基因藥物對動物生長的影響

張鳳洪 黃艷興 李源 王立紅 董惠峰

1.鼎正動物藥業(yè)（天津）有限公司

2.天津市薊州區(qū)牧業(yè)發(fā)展服務(wù)中心

一、基因藥物

基因藥物也稱DNA藥物，是基因工程藥物的一種。基因工程藥物包括重組蛋白多肽藥物、反義核酸藥物、DNA藥物和基因工程抗體等。它是將具有治療意義的基因重組進(jìn)真核表達(dá)載體，再直接轉(zhuǎn)移到動物或人的細(xì)胞內(nèi)，表達(dá)出具有治療作用的多肽或蛋白質(zhì)，從而達(dá)到預(yù)防疾病、治療疾病、調(diào)節(jié)動物生長、生產(chǎn)性能等目的。它與傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)工程藥物不同，不需要在體外合成和表達(dá)蛋白質(zhì)，也不需要在體外分離和純化，而是把基因質(zhì)粒植入體內(nèi)，讓細(xì)胞本身去合成、分離和純化蛋白質(zhì)，并且自行的釋放進(jìn)入血液循環(huán)，在局部或遠(yuǎn)端部位發(fā)揮功能，進(jìn)而達(dá)到防治疾病及調(diào)控生長、生產(chǎn)等目的。促進(jìn)動物生長的基因藥物與傳統(tǒng)意義上的疫苗有所不同，但有些基因疫苗也可作為促動物生長的基因藥物使用。

二、基因藥物與動物的生長調(diào)控

動物的生長是一個復(fù)雜的生物代謝過程，受基因型、激素、營養(yǎng)、環(huán)境等多方面因素的影響。這些影響因素是通過直接或間接影響動物內(nèi)分泌系統(tǒng)實現(xiàn)的。動物的生長是由促生長激素軸來調(diào)節(jié)的，促生長激素軸是由生長激素釋放因子（GRF）、生長激素（GH）和胰島素樣生長因子（IGF）組成，其中GH是調(diào)控整個機(jī)體生長的最主要激素。動物垂體GH的正常分泌主要受下丘腦分泌的生長激素釋放因子（GRF）和生長抑素（SS）調(diào)節(jié)。近年來又發(fā)現(xiàn)了另一種高位調(diào)節(jié)激素-Ghrelin，它可以特異性的促進(jìn)GH的分泌，此外還具有調(diào)節(jié)胃酸分泌、增強食欲等多種功能。

運用基因工程的技術(shù)成果，可對GH/IGF—1軸的任一環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可實現(xiàn)對GH分泌的調(diào)控，從而實現(xiàn)對動物生長的調(diào)控。自Wollf發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒的直接肌肉注射可以得到表達(dá)以來，人們已陸續(xù)的開發(fā)出多種促進(jìn)動物生長的基因質(zhì)粒，并顯示了良好的調(diào)控效果。

1.pGRF基因質(zhì)粒對動物的生長的影響。pGRF基因質(zhì)粒是將提取的GRFmRNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA，克隆到PUC19質(zhì)粒中，再轉(zhuǎn)入大腸桿菌DH5a擴(kuò)增，然后經(jīng)發(fā)酵、分離、純化等程序，最后配制成含pGRF基因質(zhì)粒的注射液。將其直接注射到動物的肌肉，使它異位表達(dá)GRF，從而對GH的分泌進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而達(dá)到對動物生長進(jìn)行調(diào)控的目的。張勇等實驗表明，仔豬(5～10 kg)骨骼肌注射1mg pGRF基因質(zhì)粒可促進(jìn)動物GH、IGF-1分泌，提高動物采食量，改變機(jī)體蛋白質(zhì)與脂肪代謝。王立志實驗表明：給斷奶仔豬（7～10 kg）豬注射3 mg pGRF基因質(zhì)粒有增加平均日增重的效果，而且增重的效果與注射的劑量存在劑量—效應(yīng)關(guān)系。由于天然結(jié)構(gòu)的GRF在體內(nèi)的分解速度快，易失活，作用的時間短暫，通過改變GRF的一級結(jié)構(gòu)可使其在體內(nèi)的活性顯著地增高。馮立文等將GRF基因進(jìn)行了改造，張永亮將含改造后GRF基因的PCDNA3-GRF真核表達(dá)質(zhì)粒骨骼肌注射給18～20 g小鼠，經(jīng)RT-PCR檢測表明：在30 d的實驗期內(nèi)，質(zhì)粒均有表達(dá)，注射后10 d的處理組平均增重比生理鹽水對照組增加19%(p＜0.05)，結(jié)果提示：注射經(jīng)改造后的GRF基因質(zhì)粒，提高動物生長是可行的。

2.SS基因疫苗對動物生長的影響。SS基因疫苗也可作為一種基因藥物來促進(jìn)動物的生長。SS基因疫苗是應(yīng)用基因工程方法研制的一種新型的促生長調(diào)節(jié)疫苗，利用基因工程技術(shù)，首先合成SS基因，再將該基因通過適當(dāng)?shù)拿盖形稽c改建后與HBsAg基因融合，最后插入疫苗病毒。將該病毒接種到雞胚或細(xì)胞上培養(yǎng)，即可產(chǎn)生出能表達(dá)HbsAg/SS融合蛋白的疫苗病毒活載苗，也簡稱為激生1號苗，它通過SS疫苗免疫的方法增加動物內(nèi)源性GH的分泌，促進(jìn)動物的生長。SS基因工程疫苗在生產(chǎn)應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的效果。王子榮等報道，SS基因工程疫苗可以提高羔羊的增重，增重效果在6周左右出現(xiàn)。孫元麟研究發(fā)現(xiàn)，低營養(yǎng)水平條件下應(yīng)用SS基因工程疫苗能顯著的提高生長豬的生長速度7.3%(p＜0.01)。蔡云珠對豬的實驗表明，SS基因工程疫苗能提高豬的日增重與飼料的轉(zhuǎn)化率。王恩秀等以SS基因工程疫苗免疫離乳大鼠和120 g左右的大鼠的實驗表明：SS基因工程疫苗能明顯的促進(jìn)120 g大鼠的生長，但對離乳大鼠沒有出現(xiàn)明顯的影響。結(jié)果提示，SS基因工程疫苗的促生長作用與動物的生長周期密切相關(guān)，所以在使用SS基因工程疫苗時應(yīng)考慮動物的生長發(fā)育階段。

