(1.桐鄉(xiāng)市畜牧獸醫(yī)局，浙江 桐鄉(xiāng) 314500；2.桐鄉(xiāng)眾成湖羊?qū)I(yè)合作社； 3.浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院)

1 前言

BMP-15和GDF-9是兩個(gè)已經(jīng)被廣為認(rèn)知的生長(zhǎng)因子，均由卵母細(xì)胞分泌，在卵丘細(xì)胞與卵母細(xì)胞的正常發(fā)育中發(fā)揮著重要作用[1]。卵母細(xì)胞分泌的可溶性旁分泌因子被稱(chēng)為卵母細(xì)胞分泌因子(OSFs)，OSFs最重要的成員之一就是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)。TGF-β超家族的成員對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育具有廣泛而深遠(yuǎn)的影響。眾多TGF-β配體、受體和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)蛋白在卵巢中表達(dá)，對(duì)正常卵泡發(fā)育至關(guān)重要。這些成員先被合成為前原肽，再通過(guò)蛋白酶加工轉(zhuǎn)化為活性成熟蛋白質(zhì)。原型TGF-β被確認(rèn)為控制細(xì)胞增殖的分泌因子[2]。研究發(fā)現(xiàn)，在哺乳動(dòng)物中有40多個(gè)TGF-β家庭成員，根據(jù)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑，可分為兩大類(lèi)：BMP/GDF和活化素/TGF-βs[3]。因?yàn)檫@些蛋白質(zhì)具有促進(jìn)卵丘擴(kuò)張和卵母細(xì)胞成熟能力，所以卵泡內(nèi)TGF-β超家族成員的激活可以極大地提高妊娠率[4]。TGF-β1型受體(TGFβR1)是TGF-β配體的主要1型受體，其中TGFβR1的主要作用是控制雌性生殖道的完整性和功能，其介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)通路的阻斷會(huì)導(dǎo)致輸卵管和子宮的結(jié)構(gòu)和功能異常[5]。

BMP是TGF-β家族的重要成員，是控制脊椎動(dòng)物發(fā)育的多功能調(diào)節(jié)因子[6]。BMP首次發(fā)現(xiàn)時(shí)就已被證實(shí)在胚胎發(fā)育中起著關(guān)鍵作用[7]。BMP-15是一種與X染色體連鎖并在卵母細(xì)胞中表達(dá)的特異性生長(zhǎng)因子[8]，主要作用是刺激卵泡發(fā)生和顆粒細(xì)胞生長(zhǎng)。由卵巢細(xì)胞合成的生長(zhǎng)分化因子(GDF)也是TGF-β家族成員，直接影響卵母細(xì)胞的生長(zhǎng)和功能[9]。GDF-9在卵巢卵母細(xì)胞中表達(dá)，并作為哺乳動(dòng)物卵巢卵泡發(fā)生必需的常規(guī)因子[10]。

2 BMP-15和GDF-9對(duì)繁殖功能的調(diào)控

2.1刺激卵泡發(fā)育 BMP-15作為常規(guī)因子發(fā)揮作用，刺激卵泡發(fā)生和顆粒細(xì)胞(GC)生長(zhǎng)。GDF-9則作為哺乳動(dòng)物卵巢卵泡發(fā)生必需的常規(guī)因子起作用。BMP-15和GDF-9對(duì)于正常的卵丘細(xì)胞功能和卵母細(xì)胞發(fā)育起重要作用，兩者的功能通常通過(guò)相互協(xié)同來(lái)完成。

2.2遺傳表達(dá) BMP-15和GDF-9在遺傳和細(xì)胞信號(hào)層面上存在相互作用。BMP-15和GDF-9之間遺傳水平的相互作用是通過(guò)雜合子突變體動(dòng)物并分析所得后代生殖表型的實(shí)驗(yàn)中被發(fā)現(xiàn)的[11]。而GDF-9和BMP-15在人胚腎-293T細(xì)胞中共表達(dá)時(shí)，在生物化學(xué)水平上同源二聚體和異源二聚體的形成則第一次揭示了BMP-15和GDF-9之間細(xì)胞信號(hào)與蛋白質(zhì)水平的相互作用[12]。

2.3增強(qiáng)卵母細(xì)胞的發(fā)育 BMP-15和GDF-9可以增強(qiáng)卵母細(xì)胞的發(fā)育能力。BMP-15和GDF-9的完整補(bǔ)體對(duì)卵母細(xì)胞的發(fā)育和功能至關(guān)重要[13]。有數(shù)據(jù)表明，完全生長(zhǎng)的卵母細(xì)胞通過(guò)卵母細(xì)胞分泌的旁分泌因子調(diào)節(jié)其自身微環(huán)境的能力可能反過(guò)來(lái)有助于卵母細(xì)胞的發(fā)育能力[14]。另一方面，有證據(jù)表明OSF對(duì)COC微環(huán)境的調(diào)節(jié)是卵母細(xì)胞發(fā)育編程的重要決定因素。在母羊中，針對(duì)BMP-15或GDF-9肽的短期免疫導(dǎo)致排卵率增加，但是對(duì)釋放卵母細(xì)胞的受精能力、受精的卵母細(xì)胞獲取正常胎兒發(fā)育的能力以及免疫母羊足月懷孕的能力沒(méi)有明顯的不利影響[15]。除此之外，BMP-15和GDF-9的生理學(xué)研究也表明其存在抑制排卵或增加排卵率并增強(qiáng)后代生產(chǎn)力的作用[11]。

