家畜繁殖学-第二章.ppt

,第二章 生殖激素,一、 调节繁殖机能的器官和组织 大脑边缘系统（下丘脑、垂体） 性腺 其它器官和组织,第一节 概述,（一） 下丘脑,下丘脑内侧区主要神经核团和垂体示意图,垂体由前叶、中叶、后叶组成，其中前叶与后叶为主要部分。前叶主要是腺体组织，又称腺垂体；后叶主要为神经部，又称神经垂体。不同动物垂体中叶发育程度不一，牛、马发育良好，但猪则不很发达。,（二）垂体,此外，子宫、胎盘、松果腺，甲状腺、胰岛等器官所分泌的激素或生长因子不同程度、不同范围的参与动物繁殖机能。,生殖激素：与动物生殖活动有直接关系，生殖激素通常由内分泌腺体(无管腺)产生的，故又称为生殖内分泌激素。 次要生殖激素：与生殖活动无直接关系，但可影响机体的生长和发育及代谢机能而间接影响生殖机能，如GH等。,三、 生殖激素的种类,1. 按化学性质分类,含氮激素：FSH、LH、hCG 类固醇激素:E、P、T 脂肪酸类激素：PG,松果腺素：MLT 脑部激素 下丘脑释放激素：GnRH 垂体促性腺激素:FSH、LH 性腺激素：E、A、P 孕体激素：PMSG 组织激素：PG 外激素,（一）合成 1.结构基因转录、翻译合成(蛋白质、大分子肽类) 2.胞内酶系催化合成(类固醇、小分子肽类等) 激素的合成往往先合成分子量较大的激素原(prohormone)或激素前体(prehormone)，然后酶解，脱下分子量较小而有生物活性的激素。,四、生殖激素的合成、贮存及调节,（二）贮存 1.下丘脑和垂体分泌的激素，分泌后贮存在腺体内，刺激后释放。 2. 类固醇激素合成后直接释放至细胞外液。 进入血液中的激素，少量（约5%）呈游离状态，大部分与结合蛋白质（binding protein，BP）或载体蛋白质（carrier protein，CP）结合。,（三）释放 表分泌(epicrine) ：通过相邻细胞的缝隙连接。 神经内分泌(neurocrine)：神经元胞体合成后贮存于轴突，以扩散形式通过神经元的突触间隙。 旁分泌(paracrine）：局部激素释放后，通过细胞外液间隙弥散至邻近靶细胞以传递局部信息。 外分泌(exocrine) ：由管道排泄至体外。 自分泌(autocrine）：细胞一部分影响另一部分，影响细胞器。,（四）调节 正反馈与负反馈 长反馈或长回路反馈(外周血生殖激素 如E2、P对下丘脑和垂体激素释放的调节） 短反馈或短回路反馈（垂体激素对 下丘脑激素释放的调节） 超短反馈（下丘脑自身）,（五）作用特点 特异性（必须与受体结合） 活性丧失快（半衰期） 高效性 与所处生理时期及用量和方法有关 具有协同或抗衡的作用 生物学活性取决于分子结构,(六）作用机理,第二节 神经激素,一、 下丘脑激素,下丘脑神经分泌细胞： 大型神经内分泌细胞，位于视上核和室旁核，分泌加压素和催产素等肽类激素，此类激素储存于垂体后叶需要时释放入血液。 小型神经内分泌细胞，位于下丘脑结节组（促垂体区），通过垂体门脉系统调节腺垂体的功能。,2. 主要下丘脑激素 （一）促性腺激素释放激素,简称GnRH， gonadotrophin releasing hormone 来源:由分布于下丘脑内侧视前区、下丘脑前部、弓状核、视交叉上核的细胞分泌 。 促黄体素释放激素(LH-RH或LRH）、促卵泡素释放激素(FSH-RH）、LH-RF（LRF）、FSH-RF Schally等(1971年），165000头猪的下丘脑组织、12步分离和提取。,激动剂与拮抗剂： 激动剂：促排I号，促排II号，促排III号。 巴塞林(Buserelin, 又名Receptal或HOE766）等 拮抗剂：天然GnRH第6位和第10位氨基酸发生变化后，生物活性增强，而其他位置的氨基酸发生变化后，生物活性降低。,公畜：高级中枢位于大脑基底部中枢神经边缘系统 母畜：呈节律性变化，三种反馈机制调控其分泌 雌激素：正反馈，但一般情况负反馈调节 孕酮：强烈的负反馈调节 垂体GTH：短负反馈作用 GnRH：超短反馈调节 脑干中神经递质直接调节,GnRH分泌的调节,紧张中枢(tonic center）：位于下丘脑的弓状核和腹内侧核，控制GnRH的持续释放量。