瘦素在動(dòng)物初情期啟動(dòng)過(guò)程中的調(diào)節(jié)作用

肖 勇 范志勇 李玉蓮 陳永輝 倪世宏 張勝利

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)飼料安全與高效利用教育部工程研究中心；湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究所，長(zhǎng)沙 410128

初情期是動(dòng)物從出生開(kāi)始發(fā)育到獲得繁殖能力的標(biāo)志。雌性動(dòng)物丘腦下部，垂體及卵巢分泌的激素在功能和調(diào)節(jié)上相互作用構(gòu)成的完整生殖內(nèi)分泌體系(下丘腦—垂體—卵巢軸)在生殖調(diào)節(jié)活動(dòng)中起著核心作用。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)狀況與其生殖機(jī)能存在密切聯(lián)系，直接影響到初情期的啟動(dòng)，其中體重似乎比年齡的的影響更大。對(duì)于現(xiàn)代后備母豬而言，體脂含量和能量代謝信號(hào)是啟動(dòng)動(dòng)物初情期和維持生殖機(jī)能的重要因子，一個(gè)最低的體脂含量是母豬進(jìn)入初情期的必備條件。因此，尋找聯(lián)系機(jī)體能量代謝與神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)之間的信號(hào)因子，揭示其作用機(jī)理己成為當(dāng)今生殖生物學(xué)與動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的重要課題。Leptin(瘦素)的發(fā)現(xiàn)為人們充分認(rèn)識(shí)和理解其在機(jī)體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和生殖機(jī)能之間聯(lián)系紐帶的重要性提供了分子基礎(chǔ)。本文主要就目前生物活性物質(zhì)在動(dòng)物初情期啟動(dòng)調(diào)控作用的研究中，有關(guān)Leptin對(duì)下丘腦－垂體－性腺軸（卵巢）的調(diào)控效果及其機(jī)理進(jìn)行綜述，以期為今后有關(guān)后備母豬初情期啟動(dòng)（性成熟）及經(jīng)產(chǎn)母豬產(chǎn)后發(fā)情過(guò)程中Leptin的作用機(jī)制、途徑及其與機(jī)體營(yíng)養(yǎng)狀況、內(nèi)分泌代謝之間的聯(lián)系方面的研究提供參考。

1 Leptin的生物學(xué)特性

Leptin由167個(gè)氨基酸殘基組成，是肥胖基因的表達(dá)產(chǎn)物，分子量約16KD。各種哺乳動(dòng)物的Leptin有高度保守性，其中人和豬的Leptin氨基酸殘基同源性達(dá)84%，牛和豬高達(dá)93%，豬和小鼠也有87%。據(jù)研究，Leptin主要由脂肪組織分泌，但包括胎盤(pán)、大鼠的骨骼肌、大鼠的胃、人的乳腺上皮細(xì)胞、人和鼠的腺垂體在內(nèi)的其它組織也能生成。目前 ，應(yīng) 用 RT-PCR、Northern-B1otting、Southern-B1otting等方法已克隆出了人、鼠和豬的Leptin蛋白基因。Zhang等從大鼠脂肪組織中克隆了瘦蛋白基因并進(jìn)行了序列分析，鼠Leptin蛋白基因DNA全長(zhǎng)219kb，5’端有114bp的引導(dǎo)序列，其后為501bp的開(kāi)放閱讀框，3’端為2237bp的非編碼序列，5’和3’端的非編碼序列有50bp的重復(fù)。戴茹娟等（2000）報(bào)道了豬Leptin蛋白基因全長(zhǎng)序列為3277bp。

在瘦肉率性狀上有顯著差異的不同品種豬的Leptin蛋白基因的序列大小不同，瘦肉型豬的Leptin蛋白基因?yàn)?12kb，脂肪豬的Leptin蛋白基因?yàn)?13 kb。戴漢川等（2006）不僅對(duì)草魚(yú)1eptin基因進(jìn)行了分離鑒定，而且還使其在巴斯德畢酵母中得以表達(dá)。

