毛皮動物(貂、狐)作為生物模型的應(yīng)用前景

孫紅梅，路曉，趙海平，李春義

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所特種經(jīng)濟動物分子生物學(xué)國家重點實驗室，長春 130112)

在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)發(fā)展過程中，動物模型起到了不可磨滅的作用。尤其是哺乳動物，因其與人類的高相似度，更是研究者們所青睞的。貂、狐為珍貴毛皮動物，不僅是我國養(yǎng)殖業(yè)中的支柱產(chǎn)業(yè)，它們還具有非常獨特的生物學(xué)特性，如紫貂的胚泡滯育特征、水貂雄性不育以及藍狐可代謝高脂肪日糧等。這些都曾是動物學(xué)問題，而其背后的調(diào)控途徑，則最終決定了它們的生物醫(yī)學(xué)價值，因為調(diào)節(jié)過程中所賴以進行的遞質(zhì)、激素、受體以及胞內(nèi)信使途徑等在不同哺乳動物物種中往往具有同功性，因而某些關(guān)鍵調(diào)解途徑可能被借鑒到生物醫(yī)學(xué)上來，隨著科學(xué)研究的深入，使之成為了富有前景的天然生物醫(yī)學(xué)研究模型。

下面將分別介紹毛皮動物的主要生物學(xué)特性及研究進展，并對其在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域作為生物模型應(yīng)用的前景進行了總結(jié)。

1 藍狐作為營養(yǎng)與肥胖癥的研究模型

隨著生活水平的提高，肥胖癥、糖尿病、高血脂等現(xiàn)代“富裕病”發(fā)病率急劇增長。美國男性肥胖者占25%，女性占42%。而肥胖和冠心病、糖尿病等疾病有密切關(guān)系。我國在這方面的增長趨勢也逐漸成為了一個令人擔(dān)心的問題。健康專家和教育家紛紛通過各種媒體大力宣傳低脂飲食、減少脂肪攝入。如何攝取脂肪、攝取多少脂肪才能最大程度地減少危害，一直是困擾健康專家們的主要問題之一。

有趣的是，在自然界中存在著能夠代謝高脂肪日糧而不患富貴病的哺乳動物，如藍狐。藍狐是珍貴的毛皮動物之一，原產(chǎn)于歐洲、北美洲北部和接近北冰洋地帶，屬于食肉目犬科動物。他們是如何解決攝入高脂肪日糧而不肥胖的？脂肪代謝、沉積的機制是怎樣的？通過對藍狐脂肪代謝機制的研究，希望能為人類脂肪合成、分解以及減少肥胖癥發(fā)生提供理論依據(jù)。日糧中的脂肪是藍狐主要的能量來源。研究表明，來源于脂肪代謝能的生產(chǎn)價值高于來源于其他營養(yǎng)物質(zhì)的生產(chǎn)價值[1～3]。藍狐對高脂肪日糧有較強的適應(yīng)性[2]，而且藍狐日糧中的各營養(yǎng)物質(zhì)的利用率都隨著日糧脂肪水平的增加逐漸增加，并且氮排泄量逐漸減少，從而降低對環(huán)境的污染。日糧中脂肪最高水平可以達到40%，對消化代謝器官無任何影響，且藍狐生理狀態(tài)正常，不患肥胖癥。而人的最大耐受量僅有1.0g/kg。目前對藍狐脂肪代謝的研究主要集中在脂肪利用率方面。耿業(yè)業(yè)[2]試驗表明，隨著日糧脂肪水平的增加，藍狐對脂肪的消化率逐漸增加，當(dāng)脂肪水平達40%～54%時，脂肪消化率達到試驗最高值。如果再高會引起藍狐腸道形態(tài)學(xué)上的改變。研究還表明，藍狐腸道脂肪酶活性隨著日糧脂肪水平的增加而升高。分析原因，可能是當(dāng)攝入不同含量營養(yǎng)素時，機體為適應(yīng)飼料性質(zhì)，加強營養(yǎng)素的吸收所作出的反應(yīng)[4]。分子機制方面，耿業(yè)業(yè)等[2]研究表明，藍狐肝臟MTP基因表達量隨著脂肪水平的增高而有明顯增高的趨勢。

