觸珠蛋白的生理功能及在奶牛上的應(yīng)用前景

向敏，程蕾，胡修忠，周源，余婕，劉曉華，王定發(fā)，周華

（武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院畜牧獸醫(yī)科學(xué)研究所，武漢 430208）

觸珠蛋白的生理功能及在奶牛上的應(yīng)用前景

向敏，程蕾，胡修忠，周源，余婕，劉曉華，王定發(fā)，周華

（武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院畜牧獸醫(yī)科學(xué)研究所，武漢 430208）

觸珠蛋白（haptoglobin，Hp）廣泛存在于人類和許多哺乳動物的血清及其他液體中，是一種應(yīng)急蛋白（acute phase protein APP）。其主要在肝臟合成，也可在肺、脂肪細(xì)胞以及子宮內(nèi)膜分泌。因此，觸珠蛋白的合成表達(dá)受多種相關(guān)因素的調(diào)節(jié)。據(jù)研究報(bào)道，觸珠蛋白可調(diào)節(jié)機(jī)體免疫，與哺乳動物的早期妊娠和機(jī)體免疫耐受都有密切關(guān)系。本文主要對Hp的結(jié)構(gòu)和功能及在奶牛疾病和早期妊娠診斷上的應(yīng)用前景作了介紹。

觸珠蛋白（hp）；早期妊娠診斷；標(biāo)志性蛋白

觸珠蛋白（haptoglobin，Hp）廣泛存在于人類和許多哺乳動物的血清及其他液體中，是一種應(yīng)急蛋白（acute.phase.protein.APP）。其主要在肝臟合成，也可在肺、脂肪細(xì)胞以及子宮內(nèi)膜分泌。因此，觸珠蛋白的合成表達(dá)受多種相關(guān)因素的調(diào)節(jié)。據(jù)研究報(bào)道，觸珠蛋白可調(diào)節(jié)機(jī)體免疫，與哺乳動物的早期妊娠和機(jī)體免疫耐受都有密切關(guān)系。本文對Hp的結(jié)構(gòu)和功能以及在奶牛疾病和早期妊娠診斷上的應(yīng)用前景作一簡單介紹。

1 觸珠蛋白的結(jié)構(gòu)多態(tài)性

觸珠蛋白的分子是由兩條輕鏈（α鏈）和兩條重鏈（β鏈）組成的四聚體，結(jié)構(gòu)類似免疫球蛋白。其中，α1包括α1s和α1F兩種亞型，各由84個(gè)氨基酸組成，分子量約為9.100。α2則由143個(gè)氨基酸構(gòu)成，分子量約為1.6萬。觸珠蛋白的α1和α2肽鏈由人類染色體的一對等位基因Hp1和Hp2所決定，呈共顯性遺傳。根據(jù)α鏈的不同類型，將Hp分為Hp1-1、Hp1-2和Hp2-2三種。Hp1-1由兩條α1鏈和兩條β鏈組成，Hp1-2由一條α1鏈、一條α2鏈和兩條β鏈組成，Hp2-2則是由兩條α2鏈和兩條β鏈組成。因此，組成Hp1-2和Hp2-2的是由一系列不同聚合程度的多聚體組成。

2 觸珠蛋白的表達(dá)

最初的研究認(rèn)為，觸珠蛋白僅在成年的哺乳動物肝臟內(nèi)合成，后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)在哺乳動物生殖系統(tǒng)的不同組織均有表達(dá)，包括兔子和人的子宮內(nèi)膜[1,2]、人和水牛的卵泡[3,4]、老鼠的睪丸和卵巢[5]中都有Hp.mRNA的表達(dá)。另外，在人體的子宮內(nèi)膜異位癥的組織及小腸上皮內(nèi)也有表達(dá)。Friedrichs[6]等人還用原位雜交技術(shù)觀察了Hp.mRNA在腎上腺素組織、肌肉組織、腦組織、附睪、胸腺組織、脾、淋巴組織、食道、胃、腸、腎臟、胎盤、卵巢和輸尿管等中的表達(dá)情況。

3 觸珠蛋白的生物學(xué)特性及功能

3.1 結(jié)合游離血紅蛋白

觸珠蛋白與游離血紅蛋白具有很高的親和力，可形成穩(wěn)定的Hp-Hb復(fù)合物。在紅細(xì)胞被破壞后，Hp與游離的Hb結(jié)合形成的復(fù)合物可被網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞迅速清除，但該復(fù)合物的分子量較大，不能通過腎小球基底膜隨尿液排出體外，故而可阻止亞鐵血紅素在腎小球的漏失，防止溶血導(dǎo)致的腎臟受損。

3.2 抗氧化活性

觸珠蛋白是一種非常有效的抗氧化劑，通過與游離的血紅蛋白結(jié)合，抑制血紅蛋白介導(dǎo)的自由羥基形成[7]，從而抑制亞麻酸和保護(hù)低密度脂蛋白被氧化，減少組織損傷以及血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷[8]。