2 Leptin與動(dòng)物初情期啟動(dòng)

2.1 Leptin和動(dòng)物初情期的相關(guān)性

研究發(fā)現(xiàn)，初情期的啟動(dòng)與下丘腦和性腺類(lèi)固醇激素之間的反饋有關(guān)，是由于動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育到一定階段，其下丘腦對(duì)性腺類(lèi)固醇激素的負(fù)反饋敏感性降低，使GnRH分泌增加，同時(shí)垂體對(duì)GnRH的敏感性及性腺對(duì)GnRH的敏感性增加，從而啟動(dòng)初情期，在雌性動(dòng)物表現(xiàn)為L(zhǎng)H水平升高，雌激素和孕酮水平上升。很早科學(xué)家們就注意到動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)狀況與初情期啟動(dòng)有關(guān)，在初情期啟動(dòng)的地位上體重或者說(shuō)體組成（體脂）似乎比年齡的作用更大，當(dāng)動(dòng)物長(zhǎng)期處于營(yíng)養(yǎng)不良或過(guò)度消瘦缺乏體脂的情況下，短壽命的動(dòng)物將會(huì)終生都不出現(xiàn)初潮，而長(zhǎng)壽命動(dòng)物的初情期也會(huì)推遲直到有充足的能量被利用的時(shí)候出現(xiàn)。由于以往缺乏有力的分子證據(jù)來(lái)解釋上述現(xiàn)象，所以人們對(duì)于營(yíng)養(yǎng)或能量?jī)?chǔ)備與初情期啟動(dòng)之間的關(guān)系一直不清楚，直到Leptin的發(fā)現(xiàn)才奠定了脂肪和生殖之間聯(lián)系的分子基礎(chǔ)。這一發(fā)現(xiàn)既與已發(fā)現(xiàn)的Leptin擔(dān)負(fù)著把身體外周能量貯存和身體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的信息傳遞給中樞神經(jīng)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌活動(dòng)的作用吻合，同時(shí)也正好印證了傳統(tǒng)初情期啟動(dòng)的假說(shuō)。

Leptin對(duì)初情期啟動(dòng)具有重要的作用。據(jù)研究，Leptin能促進(jìn)哺乳動(dòng)物初情期的啟動(dòng)和下丘腦一垂體－性腺軸的成熟，特別是對(duì)初情期前動(dòng)物GnRH分泌的刺激，可能是其影響初情發(fā)生的重要途徑。初情期前注射Leptin的正常大鼠的初情期比未注射組提前了3天，而ob基因缺陷的大鼠由于不能分泌Leptin而顯得過(guò)度的肥胖和不育，不過(guò)如果補(bǔ)充注射Leptin也能恢復(fù)它的生育能力。給正常雌性小鼠注射重組人Leptin，發(fā)現(xiàn)Leptin處理組比對(duì)照組提前獲得繁殖力Leptin處理的小鼠的生殖道的成熟比對(duì)照組早，性腺和生殖器官的重量明顯的重于對(duì)照組。Quinton等在研究Leptin和初情期啟動(dòng)的調(diào)節(jié)時(shí)發(fā)現(xiàn)，Leptin對(duì)初情期的調(diào)控與Leptin和其可溶性受體的結(jié)合性有關(guān)。隨著年齡的增加，Leptin的粘性活性 (Leptin Binding Activity,LBA)不斷變化，出生時(shí)較低，初情期以前逐漸上升，初情期以后則逐漸下降到成年水平，這有利于長(zhǎng)形受體為L(zhǎng)eptin傳遞生物信號(hào)到神經(jīng)中樞激活繁殖軸，這和其它哺乳動(dòng)物初情期啟動(dòng)時(shí)Leptin的水平變化相吻合。