同是犬科狐屬的銀狐，日糧中脂肪的最高含量僅為10%左右。比較藍狐與銀狐消化道結(jié)構(gòu)、消化酶等特點發(fā)現(xiàn)，藍狐在消化道結(jié)構(gòu)及消化酶分泌上與普通耐受能力的銀狐沒有明顯差別。所以專家認(rèn)為，藍狐耐受高脂肪日糧的原因可能是脂肪合成、分解途徑比較特別，但具體的機制還有待于進一步研究。對藍狐脂肪代謝機制的研究有利于了解藍狐如何處理脂肪消化代謝與沉積之間的關(guān)系，如何能攝入大量脂肪而不患“富貴病”的原因，為建立營養(yǎng)與肥胖癥研究模型奠定理論基礎(chǔ)。

2 水貂作為高等動物雄性不育研究模型

在水貂繁育中，雄性不育是較常見的現(xiàn)象，有些色型的不育公貂可高達20%以上[5，6]。據(jù)統(tǒng)計，低生育能力的公貂占11.9%，完全無生育能力的公貂占6.7%，并且低生育力公貂的后代會有2%的雄性個體完全沒有生育能力。在生產(chǎn)中，1只公貂往往與數(shù)只母貂交配，因此，不育公貂會導(dǎo)致與其交配的數(shù)只母貂都不受胎或個別受胎但繁殖力極低。因此，不育公貂在生產(chǎn)上所造成的損失是不容忽視的。而在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這種現(xiàn)象卻為研究哺乳動物雄性不育提供了天然的研究模型。因此，對水貂雄性不育機制的研究可以為哺乳動物乃至人類男性生殖機制的研究提供一定理論依據(jù)。目前，在生產(chǎn)上，對不育公貂主要是淘汰，對其生殖及不育機制的研究還較少。自20世紀(jì)七八十年代以來，科學(xué)家對水貂生殖生物學(xué)以及水貂雄性不育的原因和表現(xiàn)形式等方面進行了研究。

2.1 公貂生殖生物學(xué)

對公貂生殖生物學(xué)的研究表明，由于水貂屬于季節(jié)性發(fā)情動物，成年公貂的睪丸僅在配種季節(jié)前后的幾個月里具有功能，配種季節(jié)過后，睪丸即退化、縮小，功能也隨之喪失，直到11月份，精子才再次開始發(fā)生，為下一年的配種做準(zhǔn)備。

新生水貂的睪丸含有被白膜緊密圍繞的曲細(xì)精管系統(tǒng)[5，7]，曲細(xì)精管內(nèi)壁有單層的足細(xì)胞和少數(shù)發(fā)育著的精原細(xì)胞。在小管之間有2種不同類型的間質(zhì)細(xì)胞，說明在它們的細(xì)胞質(zhì)中聚集脂類的能力是不同的。而成年公貂在小管之間只觀察到一種間質(zhì)細(xì)胞。在6月～7月份，這些細(xì)胞基本處于靜止?fàn)顟B(tài)。Bostrom等[8]研究表明，間質(zhì)細(xì)胞的核質(zhì)比在10月份為1.0～1.5，在1月份～2月份為1.0～2.0，在2月末達到1.0～2.5。睪丸酮等雄性激素主要由間質(zhì)細(xì)胞分泌，其濃度在12月份之后開始上升[9～11]。睪丸的重量與體重不相關(guān)[5]，但睪丸和副睪的重量與年齡相關(guān)[12]。

精子發(fā)生后，從曲細(xì)精管傳送到副睪，精子通過副睪管時，活動性逐漸增加，并獲得功能。睪丸中剛發(fā)生的精子含有胞質(zhì)小滴，但在通過副睪的過程中會逐漸減少，在射精時，精子很少含有胞質(zhì)小滴。同時精子在從睪丸到副睪的轉(zhuǎn)移期間，頂體的長度發(fā)生變化，其前部頂體的長度顯著減少而后部頂體的長度顯著增加。6月～11月，睪丸喪失功能，副睪中幾乎看不到精子活動。2月～3月，副睪重量才逐漸增加。水貂的副性腺包括前列腺和獨特的壺腹。前列腺的分泌物起著把精子轉(zhuǎn)運給母貂的介質(zhì)作用。前列腺完全包圍著骨盆尿道，在配種季節(jié)里，體積達到最大。壺腹是由輸精管表面上分支的小管所組成的紡錘體形的膨大[13]。