2.4維護(hù)卵巢功能 BMP-15和GDF-9在卵巢功能中起協(xié)同作用。在該水平，完整BMP-15和GDF-9等位基因的劑量直接影響卵泡發(fā)生期間和卵巢周?chē)涯讣?xì)胞的命運(yùn)[16]。同時(shí)綿羊的相關(guān)性實(shí)驗(yàn)表明，GDF-9分泌的減少可能導(dǎo)致卵巢功能?chē)?yán)重缺陷的純合BMP-15突變體綿羊的不育[12]。過(guò)去有小鼠實(shí)驗(yàn)證明，存在GDF-9缺陷的卵母細(xì)胞比對(duì)照卵母細(xì)胞生長(zhǎng)更快，卵泡生長(zhǎng)在3b型階段停止[17]。它表明GDF-9在調(diào)節(jié)卵泡生長(zhǎng)中起著關(guān)鍵作用。在水牛中也有類(lèi)似的情況[18]。但是在青春期前的山羊中，GDF-9似乎并沒(méi)有在提高胚胎發(fā)育能力方面發(fā)揮作用[19]。這說(shuō)明GDF-9的作用可能存在著種族差異。

3 BMP-15和GDF-9基因突變性

在攜帶突變的雜合或純合哺乳動(dòng)物中，BMP-15和GDF-9中的一些突變導(dǎo)致生育力提升或者不育增加，以及引起生育疾病。在人類(lèi)、牛和許多品種的綿羊中，多次排卵并不常見(jiàn)。研究結(jié)果表明，BMP-15對(duì)女性生育能力至關(guān)重要，卵巢衍生因子的自然突變可以劑量敏感的方式引起排卵率增加和不育表型[20]。以前的實(shí)驗(yàn)證明，BMP-15和GDF-9基因的突變與綿羊排卵率和不育性都有關(guān)。GDF-9基因突變導(dǎo)致排卵率增加和不育也由此揭開(kāi)[21]。

BMP-15和GDF-9中的突變也會(huì)引發(fā)一系列生殖問(wèn)題。GDF-9突變可能是一些年輕女性卵巢儲(chǔ)備減少(DOR)的主要原因[22]。同時(shí)，GDF-9突變可能是人類(lèi)卵巢早衰(POF)的一種潛在因素[23]。人BMP15的天然突變與高促性腺激素引起的卵巢功能衰竭有關(guān)[24]。這也表明BMP-15缺陷與GDF-9缺陷參與人類(lèi)高促性腺激素引發(fā)的卵巢功能衰竭的發(fā)病機(jī)制。同時(shí)，已經(jīng)在患有原發(fā)性卵巢功能不全(POI)的女性中鑒定了BMP-15和GDF-9基因的突變[25]。這意味著原發(fā)性卵巢功能不全也可能源于這兩者的基因突變。

動(dòng)物也存在與人類(lèi)相同的現(xiàn)象，人類(lèi)也許可以利用BMP-15和GDF-9中發(fā)生的遺傳變異來(lái)提高動(dòng)物，特別是家畜的生育能力。有一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)ecXBar是一種新型BMP-15突變，該突變導(dǎo)致了突尼斯綿羊的繁殖力提升和雌性不育。這意味著該突變提供了一種有價(jià)值的遺傳工具用于控制突尼斯羊的繁殖力[26]。許多其他綿羊品種也存在同樣的現(xiàn)象[27]。研究指出，除了BMP-15和GDF-9之外，還有另一種叫做BMPR1B的基因在部分綿羊中起著類(lèi)似的作用。這種情況表明，在通過(guò)改造BMP-15和GDF-9提高畜牧業(yè)生產(chǎn)率之前，需要排除其他基因與生長(zhǎng)因子的影響，這其中許多問(wèn)題有待解決。

5 展望

綜上所述，BMP-15和GDF-9在哺乳動(dòng)物生育能力方面的重要地位已經(jīng)通過(guò)許多實(shí)驗(yàn)得到了明確。但兩者之間存在一些復(fù)雜的相互作用，以及環(huán)境的影響。這意味著還需要進(jìn)一步探討更多相關(guān)機(jī)制才能更好地利用?？紤]到BMP-15和GDF-9與許多生殖疾病之間的關(guān)聯(lián)，無(wú)論是人還是動(dòng)物，明確兩者之間發(fā)揮作用以及相互影響的機(jī)制有利于更好地治療和預(yù)防相關(guān)生殖疾病。同時(shí)，兩種基因的自然變異性和產(chǎn)生的相應(yīng)現(xiàn)象是未來(lái)提高家畜生產(chǎn)力的模板和方向。