2.2 Leptin對(duì)下丘腦－垂體－性腺軸的調(diào)控

Leptin作為一種中樞神經(jīng)調(diào)節(jié)激素，其受體廣泛分布在下丘腦中。在下丘腦，Leptin的受體主要存在與 ARC、 室旁核 （Paraventricu1ar Nuc1eus，PVN）和下丘腦的底部，定位在神經(jīng)肽Y CNeuropeptide Y, NPY)和阿 片肽 C （opioid peptides)神經(jīng)元上。Lebretho等通過(guò)對(duì)15日齡初情期前的雄性大鼠下丘腦后交叉的細(xì)胞進(jìn)行離體實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，Leptin能有效通過(guò)刺激古柯堿苯丙胺調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)導(dǎo)物(Cocaine and Amphetam ine-Regu1ated Transcript,CART)(一種新的厭食肽)來(lái)促進(jìn)GnRH的釋放。進(jìn)一步的研究證實(shí)，下丘腦ARC內(nèi)的NPY也是Leptin作用的靶目標(biāo)，后者能抑制GnRH和雄性大鼠的LH分泌，而且存在NPY的劑量相關(guān)性。在研究Leptin在垂體中的功能時(shí)發(fā)現(xiàn)，Leptin受體大量存在于垂體促性腺細(xì)胞和促生長(zhǎng)細(xì)胞內(nèi)，69%的促生長(zhǎng)細(xì)胞的神經(jīng)末梢上和90%的促性腺細(xì)胞的神經(jīng)突起上呈陽(yáng)性反應(yīng)；而且，大部分垂體前葉細(xì)胞中不僅含有Leptin受體，而且還表達(dá)Leptin本身，這表明Leptin是通過(guò)自分泌和旁分泌的方式來(lái)調(diào)控垂體的功能進(jìn)而影響FSH和LH的分泌。

Leptin對(duì)性腺的調(diào)控主要通過(guò)垂體－性腺軸或直接作用于性腺軸兩條途徑。研究表明，注射Leptin能明顯降低大鼠的排卵率。離體條件下，大鼠卵巢同時(shí)灌注Leptin和LH與單獨(dú)使用LH相比，使用Leptin的排卵率顯著低于單獨(dú)使用LH，這說(shuō)明在抑制排卵方面是Leptin直接作用于卵巢。但有研究發(fā)現(xiàn)，Leptin能夠明顯地促進(jìn)排卵前卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂數(shù)，促進(jìn)卵母細(xì)胞成熟。究其原因可能在于Leptin能抑制細(xì)胞內(nèi)的IGF-I的促進(jìn)物，削弱了IGF-I的生物學(xué)作用 （IGF-I是LH和FSH刺激卵泡發(fā)育的一種介導(dǎo)物質(zhì)），最終影響了LH和FSH對(duì)卵泡發(fā)育影響，但不影響雌激素和孕酮的分泌。這也部分解釋了Leptin能抑制排卵和正?；蛐椭羞^(guò)度的肥胖也會(huì)損傷生殖系統(tǒng)的原因。體外培養(yǎng)條件下，研究發(fā)現(xiàn)1eptin能有效抑制FSH和地塞米松共同對(duì)類(lèi)固醉激素合成的促進(jìn)作用，抑制孕烯醇酮(pregneno1one)、孕酮(pregesterones)和20-α 羥 基-4 孕 烯-3孕 酮 （20α－h(huán)ydroxy-4-pregnen-3-one)的合成，這種抑制部分地減少了腎上腺鐵氧還原蛋白 (adrenodoxin，P450細(xì)胞色素細(xì)胞色素系統(tǒng)酶之一)的合成。Leptin這種導(dǎo)致鞘膜細(xì)胞中糖皮質(zhì)激素受體的轉(zhuǎn)錄活性降低進(jìn)而減少生殖類(lèi)固醇激素生成的作用，一定程度上也說(shuō)明它是調(diào)節(jié)體內(nèi)類(lèi)固醇激素平衡的重要因素之一。用免疫組化的方法來(lái)檢測(cè)不同時(shí)期的小鼠睪丸中的ob-R的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)隨著日齡的增長(zhǎng)，ob-R的表達(dá)發(fā)生變化，5日齡的小鼠主要在A型精原細(xì)胞中表達(dá)，在20～30日齡主要在精母細(xì)胞中表達(dá)，而到了成年以后主要在精細(xì)管上皮周期的IX期和X期精母細(xì)胞中表達(dá)。這說(shuō)明，Leptin的分泌具有性別差異，是受到性腺、X、Y染色體以及體脂等多種因素的影響，呈現(xiàn)出雌雄兩種不同的水平差異性。