2.2 水貂雄性不育的原因

2.2.1性成熟延遲引起的不育由性成熟延遲引起的不育與人的青春期延遲類似。幼貂由于身體生長遲緩，睪丸未得到充分發(fā)育，在配種期睪丸較小，睪酮分泌水平也較低，不產(chǎn)生精子或只產(chǎn)生少量精子，導(dǎo)致個體不育。據(jù)研究，這種生長遲緩和不育是由于控制生長和生育的基因發(fā)生突變所造成的。

2.2.2附睪障礙引起的不育由于公貂附睪患有某些疾病，使附睪管出現(xiàn)阻塞或障礙，使睪丸產(chǎn)生的精子不能正常地排出并通過附睪，因此，射出的精液無精子或只有少量畸形精子。

2.2.3隱睪引起不育公貂的隱睪多是由于腹股溝部皮膚和體壁間脂肪的堆積，使鞘膜粘連堵塞而阻止睪丸由腹腔下降至陰囊中，從而使睪丸不能產(chǎn)生精子和正常分泌雄性激素，睪丸是否能正常下降取決于脂肪塊的脂肪細(xì)胞對雄性激素的正常反映。

2.2.4自身免疫引起的不育有些公貂睪丸合成組織胺的速率異常高，組胺在睪丸中大量蓄積，破壞了睪丸的血液屏障，使精子穿出精細(xì)管進入組織間隙，從而激活了淋巴細(xì)胞，產(chǎn)生精子抗體，進而使睪丸不產(chǎn)生精子或產(chǎn)生的精子畸形，從而引起公貂不育。

3 紫貂作為胚泡著床機制研究模型

紫貂又名黑貂，俗名大葉子，屬食肉目鼬科貂屬，是珍貴而稀少的毛皮動物。紫貂皮為細(xì)毛裘皮，皮板細(xì)膩、結(jié)實耐用，絨毛豐厚，針毛靈活，色澤光潤，華美輕柔，歷來被視為珍品。20世紀(jì)70年代，我國紫貂資源儲量僅為6000只，現(xiàn)已被我國列為一級保護動物。經(jīng)30余年的馴養(yǎng)研究，已能夠在籠養(yǎng)條件下繁殖，由于繁殖力較低，曾在繁殖生態(tài)學(xué)及繁殖技術(shù)等方面[14～16]進行了較多的研究，而對于繁殖生理學(xué)方面的研究主要集中在20世紀(jì)八九十年代。紫貂的交配期為6月份～8月份，交配后受精卵經(jīng)過3d～5d發(fā)育至桑椹胚。之后就在子宮內(nèi)游離，直至翌年的2月份才開始附植，此期稱為胚胎滯育期或游離期。胚泡附植后，經(jīng)過40d左右的胎兒發(fā)育期，就可以分娩，產(chǎn)仔期為3月下旬～4月上旬。可見紫貂是一種典型的胚泡滯育動物，其滯育時間長達220d～250d，占整個妊娠期的80%以上。專家認(rèn)為，紫貂這種胚胎滯育的現(xiàn)象是其在長期進化過程中形成的一種生殖策略，即胚胎要暫時停止生長發(fā)育，直到外界環(huán)境適合母子生存胚胎才著床、發(fā)育，最后分娩。這樣就為我們研究哺乳動物胚胎游離期的生理、生物學(xué)特征以及胚泡著床、胚胎移植等爭取了較長的時間，為我們研究胚胎著床、移植等機制提供了天然的研究模型。

