動物繁殖激素產(chǎn)品現(xiàn)存的問題和創(chuàng)新

羅昊澍，閆 林，師 磊，熊劍勝

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院，北京 100083；2.北京偉杰信生物科技有限公司，北京 100085）

中國的畜牧業(yè)規(guī)模產(chǎn)值居全球首位，目前總產(chǎn)值每年穩(wěn)定在3萬億元人民幣左右。2016年，國務(wù)院印發(fā)的《全國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)劃（2016-2020年）》中明確提出，到2020年畜牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值比重要超過30%，而2018年我國畜牧業(yè)總產(chǎn)值僅占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的25.27%。同時(shí)《規(guī)劃》提出，要推進(jìn)以生豬和草食畜牧業(yè)為重點(diǎn)的畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，形成規(guī)?；?、集約化為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。

中國目前每年生豬出欄數(shù)在7億頭左右，其中年存欄母豬數(shù)量在4 000萬頭左右。2018年國內(nèi)暴發(fā)非洲豬瘟疫情，導(dǎo)致2018年年底能繁母豬的存欄量（約3 260萬頭）比非洲豬瘟暴發(fā)前的5月份（約4 200萬頭）下降20%左右。經(jīng)過2019年，能繁母豬的存欄量預(yù)計(jì)下降50%以上，存欄不超過2 000萬頭。巨大的市場需求缺口，導(dǎo)致豬肉價(jià)格猛漲，從而帶動全國的基本生活物資價(jià)格上升。非洲豬瘟對豬肉供應(yīng)和價(jià)格的影響，已經(jīng)引起國家層面的高度重視，中央已經(jīng)出臺各種措施推進(jìn)和加快國內(nèi)生豬的復(fù)養(yǎng)和生產(chǎn)。而快速復(fù)養(yǎng)的關(guān)鍵是要提高母豬繁殖性能，為了提高生豬養(yǎng)殖效率和降低生產(chǎn)成本，這要求全面或大量應(yīng)用同期發(fā)情、定時(shí)輸精技術(shù)等批次化生產(chǎn)繁殖技術(shù)，而科學(xué)運(yùn)用動物繁殖激素產(chǎn)品是批次化生產(chǎn)的核心所在。

目前國內(nèi)主要通過使用孕馬血清（PMSG）、人絨毛膜促性腺激素（HCG）、促性腺激素釋放激素（GnRH）以及其他化學(xué)激素等，來調(diào)節(jié)動物體內(nèi)生殖激素的分泌，從而達(dá)到促進(jìn)發(fā)情和解決發(fā)情障礙的目的[1-4]。從2016年開始，為了提高母豬的總體繁殖利用率，滿足國內(nèi)養(yǎng)殖高度集約化的生產(chǎn)要求，生豬養(yǎng)殖行業(yè)開始大力推廣批次化生產(chǎn)繁殖技術(shù)（同期發(fā)情和定時(shí)輸精），這對于繁殖激素產(chǎn)品提出了新的更高要求，所以正確把握繁殖激素產(chǎn)品的特性，開發(fā)出活性好、純度高、更安全、成本低的高品質(zhì)蛋白類繁殖激素產(chǎn)品，是提高我國乃至全球畜牧業(yè)發(fā)展效率的關(guān)鍵所在。

目前市面上的動物繁殖激素產(chǎn)品的分類和作用如下。

1 化學(xué)類性激素

在動物體內(nèi)由性腺 卵巢或睪丸產(chǎn)生，其基本結(jié)構(gòu)為甾體類化學(xué)激素，目前的上市產(chǎn)品均為人工化學(xué)合成產(chǎn)物，主要包括：

1）雄性激素：如睪酮、脫氧表雄酮等。可刺激公豬精子的產(chǎn)生，延長附睪中精子的壽命，促進(jìn)公豬性欲和維持第二性征。

2）雌激素：如雌酮、雌二醇等?？纱龠M(jìn)母豬發(fā)情和生殖道的生理變化；引起個(gè)體下丘腦的正反饋，形成促黃體素峰引發(fā)排卵。

3）孕激素：如孕酮、烯丙孕素等。主要是通過負(fù)反饋生殖調(diào)控機(jī)制抑制動物發(fā)情；烯丙孕素是國內(nèi)近2年上市的用于后備母豬同期發(fā)情的化學(xué)激素藥物。

