生殖激素產(chǎn)品的應(yīng)用和發(fā)展趨勢

羅昊澍 ，張佳偉 ，師 磊 ，熊劍勝

（1.中國農(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，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，因而對豬場繁殖群體實(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長時(shí)間使用對生殖有抑制作用。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、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，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。前列腺素可以用來誘導(dǎo)母豬提前分娩或者同期分娩，便于對仔豬和母豬的護(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，但生殖激素的使用也帶來了一些問題。化學(xué)類生殖激素的過度使用會對動(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，對人類生殖健康產(chǎn)生重大危害。近年來我國不孕不育、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，對豬、牛、羊?qū)儆诋愒吹鞍祝L時(shí)間使用后動(dòng)物體內(nèi)會產(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%以上來源于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，對純化工藝的壓力小，可在無血清培養(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，市場空間非常廣闊。