生殖激素產(chǎn)品的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)

羅昊澍 ，張佳偉 ，師 磊 ，熊劍勝

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院，北京 100193；2.北京偉杰信生物科技有限公司，北京 100085）

在畜牧生產(chǎn)過程中，母豬的繁殖對(duì)豬群的擴(kuò)繁至關(guān)重要，外源的生殖激素可以直接調(diào)節(jié)母豬的生殖活動(dòng)，因此根據(jù)母豬的實(shí)際情況，可以進(jìn)行合理的激素調(diào)節(jié)，提高母豬的繁殖能力和效率。

近年來(lái)，養(yǎng)豬業(yè)向機(jī)械化、自動(dòng)化、規(guī)模化方向逐步發(fā)展，非洲豬瘟的發(fā)生加快了這一進(jìn)程。養(yǎng)豬企業(yè)的生產(chǎn)水平和盈利能力取決于生豬的繁殖水平高低，因而對(duì)豬場(chǎng)繁殖群體實(shí)施批次化管理顯得尤為重要。母豬批次化管理是指將母豬群體按照計(jì)劃組織分批生產(chǎn)，利用現(xiàn)有的生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)母豬發(fā)情、排卵、配種和分娩同步化的高效管理體系，科學(xué)運(yùn)用動(dòng)物生殖激素產(chǎn)品是批次化生產(chǎn)的核心所在。

生殖激素作為生物技術(shù)的基礎(chǔ)，可人為改變母豬自然發(fā)情的周期規(guī)律，使母豬在特定時(shí)間內(nèi)集中發(fā)情、排卵，有計(jì)劃地組織配種。并且隨著畜牧業(yè)規(guī)模化、集約化以及疾病防控的需要，生殖激素被越來(lái)越多地應(yīng)用到提高母畜的生產(chǎn)性能上，合理地使用生殖激素可以提高母豬繁殖力，有利于提高受胎率和產(chǎn)仔數(shù)。生殖激素是母畜自身產(chǎn)生的調(diào)節(jié)生殖過程的激素，目前母豬生產(chǎn)過程中所使用的生殖激素主要用于誘導(dǎo)發(fā)情、排卵、助產(chǎn)和分娩等。

1 現(xiàn)階段生殖激素產(chǎn)品的種類及應(yīng)用場(chǎng)景

生殖激素包括蛋白類激素和化學(xué)類激素，蛋白類生殖激素主要是在動(dòng)物體內(nèi)的下丘腦、垂體和胎盤組織細(xì)胞產(chǎn)生，蛋白類激素進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮作用后將會(huì)被全部代謝掉，所以不存在殘留和食品安全問題，是一類天然、安全的生殖激素。目前上市的蛋白類激素產(chǎn)品主要是孕馬血清和孕婦尿液提取物。

1.1 蛋白類生殖激素

蛋白類生殖激素主要包括多肽類生殖激素和蛋白類促性腺激素。

1.1.1 多肽類生殖激素

1.1.1.1 促性腺激素釋放激素（Gonadotropin-releasing hormone，GnRH）

動(dòng)物體內(nèi)下丘腦產(chǎn)生的10肽，主要功能是與垂體上的GnRH受體結(jié)合促進(jìn)垂體合成和分泌促性腺激素包括促卵泡素（Follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH）和促黃體素（Luteinizing hormone，LH）。并且除作用于垂體外，還作用于性腺、胎盤和其他組織，但是高活性類似物或者GnRH長(zhǎng)時(shí)間使用對(duì)生殖有抑制作用。在母豬的繁殖過程中GnRH可有效誘導(dǎo)母豬排卵，縮短發(fā)情至排卵間隔，在改善繁殖性能方面也有積極影響。