2.3 Leptin對(duì)生殖激素分泌的調(diào)控

下丘腦ME含有分泌GnRH的神經(jīng)末梢，而ME缺乏血腦屏障，這就為 Leptin不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制而直接作用于GnRH神經(jīng)元提供了解剖基礎(chǔ)。Lebretho通過(guò)對(duì)15日齡初情期前的雄性大鼠下丘腦后交叉細(xì)胞進(jìn)行離體試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，Leptin能夠有效刺激GnRH的釋放，但值得注意的是低濃度Leptin(10-12－10-10 mo1/L)使培養(yǎng)的正中隆起(ME)-ARC組織分泌GnRH增加，而高濃度Leptin(10-6 mo1/L)則使GnRH分泌減少，提示可能存在負(fù)反饋機(jī)制。免疫組化分析也證實(shí)，大鼠ARC等部位可表達(dá)Ob-R mRNA及其蛋白質(zhì)。不過(guò)原位雜交顯示，雄猴大腦的脈絡(luò)叢、紋狀體及下丘腦等部位有Ob-R mRNA分布，但以ARC及VMN等部位為最高，但在GnRH神經(jīng)元上并未發(fā)現(xiàn)Ob-RmRNA表達(dá)，故推測(cè)Leptin影響GnRH分泌過(guò)程并非Leptin的直接作用所致。Magni等用RT-PCR法，從GT1-7細(xì)胞(一種可以分泌GnRH的無(wú)限細(xì)胞系)中檢出了Ob-R的mRNA，證實(shí)這些細(xì)胞可以表達(dá)Ob-R蛋白質(zhì)，而且將Leptin加入該細(xì)胞培養(yǎng)液，盡管GnRH釋放增加，但GnRH的基因表達(dá)卻無(wú)變化。這說(shuō)明，Leptin可能與GnRH神經(jīng)元上的Ob-R結(jié)合而直接刺激GnRH的分泌。

Suter研究發(fā)現(xiàn)，Leptin能從促使雌性獼猴初情期前的GnRH的分泌逐漸過(guò)度到初情期啟動(dòng)時(shí)GnRH分泌的狀態(tài)，同時(shí)促進(jìn)了FSH和LH的分泌。研究證實(shí)，F(xiàn)SH和Leptin存在明顯的正相關(guān)，Leptin的急性變化能顯著地影響LH的分泌脈沖，把Leptin的抗血清注射到大鼠的心室會(huì)引起LH分泌的減少，Leptin處理的動(dòng)物血漿中LH和FSH水平比一般處理的要高一些，這一點(diǎn)在其它動(dòng)物、如小鼠、大鼠等)也得出相似的研究結(jié)果。對(duì)兒童的研究證實(shí)，在初情期出現(xiàn)之前，Leptin有一個(gè)明顯的上升過(guò)程，這個(gè)時(shí)期的Leptin水平比基礎(chǔ)水平高一倍，然后LH會(huì)隨之出現(xiàn)上升。這種時(shí)間上的先后關(guān)系也說(shuō)明了Leptin與初情期啟動(dòng)的密切關(guān)系。

