妊娠早期營養(yǎng)限飼對輸卵管生理功能的影響

王 斌

(四川省巴中市恩陽區(qū)動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心,四川 巴中 636063)

豬的胚胎發(fā)育過程是一種綜合調(diào)控的過程,各種調(diào)控方式在時(shí)間和空間上控制豬胚胎的整個(gè)發(fā)育過程,保證妊娠的順利進(jìn)行和完成。母豬妊娠早期約有10%～30%的胚胎損失,給養(yǎng)豬生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。妊娠早期,營養(yǎng)的因素與胚胎的存活密切相關(guān),營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)是提高早期胚胎存活率的重要途徑之一[1]。研究發(fā)現(xiàn),,妊娠前期高營養(yǎng)水平飼喂將導(dǎo)致胚胎的存活率降低。Pharazyn的研究結(jié)果顯示,妊娠前期減少采食水平或者能量水平有利于胚胎的存活但是僅局限在妊娠前3d。這種結(jié)論也得到了liao的證實(shí),妊娠3d以后的低營養(yǎng)水平甚至對胚胎存活具有負(fù)面影響[2]。因此,推測妊娠前3d可能是營養(yǎng)調(diào)控胚胎存活的關(guān)鍵決定時(shí)期。配子在妊娠第4d從輸卵管轉(zhuǎn)移至子宮中,因此妊娠的前4d,輸卵管都將為胚胎提供發(fā)育的內(nèi)環(huán)境[3],由此看來輸卵管內(nèi)環(huán)境與妊娠前期胚胎存活密切相關(guān)。部分研究者認(rèn)為妊娠前期應(yīng)該采取營養(yǎng)限飼的策略才能保證較高的胚胎存活率,但是妊娠早期限飼究竟對輸卵管的生理有什么影響還需要進(jìn)一步探究。因此,很有必要對輸卵管內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)及營養(yǎng)限飼對其內(nèi)環(huán)境的影響作一綜述,意在探索營養(yǎng)限飼對輸卵管生理影響因素以外促使研究者對輸卵管影響早期胚胎發(fā)育引起重視。

1 輸卵管的組織學(xué)結(jié)構(gòu)

豬的輸卵管主要由3個(gè)部分組成,即輸卵管傘(fimbria tubea)、輸卵管壺腹(ampulla of the oviduct)和峽部(isthmus)。輸卵管傘是由卵巢開始,連接卵巢形成的漏斗狀組織。輸卵管壺腹,其黏膜的表面有許多縱行皺襞,是由固有層及上皮向腔內(nèi)突入形成的,上皮為單層柱狀壺腹部的黏膜層和黏膜下層的混合層發(fā)生高度皺褶。黏膜形成若干初級縱行皺襞,特別是在壺腹內(nèi)分出許多次級縱行皺襞,主要用于收集卵巢排出的卵子,同時(shí)也是精子和卵子受精的部位。峽部末端與子宮相連,峽部與壺腹部連接處成為壺峽連接處。輸卵管的管壁組織結(jié)構(gòu)從外向內(nèi)主要由漿膜、肌層和粘膜組成。粘膜層主要由上皮細(xì)胞和連接組織構(gòu)成,肌層主要分為內(nèi)層環(huán)狀或螺旋狀肌束和外層縱行肌束,其中混有斜行纖維,使整個(gè)管腔能夠協(xié)調(diào)的收縮。這幾部分由不同的形態(tài)學(xué)、組織學(xué)和生物化學(xué)特點(diǎn)而具有不同的肌肉、上皮細(xì)胞和管腔結(jié)構(gòu)。輸卵管內(nèi)部不同的組織學(xué)結(jié)構(gòu)及腺體分泌使其具有不同的分泌內(nèi)容及分泌方式。

