吳 德 卓 勇 呂 剛 徐盛玉 林 燕車煉強 方正鋒 李 勇

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)研究所，雅安 625014;2.動物抗病營養(yǎng)教育部重點實驗室，雅安 625014;3.通威股份有限公司，成都 610000;4.廣西商大科技有限公司，南寧 530021)

母豬的繁殖活動是一項具有典型周期循環(huán)的系統(tǒng)工程，適時啟動發(fā)情周期是這項工程的樞紐。據(jù)報道，規(guī)模化豬場后備母豬不發(fā)情或發(fā)情推遲的比例達(dá)20% ～30%［1］。同時，因情期啟動失敗導(dǎo)致經(jīng)產(chǎn)母豬淘汰的比例高達(dá)30% ～40%，50%的母豬僅提供30～40頭斷奶仔豬就被淘汰［2-4］。雌性動物的情期啟動受復(fù)雜的神經(jīng)-內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)控，情期啟動體現(xiàn)在3個層面［5］:1)下丘腦促性腺激素釋放激素(gonadotropin-releasing hormone，GnRH)神經(jīng)元脈沖分泌;2)垂體腺在GnRH刺激下脈沖分泌促卵泡素(follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH)和促黃體素(luteinizing hormone，LH);3)性腺軸接收來自FSH和LH的脈沖信號，刺激排卵，由卵巢分泌的性腺激素(雌二醇)對下丘腦GnRH神經(jīng)元進(jìn)行正、負(fù)反饋調(diào)控。作為動物情期啟動的關(guān)鍵因素，GnRH的分泌調(diào)控是深入揭示動物情期啟動奧秘的關(guān)鍵組成部分。營養(yǎng)是動物繁殖活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，但營養(yǎng)代謝信號并不直接作用于GnRH神經(jīng)元，這表明下丘腦存在介導(dǎo)營養(yǎng)調(diào)控GnRH分泌的中間信號途徑。Kisspeptin(最初名為metastin)是由Kiss-1基因編碼的神經(jīng)內(nèi)分泌肽類激素，由Kisspeptin神經(jīng)元分泌，為G蛋白偶聯(lián)受體54(GPR54)的內(nèi)源性配體［9］。大量研究揭示，由下丘腦Kiss-1基因編碼的蛋白質(zhì)Kisspeptin，與其受體GRP54結(jié)合啟動的信號途徑是下丘腦GnRH脈沖分泌的關(guān)鍵信號［6-33］。下丘腦Kisspeptin神經(jīng)元表達(dá)營養(yǎng)代謝信號如胰島素(insulin)、瘦素(leptin)、胰島素樣生長因子-1(insulin like growth factor-1，IGF-1)的 受 體［28］，表 明Kisspeptin神經(jīng)元是營養(yǎng)調(diào)控動物情期啟動及卵泡發(fā)育的關(guān)鍵組成部分。

營養(yǎng)調(diào)控母豬情期啟動主要有2種代謝途徑:1)營養(yǎng)改變激素分泌(如瘦素、胰島素、胰島素樣生長因子)，調(diào)控情期啟動;2)營養(yǎng)改變血液代謝底物(metabolites)濃度，參與情期啟動調(diào)控。因此，本文重點討論營養(yǎng)調(diào)控母豬情期啟動的理論假設(shè)及分子機制。

1 營養(yǎng)調(diào)控后備母豬情期啟動的主要理論假設(shè)

總結(jié)前人研究，營養(yǎng)調(diào)控后備母豬情期啟動主要存在2種理論假設(shè)。

理論假設(shè)一:組織器官發(fā)育理論假說。母豬各組織和器官發(fā)育到一定閾值后才能啟動情期(圖1)。該理論認(rèn)為母豬體重和體組成是營養(yǎng)累積的綜合效應(yīng)，后備母豬在達(dá)到最低閾值的體重或者體組成之后才能啟動情期。“最低脂肪假說”提出雌性動物只有沉積一定比例的脂肪才會進(jìn)入青春期［34］。研究發(fā)現(xiàn)，瘦肉組織沉積對后備母豬情期啟動亦非常重要［35-37］。Oury 等［38］證實骨骼處于合成代謝時性腺才能正常發(fā)育。依據(jù)此理論假設(shè)，下丘腦存在響應(yīng)外周組織發(fā)育信號的組織和細(xì)胞，當(dāng)機體組織的生長和發(fā)育達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，觸發(fā)下丘腦中Kisspeptin表達(dá)和GnRH、LH脈沖分泌，動物由生長轉(zhuǎn)向繁殖。

圖1 組織器官發(fā)育與情期啟動Fig.1 Tissue organ development and estrus onset

理論假設(shè)二:雌激素回饋理論(gonadostat hypothesis)(圖2)。生長期體組織尚未發(fā)育完善時，雌激素主要通過下丘腦弓狀核(arcuate nucleus，ARC)區(qū)域Kisspeptin神經(jīng)元產(chǎn)生負(fù)反饋效應(yīng)，抑制性腺發(fā)育，防止早熟;當(dāng)體組織發(fā)育完善時，雌激素通過下丘腦前腹側(cè)室旁核(anteroventral periventricular nucleus，AVPV)Kisspeptin 神經(jīng)元產(chǎn)生正反饋效應(yīng)，動物啟動情期，加速卵泡發(fā)育［39］，雌激素回饋理論是確保動物體成熟和性成熟同步性的關(guān)鍵。下丘腦ARC是營養(yǎng)代謝信號作用靶點，生長期動物血液中營養(yǎng)代謝因子刺激ARC區(qū)域Kisspeptin的分泌，以保證對雌激素的負(fù)反饋抑制;當(dāng)動物體組織逐漸發(fā)育完善，營養(yǎng)儲備足夠時，雌激素負(fù)反饋抑制減弱，正反饋作用加強，動物性腺加速發(fā)育并啟動情期。

