妊娠早期營養限飼對輸卵管生理功能的影響

王 斌

(四川省巴中市恩陽區動物疫病預防控制中心,四川 巴中 636063)

豬的胚胎發育過程是一種綜合調控的過程,各種調控方式在時間和空間上控制豬胚胎的整個發育過程,保證妊娠的順利進行和完成。母豬妊娠早期約有10%～30%的胚胎損失,給養豬生產帶來巨大的經濟損失。妊娠早期,營養的因素與胚胎的存活密切相關,營養調控技術是提高早期胚胎存活率的重要途徑之一[1]。研究發現,,妊娠前期高營養水平飼喂將導致胚胎的存活率降低。Pharazyn的研究結果顯示,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。這種結論也得到了liao的證實,妊娠3d以后的低營養水平甚至對胚胎存活具有負面影響[2]。因此,推測妊娠前3d可能是營養調控胚胎存活的關鍵決定時期。配子在妊娠第4d從輸卵管轉移至子宮中,因此妊娠的前4d,輸卵管都將為胚胎提供發育的內環境[3],由此看來輸卵管內環境與妊娠前期胚胎存活密切相關。部分研究者認為妊娠前期應該采取營養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一步探究。因此,很有必要對輸卵管內環境穩態及營養限飼對其內環境的影響作一綜述,意在探索營養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育引起重視。

1 輸卵管的組織學結構

豬的輸卵管主要由3個部分組成,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生高度皺褶。黏膜形成若干初級縱行皺襞,特別是在壺腹內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構從外向內主要由漿膜、肌層和粘膜組成。粘膜層主要由上皮細胞和連接組織構成,肌層主要分為內層環狀或螺旋狀肌束和外層縱行肌束,其中混有斜行纖維,使整個管腔能夠協調的收縮。這幾部分由不同的形態學、組織學和生物化學特點而具有不同的肌肉、上皮細胞和管腔結構。輸卵管內部不同的組織學結構及腺體分泌使其具有不同的分泌內容及分泌方式。

2 輸卵管的生理作用

2.1 分泌機能

輸卵管液含有許多離子、營養物質、蛋白、生長因子和細胞因子。這些物質中一部分是來自于精液,一部分依靠輸卵管上皮細胞合成,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。輸卵管液內的蛋白質有白蛋白、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。將這種糖蛋白進行分離和提純,認定其為含有8%糖基的蛋白質,分子量54KDa,等電點為4.5。輸卵管液體環境中蛋白分泌量最高的時候是在豬排卵時以及配子到達輸卵管的時候[4],而此時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控密切相關。研究發現,輸卵管液中營養物質濃度及種類依靠卵巢中類固醇激素的調控,卵巢分泌的類固醇激素可不通過機體血液循環而直接到達輸卵管[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。輸卵管是一個重要且復雜的分泌器官,還需進一步研究其分泌物種類和功能。

2.2 運送卵子和精子

借助輸卵管纖毛的擺動、管壁的分節蠕動、黏膜和輸卵管系膜的收縮、纖毛擺動將卵巢排出的卵子經過傘部向壺腹部運送,將精子由峽部向壺腹部運送。Blandau在研究豬的輸卵管時,發現輸卵管纖毛的能將顆粒物質下從輸卵管的子宮連接部向卵巢部轉移,并抵達了輸卵管壺腹部—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受精部位,這充分說明了精子的轉運有賴于輸卵管的運動[7]。

2.3 精子獲能

精子的獲能是一種生化反應,在這個過程中精子細胞膜表面磷脂層重塑以及發生頂體反應。精子內部自身鈣離子濃度是較低的,當精子進入輸卵管后,由于雌二醇的調節使精子與輸卵管內皮結合,而當動物排卵以后,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合后,耦聯G蛋白可活化質膜上的磷脂酶C,進而催化磷脂酰肌醇,產生二酰基甘油和三磷酸肌醇,三磷酸肌醇與儲存鈣離子的內質網受體結合增加鈣離子往精子中的釋放,同時促發輸卵管細胞分泌糖蛋白。當精子中鈣離子達到閾值,則獲能完成,此時,輸卵管上皮才會釋放精子而抵達受精部位。

2.4 卵子受精和受精卵卵裂

輸卵管是哺乳動物新生命開始的地方,當動物排卵以后,卵細胞經過輸卵管壺腹部與精子結合形成合子,合子在輸卵管中開始卵裂,輸卵管內環境對于胚胎的良好發育十分重要。在體外細胞試驗中,將綿羊的輸卵管細胞用于培養胚胎,能使胚胎順利的發育到胚泡階段[8]。在人類的研究中,用倉鼠的輸卵管細胞培養人的受精卵可提高附植率[9]。