3.Ghrelin基因質(zhì)粒對動物生長的影響。Ghrelin是Kojima在1999年發(fā)現(xiàn)的一個由28個aa殘基組成的腦腸肽，它具有促進(jìn)動物采食、促GH的釋放及促進(jìn)胃酸的分泌的功能，此外Ghrelin還具有其它廣泛的生物學(xué)功能，已經(jīng)引起人們廣泛的關(guān)注，成為近年來研究的熱點。Arvat等發(fā)現(xiàn)Ghrelin與GHRH對于GH的釋放具有協(xié)同效應(yīng)，即Ghrelin與GHRH聯(lián)合使用的促GH釋放作用大于兩者之和，因此人們對Ghrelin在畜牧業(yè)中的應(yīng)用前景給予了極高的熱情。解啟發(fā)等通過合成的方法獲得了Ghrelin目的基因，并經(jīng)生物工程的方法最終構(gòu)建了幾種Ghrelin的真核表達(dá)載體，將其肌肉注射給大鼠，RT-PCR分析結(jié)果表明，目的基因從注射5 d到30 d在注射部位均有表達(dá)，且含Ghrelin基因質(zhì)粒注射組大鼠血清中GH的濃度明顯高于對照組，其中構(gòu)建的pGEM-wt-sGhln質(zhì)粒注射組對大鼠的累積增重比對照組高出21%（P＜0.05），說明利用基因藥物的方法異位表達(dá)Ghrelin來促進(jìn)動物生長將來可以應(yīng)用到實踐生產(chǎn)。

4.微球介導(dǎo)基因質(zhì)粒在動物肌肉組織的表達(dá)及對動物生長的影響。基因藥物雖然具有成本低、穩(wěn)定性好、便于儲存、一針免疫的方式等優(yōu)點，但同時也存在著不完善的地方，如：基因轉(zhuǎn)移的效率低、質(zhì)粒和表達(dá)產(chǎn)物易被酶降解、啟動子活性易減弱等。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，以生物可降解材料PLGA為載體包裹藥物制備成微球后，不但克服了其存在的一些不足，而且還能延緩藥物降解、延長藥物釋放時間、靶向釋放、降低藥物毒性和刺激性。最近幾年，這一體系被廣泛的應(yīng)用于包裹基因。許多研究表明PLGA微球不僅可以很好地保護(hù)質(zhì)粒DNA，使其保持結(jié)構(gòu)的完整性以及具有抵抗核酸酶降解能力，而且有助于質(zhì)粒DNA的吸收和表達(dá)。在與其它轉(zhuǎn)染載體如非病毒載體的多聚體、陽離子脂質(zhì)體進(jìn)行比較后，發(fā)現(xiàn)其具有穩(wěn)定性高，安全性好，易于進(jìn)行表面修飾等特點，這為基因傳遞、基因疫苗、基因治療的研究提供了新思路。

任曉慧等肌注pcDNA3-GRF質(zhì)粒微球給小鼠，30 d后，小鼠的累積增重分別比質(zhì)粒組、質(zhì)粒+空白微球混合物、對照組高20.50%（P＜0.05）、20.60%（P＜0.05）和26.70%（P＜0.05）。給家兔肌注質(zhì)粒微球37 d后，累積增重分別比質(zhì)粒組、空微球組、鹽水組高58.23%（P＜0.01）、95.52%（P＜0.01）和、85.52%（P＜0.01）。由此可見，由微球介導(dǎo)GRF基因轉(zhuǎn)染可實現(xiàn)對動物生長的有效調(diào)控，肌肉注射pcDNA3-GRF質(zhì)粒微球的促生長效果明顯優(yōu)于注射裸質(zhì)粒，以PLGA微球包裹基因質(zhì)粒作為基因傳輸?shù)妮d體，可以大大提高基因的表達(dá)效率，同時克服了直接肌注GRF的缺點及不足。

三、結(jié)論

隨著社會的發(fā)展與人們生活水平的提高，人們對畜產(chǎn)品的數(shù)量及品質(zhì)的要求都在不斷的增加，這就要求動物生產(chǎn)者必須大量、高效地生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的畜產(chǎn)品來滿足人們的消費需求。運用傳統(tǒng)的營養(yǎng)調(diào)控手段促進(jìn)動物生長的空間日益的縮小，而運用生物技術(shù)手段通過調(diào)節(jié)GH的釋放來促進(jìn)動物生長逐漸成為一個有效可行的辦法。但目前推廣的運用調(diào)節(jié)GH來促進(jìn)動物生長的辦法都不同程度的存在問題，而基因工程的成果為調(diào)控動物生長開辟了一條途徑，尤其是SS基因質(zhì)粒、GRF基因質(zhì)粒及Ghrelin基因質(zhì)粒的開發(fā)與研制及新的導(dǎo)入方法的使用（微球介導(dǎo)基因質(zhì)粒技術(shù)），將給人們調(diào)控動物生長帶來新的局面。

參考文獻(xiàn)（略）