1.1.1.2 催產(chǎn)素（Oxytocin）

動(dòng)物體內(nèi)下丘腦的視上核和室旁核產(chǎn)生的多肽類生殖激素，主要生理功能為刺激子宮平滑肌收縮，促進(jìn)分娩，可以刺激乳腺導(dǎo)管上皮組織細(xì)胞收縮，引起排乳，并且人工授精時(shí)在精液中加入催產(chǎn)素有助于精子和卵子在生殖道中運(yùn)行，提高受精率。目前的上市產(chǎn)品由多肽合成儀生產(chǎn)，主要用于動(dòng)物的人工授精和分娩過程。

1.1.2 蛋白類促性腺激素

1.1.2.1 促卵泡素（FSH）

刺激卵巢增長(zhǎng)、促進(jìn)卵泡顆粒細(xì)胞增殖和卵泡發(fā)育，常被用于雌性動(dòng)物的超數(shù)排卵。

1.1.2.2 促黃體素（LH）

在促卵泡素作用的基礎(chǔ)上，促使卵泡發(fā)育成熟并排卵。

1.1.2.3 孕馬血清促性腺激素（Pregnant mare serum gonadotropin，PMSG）

孕馬胎盤杯狀細(xì)胞分泌的一種高度糖基化的蛋白激素，具有FSH和LH的雙重功能，來(lái)源于懷孕母馬血清，是目前家畜誘導(dǎo)發(fā)情的常用藥物。

1.1.2.4 人絨毛膜促性腺激素（Human chorionic gonadotophin，HCG）

人胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞分泌的一種糖蛋白，有一定的糖基化，半衰期比LH長(zhǎng)，所以在臨床的輔助生殖過程中用于促排卵和提高受孕率，也可提高男性精子活力和數(shù)量，在動(dòng)物繁殖領(lǐng)域則主要用于催情、促排卵和魚類排卵排精。

以上4種促性腺生殖激素屬于糖蛋白，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前全世界范圍內(nèi)沒有上市的獸用重組生殖激素產(chǎn)品。在母豬繁殖過程中主要是使用PMSG和HCG，可單獨(dú)使用PMSG用于母豬的發(fā)情誘導(dǎo)，也可PMSG和HCG聯(lián)合使用誘導(dǎo)母豬發(fā)情，兩者聯(lián)合使用不僅能誘導(dǎo)母豬發(fā)情，提高母豬的同期發(fā)情率、排卵率，還可提高母豬生殖性能。蛋白類激素進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮作用后將會(huì)被全部代謝，所以不存在藥物殘留和食品安全問題，是一類天然、安全的生殖激素。

1.2 化學(xué)類生殖激素

化學(xué)類生殖激素主要是在動(dòng)物體內(nèi)的性腺（卵巢或睪丸）產(chǎn)生的，其基本結(jié)構(gòu)為甾體類化學(xué)激素，目前的上市產(chǎn)品主要是化學(xué)合成產(chǎn)物。

1.2.1 雄性激素

睪酮、脫氧表雄酮。其主要功能是促進(jìn)精子發(fā)生，延長(zhǎng)附睪精子壽命，促進(jìn)雄性第二性征發(fā)育。

1.2.2 雌激素

雌酮、雌二醇等，促進(jìn)母畜發(fā)情和生殖道生理變化，通過對(duì)下丘腦正反饋的調(diào)節(jié)作用，形成LH峰促進(jìn)排卵。

1.2.3 孕激素

孕酮、烯丙孕素等，主要是通過孕激素負(fù)反饋調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-性腺軸抑制動(dòng)物發(fā)情，最終解除抑制后實(shí)現(xiàn)雌性動(dòng)物的同期發(fā)情。

1.2.4 前列腺素（Prostaglandin，PG）

一種不飽和脂肪酸，主要用于促進(jìn)動(dòng)物的黃體溶解，引起孕酮的降低，促進(jìn)卵泡發(fā)育和胎兒分娩。前列腺素可以用來(lái)誘導(dǎo)母豬提前分娩或者同期分娩，便于對(duì)仔豬和母豬的護(hù)理，提高仔豬的成活率。在生產(chǎn)中通常應(yīng)用前列腺素類似物氯前列烯醇誘導(dǎo)分娩。