2 輸卵管的生理作用

2.1 分泌機(jī)能

輸卵管液含有許多離子、營養(yǎng)物質(zhì)、蛋白、生長因子和細(xì)胞因子。這些物質(zhì)中一部分是來自于精液,一部分依靠輸卵管上皮細(xì)胞合成,另外有少量來自于卵泡液。輸卵管的分泌物主要是黏多糖和黏蛋白。輸卵管液內(nèi)的蛋白質(zhì)有白蛋白、球蛋白和糖蛋白。其中,糖蛋白(oviductal glycoprotein,OVGP)是輸卵管液相對其他組織中特有的蛋白質(zhì)。將這種糖蛋白進(jìn)行分離和提純,認(rèn)定其為含有8%糖基的蛋白質(zhì),分子量54KDa,等電點(diǎn)為4.5。輸卵管液體環(huán)境中蛋白分泌量最高的時(shí)候是在豬排卵時(shí)以及配子到達(dá)輸卵管的時(shí)候[4],而此時(shí)正是輸卵管中雌激素濃度的高峰期,這表明了輸卵管對蛋白的分泌活性與雌激素的調(diào)控密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),輸卵管液中營養(yǎng)物質(zhì)濃度及種類依靠卵巢中類固醇激素的調(diào)控,卵巢分泌的類固醇激素可不通過機(jī)體血液循環(huán)而直接到達(dá)輸卵管[5]。除此之外,輸卵管還能分泌各種酶類,這些酶能使糖原分解為丙酮酸和葡萄糖,丙酮酸是受精卵分裂和生長的底物,而葡萄糖則是精子和受精卵的主要來源。輸卵管是一個(gè)重要且復(fù)雜的分泌器官,還需進(jìn)一步研究其分泌物種類和功能。

2.2 運(yùn)送卵子和精子

借助輸卵管纖毛的擺動(dòng)、管壁的分節(jié)蠕動(dòng)、黏膜和輸卵管系膜的收縮、纖毛擺動(dòng)將卵巢排出的卵子經(jīng)過傘部向壺腹部運(yùn)送,將精子由峽部向壺腹部運(yùn)送。Blandau在研究豬的輸卵管時(shí),發(fā)現(xiàn)輸卵管纖毛的能將顆粒物質(zhì)下從輸卵管的子宮連接部向卵巢部轉(zhuǎn)移,并抵達(dá)了輸卵管壺腹部—受精部位[6]。另有研究顯示無論是死亡的還是存活的精子都能通過輸卵管抵達(dá)受精部位,這充分說明了精子的轉(zhuǎn)運(yùn)有賴于輸卵管的運(yùn)動(dòng)[7]。

2.3 精子獲能

精子的獲能是一種生化反應(yīng),在這個(gè)過程中精子細(xì)胞膜表面磷脂層重塑以及發(fā)生頂體反應(yīng)。精子內(nèi)部自身鈣離子濃度是較低的,當(dāng)精子進(jìn)入輸卵管后,由于雌二醇的調(diào)節(jié)使精子與輸卵管內(nèi)皮結(jié)合,而當(dāng)動(dòng)物排卵以后,孕酮的釋放增加,較高濃度的孕酮與輸卵管上皮孕酮受體結(jié)合后,耦聯(lián)G蛋白可活化質(zhì)膜上的磷脂酶C,進(jìn)而催化磷脂酰肌醇,產(chǎn)生二?；视秃腿姿峒〈?三磷酸肌醇與儲存鈣離子的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)受體結(jié)合增加鈣離子往精子中的釋放,同時(shí)促發(fā)輸卵管細(xì)胞分泌糖蛋白。當(dāng)精子中鈣離子達(dá)到閾值,則獲能完成,此時(shí),輸卵管上皮才會釋放精子而抵達(dá)受精部位。

2.4 卵子受精和受精卵卵裂

輸卵管是哺乳動(dòng)物新生命開始的地方,當(dāng)動(dòng)物排卵以后,卵細(xì)胞經(jīng)過輸卵管壺腹部與精子結(jié)合形成合子,合子在輸卵管中開始卵裂,輸卵管內(nèi)環(huán)境對于胚胎的良好發(fā)育十分重要。在體外細(xì)胞試驗(yàn)中,將綿羊的輸卵管細(xì)胞用于培養(yǎng)胚胎,能使胚胎順利的發(fā)育到胚泡階段[8]。在人類的研究中,用倉鼠的輸卵管細(xì)胞培養(yǎng)人的受精卵可提高附植率[9]。