但是，目前對于紫貂胚胎如何靜止、存活以及胚胎的活化、著床、發(fā)育等的生理、生化、分子等各方面的研究還處于比較基礎(chǔ)的水平。門陶巖等[17]研究了生殖激素對胚胎著床的調(diào)控。研究表明，在胚胎滯育期內(nèi)紫貂體內(nèi)各種生殖激素的變化直接影響著游離胚泡的存活和產(chǎn)仔，特別是雌二醇和孕酮在此期的協(xié)調(diào)變化尤為重要。雌激素、孕激素在體內(nèi)互相依賴、互相對抗，它們之間存在著一種動態(tài)平衡，共同維持著動物機體的生理活動[18]。而這種雌激素、孕激素間的平衡需要有一些調(diào)節(jié)因子的調(diào)節(jié)。性激素結(jié)合蛋白(SHBG)就是其中一種調(diào)節(jié)性激素在血液中濃度變化的重要因子。因此，門陶巖等對受配籠養(yǎng)紫貂進行了滯育期血清SHBG的測定工作，以探討其變化規(guī)律及其與胚泡附植的關(guān)系。結(jié)果表明，產(chǎn)仔母貂血清SHBG變化規(guī)律為先下降后升高，而空懷母貂的變化規(guī)律為先升高后下降。他們認(rèn)為，血清SHBG的這種變化特點與血液中雌二醇及孕酮的變化有關(guān)。當(dāng)孕激素在體內(nèi)含量較高時，雌二醇較低。產(chǎn)仔母貂在胚泡游離期，血液內(nèi)孕酮水平增高[15]，而雌二醇水平相對較低，以后SHBG水平逐漸降低是為保證正常妊娠所需低水平雌二醇的緣故。游離的胚泡開始發(fā)育后，血清SHBG開始逐漸上升，因為子宮此時已開始發(fā)育，為胚泡附植做準(zhǔn)備。而子宮內(nèi)膜的發(fā)育需要雌二醇的致敏作用[19]。因此，此期雌二醇水平增高。SHBG的含量迅速增加，可能是保證雌二醇的含量處于適宜水平的結(jié)果。這樣既能對子宮內(nèi)膜產(chǎn)生致敏作用，又不影響孕酮促進胚泡附植的功能。空懷母貂的變化規(guī)律為：先升高后下降。可能因為受配后未排卵，或排卵后黃體發(fā)育不全，血液中孕酮水平一直較低，而雌二醇水平仍相對較高，配種后逐漸轉(zhuǎn)入靜止期，雌二醇水平逐漸下降，因而SHBG水平呈先逐漸增高后迅速下降的趨勢。

除了激素影響外，Murphy BD[20]利用將近40年的時間研究了環(huán)境因素、垂體因子以及卵巢等對水貂胚胎著床的影響，后來又通過比較子宮全基因表達，發(fā)現(xiàn)胚胎激活時多胺類的物質(zhì)合成明顯增加，后來證明多胺類和腐胺能誘導(dǎo)胚胎從被迫滯育中脫離，多胺缺乏會使胚胎進入滯育狀態(tài)，而合成多胺使胚胎激活。Lefèvre PL[21]認(rèn)為，多胺是調(diào)控細(xì)胞增殖和生長的必要調(diào)節(jié)因子，所以在胚胎滯育時多胺類的合成調(diào)節(jié)胚胎的滯育和激活；并通過實驗證明多胺類為目前發(fā)現(xiàn)的一種調(diào)節(jié)胚胎滯育的必要因子。

Cha J等[22]研究了高保守的同源框基因家族中Msx1和Msx2基因在不同動物胚胎滯育期時子宮中的表達情況。結(jié)果表明，在胚胎滯育期，Msx1和Msx2表達維持一個較穩(wěn)定的水平，隨著胚胎激活和著床，Msx1和Msx2表達迅速下調(diào)。子宮Msx1和Msx2基因失活小鼠不能完成滯育和著床。進一步研究表明，Msx基因在胚胎滯育期的表達是由Wnt5a信號所調(diào)控的。Lefèvre PL等[23]對胚胎滯育期和著床期子宮轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)，HMGN1和SPARC 2個主要在子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞核皮下基質(zhì)中表達的基因與細(xì)胞間相互作用有關(guān)，在胚胎激活期比胚胎滯育期表達明顯升高。因此可作為胚胎著床的子宮信號。

從目前來看，當(dāng)前國際上在毛皮動物這個小小的領(lǐng)域里耕耘的依然是動物學(xué)家，從生物醫(yī)學(xué)角度研究特種動物尚在起步。我國幅員遼闊，北方的毛皮動物資源為我們創(chuàng)造了天然的實驗動物條件。因而我們倡導(dǎo)有關(guān)研究領(lǐng)域從生物醫(yī)學(xué)角度對毛皮動物進行研究，從而為中國和世界人民的健康事業(yè)做出貢獻。這些動物學(xué)問題，隨著科學(xué)研究的深入將成為富有前景的醫(yī)學(xué)研究模型。基礎(chǔ)科學(xué)研究最終造福人類，是科學(xué)發(fā)展的必然規(guī)律。

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