚胎发育质量和配种受胎率，并对生殖系统造成广泛性损伤。

1.3 热应激

夏季高温会对奶牛造成严重热应激，可以直接或通过影响生殖内分泌系统抑制卵泡的发育、成熟和排卵，降低卵子和早期胚胎的发育质量，从而降低配种受胎率。此外热应激时肠道通透性增加，消化道内大量的LPS通过肠黏膜屏障进入循环系统，血液中LPS水平急剧上升，进一步降低奶牛的繁殖机能。

2 常用的繁殖调控技术

生产上为了提高奶牛生产效率和经济效益，需缩短产犊间隔，控制在12～13个月，为此，需在母牛产后60～70 d对奶牛进行首次配种。母牛产后卵巢机能恢复良好并尽早开始繁殖活动，对提高受胎率和缩短产犊间隔至关重要。目前常用调控技术有同步排卵（以及衍生的预同步、双同步排卵）-定时输精技术，以及配种后注射激素以促进黄体发育的技术等。

2.1 同步排卵定时输精技术

同步排卵-定时输精（Oysynch-TAI）技术是在1995年由美国威斯康星大学的学者研发，目的是使母牛在产后60～70 d表现出正常的卵巢活动和排卵，能够及时输精配种。该技术已经在全世界被大范围推广应用，在国内被简称为“079”程序，即在第0天注射100μg GnRH；第7天注射0.5 mg前列腺素（PGF2α）；第9天注射100μg GnRH，16～18 h后进行人工输精。

使用Ovsynch-TAI技术能使母牛产后及时恢复卵巢活动和排卵，从而及时或较早参配，能够较好提高繁殖工作成效、缩短产犊周期。但同步排卵-定时输精程序处理牛的妊娠率仅35%左右，夏季奶牛情期受胎率甚至低于30%。这是由于该技术只能调控卵泡发育和排卵时间，无法提升卵泡质量和卵子质量。鉴于此，根据孕酮具有提高卵子发育和早期胚胎发育质量的原理，研究人员对“079”程序进行修改，一是在第0～7 d埋植孕酮缓释阴道栓（CIDR）。该处理程序能够在优势卵泡发育阶段，使血液中孕酮维持一定浓度（1.0～1.5 ng／mL），作用于发育中的卵泡和卵子，提高卵子和后续早期胚胎的质量，从而提高奶牛繁殖性能，一般实施以上程序后可使奶牛配种受胎率达40%～50%。二是将“079”程序重复两次，形成双同步排卵程序（double ovsynch，DO）。其第2，3针GnRH都会促进卵巢排卵，并形成两个黄体，从而分泌孕酮，以促进定时输精后的排卵质量，通过此举可将配种受胎率提高10百分点左右。与双同步类似的技术还有预同步程序（presynch-ovsynch），处理后母牛的受胎率与“079”方案相比并无显著提高。

2.2 配种后激素处理

早期胚胎的发育和在子宫中的着床受胎受到卵巢黄体发育及孕酮分泌的影响。因此需在配种后第5天或第12天注射人绒毛膜促性腺激素（hCG）或GnRH，以促进卵巢上的后续卵泡排卵形成副黄体，提高血液孕酮浓度，形成一个有利于早期胚胎发育和胚胎着床的激素环境，此举理论上能够提高母牛的受胎率，但不同的研究结论并不一致。

3 提高繁殖性能新方案——抑制素免疫技术

不断提高母牛繁殖效率是奶牛养殖业持续追求的目标，特别是期待着将配种受胎率从目前的30%～45%提高至20世纪50年代的60%水平甚至更高。目前的技术只能调控卵泡发育周期及排卵时间，不能提高卵泡和卵子发育质量，难以把配种受胎率提高到50%以上。另外，预同步和双同步技术存在需时较长（如25 d）、频繁注射激素（6次）、所需人工成本大的缺点，且不利于母牛福利。需要研发高效繁殖调控新技术，通过进一步提高卵泡发育质量，实现高效繁殖。将抑制素免疫技术与同步排卵技术相结合，是目前提高奶牛繁殖性能的新方案。

抑制素是卵泡颗粒细胞分泌的一种糖蛋白激素，主要作用是抑制垂体FSH的分泌，使中枢对卵泡发育的促进作用维持在恰当的生理稳态范围之内，最终使母牛发情时只排一个卵。另外，优势卵泡分泌的抑制素还可以通过旁分泌／自分泌方式作用于卵泡自身或其他小卵泡的颗粒细胞，从而抑制劣势或后续小卵泡的发育并使之闭锁淘汰。抑制素免疫可使母牛体内产生特异性抗体，中和抑制卵泡分泌的内源性抑制素的生物活性，促进垂体分泌更多FSH，从而缓解能量负平衡、热应激、LPS等对卵泡发育的不利影响，提高卵泡发育质量并促进排卵。此外，中和抑制素的生物活性也能够解除抑制素对卵子发育的不良影响，提高排出卵子的质量和受精后早期胚胎的发育质量。在过去十几年来，研究人员将抑制素免疫技术应用于提高奶牛繁殖性能，分别研发了大幅提高胚胎产量和质量的高效超排技术，以及大幅提高母牛配种受胎率的同步排卵-定时输精新技术。