Leptin對(duì)動(dòng)物體內(nèi)性腺激素的分泌也具有重要的影響，是維持正常的性腺激素水平的重要因素。體外培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Leptin直接作用于卵巢時(shí)并不影響促卵泡素（FSH）和LH分別對(duì)E2和孕酮的刺激，但是抑制了胰島素樣生長(zhǎng)因子一I（Insu1in-1ike Grow rthFactor-I,IGF-I)誘導(dǎo)E2分泌的作用。研究表明，Leptin能夠通過(guò)抑制FSH和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子－β（TGF－β）共同誘導(dǎo)芳香化酶細(xì)胞色素P450 (Aromatase cytochrome P450)活性和mRNA的表達(dá)來(lái)減少E2的產(chǎn)生，但是不影響FSH單獨(dú)刺激的E2水平。上述結(jié)果提示，Leptin可能直接作用于垂體前葉的LH細(xì)胞和FSH細(xì)胞調(diào)節(jié)激素釋放，同時(shí)垂體前葉細(xì)胞內(nèi)Leptin的分泌和功能可能受自分泌與旁分泌機(jī)制的調(diào)節(jié)，這有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

Leptin對(duì)卵巢和睪丸性類(lèi)固醇激素的分泌也具有影響。研究表明，Leptin對(duì)卵巢激素的分泌有抑制作用，有生育力婦女的顆粒細(xì)胞與Leptin(10－100ng/m1)一起培養(yǎng)，顯著抑制FSH和IGF-1誘導(dǎo)的雌激素合成。這說(shuō)明，肥胖婦女血中高水平的Leptin可能干擾優(yōu)勢(shì)卵泡雌激素的合成，使得雌激素水平不足以激發(fā)LH釋放，而導(dǎo)致不排卵[28]。有關(guān)Leptin對(duì)睪丸激素分泌影響的報(bào)道不多，有限的研究認(rèn)為，Leptin不影響人絨毛膜促性腺激素(hCG)誘導(dǎo)的青春期前辜丸組織分泌翠酮，但抑制基礎(chǔ)的或hCG誘導(dǎo)的成年鼠翠丸組織釋放翠酮，說(shuō)明Leptin對(duì)翠酮的調(diào)節(jié)與性成熟狀態(tài)有關(guān)，還有細(xì)胞因子參與。這說(shuō)明，Leptin對(duì)生殖器官作用的機(jī)制比較復(fù)雜，可能存在著多種激素組成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，其機(jī)制還有待進(jìn)一步探討。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，盡管還存在爭(zhēng)議，但有關(guān)Leptin是促進(jìn)性成熟的重要因素，在動(dòng)物初情期的啟動(dòng)上發(fā)揮著重要作用，這一點(diǎn)已達(dá)成共識(shí)。今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，在以下幾方面就Leptin生物學(xué)作用開(kāi)展研究是必要的：⑴對(duì)于Leptin循環(huán)水平的動(dòng)態(tài)變化與初情期的啟動(dòng)和生殖機(jī)能的維持之間的聯(lián)系，以及是否存在啟動(dòng)初情期的Leptin臨界水平尚未清楚；⑵GnRH神經(jīng)元上是否存在Leptin受體尚未得到證實(shí)；⑶Leptin對(duì)下丘腦－垂體－性腺軸（卵巢）的調(diào)控機(jī)理尚未弄清，對(duì)垂體促黃體生成素(LH)和生長(zhǎng)激素(GH)分泌的作用途徑還不明確，有待進(jìn)深入探討。這些問(wèn)題的解決有助于探明Leptin調(diào)控動(dòng)物初情期以及繁殖軸的分于機(jī)理，揭示營(yíng)養(yǎng)與生殖之間的內(nèi)在聯(lián)系，可為研究動(dòng)物整個(gè)生殖活動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)理提供新思路，并將動(dòng)物生殖內(nèi)分泌學(xué)的研究引入更新領(lǐng)域，為發(fā)展動(dòng)物繁殖營(yíng)養(yǎng)學(xué)奠定理論基礎(chǔ)。同時(shí)也可為在生產(chǎn)中應(yīng)用Leptin調(diào)控動(dòng)物的生殖活動(dòng)提供理論依據(jù)，特別是在家畜上開(kāi)展Leptin研究，填補(bǔ)薄弱環(huán)節(jié)，建立提高家畜繁殖效率的新方法，促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展方面都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

（略）