圖2 雌激素回饋理論與情期啟動Fig.2 Estrogen feedback hypothesis and estrus onset

2 營養(yǎng)對母豬情期啟動的影響及分子機制

2.1 能量

2.1.1 能量負(fù)平衡

能量負(fù)平衡導(dǎo)致后備母豬發(fā)情推遲甚至乏情。Zhou等［40］將已有2個正常發(fā)情周期的長大二雜后備母豬分別飼喂1.00和2.86 kg/d飼糧，連續(xù)限飼4個發(fā)情周期后，母豬出現(xiàn)營養(yǎng)性乏情。下丘腦 ARC和 AVPV區(qū)域上 Kiss-1、GPR54和GnRH mRNA表達(dá)量，以及垂體和卵巢上IGF-1R、FSH和LH mRNA表達(dá)量均發(fā)生了顯著變化，表明Kisspeptin/GPR54信號系統(tǒng)參與營養(yǎng)調(diào)控后備母豬情期啟動。Castellano等［41］發(fā)現(xiàn)禁食小鼠的情期啟動嚴(yán)重紊亂，血液中GnRH和LH等繁殖激素的水平下降，對小鼠中樞灌注Kisspeptin后，小鼠血液中GnRH和LH的水平顯著提高，并重新表現(xiàn)正常情期循環(huán)。繁殖系統(tǒng)處于養(yǎng)分分配末端，營養(yǎng)不足時養(yǎng)分優(yōu)先用于維持需要，并抑制繁殖活動。Owen等［42］研究了營養(yǎng)缺乏情況下繁殖活動受到抑制的分子機理，發(fā)現(xiàn)成纖維細(xì)胞生長因子21(fibroblast growth factor 21，F(xiàn)GF21)是營養(yǎng)不足情況下肝臟分泌的關(guān)鍵信號，營養(yǎng)不足時肝臟分泌的FGF21作用于視交叉上核(suprachiasmatic nucleus，SCN)神經(jīng)元，抑制 Kisspeptin分泌，推遲雌性動物的情期啟動及卵泡發(fā)育。同時，F(xiàn)GF21增加外周組織如骨骼肌、脂肪組織的胰島素敏感性，有利于機體在營養(yǎng)不足情況下優(yōu)先保證生存需要［43］。

母豬泌乳期情期循環(huán)終止，卵泡發(fā)育受到抑制，有2個方面的原因(圖3):1)Kisspeptin神經(jīng)元存在催乳素受體(PRL-R)，泌乳期高濃度催乳素通過其受體抑制 Kisspeptin分泌［44］，抑制下丘腦-垂體-性腺軸活性;2)泌乳母豬采食量低，泌乳量大，機體處于分解代謝，血液中瘦素、胰島素樣生長因子-1濃度降低，情期啟動和卵泡發(fā)育受阻。泌乳母豬能量負(fù)平衡導(dǎo)致實際生產(chǎn)中斷奶母豬不發(fā)情、受胎率低，增加母豬的淘汰率。有學(xué)者將泌乳期血液瘦素、胰島素等濃度恢復(fù)至正常生理水平，但是并未發(fā)現(xiàn)下丘腦Kiss-1基因表達(dá)量及卵泡發(fā)育恢復(fù)［45-46］。上述結(jié)果表明泌乳期乏情是一個復(fù)雜且多因素綜合作用的結(jié)果，只有動物機體組織恢復(fù)到“標(biāo)準(zhǔn)”體況后動物的情期啟動才能恢復(fù)。目前有關(guān)營養(yǎng)對泌乳母豬代謝狀態(tài)、雌激素正負(fù)反饋途徑、斷奶-發(fā)情分子機理的研究較少，待進(jìn)一步探索。

圖3 泌乳或營養(yǎng)限制導(dǎo)致母豬生理性乏情機制Fig.3 Mechanisms of the phvsiological anestrus of sows in lactation or nutrient restriction

動物機體發(fā)展了一套精準(zhǔn)的適應(yīng)性機制，讓下丘腦能夠準(zhǔn)確地感知外周組織的營養(yǎng)代謝狀態(tài)。能量負(fù)平衡時，外周代謝信號能夠快速、準(zhǔn)確地傳遞至下丘腦，養(yǎng)分分配轉(zhuǎn)向生存需要，繁殖軸活性抑制，說明下丘腦存在一套能量負(fù)平衡響應(yīng)機制感知并調(diào)控機體的繁殖活動(圖4)。Roland等［47］研究表明，GnRH神經(jīng)元細(xì)胞中的能量感受器腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)能夠感知細(xì)胞內(nèi)葡萄糖濃度，低葡萄糖濃度通過AMPK途徑抑制GnRH分泌。Zhang等［48］發(fā)現(xiàn)下丘腦ATP敏感型鉀離子通道可能參與機體能量負(fù)平衡對LH濃度的調(diào)控。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是機體廣泛表達(dá)的一種蛋白質(zhì)，通過中樞雷帕霉素處理抑制mTOR活性，下丘腦ARC區(qū)域的Kiss-1基因表達(dá)量受到顯著抑制，卵巢和子宮萎縮，小鼠的初情日齡顯著推遲［49］。Altarejos等［50］通過基因敲除模型，特異性敲除下丘腦環(huán)AMP響應(yīng)元件結(jié)合蛋白-1轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子［cyclic AMP responsive element-binding protein-1(Creb1)-regulated transcription coactivator-1，CRTC-1］，阻斷下丘腦對外周代謝狀態(tài)響應(yīng)通路，發(fā)現(xiàn)小鼠表現(xiàn)出肥胖且不育。進(jìn)一步研究證實，CRTC-1對繁殖活動的調(diào)控主要依賴Kisspeptin信號途徑，當(dāng)瘦素處理增加Kiss-1基因表達(dá)量的同時，CRTC-1與Kiss-1基因啟動子區(qū)域出現(xiàn)非常緊密的結(jié)合［50］。