雌激素对该中枢有负反馈调节作用。 周期中枢(cyclic center）：位于视上束交叉及内侧视前核。受雌激素的正反馈调节，从而在排卵前出现雌激素分泌高峰。孕酮对该中枢有抑制作用，因此大量分泌的孕酮(如黄体期和妊娠期）对GnRH的分泌有抑制作用，并阻遏雌激素对垂体分泌的刺激作用。,GnRH分泌调节中枢,生理剂量的GnRH可以引起垂体LH和FSH的释放和合成 1.雄性:促进精子发生和增强性欲的作用 2.雌性:诱导发情、排卵，提高配种受胎率 临床上治疗雄性动物性欲减弱、精液品质下降，雌性动物卵泡囊肿和排卵异常等症；提高受胎率，增加产仔数。 长时间或大剂量应用GnRH或高效类似物会产生“抗生育作用”,GnRH的生理作用及应用,20世纪初发现，垂体抽提液能刺激血管收缩、使机体血压升高，并引起子宫平滑肌收缩和泌乳等。 1954年，分离纯化得到催产素(oxytocin, OXT）和加压素(vasopressin，VP；抗利尿素，antidiuretic hormone，ADH）纯品，并阐明其化学结构与功能的关系。,二、催产素,由室旁核和视上核合成后，与运载蛋白结合运输，在神经垂体中贮存并释放。 一般动物同时存在OXT和VP，唯原口类鱼仅有8-精加催素(又称管催产素）前半部象OXT、后半部象VP。 前体经三级酶降解。,刺激乳腺导管肌上皮细胞收缩（排乳） 刺激子宫平滑肌的收缩（分娩） 刺激子宫分泌前列腺素（发情） 卵巢黄体分泌（溶黄） 加压素功能,催产素的生理功能,促进分娩。 治疗胎衣不下、子宫出血和促进子宫内容物的排出,催产素的应用,松果体肿瘤 性早熟（1896） 牛松果体提取物使青蛙皮肤褪色的物质命名褪黑激素（melatonin，MLT）（ 1959，Lerner ） 分泌多种激素：MLT、VT、TRH、OXT、胺类等。,三、松果体激素,又名褪黑素或降黑素，化学名称为N乙酰5甲氧-色胺。 在松果体和下丘脑内含量最高，其次是交感神经、卵巢、肾上腺、睾丸、垂体和甲状腺。某些变温动物的的眼睛、脑部和皮肤亦能合成MLT。黑暗能刺激其合成，光照则能抑制释放。,MLT,松果腺是调节动物季节性繁殖的主要器官 松果体节律性活动类型： 日节律性：MLT的合成与分泌在24h内周期性变化，禽类产蛋 月节律性：一个月内的周期变化，发情周期 年节律性：季节性繁殖,对性腺发育和生殖细胞的生成有直接影响，仓鼠对光照时间的变化、松果体切除和提供外源松果体激素非常敏感，若24h中光照时间短于12.5h，成年雄性仓鼠的睾丸萎缩，生精作用停止，睾酮和促乳素水平降低，附性器官萎缩，下丘脑促性腺激素释放激素和垂体促性腺激素水平下降。 对于长日照动物（狐狸、马）等，抗生殖作用。由于长白昼，褪黑素浓度低，导致促乳素降低进而使下丘脑促性激素释放激素、垂体促性激素释放，从而促进生殖。,松果体分泌的其他激素,催产素、促甲状腺激素释放激素、促性腺激素释放激素、催产素、中催产素、睡眠诱导肽等肽类物质。 大鼠、牛和羊等哺乳动物松果体所含的GnRH比下丘脑内水平高46倍。 Orts等人于1980年从牛松果体中分离得到的三肽，分子结构为苏氨酸丝氨酸赖氨酸，具有明显的抗性腺机能的作用。人工合成的这种三肽也具有类似作用。,GTH( gonadtropic hormone) 卵泡刺激素(FSH) 促黄体素(LH) 促乳素（PRL）,第三节 促性腺激素,一、垂体促性腺激素,促卵泡素 FSH：Follicle stimulating hormone，促卵泡素（follitropin） 分子量：猪29000，绵羊2500030000或3270033800，马32600，人30000 在垂体中的含量较少，提取和纯化较难，并在分离过程中较易破坏。半寿期(HL)约为5h。 化学特性：糖蛋白质激素，、-亚基组成。 同种动物：糖蛋白质激素的基本相同，差异较大。 异种动物：变异较大，变异较小。 -亚基与动物种属特异性有关，而-亚基主要决定糖蛋白质激素的特异性生物活性。,雌性：刺激卵巢生长，增加卵巢重量；刺激卵泡生长发育。 雄性：促进生精上皮细胞发育和精子的形成。