妊娠早期豬胚胎-母體識別相關(guān)基因研究進(jìn)展

甘建宇，臧旭鵬，蔣磊，洪林君

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，國家生豬種業(yè)工程技術(shù)研究中心，廣東廣州 510642）

妊娠早期過程中胚胎-母體的正常識別為胚胎成功附植提供了必要的前提條件。研究表明，豬在妊娠早期的胚胎-母體識別是一個動態(tài)調(diào)控過程，主要發(fā)生于妊娠第11～13 天，通過激素、生長因子和細(xì)胞因子等相互作用共同建立聯(lián)系。若豬胚胎-母體識別失敗，會導(dǎo)致胚胎死亡，窩產(chǎn)仔數(shù)減少，繁殖性能降低，豬場生產(chǎn)效益下降。本文綜述了妊娠早期過程中豬胚胎-母體識別相關(guān)基因的研究進(jìn)展，為進(jìn)一步研究豬胚胎-母體識別分子調(diào)控機(jī)制提供參考。

1 胚胎-母體識別過程

豬的早期妊娠階段從囊胚期開始，以胚胎在子宮中成功附植結(jié)束。在早期妊娠期間，豬胚胎細(xì)胞發(fā)生重塑，從而導(dǎo)致其形態(tài)學(xué)發(fā)生極大變化。豬胚胎在妊娠第7 天開始從透明帶中孵化，從直徑為2～6 mm 的球狀迅速變成管狀（100～150 mm），隨后在妊娠第10～12 天發(fā)育成絲狀（100～150 mm），并在妊娠第15 天進(jìn)一步伸長，達(dá)到800～1 000 mm。胚胎伸長能夠顯著增加胚胎與子宮內(nèi)膜的接觸面積，從而促進(jìn)胚胎與母體的識別。妊娠第11～13 天是胚胎-母體識別的關(guān)鍵時期，此階段胚胎開始分泌能啟動胚胎-母體識別的信號—雌二醇（E）。E分泌后作用于母體子宮上皮組織，使得子宮上皮細(xì)胞開始激活一種獨(dú)特的分泌機(jī)制，阻止子宮內(nèi)膜細(xì)胞分泌的前列腺素F2（PGF）通過內(nèi)分泌途徑進(jìn)入子宮靜脈的毛細(xì)血管。PGF的內(nèi)分泌通路受阻后，其通過外分泌途徑進(jìn)入子宮腔并被隔離在子宮腔進(jìn)行代謝，變成非活性形式的15 酮-13，14 二氫PGF（15 keto-13，14 dihydroPGF），對黃體（CL）不再產(chǎn)生溶解作用。PGF不再作用于CL 后，母體繼續(xù)維持CL 功能，并分泌孕酮（P）。E的合成和分泌不僅為妊娠期母體CL 的維持提供信號，而且可以調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜重塑相關(guān)基因，如白細(xì)胞介素-1（）、分泌型磷蛋白1（）和成纖維細(xì)胞生長因子7（）等的表達(dá)，這些基因在妊娠的圍著床期對胚胎滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞的轉(zhuǎn)變和胚胎滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞與子宮腔上皮（LE）細(xì)胞的黏附、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞遷移都有非常重要的作用。P被稱為“妊娠激素”，能夠調(diào)節(jié)增強(qiáng)子宮內(nèi)膜的容受性，為胚胎繼續(xù)發(fā)育和成功附植創(chuàng)造有利環(huán)境（圖1）。在妊娠第18 天左右，胚胎完成附植，胚胎滋養(yǎng)層上皮與LE 相互黏附，胎盤開始建立。若胚胎-母體妊娠識別受阻，則會導(dǎo)致胚胎死亡，降低母豬窩產(chǎn)仔數(shù)。

圖1 豬妊娠早期胚胎-母體識別過程[8,10]

2 胚胎-母體識別相關(guān)基因

母體子宮和胚胎之間需要生長因子、促黏附分子和細(xì)胞因子等相關(guān)分子來實(shí)現(xiàn)母胎間的信息交流，使得胚胎和母體發(fā)生特定的生理變化，為后續(xù)胚胎的附植和發(fā)育做好準(zhǔn)備。最近研究發(fā)現(xiàn)，整合素（）、連接蛋白（）和基因在豬胚胎-母體識別過程中發(fā)揮著重要功能。