4）前列腺素（PG）：是一種不飽和脂肪酸，主要用于促進(jìn)動物的黃體溶解，促進(jìn)卵泡啟動發(fā)育。

化學(xué)類性激素生物利用度比較低，大部分產(chǎn)物經(jīng)尿液或者糞便排出，釋放到環(huán)境中后很難被降解，并且這些類雌激素物質(zhì)通過水體、土壤、農(nóng)作物被人體攝入之后，對人類的生殖健康會產(chǎn)生重大危害。近20年來，我國人口的不孕不育、出生嬰兒缺陷、生殖系統(tǒng)疾病和腫瘤發(fā)病率居高不下，這與食物和環(huán)境中高含量類雌激素化學(xué)物質(zhì)的污染緊密相關(guān)。此外，化學(xué)類性激素的過度使用對動物的生殖內(nèi)分泌系統(tǒng)的干擾和危害比較大，并且可能導(dǎo)致激素殘留，引發(fā)食品安全問題。因此，從環(huán)境友好和人類健康的角度綜合考慮，應(yīng)該盡量減少或者禁止化學(xué)類性激素的使用，目前農(nóng)業(yè)農(nóng)村部也在出臺相應(yīng)的法律法規(guī)來減少該類化學(xué)藥物的使用。

2 蛋白類生殖激素

蛋白類生殖激素由動物下丘腦、垂體或胎盤組織細(xì)胞產(chǎn)生，目前上市產(chǎn)品為孕馬血清、孕婦尿液或豬垂體組織的提取物，其成本越來越高，且品質(zhì)較難保證。其優(yōu)點(diǎn)是蛋白類激素進(jìn)入動物體內(nèi)發(fā)揮作用后將會被全部代謝，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。

2.1 多肽類生殖激素

1）促性腺激素釋放激素（GnRH）：10肽結(jié)構(gòu)，是下丘腦產(chǎn)生的10肽，主要促進(jìn)垂體合成與分泌促卵泡素（FSH）和促黃體素（LH）。它除作用于垂體外，還作用于性腺、胎盤和其他組織，但是長時(shí)間使用GnRH或其高活性類似物，對生殖有抑制作用。

2）催產(chǎn)素（OXT）：10肽結(jié)構(gòu)，是下丘腦的視上核和室旁核產(chǎn)生的多肽類生殖激素，主要生理作用為刺激子宮平滑肌收縮，促進(jìn)分娩；刺激乳腺導(dǎo)管上皮組織細(xì)胞收縮，引起排乳。目前的上市產(chǎn)品為多肽合成儀生產(chǎn)，主要用于動物的人工授精，提高受精率；用于動物分娩，促進(jìn)子宮收縮，提高產(chǎn)仔率。

2.2 蛋白類促性腺激素

1）促卵泡素（FSH）：由垂體產(chǎn)生，促進(jìn)卵巢增長、卵泡發(fā)育和顆粒細(xì)胞增殖，常被用于超排[5，6]；

2）促黃體素（LH）：由垂體產(chǎn)生，在促卵泡素作用的基礎(chǔ)上，促使卵泡發(fā)育和成熟，主要作用為促進(jìn)排卵；

3）孕馬血清（PMSG）：其主要有效成分為eCG，來自孕馬的胎盤杯狀細(xì)胞，是一種高度糖基化的蛋白激素，兼有FSH和LH的雙重功能，也是目前誘導(dǎo)豬發(fā)情的常用藥物；

4）人絨毛膜促性腺激素（HCG）：來源于人胎盤的滋養(yǎng)細(xì)胞，有較豐富的糖基化，半衰期比LH長，所以在人類醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用于試管嬰兒，輔助生殖促排卵和提高受孕率，以及提高男性精子活力和數(shù)量；在動物繁殖領(lǐng)域主要用于催情、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，所以目前全世界范圍內(nèi)沒有上市的獸用重組生殖激素產(chǎn)品。目前人用重組FSH和HCG產(chǎn)品主要由默克雪蘭諾有限公司生產(chǎn)銷售，但是人用藥的成本非常高，并且人與動物之間存在物種的基因差異，所以無法應(yīng)用于動物繁殖領(lǐng)域。因此，克服哺乳動物細(xì)胞生產(chǎn)重組蛋白的高成本問題，與研發(fā)適合于動物基因?qū)俚漠a(chǎn)品是開發(fā)重組獸用生殖激素的關(guān)鍵所在。

目前全世界范圍內(nèi)只有提取類蛋白生殖激素（PMSG、HCG），其存在的問題如下：

1）原料來源有限、成本越來越高：孕馬血清和孕婦尿液的供應(yīng)越來越少，收集難、成本高，很多歐美國家因動物福利原因已禁止采集孕馬血清。

2）產(chǎn)品純度低、雜質(zhì)多：血清和尿液的成分復(fù)雜，含有較多雜質(zhì)和雜蛋白，通過低成本的純化工藝很難除去雜質(zhì)而獲得高純度的產(chǎn)品；如果增加純化工藝步驟，又會增加成本，使得產(chǎn)品售價(jià)增加。