圖4 下丘腦能量響應(yīng)機制對動物情期啟動的影響Fig.4 Influence of hypothalamic energy sensing mechanism on estrus onset

2.1.2 能量正平衡

本課題組研究表明，后備母豬飼糧中添加脂肪，可提高血液中瘦素濃度，增強下丘腦ARC區(qū)域瘦素信號途徑，后備母豬的初情日齡提前［51］。瘦素是反映能量代謝的關(guān)鍵代謝信號，對母豬的繁殖軸存在非常廣泛的影響［52］。體外培養(yǎng)大鼠的ARC神經(jīng)元，培養(yǎng)基中添加生理水平瘦素可通過蛋白酪氨酸激酶2(janus kinase 2，JAK2)/磷酸化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子與激活子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)信號途徑促進(jìn)Kisspeptin表達(dá)，誘導(dǎo)GnRH的體外分泌［53］。隨著瘦素對Kisspeptin信號途徑影響研究的深入，發(fā)現(xiàn)瘦素可直接作用于Kiss-1基因促進(jìn)Kisspeptin表達(dá)［54］。

過度飼喂或肥胖對會動物繁殖活動產(chǎn)生負(fù)面影響。本課題組體外培養(yǎng)下丘腦ARC神經(jīng)元后發(fā)現(xiàn)(圖5)，培養(yǎng)基中瘦素濃度過高時會抑制Kiss-1基因的表達(dá)豐度。高脂飼糧誘導(dǎo)DBA/2J小鼠肥胖［55］，下丘腦ARC神經(jīng)元Kiss-1的基因表達(dá)量顯著下調(diào)，且小鼠表現(xiàn)出不育。目前有關(guān)肥胖對動物情期啟動的分子機理的報道較少，肥胖者血液中FGF21濃度顯著提高，因此可能通過FGF21抑制下丘腦Kisspeptin表達(dá)抑制動物的下丘腦-垂體-性腺軸活性，但該假設(shè)尚待進(jìn)一步證實。

2.2 蛋白質(zhì)(氨基酸)

由于遺傳選育更趨向于選擇瘦肉型豬種，后備母豬蛋白質(zhì)沉積對情期啟動更為重要。后備母豬飼喂10%蛋白質(zhì)水平組比14%蛋白質(zhì)水平組的初情日齡推遲18.7 d［56］。研究發(fā)現(xiàn)，后備母豬瘦肉沉積量與初情日齡呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系［57］。小鼠限制采食量40%誘導(dǎo)營養(yǎng)性乏情后，分別給予富含碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)的飼糧，結(jié)果發(fā)現(xiàn)飼喂富含蛋白質(zhì)飼糧的小鼠能更快地恢復(fù)情期循環(huán)［58］。飼糧中單一氨基酸缺乏同樣導(dǎo)致情期啟動紊亂，研究發(fā)現(xiàn)，某一特定的氨基酸如蘇氨酸、賴氨酸、色氨酸、蛋氨酸、纈氨酸缺乏將導(dǎo)致發(fā)情周期紊亂［59］。由于氨基酸或者蛋白質(zhì)缺乏會導(dǎo)致機體蛋白質(zhì)處于分解代謝，當(dāng)Kisspeptin神經(jīng)元感知這種分解代謝時，繁殖軸活性減低，繁殖活動受到抑制(圖6)。

圖5 瘦素信號調(diào)控下丘腦ARC區(qū)域Kisspeptin表達(dá)的機制Fig.5 Mechanism of Kisspeptin expression in ARC area regulated by leptin signal

氨基酸對動物情期啟動的影響可能通過肝臟內(nèi)分泌胰島素樣生長因子-1介導(dǎo)。肝臟是動物機體的首要代謝器官，是感知動物能量平衡和代謝狀態(tài)的第1道“門”。胰島素樣生長因子-1是肝臟在機體處于合成代謝時分泌的代謝激素，血液循環(huán)中的胰島素樣生長因子-1有70%來自肝臟。胰島素樣生長因子-1廣泛參與動物的繁殖活動，對卵泡發(fā)育、胚胎存活均表現(xiàn)出積極效果。有關(guān)胰島素樣生長因子-1對后備母豬情期啟動的研究較少，已有的研究結(jié)果表明高濃度的胰島素樣生長因子 -1與雌性動物的早熟有關(guān)［60］。Roongsitthichai等［61］對80頭后備母豬按照初情日齡進(jìn)行劃分，發(fā)現(xiàn)初情日齡早于200 d的后備母豬血液中胰島素樣生長因子-1濃度高于初情日齡晚于200 d的后備母豬［(30.2±1.2)nmol/L vs.(25.4±1.1)nmol/L，P=0.002］。在牛上的研究表明，初情日齡與18月齡時的血清胰島素樣生長因子 -1濃度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系［62］。Fortes等［63］應(yīng)用單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)胰島素樣生長因子-1受體的SNP與動物初情日齡顯著相關(guān)。