2.1ITG 又被稱作整聯(lián)蛋白，是一個細(xì)胞表面受體家族，屬于異源二聚體結(jié)構(gòu)，亞基大小在120～180 kD，并且每個亞基都與亞基（90～110 kD）非共價結(jié)合。Zeng 等研究表明，在妊娠第10 天豬胚胎和的表達(dá)水平比第8 天更高，和基因的表達(dá)水平在第12 天比第10 天更高，表明這些很有可能參與了母體-胚胎識別過程。在豬中，ITG 通過SPP1 介導(dǎo)胚胎與子宮間的黏附。SPP1 是一種由細(xì)胞外基質(zhì)分泌的磷酸化蛋白，在妊娠第11 天由E誘導(dǎo)，開始在子宮內(nèi)膜表達(dá)，并分泌到子宮腔中。在豬體內(nèi)，SPP1 含有1個Arg-Gly-Asp（RGD）肽序列，這一序列能使滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞上的ITG與子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞上的ITG結(jié)合，從而使胚胎滋養(yǎng)外胚層與子宮內(nèi)膜黏附，激活離子轉(zhuǎn)運(yùn)體，促進(jìn)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運(yùn)和胚胎與母體的交流。的表達(dá)與胎兒大小和初生重存在著顯著關(guān)系，若表達(dá)受阻或延遲，會導(dǎo)致豬胚胎在伸長階段發(fā)生異常，不利于豬胚胎的存活，并降低同窩初生仔豬體況整齊度。

ITG 還能介導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長因子-（TGFB）來參與胚胎-母體識別。TGFB 是一類存在于不同物種胚胎圍著床期的細(xì)胞因子，具有調(diào)節(jié)囊胚分化、成熟以及著床過程中子宮和胚胎之間的識別、交流和黏附的功能。TGFB由1 個誘導(dǎo)TGFB 到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的信號肽、1 個N 端蛋白潛伏期相關(guān)肽（Latency Associated Peptide，LAP）和1個C 端成熟的細(xì)胞因子組成。由于C 端的細(xì)胞因子被N 端的LAP 包圍形成花圈樣結(jié)構(gòu)，不能與TGFB 受體結(jié)合發(fā)揮作用，因此正常情況下TGFB 在體內(nèi)以無活性的形式存在。LAP 中也含有1 個RGD 序列，這一序列能使豬胚胎滋養(yǎng)外胚層和子宮內(nèi)膜表達(dá)的特定ITG結(jié)合，使得LAP 結(jié)構(gòu)被破壞，此時被LAP 包圍的細(xì)胞因子得以暴露出來，與TGFB 受體結(jié)合，從而活化TGFB。

除含有RGD 的天然LAP（LAP-RGD），LAP 中也有一種重組突變體LAP-RGE，這一突變體會破壞ITG 與LAP 結(jié)合，使ITG 不能改變LAP 的空間結(jié)構(gòu)，從而不能介導(dǎo)的表達(dá)，但不會影響本身的表達(dá)。Massuto 等在豬妊娠第9 天將LAP-RGD注射入母豬子宮，發(fā)現(xiàn)胚胎早期的存活率和附著性增強(qiáng)，而注射了LAP-RGE 的胚胎存活率下降，且發(fā)育異常。這表明ITG 在豬胚胎-母體識別過程中對TGFB 的信號傳導(dǎo)起著重要作用。

2.2除了胞間黏附，細(xì)胞連接在細(xì)胞間交流中同樣也起著重要作用。參與細(xì)胞連接形成的基因主要為CXs 家族成員。CXs 也被稱為連接蛋白，位于細(xì)胞質(zhì)膜上，是組成縫隙連接的重要蛋白，其主要功能為建立細(xì)胞間的連接，為相鄰細(xì)胞之間的營養(yǎng)物質(zhì)、離子和小調(diào)節(jié)蛋白交換提供通路。在豬胚胎-母體識別過程中，參與縫隙連接合成的基因如縫隙鏈接蛋白（和）、縫隙鏈接蛋白（）、縫隙鏈接蛋白（）的表達(dá)都有上調(diào)。但在不同細(xì)胞類型中，它們的表達(dá)量各有差異，在LE 細(xì)胞、子宮腺上皮（GE）細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞都有表達(dá)，且在LE 細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)；在LE細(xì)胞、GE 細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)均上調(diào)，其中在LE細(xì)胞的表達(dá)量最高；僅在GE 中表達(dá)；僅在妊娠第12 天的LE 中表達(dá)。與人和嚙齒動物子宮內(nèi)膜和胎盤中連接蛋白的表達(dá)相比，豬的子宮內(nèi)膜和胎盤中的連接蛋白表達(dá)有明顯的差異。在人和嚙齒動物中，在GE 細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞中都有表達(dá)，在間質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)受到抑制，而在豬中，在GE 細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞都未表達(dá)，則在間質(zhì)細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，這一差異可能與豬的胎盤是非侵襲性胎盤有關(guān)。