3）產(chǎn)品存在病原污染風(fēng)險(xiǎn)：孕馬血液中可能含有馬屬動物的病毒等病原微生物，而人尿液的收集過程中又很難避免操作污染，所以提取產(chǎn)品中存在病原微生物的污染風(fēng)險(xiǎn)。并且提取類產(chǎn)品相對粗放的生產(chǎn)工藝很難避免內(nèi)毒素超標(biāo)的問題，可能導(dǎo)致動物的副作用。

4）免疫原性問題：PMSG為馬的絨毛膜促性腺激素，應(yīng)用于豬、牛、羊的繁殖，屬于異源蛋白，長時(shí)間使用后動物體內(nèi)會產(chǎn)生抗體，從而降低產(chǎn)品的使用效果。市面上的提取類產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)反復(fù)多次使用后需增加藥量的弊端。

5）產(chǎn)品批次穩(wěn)定性問題：因?yàn)槭占牟煌蔚脑旭R血清和人尿液所含有效成分波動較大，再加上提取類產(chǎn)品的工藝相對比較粗放，所以很難保證產(chǎn)品的批次穩(wěn)定性。

綜上所述，開發(fā)高品質(zhì)的基因重組獸用蛋白類生殖激素是大勢所趨。

3 開發(fā)高品質(zhì)的基因重組獸用蛋白類生殖激素

開發(fā)過程中，如何選擇合適的蛋白表達(dá)系統(tǒng)是關(guān)鍵。目前基因重組蛋白表達(dá)系統(tǒng)有兩類，原核表達(dá)系統(tǒng)主要為大腸桿菌；真核表達(dá)系統(tǒng)包括酵母、昆蟲細(xì)胞和哺乳動物細(xì)胞。

1）大腸桿菌原核細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)。大腸桿菌發(fā)酵具有工藝簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是大腸桿菌無法正確表達(dá)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。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。

2）酵母、昆蟲真核細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)。昆蟲及酵母等真核細(xì)胞雖能進(jìn)行有效的翻譯后修飾，但是其糖基化方式與動物體內(nèi)天然蛋白的糖基化修飾方式有較大差別，表達(dá)動物或人體相關(guān)藥物蛋白，通?；钚郧芳?。

3）哺乳動物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)。現(xiàn)在廣泛使用的哺乳動物細(xì)胞株為中國倉鼠卵巢細(xì)胞（CHO），目前上市的重組蛋白及抗體類藥物70%以上使用CHO細(xì)胞。哺乳動物細(xì)胞系統(tǒng)表達(dá)動物或人體內(nèi)的蛋白分子，具有很多優(yōu)勢：表達(dá)的產(chǎn)物在免疫原性和結(jié)構(gòu)上與動物體內(nèi)天然蛋白最為相似，可以進(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)，CHO細(xì)胞自身較少分泌內(nèi)源性雜質(zhì)蛋白，減輕了純化工藝的壓力；可懸浮培養(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)行大規(guī)模培養(yǎng)；能在無血清培養(yǎng)基中懸浮培養(yǎng)，有利于實(shí)現(xiàn)高密度、大規(guī)模生產(chǎn)。

目前在人類生殖領(lǐng)域，美國默克公司已經(jīng)利用基因重組開發(fā)出重組的FSH、HCG和LH產(chǎn)品，因其產(chǎn)品的高品質(zhì)在不孕不育醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域受到的全世界醫(yī)生和患者的高度認(rèn)可，全球銷售額超過百億元。然而因?yàn)椴溉閯游锛?xì)胞CHO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)，造成目前在全球范圍內(nèi)也沒有基因重組的獸用生殖激素產(chǎn)品[7，8]。目前，國內(nèi)已有公司正通過持續(xù)努力和技術(shù)攻關(guān)，致力于開發(fā)出基因重組的豬專用蛋白生殖激素產(chǎn)品。

綜上所述，只有利用先進(jìn)的生物技術(shù)并結(jié)合生物制藥的優(yōu)良工藝，不斷創(chuàng)新，才能開發(fā)出高品質(zhì)的動物繁殖激素產(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)，為提升我國乃至全球畜牧業(yè)的動物繁殖效率做出貢獻(xiàn)，為動物和人類的健康提供重要保證。