,FSH功能,FSH分泌调节,雌性：刺激卵泡生长发育。 雄性：促进生精上皮发育和精子的形成。 商品名：Pregnicol (Parnell) Synchrogect (Vetimax) 诱导发情和超数排卵；治疗卵巢机能疾病 HL（半衰期）短，需多次注射,FSH生理功能,LH：luteinizing hormone，又名促间质细胞素(interstitial cell stimulating hormone, ICSH) 分子结构与FSH类似。 、-亚基组成。稳定性较好，较FSH稳定。,2、促黄体素,雄性：刺激睾丸间质细胞合成和分泌睾酮，对副性腺发育和精子最后形成起决定作用。 雌性： 1.选择性诱导排卵前的卵泡生长发育，并触发排卵。 2.促进黄体形成并分泌孕酮。 3.刺激卵泡膜细胞分泌雄激素，扩散到卵泡液中被颗粒细胞摄取而芳香化为雌二醇,LH生理功能,3、促乳素,又名催乳素(prolactin, PRL），促黄体生成素（luteotropin） 化学特性：哺乳动物为199个氨基酸残基组成的单链蛋白质，有3个SS。分子量为23233(羊）、22000(鼠）或25000(人）。 大分子量(可达56000）的促乳素前体（原）。,促乳素生理功能 刺激乳腺发育和促进泌乳 抑制性腺机能发育（抱窝，高产奶牛受胎 率低） 行为效应（母爱） 维持妊娠（刺激和维持黄体功能） 刺激阴道黏膜分泌粘液 对雄性的作用：维持雄性睾酮分泌，与雄激素协同，刺激副性腺的生长和分泌,PMSG：pregnant mares gonadotrophin 来源：马属动物胎盘的尿囊绒毛膜细胞产生，是胚胎的代谢产物，又称马绒毛膜促性腺激素（equine chorionic gonadotrophin，eCG） 化学特性：糖蛋白质激素。由-和-两个亚基组成。-亚基具有激素特异性，只有与-亚基结合后才能表现其生物学活性。,4、胎盘促性腺激素,（1）孕马血清促性腺激素,PMSG浓度与孕马体格有关，轻型马浓度高，重型马低，且不同杂交类型，浓度不同。,类似FSH和LH的双重功能，以FSH为主 诱导发情和超数排卵以及单胎动物生多胎 治疗卵巢静止、持久黄体等 半衰期长(马144小时)，易引起卵巢囊肿。用PMSG诱导发情后，追加抗PMSG抗体。,生理功能及应用,HCG：human chorionic gonadotrophin 来源：灵长类妊娠早期胎盘绒毛膜滋养层细胞（朗氏细胞）分泌。存在于血液中经尿液排出体外， “孕妇尿促性腺激素”。 化学特性：糖蛋白质激素，-和-亚基通过非共价键结合而成,（）人绒毛膜促性腺激素,生理功能与LH类似，促进母畜卵泡成熟和排卵，在孕妇体内维持妊娠黄体。 与FSH、PMSG配合诱导同期发情、超数排卵 治疗排卵延迟、卵泡囊肿、慕雄狂 治疗雄性动物性腺发育不良或阳萎,生理功能及应用,第三节 性腺激素,性腺激素分为两大类 1.类固醇激素（SGS）雌激素，雄激素 ，孕激素 2.含氮激素（多肽类）抑制素，活化素，卵泡抑素，松驰素,一、类固醇激素,不同类固醇激素差异：R和R基团性质、 附着在核环的羟基数和位置等。,1.雌激素(estrogens),来源：主要卵巢内膜细胞和颗粒细胞，胎盘、肾上腺皮质和睾丸。 种类：主要是雌二醇（estradiol）、雌酮(estrone)、雌三醇(estriol)等，活性以17雌二醇活性最高。植物雌激素无类固醇结构。 转化模式：双细胞、双促性腺激素作用模式。,胚胎期:促进子宫和阴道的发育 初情期前:促进第二性征的发育 初情期：促进下丘脑垂体的分泌活动 发情周期：刺激卵泡发育；使雌性动物出现性 欲和性兴奋（与小量P4配合）；刺激阴道上皮增生，平滑肌收缩 妊娠期：刺激乳腺导管系统的生长 分娩期：与OXT协同，参与分娩发动 泌乳期：与PRL协同促进乳腺发育，乳汁分泌,生理功能,促进产后胎衣排出或排出木乃伊化的胎儿 对乏情或发情征状微弱母畜的诱导发情 用于牛、羊的人工催乳 对雄性动物进行化学去势 人工合成的有：已烯雌酚、已雌酚、二丙酸雌二酚等,应用,植物雌激素分子中没有类固醇结构。,来源：睾丸间质细胞，雌性肾上腺、卵巢和胎盘亦分泌少量。 