下丘腦胰島素樣生長因子-1信號途徑直接參與雌激素正負(fù)反饋途徑對Kisspeptin神經(jīng)元的影響。通過中樞和外周灌注胰島素樣生長因子-1，6 h后小鼠AVPV區(qū)域的Kiss-1基因的表達(dá)量顯著提高。當(dāng)處理胰島素樣生長因子-1受體拮抗劑JB-1之后，胰島素樣生長因子-1對Kisspeptin神經(jīng)元的激活作用消失，雌激素的正負(fù)反饋調(diào)節(jié)效應(yīng)中斷［64］。胰島素樣生長因子-1的作用主要通過其受體介導(dǎo)的信號途徑發(fā)揮作用，Todd等［65］和Sun等［66］通過中樞灌注胰島素樣生長因子-1及其受體拮抗劑JB-1，證實了胰島素樣生長因子-1受體是雌激素正反饋作用和GnRH神經(jīng)元激活的必需組成部分，下丘腦胰島素樣生長因子-1信號途徑減弱，則動物的情期循環(huán)受到干擾。

2.3 維生素D3

實際生產(chǎn)中，光照影響后備母豬的情期啟動。光照影響體內(nèi)維生素D3的代謝，因此維生素D3可能參與調(diào)控動物的情期啟動。下丘腦-垂體-性腺軸均表達(dá)維生素D3受體，已有研究表明維生素D3缺乏動物繁殖能力受損，但是機理不詳［67-88］。最新研究證實，維生素D3缺乏導(dǎo)致雌性小鼠初情日齡推遲6 d，此外，維生素D3缺乏導(dǎo)致雌性成年小鼠無法維持正常的情期循環(huán)［69］。維生素D3廣泛參與下丘腦-垂體-性腺軸的細(xì)胞增殖和分化、激素分泌等活動，為了進(jìn)一步探索維生素D3影響小鼠情期啟動的作用靶點，對維生素D3缺乏或Cyp27b1基因缺失小鼠進(jìn)行外源促性腺激素處理，發(fā)現(xiàn)小鼠的垂體及卵巢功能并未受損，證實了下丘腦GnRH分泌抑制是維生素D3影響小鼠情期啟動的關(guān)鍵靶點［69］。骨骼代謝與維生素D3密切相關(guān)，因此維生素D3可能通過影響骨骼代謝影響動物情期啟動。Patterson等［70］觀察了431頭后備母豬初情啟動與骨骼發(fā)育的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)317頭180日齡之前啟動初情期的后備母豬無腿病發(fā)生;180日齡后發(fā)情的母豬中，高達(dá)16%的后備母豬因發(fā)生腿病而被淘汰。骨骼分泌蛋白骨鈣素(osteocalcin)已被證明可以調(diào)控動物的能量代謝，同時可作用于雄性動物繁殖組織而影響睪丸細(xì)胞的功能［39］，因此也可能參與雌性動物情期啟動的調(diào)節(jié)，但此領(lǐng)域研究甚少，有待進(jìn)一步證實。

圖6 蛋白質(zhì)限制推遲情期啟動的理論假設(shè)Fig.6 Theory hypothesis of estrus onset delayed by protein restriction

2.4 礦物元素

礦物元素廣泛參與調(diào)控細(xì)胞的增殖和分化、組織器官的發(fā)育。眾多微量元素如鐵、鋅、硒等被發(fā)現(xiàn)廣泛參與動物的繁殖活動，但是否調(diào)控動物的情期啟動及卵泡發(fā)育，相關(guān)研究較少。鎂是動物骨代謝和骨膠原生長和發(fā)育的必需礦物元素，其缺乏會導(dǎo)致生長和發(fā)育停滯。血液中鎂在生長發(fā)育期跨過血腦屏障的效率是成年期的4倍，更有趣的是，鎂十分容易在下丘腦中沉積。Pine等［71］在雌性生長大鼠第3腦室中灌注氯化鎂，發(fā)現(xiàn)可顯著刺激下丘腦促黃體素釋放激素(luteinizing hormone-releasing hormone，LHRH)基因表達(dá)量及血液LH濃度;此外，生長大鼠飼糧中添加10 mg/kg氯化鎂，血液中LH、FSH、雌二醇等繁殖激素的濃度顯著提高，且初情日齡顯著提前。通過體外研究［72］及體內(nèi)研究［73］進(jìn)一步證實了氯化鎂通過下丘腦鳥苷酸環(huán)化酶、胰島素樣生長因子受體、環(huán)氧合酶-2刺激下丘腦分泌LHRH及垂體分泌 LH。Srivastava等［74］進(jìn)一步證實，在飼糧中添加10 mg/kg的氯化鎂，大鼠血液GnRH濃度顯著提高，并且引起下丘腦情期啟動相關(guān)基因Kiss-1表達(dá)顯著上調(diào)，并誘發(fā)大鼠早熟(圖8)。在母豬養(yǎng)殖過程中，妊娠母豬便秘是困擾母豬健康的一大難題，在母豬飼糧中通常添加2～3 kg/t硫酸鎂以防止便秘。鑒于鎂對神經(jīng)內(nèi)分泌及繁殖系統(tǒng)的干擾效應(yīng)，因此在母豬飼糧配制時需足夠謹(jǐn)慎。

圖7 血液鎂干擾下丘腦GnRH分泌及性早熟機制Fig.7 Mechanism of GnRH secretion and precocious puberty interfered by blood manganese