連接蛋白-43（）是連接蛋白家族中最重要的成員之一，作為子宮肌層的一個“收縮相關(guān)蛋白”，目前已有較為深入的研究。研究表明，在大鼠和人體內(nèi)，P能抑制妊娠期間子宮肌層和子宮內(nèi)膜的表達(dá)，而E能誘導(dǎo)子宮肌層的表達(dá)。但在豬中，仍未有關(guān)于E和P對表達(dá)的影響的研究報道。Shin 等在豬胚胎早期發(fā)育過程中把基因敲除后，發(fā)現(xiàn)胚胎的線粒體膜電位和ATP 生成顯著降低，ROS 生成增加，閉鎖帶-1（Zonula Occludens-1，ZO-1）蛋白在細(xì)胞連接處的定位均受到抑制，從而誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激、自噬和凋亡。這一系列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明GJA1 在胚胎早期的發(fā)育中起著非常重要的作用，但其具體作用機(jī)制仍需進(jìn)一步的研究和闡明。

2.3在豬中，由于非侵襲性胎盤的原因，胚胎滋養(yǎng)層細(xì)胞不侵入母體子宮內(nèi)膜，而是與母體子宮內(nèi)膜細(xì)胞之間緊密接觸，因此會涉及到免疫排斥問題。白細(xì)胞介素（IL）是由細(xì)胞產(chǎn)生的一類細(xì)胞因子，其主要功能為調(diào)節(jié)免疫和炎癥反應(yīng)，對母體-胚胎識別起至關(guān)重要作用。其中IL1B 是一個主要的促炎癥反應(yīng)因子，在附植前通過胚胎釋放。Waclawik 等對附植前的球狀、卵球狀、管狀和絲狀胚胎進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)是豬胚胎從管狀向絲狀形態(tài)轉(zhuǎn)變過程中表達(dá)最為豐富的基因之一。在胚胎-母體識別過程中，IL1B 可能是通過激活子宮內(nèi)膜的炎癥途徑來產(chǎn)生的。這種炎性介質(zhì)可以介導(dǎo)母體的免疫反應(yīng)，使子宮內(nèi)膜的免疫排斥降到最低，從而接受胚胎的附植。

IL1B 表面有2 種受體，分別為IL1 受體1 型（IL1R1）和IL1 受體2 型（IL1R2），IL1R1 是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體，而IL1R2 是誘餌受 體。IL1R1 和IL1R2 都能與IL1B 結(jié)合并與IL1 受體輔助蛋白（IL1RAP）發(fā)生異源二聚化，形成信號傳導(dǎo)復(fù)合物啟動下游信號傳導(dǎo)。Ross 等研究表明，在妊娠第12 天，豬胚胎IL1B 的合成量急劇增加；而到第15～18 天時，胚胎與母體的附植已基本完成，此時的表達(dá)和分泌急劇下降，并在第18 天時降至最低。而和基因在妊娠第12 天和第15 天的LE 細(xì)胞和GE 細(xì)胞中的表達(dá)都顯著上調(diào)，其中在第12 天時的表達(dá)量最高，這與胚胎中的表達(dá)增加的時間是基本一致的，同時也表明來自胚胎的IL1B 是以自分泌和/或旁分泌的方式調(diào)節(jié)胚胎-母體識別的。

胚胎的IL1B 與IL1R1 和IL1RAP 一起啟動了IL1B信號系統(tǒng)，該信號系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜前列腺素（PG）合成相關(guān)基因如PG-內(nèi)過氧化物合成酶1（PGendoperoxide synthase 1，）、和唾液脂鈣蛋白（Salivary Lipocalin，）的表達(dá)來控制PG 分泌量。而PG，特別是PGF的分泌量與母體是否能繼續(xù)維持CL 功能息息相關(guān)，說明IL1B 介導(dǎo)的細(xì)胞信號系統(tǒng)是母體-胚胎識別過程的重要組成部分。

3 小結(jié)與展望

在豬早期妊娠過程中，為成功建立妊娠識別，胚胎在妊娠第12 天開始分泌關(guān)鍵性信號分子—E，從而延長母體CL 功能的時間。此外，E調(diào)節(jié)多種與胚胎-母體識別過程有關(guān)的基因的表達(dá)，使這一過程順利進(jìn)行并為胚胎的附植作好準(zhǔn)備。和是參與調(diào)控豬胚胎-母體識別的3 個關(guān)鍵基因，它們調(diào)節(jié)胚胎與母體進(jìn)行黏附、信息交流以及識別過程中涉及的重要激素，從而確保了胚胎-母體識別過程的正常進(jìn)行。目前國內(nèi)外雖然對影響胚胎-母體識別過程的相關(guān)基因有了一定的研究，但由于目前實(shí)驗(yàn)條件有限、豬囊胚完成形態(tài)轉(zhuǎn)變的時間極短以及缺乏足夠的體外系統(tǒng)知識來復(fù)制子宮內(nèi)的環(huán)境等原因，大多數(shù)基因的具體的調(diào)控機(jī)制仍不明確。因此深入研究豬胚胎-母體識別相關(guān)基因的調(diào)控機(jī)制將仍是未來研究的重點(diǎn)。