3 營養(yǎng)限飼影響輸卵管調(diào)控的生理事件

3.1 營養(yǎng)限飼影響精子的轉(zhuǎn)移和獲能

在輸卵管中,精子與卵子的成功結(jié)合完成受精,研究顯示精子與卵子的比例決定了受精卵數(shù)量,而受精卵的多少決定胚胎數(shù)量,到達(dá)輸卵管壺腹部的精子數(shù)量越多則形成受精卵的概率越大,因此精子的轉(zhuǎn)運(yùn)就顯得十分關(guān)鍵[10]。精子獲能是完成受精作用的一個(gè)重要的生理活動(dòng),精子在附睪內(nèi)已經(jīng)獲得了受精能力,但是由于附睪分泌了去能因子抑制了精子的受精能力。當(dāng)精子穿過子宮頸時(shí),精漿內(nèi)大量的的去能因子被阻擋,精子同子宮內(nèi)膜接觸后,子宮膜產(chǎn)生獲能因子,獲能因子刺激精子發(fā)生獲能反應(yīng),研究表明輸卵管的分泌物也參與了精子獲能。精子獲能是一個(gè)復(fù)雜的生理過程,還需要進(jìn)一步研究。精子在輸卵管中的運(yùn)輸是伴隨輸卵管平滑肌收縮、纖毛擺動(dòng)和精子獲能同時(shí)進(jìn)行,精子要在輸卵管中停留獲能以達(dá)到成熟,成熟的精子才具備正常的受精能力。豬精子的獲能時(shí)間是1～2h,其他動(dòng)物精子獲能時(shí)間甚至長達(dá)8h。

3.2 營養(yǎng)限飼影響卵細(xì)胞的成熟

卵巢直接排出的卵子并未完全成熟,仍然要在輸卵管中經(jīng)歷進(jìn)一步的發(fā)育,才能達(dá)到受精前的成熟階段。研究發(fā)現(xiàn),來自于輸卵管中的卵子相比于卵巢中收集的卵子可提高95%的受精率,同時(shí)降低34%多精入卵現(xiàn)象,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),這與卵細(xì)胞周圍包裹的糖蛋白的水平密切相關(guān)[11-12]。Coy P發(fā)現(xiàn)來自卵巢的卵子經(jīng)過1.5min后完全消化,而輸卵管中的卵子經(jīng)過228min才消化完成[13],Kolbe也得到了類似的結(jié)果[14],推測卵子在輸卵管運(yùn)輸?shù)倪@段時(shí)間中,輸卵管液可能會重塑卵子透明帶。輸卵管液對透明帶的重塑和卵細(xì)胞活力的保護(hù)有重要作用,糖蛋白能重塑母豬卵母細(xì)胞透明帶,有利于精子的穿透、防止酶類的破壞和防止多精入卵現(xiàn)象的發(fā)生[15]。研究發(fā)現(xiàn),妊娠早期營養(yǎng)限飼會降低輸卵管類固醇激素受體的表達(dá),從而影響到輸卵管糖蛋白的分泌,因此多精入卵率會增加。Merchán研究發(fā)現(xiàn)糖蛋白基因在胚胎停留于輸卵管中的時(shí)間段里持續(xù)表達(dá),提出了輸卵管糖蛋白基因是關(guān)系到兔胚胎存活率的關(guān)鍵候選基因。García的研究中驗(yàn)證了這種糖蛋白表達(dá)量與家兔胚胎數(shù)量呈現(xiàn)正相關(guān),推測輸卵管糖蛋白的分泌主要受到卵巢類固醇激素的調(diào)控,特別是雌二醇與孕酮發(fā)揮著重要作用[16],妊娠早期營養(yǎng)限飼會降低輸卵管類固醇激素受體的表達(dá),從而影響到輸卵管糖蛋白的分泌,最終影響卵細(xì)胞的成熟。Mburu在母豬配種后禁食處理,爾后檢測精子在透明帶中的分布情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn)禁食組透明帶中的精子數(shù)量明顯少于對照組,這可能正是營養(yǎng)限飼影響了卵子的成熟而造成的[17]。