3 表觀遺傳修飾和內(nèi)分泌干擾因子對雌性動物情期啟動的影響

雌性動物由生長向繁殖轉(zhuǎn)換過程中，表觀遺傳修飾發(fā)揮著決定性作用。Tomikawaa等［75］分別觀察了雌激素對下丘腦AVPV和ARC區(qū)域Kiss-1基因的表觀遺傳修飾狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)雌激素對AVPV神經(jīng)元的正反饋調(diào)控與Kiss-1基因的表觀遺傳修飾有關(guān)［75］。不同區(qū)域Kiss-1基因表達(dá)模式的改變反映了雌激素受體誘導(dǎo)的正負(fù)反饋調(diào)控敏感性的改變，是觸發(fā)情期啟動的關(guān)鍵生理過程［34］。Lomniczi等［76］對小鼠注射甲基化抑制劑，小鼠初情期推遲甚至消失。進(jìn)一步研究證實，小鼠正常情期啟動依賴于PcG(polycomb group)蛋白對Kiss-1基因啟動區(qū)域的一系列表觀遺傳修飾，導(dǎo)致Kiss-1基因表達(dá)量上調(diào)，促進(jìn)性腺發(fā)育及初情期來臨。

值得注意的是，基因的表觀遺傳修飾對外界環(huán)境十分敏感，尤其是具有內(nèi)分泌干擾效應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)。多酚A是廣泛存在于食品、飼料中的一種化學(xué)物質(zhì)，可誘導(dǎo)基因啟動子富含雙核苷酸“CG”的區(qū)域(即 CpG島)低甲基化。研究表明［77］，在 小 鼠 飼 糧 中 添 加 低 劑 量 多 酚 A(50 μg/kg)，可通過影響Kiss-1基因表達(dá)及GnRH神經(jīng)元數(shù)量誘發(fā)性早熟。苯甲雌二醇和甲氧氯具有明顯的類雌激素結(jié)構(gòu)，可顯著干擾動物的內(nèi)分泌狀態(tài)并誘發(fā)早熟［76］。研究表明，當(dāng)動物在發(fā)育早期被苯甲雌二醇和甲氧氯干擾時，下丘腦Kiss-1的基因表達(dá)及雌激素受體α(estrogen receptor α，ERα)基因啟動區(qū)域的甲基化模式改變，導(dǎo)致情期循環(huán)紊亂，繁殖系統(tǒng)提前衰退(圖8)，繁殖功能提前終止［78］。因此，母豬飼糧中應(yīng)特別關(guān)注重金屬、霉菌毒素、內(nèi)分泌干擾因子對母豬情期啟動及繁殖系統(tǒng)的損害。

4 小結(jié)

情期啟動是提高母豬終身繁殖成績的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。體組織的生長和發(fā)育是營養(yǎng)積累的結(jié)果，各器官組織只有在營養(yǎng)儲備達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后才能激活下丘腦Kisspeptin神經(jīng)元并觸發(fā)下丘腦-垂體-性腺軸活性，推動母豬由生長轉(zhuǎn)向繁殖，或由泌乳轉(zhuǎn)向發(fā)情。雌激素正負(fù)反饋效應(yīng)參與了營養(yǎng)調(diào)控情期啟動，但機理不詳，待進(jìn)一步研究。

圖8 毒素與內(nèi)分泌干擾因子干擾繁殖功能的理論假設(shè)Fig.8 Theoryhypothesis of reproduction function interfered by toxins and endocrine disruptors

［1］TUMMARUK P，TANTASUPARUKW，TECHAKUMPHU M，et al.Age，body weight and backfat thickness at first observed oestrus in crossbred Landrace × Yorkshire gilts，seasonal variations and their influence on subsequence reproductive performance［J］.Animal Reproduction Science，2007，99(1/2):167-181.

［2］LE COZLER Y，DAGORN J，LINDBERG J E，et al.Effect of age at first farrowing and herd management on long-term productivity of sows［J］.Livestock Production Science，1998，53(2):135-142.

［3］TUMMARUK P，LUNDEHEIM N，EINARSSON S，et al.Effect of birth litter size，birth parity number，growth rate，backfat thickness and age at first mating of gilts on their reproductive performance as sows［J］.Animal Reproduction Science，2001，66(3/4):225-237.

［4］ROONGSITTHICHAIA，CHEUCHUCHART P，CHATWIJITKUL S，et al.Influence of age at first estrus，bodyweight，and average daily gain of replacement gilts on their subsequent reproductive performance as sows［J］.Livestock Science，2013，151(2/3):238-245.

［5］PINILLA L，AGUILAR E，DIEGUEZC，etal.Kisspeptins and reproduction:physiological roles and regulatory mechanisms［J］.Physiological Reviews，2012，92(3):1235-1316.

［6］GOTTSCH M L，CLIFTON D K，STEINER R A.Kisspepeptin-GPR54 signaling in the neuroendocrine reproductive axis［J］.Molecular and Cellular Endocrinology，2006，254/255:91-96.

［7］PLANT T M，BARKER-GIBB M L.Neurobiological mechanisms of puberty in higher primates［J］.Human Reproduction Update，2004，10(1):67-77.

［8］TENA-SEMPERE M.GPR54 and kisspeptin in reproduction［J］.Human Reproduction Update，2006，12(5):631-639.

［9］OHTAKI T，SHINTANI Y，HONDA S，et al.Metastasis suppressor gene KiSS-1 encodes peptide ligand of a G-protein-coupled receptor［J］.Nature，2001，411(6837):613-617.

