向 睿 何 琿 康 波 姜冬梅 馬 容 劉 月

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，雅安 625014)

動(dòng)物體內(nèi)的多胺主要包括腐胺、亞精胺和精胺，其代謝的穩(wěn)態(tài)受到機(jī)體的精密調(diào)控。多胺在細(xì)胞增殖過(guò)程中是必不可少的物質(zhì)，被認(rèn)為是一種生長(zhǎng)素，在生長(zhǎng)旺盛的組織中多胺的含量明顯高于其他組織［1－2］。研究表明，細(xì)胞內(nèi)多胺含量降低可抑制細(xì)胞的增殖并使細(xì)胞停留在G1期;而細(xì)胞內(nèi)多胺含量過(guò)多，也可使細(xì)胞過(guò)度增殖誘導(dǎo)癌變［3－4］。在雄性動(dòng)物中，睪丸中的支持細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞能夠合成多胺，而且多胺合成受雄激素的調(diào)控［5］，除此之外，精子的運(yùn)動(dòng)能力與精漿中亞精胺和精胺的含量呈正相關(guān)［6］。在雌性動(dòng)物中，多胺合成受卵泡刺激素(FSH)和黃體生成素(LH)的調(diào)控，卵巢中多胺含量減少可導(dǎo)致小鼠卵泡發(fā)育停滯［7］。多胺合成受到抑制時(shí)，非洲爪蟾卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂停滯，進(jìn)而影響卵母細(xì)胞成熟［8］。因此，多胺對(duì)動(dòng)物繁殖具有重要的調(diào)控作用，廣泛參與配子發(fā)生、卵泡發(fā)育和排卵等多個(gè)繁殖過(guò)程。本文就多胺的生物合成及其調(diào)控動(dòng)物繁殖的作用機(jī)制進(jìn)行綜述，旨在為多胺調(diào)控動(dòng)物繁殖的研究提供參考。

1 多胺的生物合成及調(diào)控因素

1.1 多胺的生物合成

生物體內(nèi)多胺主要來(lái)源于食物、腸道菌群和體內(nèi)生物合成。多胺體內(nèi)生物合成及其穩(wěn)態(tài)的維持受到機(jī)體精密的調(diào)控，在生物體中鳥(niǎo)氨酸途徑是合成多胺的唯一途徑［9－10］。真核細(xì)胞中，多胺從L－鳥(niǎo)氨酸轉(zhuǎn)化而來(lái)。鳥(niǎo)氨酸脫羧酶(ornithine decarboxylase，ODC)是多胺代謝過(guò)程中的第1個(gè)限速酶，能催化L－鳥(niǎo)氨酸脫羧生成腐胺，腐胺與去羧基S－腺苷甲硫氨酸(decarboxylated S-adenosylmethionine，SAM)結(jié)合，通過(guò)亞精胺合成酶(spermidine synthase，SRM)轉(zhuǎn)移胺丙基生成亞精胺，后者再以類似的方式在精胺合成酶(spermine synthase，SMS)的催化作用下生成精胺［11－12］。近來(lái)又發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)型精胺氧化酶(spermine oxidase，SMOX)可直接將精胺轉(zhuǎn)化為亞精胺［13］。多胺在體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的維持受到多種酶的精確調(diào)控，其中鳥(niǎo)氨酸脫羧酶抗酶(ornithine decarboxylase antizyme，OAZ)和鳥(niǎo)氨酸脫羧酶抗酶抑制因子(antizyme inhibitor，AZIN)是多胺穩(wěn)態(tài)維持的重要調(diào)節(jié)因子。當(dāng)動(dòng)物細(xì)胞中多胺含量增加時(shí)，OAZ基因被誘導(dǎo)翻譯全長(zhǎng)的具有生物活性的蛋白質(zhì)，后者可與ODC形成異源二聚體，進(jìn)而抑制多胺的生物合成，同時(shí)抑制細(xì)胞膜上多胺轉(zhuǎn)運(yùn)體的活性，抑制多胺的攝入。當(dāng)細(xì)胞中多胺含量降低時(shí)，AZIN分泌增加并競(jìng)爭(zhēng)性抑制OAZ的活性，同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞膜上多胺轉(zhuǎn)運(yùn)體的活性［14］。