3.3 抑制前列腺素

前列腺素在調(diào)節(jié)人體血小板聚集反應(yīng)過程中發(fā)揮著重要作用，有一定的抗炎作用。觸珠蛋白與血紅蛋白鏈接，使得前列腺素合成酶所必需的血紅素基團(tuán)活性被封閉，從而使得前列腺素合成酶活性降低，前列腺合成受阻，在一定程度上抑制炎癥的發(fā)生[9]。

3.4 調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能

觸珠蛋白在體內(nèi)具有免疫調(diào)節(jié)功能。能夠抑制中性粒白細(xì)胞[10,11]、T淋巴細(xì)胞[12]、B淋巴細(xì)胞[13,14]和人表皮朗格漢斯細(xì)胞活性[13]。觸珠蛋白可能結(jié)合了特殊的白細(xì)胞受體從而阻斷了配體-受體之間的活性[13]。在體外，觸珠蛋白可以維護(hù)免疫系統(tǒng)中Th1和Th2的平衡[14,15]，對Th2細(xì)胞因子的產(chǎn)生具有劑量依賴性抑制作用，而對Th1細(xì)胞因子的釋放僅有輕度抑制作用[15]。作為一種急性期的反應(yīng)蛋白，在免疫平衡中起到一定的作用。

3.5 抗菌作用

當(dāng)機(jī)體受損時(shí)，游離的Hb會給噬鐵性細(xì)菌提供鐵離子，使得細(xì)菌得以生長和繁殖。然而一旦Hb和Hp結(jié)合，細(xì)菌就不會有效地利用Hb中的鐵離子。因此，Hp可能是一種天然的間接抑菌劑。

3.6 血管生成作用

在血清中，觸珠蛋白是一種重要的血管生成因子，它能促進(jìn)新生血管的內(nèi)皮細(xì)胞增殖和分化[16]。當(dāng)機(jī)體或是組織出現(xiàn)創(chuàng)傷、炎癥或是腫瘤生長時(shí)，Hp可顯著升高，在組織修復(fù)和側(cè)枝血管發(fā)育中具有重要意義。

4 觸珠蛋白在奶牛上的應(yīng)用前景

4.1 觸珠蛋白與奶牛妊娠診斷

對于奶牛場來說，奶牛配種后的妊娠診斷是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在大型奶牛場主要使用人工授精技術(shù)，這一技術(shù)可以大幅度提高奶牛的繁殖效率，但同時(shí)要求進(jìn)行及時(shí)和準(zhǔn)確的早期妊娠診斷，避免奶牛胚胎丟失。早期人們通過觀察配種后奶牛是否有爬跨等發(fā)情行為，陰道內(nèi)是否有液體流出來判斷奶牛妊娠。后來牛場技術(shù)人員結(jié)合直腸檢查以及B超和實(shí)驗(yàn)室檢測技術(shù)來鑒定奶牛妊娠狀況。

奶牛的早期妊娠診斷是縮短產(chǎn)犢間隔的重要手段，如果在奶牛返情前檢查出妊娠失敗，這樣就能在生產(chǎn)上更早地實(shí)施管理對策，能夠讓生產(chǎn)者鑒別出空懷牛并進(jìn)行治療或者再次配種，縮短產(chǎn)犢間隔，降低飼養(yǎng)成本。所以，奶牛的早期妊娠診斷在當(dāng)今的養(yǎng)殖業(yè)中有舉足輕重的作用[17]。

近年來，隨著生物技術(shù)的進(jìn)步，超早期妊娠診斷、胚胎的存活及活力的評價(jià)、早期胚胎丟失的檢測等技術(shù)開始得到應(yīng)用，并越來越受到重視。而妊娠是一個(gè)復(fù)雜而精確調(diào)控的過程，從免疫學(xué)角度看：胚胎是一種半同種異體組織，卻未受到母體免疫排斥而存活，這是母體表現(xiàn)的免疫耐受狀態(tài)或妊娠免疫耐受，免疫耐受是胚胎存活的關(guān)鍵。但妊娠免疫耐受的機(jī)制復(fù)雜，迄今尚未闡明。大量的研究顯示胚胎植入著床（implantation）都是由細(xì)胞因子傳遞來完成[18]。細(xì)胞因子在胚胎和母體信號傳遞中扮演著重要的角色，胚胎形成初期可以控制細(xì)胞因子向母體發(fā)出信號，母體接收信號后又把信號返回胚胎，使得胚胎得以存活，妊娠正常進(jìn)行。

觸珠蛋白能夠在母體與胚胎之間傳遞信號。Herrler等[19]學(xué)者通過在兔子上的試驗(yàn)證明，觸珠蛋白在母體輸卵管排卵的時(shí)候開始分泌表達(dá)，而在胚胎中不表達(dá)，但是在胚胎外膜內(nèi)可以檢測到大量的觸珠蛋白。這也就是說在妊娠初期，胚胎把自身信號傳遞給母體的同時(shí)也接受了母體發(fā)出的信號，并儲藏起來直到胚胎植入母體前才釋放，這一信號的釋放過程是否誘導(dǎo)了母體免疫耐受機(jī)制，現(xiàn)在仍是諸多學(xué)者討論的課題。