［10］LEE J H，MIELE M E，HICKS D J，et al.KiSS-1，a novel human malignant melanoma metastasis-suppres-sor gene［J］.Journal of the National Cancer Institute，1996，88(23):1731-1737.

［11］KOTANI M，DETHEUX M，VANDENBOGAERDE A，et al.The metastasis suppressor gene KiSS-1 encodes kisspeptins，the natural ligands of the orphan G protein-coupled receptor GPR54［J］.The Journal of Biological Chemistry，2001，276:34631-34636.

［12］SEMINARA S B，MESSAGER S，CHATZIDAKI E E，et al.The GPR54 gene as a regulator of puberty［J］.The New England Journal of Medicine，2003，349:1614-1627.

［13］DE ROUX N，GENIN E，CAREL J C，et al.Hypogonadotropichypogonadism due to loss of function of the KiSS1-derived peptide receptor GPR54［J］.The Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2003，100(19):10972-10976.

［14］KINOSHITA M，TSUKAMURA H，ADACHI S，et al.Involvement of central metastin in the regulation of preovulatory luteinizing hormone surge and estrous cyclicity in female rats［J］.Endocrinology，2005，146(10):4431-4436.

［15］DHILLO W S，CHAUDHRI O B，PATTERSON M，et al.Kisspeptin-54 stimulates the hypothalamic-pituitarygonadal axis in human males［J］.The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism，2005，90(12):6609-6615.

［16］NAVARRO V M， CASTELLANO J M，F(xiàn)ERNáNDEZ-FERNáNDEZR，etal.Effectsof KiSS-1 peptide，the natural ligand of GPR54，on follicle-stimulating hormone secretion in the rat［J］.Endocrinology，2005，146(4):1689-1697.

［17］NAVARRO V M， CASTELLANO J M，F(xiàn)ERNáNDEZ-FERNáNDEZ R，et al.Characterization of the potent luteinizing hormone-releasing activity of KiSS-1 peptide，the natural ligand of GPR54［J］.Endocrinology，2005，146(1):156-163.

［18］SHAHAB M，MASTRONARDI C，SEMINARA S B，et al.Increased hypothalamic GPR54 signaling:a potential mechanism for initiation of puberty in primates［J］.The Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2005，102(6):2129-2134.

［19］GREIVES T J，MASON A O，SCOTTI M A L，et al.Environmental control of kisspeptin:implications for seasonal reproduction［J］.Endocrinology，2007，148(3):1158-1166.

［20］KAUFFMANAS，PARK JH，MCPHIE-LALMANSINGH A A，et al.The kisspeptin receptor GPR54 is required for sexual differentiation of the brain and behavior［J］.The Journal of Neuroscience:the Official Journal of the Society for Neuroscience，2007，27(33):8826-8835.

［21］XU S Y，LINHER-MELVILLE K，YANG B B，et al.Micro-RNA378(miR-378)regulates ovarian estradiol production by targeting aromatase［J］.Endocrinology，2011，152(10):3941-3951.

［22］IRWIG M S，F(xiàn)RALEY G S，SMITH J T，et al.Kisspeptin activation of gonadotropin releasing hormone neurons and regulation of KiSS-1 mRNA in the male rat［J］.Neuroendocrinology，2004，80(4):264-272.

［23］HAN S K，GOTTSCH M L，LEE K J，et al.Activation of gonadotropin-releasing hormone neurons by kisspeptin as a neuroendocrine switch for the onset of puberty［J］.The Journal of Neuroscience，2005，25(49):11349-11356.

［24］PIELECHA-FORTUNNA J，CHU Z G，MOENTER S M.Kisspeptin acts directly and indirectly to increase gonadotropin-releasing hormone neuron activity and its effects are modulated by estradiol［J］.Endocrinology，2008，149(4):1979-1986.

［25］CLARKSON J，HERBISON A E.Postnatal development of kisspeptin neurons in mouse hypothalamus;sexual dimorphism and projections to gonadotropin-releasing hormone neurons［J］.Endocrinology，2006，147(12):5817-5825.

［26］DECOURTC，TILLETY，CARATY A，etal.Kisspeptinimmunoreactive neurons in the equine hypothalamus interactions with GnRH neuronal system［J］.Journal of Chemical Neuroanatomy，2008，36(3/4):131-137.

［27］RAMASWAMY S，GUERRIERO K A，GIBBS R B，et al.Structural interactions between kisspeptin and GnRH neurons in the mediobasal hypothalamus of the male rhesus monkey(Macaca mulatta)as revealed by double immunofluorescence and confocal microscopy［J］.Endocrinology，2008，149(9):4387-4395.

［28］NAVARROV M，TENA-SEMPERE M.Neuroendocrine control by kisspeptins:role in metabolic regulation of fertility［J］.Nature Reviews Endocrinology，2012，8(1):40-53.

［29］LENTS C A，HEIDORN N L，BARB C R，et al.Central andperipheral administration of kisspeptin activates go-nadotropinbut not somatotropin secretion in prepubertal gilts［J］.Reproduction，2008，135:879-887.

［30］ADACHI S，YAMADA S，TAKATSU Y，et al.Involvement of anteroventral periventricular metastin/kisspeptin neurons in estrogen positive feedback action on luteinizing hormonerelease in female rats［J］.The Journal of Reproduction and Development，2007，53(2):367-378.

［31］TOMIKAWA J，HOMMA T，TAJIMA S，et al.Molecular characterization and estrogen regulation of hypothalamic KISS1 gene in the pig［J］.Biology of Reproduction，2010，82(2):313-319.