1.2 性激素與多胺的生物合成

雄激素可以調(diào)控睪丸支持細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞多胺合成［15］。閹割兔的ODC活性顯著降低，并且前列腺中的多胺含量也明顯下降;用睪酮處理閹割兔后發(fā)現(xiàn)，ODC的活性得以恢復(fù)。另外，小鼠體內(nèi)ODC基因表達(dá)還受FSH和LH的調(diào)控。給摘除垂體的小鼠注射FSH和LH后發(fā)現(xiàn)，ODC基因表達(dá)量顯著升高;體外培養(yǎng)小鼠睪丸支持細(xì)胞時(shí)，加入FSH后發(fā)現(xiàn)，ODC的酶活和表達(dá)量均增加，培養(yǎng)液中的精胺和腐胺的含量也顯著升高［16］。另外，ODC的活性還受人絨毛膜促性腺激素(hCG)的調(diào)控，在發(fā)情前期的小鼠卵巢中，hCG能特異性的刺激卵泡膜細(xì)胞中的ODC基因表達(dá)，并能提高ODC蛋白質(zhì)的活性［17］。ODC蛋白質(zhì)定位在卵泡的特定區(qū)域，腔前卵泡和囊狀卵泡中大量存在，ODC蛋白質(zhì)的分布位置與LH和hCG受體的分布位置相似，用hCG和FSH處理體外培養(yǎng)的顆粒細(xì)胞可促進(jìn)ODC基因的表達(dá)［18］。然而，新近的研究發(fā)現(xiàn)，在牛的子宮和卵泡組織中，ODC和AZIN基因的表達(dá)不受牛排卵期子宮內(nèi)膜中內(nèi)分泌激素的調(diào)控［19］。由此可見(jiàn)，固醇類激素對(duì)多胺代謝酶表達(dá)及其生物活性的調(diào)控作用可能存在種間差異，然而其具體原因及其內(nèi)在分子調(diào)控機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究闡明。

2 多胺調(diào)控雄性動(dòng)物的繁殖

2.1 精子發(fā)生

多胺的合成與精子發(fā)生有緊密的聯(lián)系，OAZ是多胺代謝過(guò)程中的重要調(diào)控酶，其家族成員包括 OAZ1、OAZ2、OAZ3 和 OAZ4，其中 OAZ3 基因只在精子中大量表達(dá)［20－21］。研究發(fā)現(xiàn)，OAZ3基因只在精子生成的后期有大量表達(dá)，這種在精子生成過(guò)程中集中的、短時(shí)間的大量表達(dá)，提示OAZ3基因在精子生成后期的突然累積使精子中多胺的含量突然下降，該過(guò)程對(duì)精子的發(fā)生有至關(guān)重要的作用［22］。有研究對(duì)這一結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證，動(dòng)物睪丸中過(guò)表達(dá)ODC影響精子的生成的原因可能是OAZ3基因在精子生成后期的正常表達(dá)不足以抑制過(guò)表達(dá)的ODC的活性，從而導(dǎo)致了精子生成的異常［23］。用酵母菌雙雜合篩選法研究發(fā)現(xiàn)，OAZ3蛋白質(zhì)能與配子發(fā)育蛋白1(gametogenetin protein-1，GGN-1)相互作用，可能對(duì) GGN-1活性有抑制作用［24］。也有研究表明，OAZ3對(duì)精子生成的影響是通過(guò)調(diào)節(jié)磷酸酶活性而不是通過(guò)調(diào)控多胺的生成途徑來(lái)完成的［25］。目前關(guān)于OAZ3調(diào)控精子發(fā)生的具體機(jī)制還需要進(jìn)一步研究闡明。除此之外，Rubinstein等［26］研究表明，處于低含量的精胺可誘導(dǎo)獲能的牛精子發(fā)生頂體反應(yīng)，而較高含量的精胺則具有抑制作用。由此可見(jiàn)，精液中適當(dāng)含量的多胺既可以防止精子過(guò)早的獲能，又可以防止頂體反應(yīng)過(guò)早的發(fā)生。因此，多胺及其代謝因子在精子生成和精子受精能力上均具有重要調(diào)控作用。

2.2 精子活力

多胺是已知最古老的人類前列腺分泌的分泌物，在小鼠和人類的精漿中精胺的含量顯著高于其他組織或體液［27－28］。Calandra 等［29］研究表明，在不育男性精漿中，亞精胺和精胺含量明顯低于正常男性。治療男性少精癥的SAM可增加多胺含量，同時(shí)可提高精子的數(shù)量和活力。另?yè)?jù)報(bào)道，精子的運(yùn)動(dòng)能力與精漿中亞精胺和精胺的含量呈正相關(guān)，在弱精癥患者的精液中加入適量的亞精胺或L－精氨酸能夠增加精子的運(yùn)動(dòng)能力。精胺具有激活體外培養(yǎng)小鼠和豚鼠輸精管中未激活精子的功能［30］。由此可見(jiàn)，精胺具有前列腺分泌液的部分功能。另外，體外培養(yǎng)大鼠未成熟精細(xì)胞時(shí)，添加精胺能夠增加精細(xì)胞的糖酵解及腺苷酸環(huán)化酶的活性，提示多胺影響精子活力的功能可能是通過(guò)調(diào)控精細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)和能量代謝來(lái)實(shí)現(xiàn)的。另有研究表明，山羊高精子活力精液中的多胺含量顯著高于低精子活力精液，這可能是由于多胺具有調(diào)控精子膜蛋白磷酸化的作用，進(jìn)而使山羊精子的活力顯著升高［31］。然而，有關(guān)多胺影響精子活力的具體機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