2 現(xiàn)階段生殖激素產(chǎn)品的發(fā)展困境

盡管外源性生殖激素的應(yīng)用有效地提高了母豬的繁殖效率，使母豬的經(jīng)濟(jì)效益顯著增長(zhǎng)，但生殖激素的使用也帶來(lái)了一些問題。化學(xué)類生殖激素的過度使用會(huì)對(duì)動(dòng)物的生殖內(nèi)分泌系統(tǒng)造成較大的干擾和危害，并且產(chǎn)品中的殘留可能引發(fā)食品安全問題。此外化學(xué)類生殖激素在動(dòng)物體內(nèi)利用度比較低，大部分產(chǎn)物經(jīng)尿液或者糞便排出，釋放到環(huán)境中不易被降解，這些物質(zhì)可能通過土壤、水源、農(nóng)作物被人體攝入，對(duì)人類生殖健康產(chǎn)生重大危害。近年來(lái)我國(guó)不孕不育、出生缺陷、生殖系統(tǒng)疾病和腫瘤發(fā)病率居高不下，與食物和環(huán)境中激素類化學(xué)物的污染緊密相關(guān)，因此綜合考慮環(huán)境友好和人類健康，應(yīng)該減少或者禁止化學(xué)類生殖激素的使用。

蛋白類激素是天然、安全的生殖激素，蛋白類激素在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮作用后全部被代謝，因而不存在藥物殘留和食品安全問題，可以使用蛋白類生殖激素替代化學(xué)類生殖激素。目前只有提取類蛋白生殖激素（PMSG、HCG）應(yīng)用于母豬的繁殖過程，但這些提取的生殖激素仍然存在著問題。第一，提取的激素來(lái)源于孕馬血清和孕婦尿液，原料的供應(yīng)有限，收集難、成本高，并且很多國(guó)家因動(dòng)物福利問題已禁止采集孕馬血清。第二，孕馬血清和孕婦尿液的成分復(fù)雜，含有較多雜質(zhì)，通過低成本的純化工藝很難獲得高純度的產(chǎn)品，如果增加純化工藝，又會(huì)增加產(chǎn)品成本。并且孕馬血清中可能含有馬屬動(dòng)物的病原微生物，而人尿液的收集過程中又很難避免操作污染，所以在提取產(chǎn)品中存在病原微生物的污染風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)提取類產(chǎn)品相對(duì)粗放的生產(chǎn)工藝很難避免內(nèi)毒素超標(biāo)的問題，可能導(dǎo)致動(dòng)物使用后出現(xiàn)副作用。第三，PMSG和HCG分別是馬和人的絨毛膜促性腺激素，對(duì)豬、牛、羊?qū)儆诋愒吹鞍祝L(zhǎng)時(shí)間使用后動(dòng)物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生抗體，從而降低產(chǎn)品的使用效果，提取類產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)反復(fù)多次使用后需增加藥量的弊端。第四，收集的不同批次的孕馬血清和人尿液所含有效成分波動(dòng)較大，并且產(chǎn)品的提取工藝比較粗放，很難保證產(chǎn)品的批次穩(wěn)定性。