3 營養限飼影響輸卵管調控的生理事件

3.1 營養限飼影響精子的轉移和獲能

在輸卵管中,精子與卵子的成功結合完成受精,研究顯示精子與卵子的比例決定了受精卵數量,而受精卵的多少決定胚胎數量,到達輸卵管壺腹部的精子數量越多則形成受精卵的概率越大,因此精子的轉運就顯得十分關鍵[10]。精子獲能是完成受精作用的一個重要的生理活動,精子在附睪內已經獲得了受精能力,但是由于附睪分泌了去能因子抑制了精子的受精能力。當精子穿過子宮頸時,精漿內大量的的去能因子被阻擋,精子同子宮內膜接觸后,子宮膜產生獲能因子,獲能因子刺激精子發生獲能反應,研究表明輸卵管的分泌物也參與了精子獲能。精子獲能是一個復雜的生理過程,還需要進一步研究。精子在輸卵管中的運輸是伴隨輸卵管平滑肌收縮、纖毛擺動和精子獲能同時進行,精子要在輸卵管中停留獲能以達到成熟,成熟的精子才具備正常的受精能力。豬精子的獲能時間是1～2h,其他動物精子獲能時間甚至長達8h。

3.2 營養限飼影響卵細胞的成熟

卵巢直接排出的卵子并未完全成熟,仍然要在輸卵管中經歷進一步的發育,才能達到受精前的成熟階段。研究發現,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,同時降低34%多精入卵現象,進一步研究發現,這與卵細胞周圍包裹的糖蛋白的水平密切相關[11-12]。Coy P發現來自卵巢的卵子經過1.5min后完全消化,而輸卵管中的卵子經過228min才消化完成[13],Kolbe也得到了類似的結果[14],推測卵子在輸卵管運輸的這段時間中,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胞活力的保護有重要作用,糖蛋白能重塑母豬卵母細胞透明帶,有利于精子的穿透、防止酶類的破壞和防止多精入卵現象的發生[15]。研究發現,妊娠早期營養限飼會降低輸卵管類固醇激素受體的表達,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研究發現糖蛋白基因在胚胎停留于輸卵管中的時間段里持續表達,提出了輸卵管糖蛋白基因是關系到兔胚胎存活率的關鍵候選基因。García的研究中驗證了這種糖蛋白表達量與家兔胚胎數量呈現正相關,推測輸卵管糖蛋白的分泌主要受到卵巢類固醇激素的調控,特別是雌二醇與孕酮發揮著重要作用[16],妊娠早期營養限飼會降低輸卵管類固醇激素受體的表達,從而影響到輸卵管糖蛋白的分泌,最終影響卵細胞的成熟。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,結果發現禁食組透明帶中的精子數量明顯少于對照組,這可能正是營養限飼影響了卵子的成熟而造成的[17]。

3.3 營養限飼影響受精

目前在研究輸卵管的內分泌環境對受精的影響中,輸卵管分泌的特有糖蛋白已經成為研究的熱點,這種糖蛋白不僅能重塑卵細胞透明帶和減少多精入卵現象的發生,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一步證實了它是受精必不可少的物質[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效應,結果發現輸卵管糖蛋白處理后的卵子有更高的受精率(62% VS 31.2%),當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 營養限飼影響早期胚胎發育

輸卵管對早期胚胎存活至關重要[20],它能分泌利于胚胎發育所需要的各種營養因子同時還能及時清除胚胎發育過程中分泌的代謝產物,提高附植率。輸卵管液有利于妊娠早期卵裂的發生以及促進受精卵向胚泡的發育[21],在許多物種的研究上都表明輸卵管的內環境能促進早期胚胎發育。Hwu研究顯示提前用輸卵管液孵育胚胎能提高到達胚泡階段的比例,同時可存活胚胎數增加[22]。在胚胎發育過程中,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的攻擊,同時建立良好的胚胎發育內環境,進一步研究證實輸卵管特殊蛋白mRNA和蛋白的合成依靠雌激素介導,在排卵前、排卵和早期胚胎發育過程中表達量顯著提高[23]。同時,IGF2在輸卵管上被檢測到,IGF2在胚胎發育早期扮演者關鍵的角色,它也能夠加強輸卵管壁的運動特性。V. de Brun對母羊發情階段每天飼喂1.5倍維持需要和0.5倍維持需要,在發情的第5天屠宰,檢測發現營養限飼可造成輸卵管中IGF2的表達量降低。營養供給與動物輸卵管內環境穩態密切相關。母豬妊娠早期進行營養限飼,降低了胚胎存活率,可能與營養限飼改變了輸卵管內環境有關。 Borowczyk研究營養對母羊妊娠前期胚胎發育的影響,60%限飼組導致受精卵卵裂率降(79vs64%,P<0.006)[24]。

4 總結

胚胎轉入子宮前,輸卵管良好的內環境對配子的轉移、受精及早期胚胎發育至關重要,妊娠早期營養限飼容易帶來一些負面效應。妊娠早期營養限飼降低了輸卵管肌肉的收縮性和纖毛的擺動,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,從而影響配子轉移、受精和胚胎發育,不利于早期胚胎的存活。

5 展望

輸卵管是雌性動物重要的生殖器官,也是輸送精子和卵子、精卵融合、早期胚胎發育的場所,對胚胎在子宮中繼續發育奠定了基礎,但是輸卵管內環境是一個容易被忽視的研究領域,特別是早期營養限飼對輸卵管內環境影響的研究還不夠深入。 因此,還需采用代謝組、蛋白組、免疫熒光等現代分子生物學技術,探究早期營養限飼對輸卵管內環境的影響以及早期營養限飼對妊娠調控的分子機制。