种类：主要形式是睾酮、雄烯二酮、雄酮,2.雄激素,生理功能： 雄性：促进生殖道、副性腺的生长发育和机能，刺 激精子发生，刺激并维持雄性动物性欲 雌性：作用复杂 应用：治疗性欲不强和性机能减退。使用方法，埋植或注射、埋植、注射,生理功能和应用,3. 孕激素,来源：卵巢黄体细胞。睾丸、肾上腺、卵泡颗粒细胞亦分泌少量。 种类：孕酮(黄体酮，P4)、孕烯醇酮等,应用： 防止功能性流产 诱发同期发情 治疗卵泡囊肿或排卵延迟 早期妊娠诊断,生理功能： 雌性：维持妊娠，调控发情 雄性：促进精子发生和类固醇激素的分泌,生理功能与应用,Melanie etal. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism.2006. 91(7):25262533,二、性腺肽类激素,1. 松驰素(relaxin，RLX),来源：妊娠黄体，子宫、胎盘、乳腺、前列腺也可以产生。一种水溶性多肽类，、亚基组成。,生理功能：防止流产；协助分娩；在雌激素作用下促进乳腺发育；作为生长因子促进颗粒细胞的增生。,inhibin,Ibn；activins,Atn；follistatins,Fst 来源：卵巢颗粒细胞、睾丸支持细胞、胎盘、前列腺 化学性质 Ibn：、(A 、 B)； Atn：A - B、 A-A 、 B - B； Fst：单链多肽分子,2. 抑制素、活化素和卵泡抑素,生理功能,Ibn：抑制促卵泡素分泌；对性腺有调节作用。单个亚基不生物学活性，但可抑制FSH与其受体结合。 Atn：促进FSH的分泌。 Fst：特异性抑制FSH分泌，生物活性只及Ibn的1/3。,雌性动物生殖激素的作用,雄性动物生殖激素的作用,第五节 前列腺素和外激素,PG：Prostaglandin 来源：各种组织和体液。生殖系统、呼吸系统、心血管系统等多种组织均可产生PG。 基本结构：含20个碳原子的不饱和脂肪酸，即前列酸，由一个环戊环和两个脂肪酸侧链组成。 三类九型：环外双键数目，为PG1、PG2和PG3。取代基和双键的位置，用A、B、C、D、E、F、G、H和I表示。侧链取代基有-和-两种构型。,一、 前列腺素,前列腺素E2 ( prostag land in E2, PGE2 )是一种最常见的前列腺素( PG) , 参与机体多种生理及病理生理过程。它的化学合成由三个连续的酶促反应组成: ( 1)花生四烯酸( arach idonic acid, AA ) 在磷脂酶A2 ( phospho lipase A2, PLA2 )的催化下从膜上的甘油磷脂中释放出来; ( 2) AA 在环氧酶( cyclooxygenase, COX ) 的作用下生成PGG2 和PGH2; ( 3) PGE2 合酶( prostag land in E2 syn thase, PGES)催化PGH2 生成PGE2,前列腺素E2 生物合成途径,前列腺素E2 与E2 协同作用调控成纤维细胞生长因子（FGF-9）表达,生理功能（PGF2与PGE2 ）,溶解黄体：PGF2作用较强，各种动物适宜的溶黄作用时间不同 促进排卵：机理尚不清楚 子宫收缩和分娩：促进 提高精液品质：影响运行时间 受精：对胚胎着床，胎盘生长起调节作用,PGF2溶黄体作用时间,类似物及其应用,商品名 ： Estrumate (Coopers) Estruplan (Parnell) 调节发情 控制分娩 治疗持久黄体、卵巢囊肿、子宫疾病 增加公畜的射精量，提高受胎率,概念：（pheromone）动物向外释放的有特异气味的化学物质，同类动物与其接触时，可产生行为和生理上反应。 来源:外激素腺体,如皮脂腺、汗腺、唾液腺等。 特性：可能是多种化学物质的混合物。其性质因分泌动物的种类不同而异。如灵长类分泌的一些低级脂肪酸混合物。,2.外激素,公猪性外激素与睾酮,麝鹿和灵猫的性外激素 与人工合成香精,召唤异性 ；刺激求偶行为 ；激发交配行为 对异性和同性的生殖内分泌调节以及发情、排卵均有一定程度的影响，主要表现在“异性刺激”或“公羊效应”、“群居效应“等。,生物学作用,第六节 生殖激素的测定,生物测定法 免疫测定法