3 多胺調(diào)控雌性動(dòng)物的繁殖

3.1 卵泡發(fā)育

二氟甲基鳥(niǎo)氨酸(difluoromethylornithine，DFMO)是多胺合成過(guò)程中的特異性抑制劑，它能與ODC特異性結(jié)合并誘導(dǎo)其泛素化降解，使細(xì)胞中的多胺含量降低。研究發(fā)現(xiàn)，給發(fā)育未成熟的小鼠注射DFMO能夠使其卵巢和卵泡發(fā)育停滯［17，32］。注射 DFMO 后，小鼠血液中的孕酮和雌激素的含量顯著降低，卵泡的發(fā)育停滯，甚至出現(xiàn)卵泡凋亡的情況。同時(shí)，注射孕馬血清促性腺激素(PMSG)、hCG和DMFO的小鼠血液中的孕酮和雌激素的含量沒(méi)有明顯增加，其排卵時(shí)間和排卵數(shù)量也沒(méi)有明顯提前或增加。由此可見(jiàn)，多胺合成受到抑制時(shí)，能夠抵消PMSG和hCG對(duì)小鼠的促排卵作用［33］。卵泡組織是繁殖期間生長(zhǎng)最快的組織，卵泡細(xì)胞中多胺的含量顯著高于其他組織。我們前期的研究發(fā)現(xiàn)，多胺生物合成關(guān)鍵酶OAZ1基因在鵝產(chǎn)蛋期卵巢組織中表達(dá)量顯著高于產(chǎn)蛋前期，產(chǎn)蛋期鵝卵泡迅速生長(zhǎng)并排卵，高表達(dá)的OAZ1基因可能通過(guò)抑制多胺的生物合成，進(jìn)而抑制卵泡發(fā)育和成熟，這可能是鵝產(chǎn)蛋性能較低的原因之一［34］。在OAZ1和OAZ2基因組織表達(dá)的研究中發(fā)現(xiàn)，在鵝卵巢組織中OAZ1和OAZ2基因都有較高的表達(dá)，但OAZ1基因的表達(dá)量是OAZ2基因的26.62倍，說(shuō)明OAZ1在調(diào)控四川白鵝卵泡發(fā)育的過(guò)程中起了主導(dǎo)作用［35］。如上所述，卵巢中多胺合成受到性激素的調(diào)控，多胺合成受阻時(shí)血液中固醇類激素的含量降低，進(jìn)而影響卵巢卵泡的發(fā)育。此外，多胺與一些固醇類激素在刺激卵泡發(fā)育過(guò)程中可能存在協(xié)同作用，然而其具體機(jī)制還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

3.2 卵子發(fā)生及排卵

目前的研究表明，哺乳動(dòng)物ODC與生殖細(xì)胞減數(shù)分裂的啟動(dòng)有關(guān)［36］。排卵前期恢復(fù)減數(shù)分裂之后，囊狀卵泡卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中ODC的含量增加［17］。更多的關(guān)于多胺對(duì)卵子發(fā)生的研究集中在兩棲動(dòng)物。孕酮或hCG能夠促進(jìn)非洲爪蟾卵泡的成熟，與此同時(shí)伴隨著ODC活性的增加。ODC活性的增加發(fā)生在生發(fā)泡破裂第一極體分離的階段，ODC基因表達(dá)時(shí)間和空間上的特異性暗示了ODC對(duì)非洲爪蟾卵母細(xì)胞的成熟存在一個(gè)因果關(guān)系。進(jìn)一步的研究證實(shí)了這一假設(shè)，DFMO處理非洲爪蟾卵泡，導(dǎo)致卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂停滯，進(jìn)而影響卵母細(xì)胞的成熟。Zhou等［8］將ODC干擾表達(dá)載體注射到非洲爪蟾的卵母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，卵母細(xì)胞在減數(shù)第2次分裂時(shí)，細(xì)胞中出現(xiàn)了大量的活性氧，誘發(fā)卵母細(xì)胞的凋亡。此外，用DMFO處理發(fā)情前的雌性小鼠，小鼠垂體中多胺含量下降，同時(shí)血液中LH和催乳素的含量也下降，排卵數(shù)量減少。因此，多胺的代謝過(guò)程受到抑制或促進(jìn)都會(huì)對(duì)雌性動(dòng)物卵子發(fā)生、卵泡發(fā)育和排卵等多個(gè)生理過(guò)程產(chǎn)生重要的影響，進(jìn)一步的研究應(yīng)致力于多胺調(diào)控雌性動(dòng)物繁殖的分子機(jī)制方面。

4 小結(jié)

多胺對(duì)動(dòng)物繁殖具有重要的調(diào)控作用。在雄性動(dòng)物繁殖過(guò)程中，多胺參與調(diào)控精子發(fā)生過(guò)程，并可影響精子的活力。在雌性動(dòng)物繁殖過(guò)程中，多胺及其代謝酶可參與調(diào)控卵子發(fā)生、卵泡發(fā)育和排卵過(guò)程。因此，多胺穩(wěn)態(tài)的維持對(duì)動(dòng)物繁殖具有至關(guān)重要的作用。然而，目前有關(guān)多胺調(diào)控動(dòng)物繁殖的研究多停留在其代謝通路受到阻斷或促進(jìn)時(shí)動(dòng)物繁殖功能的變化方面，而有關(guān)多胺調(diào)控動(dòng)物繁殖的信號(hào)傳導(dǎo)途徑以及多胺與性激素之間的交互作用方面還有待進(jìn)一步研究。

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