3.1 抑制素免疫提高超排效率

将抑制素免疫技术与超排处理程序相结合，能够促使更多卵泡对注射的外源FSH起反应并发育和排卵。因此，经抑制素免疫、超排后的胚胎产量提高50%左右，而且胚胎质量大幅提高，如一级胚百分率从常规超排的20%左右提高到近60%。此外在利用常规精液、性控精液、长期持续超排的胚胎生产中，抑制素免疫均可显著提高胚胎的产量和质量。这些结果说明抑制素免疫可以促进卵子发育成熟，从而提高超数排卵处理产生的胚胎的质量。

3.2 提高同期发情-定时输精牛的受胎率

抑制素免疫可提高母牛卵巢机能、卵子及早期胚胎发育质量，在提高母牛繁殖性能方面表现出巨大潜能，因此最近10年以来，研究人员将主动抑制素免疫技术与同步排卵-定时输精技术相结合，以研发提高奶牛繁殖性能的新技术，特别是要提高夏季热应激状态下奶牛的配种受胎率。在前期工作中，在夏季于“079”程序的首天，对母牛注射1 mg抑制素抗原，并在免疫后第6天开始连续监测血液指标。结果显示，抑制素免疫能够显著提高母牛血液FSH、E2和活化素的浓度，也能够提高配种后15天妊娠识别时期的血液干扰素-τ浓度，并将配种受胎率从25%提高至45%。但是研究也发现，经抑制素免疫的母牛配种后血液孕酮浓度上升较慢，说明抑制素免疫可能不利于黄体发育和孕酮分泌。由此推测，抑制素免疫对奶牛受胎率的提高主要归因于免疫母牛卵子和早期胚胎质量的提高。

为进一步提高奶牛配种受胎率，结合前人所述“一定浓度孕酮有利于卵子和早期胚胎发育质量”的基础，最新的研究将抑制素免疫、CIDR阴道栓和“079”程序联合应用，即在“079”程序的首天，对母牛进行抑制素免疫，同时埋植CIDR阴道栓至第7天撤栓（见图1）。这种组合处理在提高奶牛繁殖性能方面取得了新的突破：经上述处理后奶牛配种后9～15 d血液干扰素-τ浓度比对照组奶牛高一倍，说明抑制素免疫大幅提高了早期胚胎的发育质量。同时，新技术将南方亚热带地区的夏季配种受胎率从8.0%提高到44.0%，北方地区夏季从26.7%提高到64.7%、春季从45.0%提高至70.0%。这充分说明，将抑制素免疫和CIDR处理结合，应用到同步排卵-定时输精技术中，形成了大幅提高奶牛繁殖性能的新技术，能够将奶牛配种受胎率从目前的30%～45%提高到60%以上。

图1 抑制素免疫-同期发情技术流程示意图Fig.1 The process of combining inhibin immunitysimultaneous estrus technology

此外，对目前一系列研究数据的分析显示，如果将热应激对奶牛受胎率的不良影响定为-1.00，则孕酮的改善效果为0.72，抑制素免疫的改善效果为1.68。此结果表明，使用CIDR和抑制素免疫均有克服热应激、提高受胎率的效果，但抑制素免疫的作用效果是CIDR的2倍以上。将抑制素免疫和CIDR两种处理结合应用，产生了提高母牛繁殖性能的理想效果。

4 小结与展望

结合了抑制素免疫和CIDR的同步排卵-定时输精技术，能够缓解热应激对奶牛繁殖造成的不良影响，加强卵巢机能，大幅提高奶牛配种受胎率，缩短产犊间隔，增加奶牛养殖综合经济效益，适合在大型现代化牛场中推广应用。

对于北方牛场，抑制素免疫不利于黄体发育和孕酮分泌的问题可能会在冬季寒冷时更为明显。可结合配种后强化黄体功能的处理方法，在配种后第5天给牛注射hCG或GnRH以形成副黄体，提高孕酮的合成和分泌，从而进一步提高冬季免疫母牛的配种受胎率。

在抑制素免疫的基础上，也可以进一步研发“新型双同期”技术。在前期研究中发现，注射抑制素抗原后，抗体能够在血液中持续存在45 d。如果在“079”处理第10天首次配种受胎率为60%，则40%的牛在将第30天返情，再次配种的受胎率也达到60%。因此在免疫后的30 d内对奶牛进行两次配种，理论总受胎率可能达到70%以上，即能在很短时间内取得接近全年的累计繁殖业绩，突显了该技术巨大的应用前景和推广价值。