［32］IEDA N，UENOYAMA Y，TAJIMA Y，et al.KISS1 gene expression in the developing brain of female pigs in pre-and peripubertal periods［J］.The Jounal of Reproduction and Development，2014，60(4):312-316.

［33］SMITH J T，CUNNINGHAM M J，RISSMAN E F，et al.Regulation of Kiss1 gene expression in the brain of the female mouse［J］.Endocrinology，2005，146(9):3686-3692.

［34］FRISH R E.Body fat，menarche，fitness and fertility［J］.Human Reproduction，1987，2(6):521-533.

［35］ARMSTRONG J D，BRITT J H.Nutritionally-induced anestrus in gilts:metabolic and endocrine changes associated with cessation and resumption of estrous cycles［J］.Journal of Animal Science，1987，65(2):508-523.

［36］ROZEBOOM D W，MOSER R L，CORNELIUS S G，et al.Body composition of postpubertal gilts at nutritionally induced anestrus［J］.Journal of Animal Science，1993，71(2):426-435.

［37］LENTS C A，REMPEL L A，KLINDT J，et al.The relationship of plasma urea nitrogen with growth traits and age at first estrus in gilts［J］.Journal of Animal Science，2013，91(7):3137-3142.

［38］OURY F，SUMARA G，SUMARA O，et al.Endocrine regulationof male fertility by the skeleton［J］.Cell，2011，144(5):796-809.

［39］MAYER C，ACOSTA-MARTINEZ M，DUBOIS S L，et al.Timing and completion of puberty in female mice depend on estrogen receptor α-signaling in kisspeptin neurons［J］.The Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2010，107(52):22693-22698.

［40］ZHOU D，ZHUO Y，CHE L.Nutrient restriction induces failure of reproductive functionand molecular changes in hypothalamus-pituitary-gonadal axisin postpubertal gilts［J］.Molecular Biology Reprots，2014，41(7):4733-4742.

［41］CASTELLANO J M，NAVARRO V M R，F(xiàn)ERNANDEZ-FERNANDEZ R，et al.Changes in hypothalamic KiSS-1 system and restoration of pubertal activation of the reproductive axis by kisspeptin in undernutrition［J］.Endocrinology，2005，146(9):3917-3925.

［42］OWEN B M，BOOKOUT A L，DING X S，et al.FGF21 contributes to neuroendocrine control of female reproduction［J］.Nature Medicine，2013，19(9):1153-1156.

［43］POTTHOFF M J，INAGAKI T，SATAPATI S，et al.FGF21 induces PGC-1alpha and regulates carbohydrate and fatty acid metabolism during the adaptive starvation response［J］.The Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2009，106(26):10853-10858.

［44］SONIGO C，BOUILLY J，CARRéN，et al.Hyperprolactinemia-induced ovarian acyclicity is reversed by kisspeptin administration［J］.The Journal of Clinical Investigation，2012，122(10):3791-3795.

［45］XU J，KIRIGITI M A，GROVE K L，et al.Regulation of food intake and gonadotropin-releasing hormone/luteinizing hormone during lactation:role of insulin and leptin［J］.Endocrinology，2009，150(9):4231-4240.

［46］TRUE C，KIRIGITI M A，KIEVIT P，et al.Leptin is not the critical signal for kisspeptin or luteinising hormone restoration during exit from negative energy balance［J］.Journal of Neuroendocrinology，2011，23(11):1099-1112.

［47］ROLAND A V，MOENTER S M.Glucosensing by GnRH neurons:inhibition by androgens and involvement of AMP-activated protein kinase［J］.Molecular Endocrinology，2011，25(5):847-858.

［48］ZHANG C G，BOSCH M A，LEVINE J E，et al.Gonadotropin-releasing hormone neurons express KATP channels that are regulatedby estrogen and responsive to glucose and metabolic inhibition［J］.The Journal of Neuroscience，2007，27(38):10153-10164.

［49］ROA J，GARCIA-GALIANO D，VARELA L，et al.The mammalian target of rapamycin as novel central regulator of puberty onset via modulation of hypothalamic Kiss1 system［J］.Endocrinology，2009，150(11):5016-5026.

［50］ALTAREJOS J Y，GOEBEL N，CONKRIGHT M D，et al.The Creb1 coactivator Crtc1 is required for ener-gybalance and fertility［J］.Nature Medicine，2008，14(10):1112-1117.

［51］ZHUO Y，ZHOU D S，CHE L Q，et al.Feeding prepubescent gilts a high-fat diet induces molecularchanges in the hypothalamus-pituitary-gonadal axis and predictsearly timing of puberty［J］.Nutrition，2014，30(7/8):890-896.

［52］BARB C R，HAUSMAN G J，LENTS C A.Energy metabolism and leptin:effects on neuroendocrine regulation of reproduction in the gilt and sow［J］.Reproduction in Domestic Animals，2008，43(Suppl.2):324-330.

［53］李方方.日糧能量來源對大鼠初情啟動的影響及調(diào)控機理研究［D］.博士學(xué)位論文.雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

［54］SMITH J T，ACOHIDO B V，CLIFTON D K，et al.KiSS-1 neurones are direct targets for leptin in the ob/ob mouse［J］.Journal of Neuroendocrinology，2006，18(4):298-303.

［55］QUENNELL J H，HOWELL C S，ROA J，et al.Leptindeficiency and diet-induced obesity reduce hypothalamic kisspeptinexpression in mice［J］.Endocrinology，2011，152(4):1541-1550.