在前期研究妊娠和空懷牛中的差異蛋白時(shí)發(fā)現(xiàn)觸珠蛋白在妊娠牛中一直處于下調(diào)，在空懷牛中處于上調(diào)。這與Maria[20]學(xué)者研究的觸珠蛋白在水牛妊娠胚胎中下調(diào)表達(dá)，在發(fā)育遲緩的胚胎中上調(diào)表達(dá)結(jié)論一致。對于導(dǎo)致這種反向差異的機(jī)理，研究人員猜測可能是干擾素（IFN）τ的干預(yù)，IFN-τ是奶牛妊娠識別的關(guān)鍵信號，可以阻止前列腺素的分泌，從而維持功能黃體。而觸珠蛋白的合成與前列腺素也有關(guān)系，當(dāng)胚胎植入母體前，觸珠蛋白大量釋放的同時(shí)，母體的IFN-τ也在分泌，前列腺素被抑制，觸珠蛋白也被抑制，孕體得以正常發(fā)育。如果這種假設(shè)能成立，就能夠解釋觸珠蛋白在妊娠和空懷牛上的反向差異這一現(xiàn)象。同時(shí)，也給我們一個(gè)啟示，觸珠蛋白可作為妊娠識別的標(biāo)志性因子，如果它的含量降低，說明母體與胚胎之間的識別運(yùn)行正常，反之亦然。這為判斷奶牛早期妊娠提供了一條新思路。

另外，還有一個(gè)現(xiàn)象值得關(guān)注：IFN-τ在開始的時(shí)候只是少量分泌，并不能抑制觸珠蛋白。而這段時(shí)期的觸珠蛋白是否在誘導(dǎo)妊娠免疫耐受，抑制母胎界面的T淋巴細(xì)胞，調(diào)節(jié)母體內(nèi)TH1、Th2型細(xì)胞因子的改變，并建立新的動態(tài)平衡，使得妊娠正常進(jìn)行，這些都需要我們深入探討。

4.2 觸珠蛋白與奶牛蹄病

早期測定觸珠蛋白及其相應(yīng)的應(yīng)急蛋白含量變化，能監(jiān)測反芻動物的炎癥感染狀況[21]。近年來，雖然奶牛生產(chǎn)管理水平日益提高，但奶牛蹄病的發(fā)生率依然居高不下，該病不僅影響到奶牛正常的生理活動，而且會造成奶牛泌乳量下降，淘汰率升高，嚴(yán)重影響奶牛場的經(jīng)濟(jì)效益。該病發(fā)生初期，奶牛全身癥狀不明顯，不易引起重視，直到突然出現(xiàn)跛行，精神沉郁，食欲下降才被重視。據(jù)最新研究報(bào)道，A.bagga等學(xué)者選取30頭蹄皮炎患牛和10頭健康奶牛，采集血樣檢測應(yīng)急蛋白（APP），研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與健康奶牛相比，蹄皮炎患牛中的血清淀粉樣蛋白A（SAA）升高3倍，觸珠蛋白（Hp）升高20倍。Hp的顯著升高對判斷早期奶牛蹄皮炎具有重要意義[22]。

4.3 觸珠蛋白與奶牛子宮內(nèi)膜炎

奶牛子宮內(nèi)膜炎能夠引起繁殖障礙（不孕癥），是奶牛不能正常受孕的一種臨床表現(xiàn)。特別是隱性子宮內(nèi)膜炎，一般在產(chǎn)后1個(gè)月發(fā)生，無外觀臨床癥狀，發(fā)情周期正常，但屢配不孕。直腸和陰道檢查無明顯變化。研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)，健康奶牛的Hp水平在22～140μg/mL，SAA水平在16～22μg/mL。而子宮內(nèi)膜炎患牛Hp水平會增加9倍以上，SAA則在35～99μg/mL之間[23]。數(shù)據(jù)分析顯示，子宮內(nèi)膜炎患牛Hp和SAA都會顯著升高，如果越來越高，則表明子宮內(nèi)膜炎越來越嚴(yán)重[24]。因此，Hp可作為診斷奶牛亞臨床子宮內(nèi)膜炎的生物學(xué)標(biāo)記，并且也是檢測治療效果的一類蛋白[25,26]。.

5 展望

觸珠蛋白作為一種應(yīng)急蛋白，其作為某些疾病的分子標(biāo)記物，在監(jiān)測奶牛相關(guān)疾病進(jìn)展及治療恢復(fù)情況，預(yù)測疾病預(yù)后等發(fā)揮著重要作用。而在妊娠免疫耐受機(jī)制上的研究，將會為探索奶牛早期胚胎丟失提供更廣闊的思路，并且也為奶牛的早期妊娠診斷提供新的研究方向和線索，具有重要的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

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S823.3

A

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10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.06.005

2017-01-03

武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院2016年英才計(jì)劃項(xiàng)目資助(CX201609-08)。

向敏（1981-），女，湖北武漢人，獸醫(yī)師，碩士，主要從事動物疫病診斷與繁殖育種的研究。

王定發(fā)。