3 生殖激素發(fā)展困境的可能解決方案

開發(fā)高品質(zhì)的獸用基因重組蛋白類生殖激素是解決以上問題的有效方法。目前人用重組FSH和HCG產(chǎn)品已有生產(chǎn)和銷售，但人用藥的成本較高，而且人與動(dòng)物之間存在物種的基因差異，因而人用重組產(chǎn)品無(wú)法用到動(dòng)物繁殖領(lǐng)域。研發(fā)動(dòng)物專屬的生殖激素產(chǎn)品，并且克服重組蛋白生產(chǎn)成本高的問題是開發(fā)獸用重組生殖激素的核心所在。在開發(fā)過程中，蛋白表達(dá)系統(tǒng)的選擇是關(guān)鍵，基因重組蛋白表達(dá)系統(tǒng)目前有兩類，原核表達(dá)系統(tǒng)和真核表達(dá)系統(tǒng)。原核表達(dá)系統(tǒng)主要為大腸桿菌原核細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)，大腸桿菌發(fā)酵工藝簡(jiǎn)單、成本較低，但是分子量大、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、二硫鍵多以及需要翻譯后修飾的糖基化蛋白在大腸桿菌中則無(wú)法正確表達(dá)。此外大腸桿菌表達(dá)的蛋白多為包涵體形式，需要有體外復(fù)性過程，因而現(xiàn)無(wú)法應(yīng)用其進(jìn)行哺乳動(dòng)物生殖激素的蛋白表達(dá)。真核表達(dá)系統(tǒng)包括酵母、昆蟲細(xì)胞和哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)，雖然昆蟲及酵母等真核細(xì)胞在蛋白表達(dá)過程中能進(jìn)行有效的翻譯后修飾，但是其糖基化修飾與哺乳動(dòng)物體的糖基化修飾有較大差別，導(dǎo)致表達(dá)的哺乳動(dòng)物蛋白活性欠佳。哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)則能夠較好地解決以上問題，現(xiàn)階段廣泛使用的是中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞（CHO），目前上市的重組蛋白及抗體類藥物70%以上來(lái)源于CHO細(xì)胞。CHO細(xì)胞表達(dá)動(dòng)物或人體內(nèi)的蛋白分子，優(yōu)勢(shì)明顯，在免疫原性和結(jié)構(gòu)上與動(dòng)物體內(nèi)天然蛋白最為相似，可進(jìn)行正確的糖基化，不產(chǎn)生內(nèi)毒素污染，不產(chǎn)生包涵體，藥物蛋白可分泌表達(dá)，并且CHO細(xì)胞較少分泌內(nèi)源性雜蛋白，對(duì)純化工藝的壓力小，可在無(wú)血清培養(yǎng)基中懸浮培養(yǎng)，能夠耐受較高的剪切力和滲透壓，便于利用生物反應(yīng)器進(jìn)行高密度、大規(guī)模生產(chǎn)。

盡管目前在人類生殖領(lǐng)域，已有利用基因重組開發(fā)出高品質(zhì)的重組FSH、HCG和LH產(chǎn)品，在不孕不育醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域得到高度認(rèn)可。但因CHO細(xì)胞藥物開發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)難度大、工藝復(fù)雜、成本高等特點(diǎn)，目前在全球范圍內(nèi)仍然沒有獸用的基因重組生殖激素產(chǎn)品。可喜的是國(guó)內(nèi)已有公司正通過不斷努力和技術(shù)攻關(guān)，致力于開發(fā)出基因重組的豬用蛋白類生殖激素產(chǎn)品。提高生豬養(yǎng)殖效率和降低生產(chǎn)成本，進(jìn)一步推廣批次化生產(chǎn)繁殖技術(shù)，為提升我國(guó)乃至全球畜牧業(yè)的動(dòng)物繁殖效率做出貢獻(xiàn)，為動(dòng)物和人類的健康提供重要保證。

綜上所述，開發(fā)基因重組獸用蛋白類生殖激素是大勢(shì)所趨，市面已有的蛋白類產(chǎn)品均為提取類產(chǎn)品，其原料來(lái)源有限，成本高，純化工藝難度大，產(chǎn)品品質(zhì)和批次穩(wěn)定性很難保證。并且化學(xué)類性激素存在藥物殘留、食品安全、環(huán)境污染以及長(zhǎng)期使用導(dǎo)致動(dòng)物內(nèi)分泌紊亂等缺點(diǎn)，將逐步減少或者禁止使用。蛋白類生殖激素更安全、更天然、實(shí)際應(yīng)用效果更好，蛋白類生殖激素將全面取代化學(xué)類生殖激素。目前全球沒有基因重組獸用生殖激素產(chǎn)品，市場(chǎng)空間非常廣闊。