［56］CUNNINGHAM P J，NABER C H，ZIMMERMAN D R，et al.Influence of nutritional regime on age at puberty in gilts［J］.Journal of Animal Science，1974，39(1):63-67.

［57］PATTERSON J L，BALL R O，WILLIS H J，et al.The effect of lean growth rate on puberty attainment in gilts［J］.Journal of Animal Science，2002，80(5):1299-1310.

［58］TORRE S D，RANDO G，MEDA C，et al.Amino acid-dependent activation of liver estrogen receptor alpha integrates metabolic and reproductive functions via IGF-1［J］.Cell Metabolism，2011，13(2):205-214.

［59］NARITA K，NAGAO K，BANNAI M，et al.Dietary deficiency of essential amino acids rapidly induces cessation of the rat estrous cycle［J］.PLoS One，2011，6(11):e28136.

［60］ROLDAN M B，WHITE C，WITCHEL S F.Association of the GAA1013→GAG polymorphism of the insulin-like growth factor-1 receptor(IGF1R)gene with premature pubarche［J］.Fertility and Sterility，2007，88(2):410-417.

［61］ROONGSITTHICHAI A，KOONJAENAK S，TUMMARUK P.Association among serum insulin-like growth factor-Ⅰ，backfat thickness，and age at first observed estrus in gilts［J］.Thai Journal of Veterinary Medicine，2013，43(1):41-48.

［62］JOHNSTON D J，BARWICK S A，CORBET N J，et al.Genetics of heifer puberty in two tropical beef genotypes in northern Australia and associations with heifer-and steer-production traits［J］.Animal Production Science，2009，49(6):399-412.

［63］FORTES M R S，LI Y T，COLLIS E，et al.The IGF1 pathway genes and their association with age of puberty in cattle［J］.Animal Genetics，2013，44(1):91-95.

［64］HINEY J K，SRIVASTAVA V K，PINE M D，et al.Insulin-like growth factor-Ⅰactivates KiSS-1 gene expression in the brain of the prepubertal female rat［J］.Endocrinology，2009，150(1):376-384.

［65］TODD B J，MERHI Z O，SHU J，et al.Hypothalamic insulin-like growth factor-Ⅰreceptors are necessary for hormone-dependent luteinizing hormone surges:implications for female reproductive aging［J］.Endocrinology，2010，151(3):1356-1366.

［66］SUN Y，TODD B J，THORNTON K，et al.Differential effects of hypothalamic IGF-Ⅰon gonadotropin releasing hormone neuronal activation during steroid-induced LH surges in young and middle-aged female rats［J］.Endocrinology，2011，152(11):4276-4287.

［67］OZKAN S，JINDAL S，GREENSEID K，et al.Replete vitamin D stores predict reproductive success following in vitro fertilization［J］.Fertility and Sterility，2009，94(5):1314-1319.

［68］SUN W，XIE H，JI J，et al.Defective female reproductive function in 1，25(OH)2D-deficient mice results from indirect effect mediated by extracellular calcium and/or phosphorus［J］.American Journal of Physiology:Endocrinology and Metabolism，2011，299(6):E928-E935.

［69］DICKEN C L，ISRAEL D D，DAVIS J B，et al.Peripubertalvitamin D3deficiency delays puberty and disrupts the estrous cycle in adult female mice［J］.Biology of Reproduction，2012，87(2):51.

［70］PATTERSON J L，BELTRANENA E，F(xiàn)OXCROFT G R.The effect of gilt age at first estrus and breeding on third estruson sow body weight changes and long-term reproductive performance［J］.Journal of Animal Science，2010，88(7):2500-2513.

［71］PINE M，LEE B，DEARTH R，et al.Manganese acts centrally to stimulate luteinizing hormonesecretion:a potential influence on female pubertaldevelopment［J］.Toxicological Science，2005，85(2):880-885.

［72］LEE B，HINEY J K，PINE M D，et al.Manganese stimulates luteinizing hormone releasing hormone secretion in prepubertal female rats:hypothalamic site and mechanism of action［J］.Journal of Physiology，2007，578:765-772.

［73］HINEY J K，SRIVASTAVA V K，DEES W L.Manganese induces IGF-1 and cyclooxygenase-2 gene expressionsin the basal hypothalamus during prepubertalfemale development［J］.Toxicological Science，2011，121(2):389-396.

［74］SRIVASTAVA V K，HINEY J K，DEES W L.Early life manganese exposure upregulatestumor-associated genes in the hypothalamus of female rats:relationship to manganese-induced precocious puberty［J］.Toxicological Science，2013，136(2):373-381.

［75］TOMIKAWAA J，YOSHIHISA U，OZAWAA M，et al.Epigenetic regulation of Kiss1 gene expression mediating estrogen-positive feedback action in the mouse brain［J］.The Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2012，109(20):E1294-E1301.

［76］LOMNICZI A，LOCHE A，CASTELLANO J M，et al.Epigenetic control of female puberty［J］.Nature Neuroscience，2013，16(3):281-289.

［77］LOSA-WARD S M，TODD K L，MCCAFFREY K A，et al.Disrupted organization of Rfami depathways in the hypothalamus is associated with advanced puberty in female rats neonatallyexposed to bisphenol A［J］.Biology of Reproduction，2012，87(2):28.

［78］GORE A C，WALKER D M，ZAMA A M，et al.Early life exposure to endocrine-disrupting chemicals causes lifelong molecular reprogramming of the hypothalamus and premature reproductive aging［J］.Molecular Endocrinology，2011，25(12):2157-2168.