3.3 營養(yǎng)限飼影響受精

目前在研究輸卵管的內(nèi)分泌環(huán)境對受精的影響中,輸卵管分泌的特有糖蛋白已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn),這種糖蛋白不僅能重塑卵細(xì)胞透明帶和減少多精入卵現(xiàn)象的發(fā)生,還對受精十分重要。輸卵管糖蛋白的mRNA在輸卵管壺腹部被檢測到也進(jìn)一步證實(shí)了它是受精必不可少的物質(zhì)[18],這種來自輸卵管的糖蛋白對受精十分重要。Martus比較了來自牛輸卵管的糖蛋白和血清白蛋白在卵子受精前的營養(yǎng)效應(yīng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)輸卵管糖蛋白處理后的卵子有更高的受精率(62% VS 31.2%),當(dāng)加入抗輸卵管糖蛋白的抗體以后,受精率將不會提高[19]。

3.4 營養(yǎng)限飼影響早期胚胎發(fā)育

輸卵管對早期胚胎存活至關(guān)重要[20],它能分泌利于胚胎發(fā)育所需要的各種營養(yǎng)因子同時(shí)還能及時(shí)清除胚胎發(fā)育過程中分泌的代謝產(chǎn)物,提高附植率。輸卵管液有利于妊娠早期卵裂的發(fā)生以及促進(jìn)受精卵向胚泡的發(fā)育[21],在許多物種的研究上都表明輸卵管的內(nèi)環(huán)境能促進(jìn)早期胚胎發(fā)育。Hwu研究顯示提前用輸卵管液孵育胚胎能提高到達(dá)胚泡階段的比例,同時(shí)可存活胚胎數(shù)增加[22]。在胚胎發(fā)育過程中,輸卵管峽部能分泌330KDa的糖蛋白,這種糖蛋白的主要作用是包被胚胎,使它們免受母體免疫系統(tǒng)的攻擊,同時(shí)建立良好的胚胎發(fā)育內(nèi)環(huán)境,進(jìn)一步研究證實(shí)輸卵管特殊蛋白mRNA和蛋白的合成依靠雌激素介導(dǎo),在排卵前、排卵和早期胚胎發(fā)育過程中表達(dá)量顯著提高[23]。同時(shí),IGF2在輸卵管上被檢測到,IGF2在胚胎發(fā)育早期扮演者關(guān)鍵的角色,它也能夠加強(qiáng)輸卵管壁的運(yùn)動(dòng)特性。V. de Brun對母羊發(fā)情階段每天飼喂1.5倍維持需要和0.5倍維持需要,在發(fā)情的第5天屠宰,檢測發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)限飼可造成輸卵管中IGF2的表達(dá)量降低。營養(yǎng)供給與動(dòng)物輸卵管內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)密切相關(guān)。母豬妊娠早期進(jìn)行營養(yǎng)限飼,降低了胚胎存活率,可能與營養(yǎng)限飼改變了輸卵管內(nèi)環(huán)境有關(guān)。 Borowczyk研究營養(yǎng)對母羊妊娠前期胚胎發(fā)育的影響,60%限飼組導(dǎo)致受精卵卵裂率降(79vs64%,P<0.006)[24]。

4 總結(jié)

胚胎轉(zhuǎn)入子宮前,輸卵管良好的內(nèi)環(huán)境對配子的轉(zhuǎn)移、受精及早期胚胎發(fā)育至關(guān)重要,妊娠早期營養(yǎng)限飼容易帶來一些負(fù)面效應(yīng)。妊娠早期營養(yǎng)限飼降低了輸卵管肌肉的收縮性和纖毛的擺動(dòng),降低了卵巢類固醇激素分泌,降低了輸卵管特異性蛋白的分泌,從而影響配子轉(zhuǎn)移、受精和胚胎發(fā)育,不利于早期胚胎的存活。

5 展望

輸卵管是雌性動(dòng)物重要的生殖器官,也是輸送精子和卵子、精卵融合、早期胚胎發(fā)育的場所,對胚胎在子宮中繼續(xù)發(fā)育奠定了基礎(chǔ),但是輸卵管內(nèi)環(huán)境是一個(gè)容易被忽視的研究領(lǐng)域,特別是早期營養(yǎng)限飼對輸卵管內(nèi)環(huán)境影響的研究還不夠深入。 因此,還需采用代謝組、蛋白組、免疫熒光等現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù),探究早期營養(yǎng)限飼對輸卵管內(nèi)環(huán)境的影響以及早期營養(yǎng)限飼對妊娠調(diào)控的分子機(jī)制。