下丘脑-垂体-卵巢轴对蛋鸡产蛋性能的影响及热应激的调控作用

摘要

下丘脑-垂体-卵巢轴调控着蛋鸡的产蛋量以及产蛋品质，但随着全球变暖，高环境温度使蛋禽产生热应激，进而影响下丘脑-垂体-卵巢轴以及其神经内分泌活动发生改变，从而使蛋鸡产蛋量减少，给蛋禽养殖业造成一定的经济损失。目前，国内外学者对于热应激调控蛋鸡下丘脑-垂体-卵巢轴的研究较少，其中具体机制尚未阐明。本文系统梳理了下丘脑-垂体-卵巢轴对蛋鸡产蛋性能的影响，以及热应激的调控作用，以期为提高蛋禽养殖提供参考。

关键词

蛋鸡 / 热应激 / 下丘脑-垂体-卵巢轴 / 产蛋性能 / 调控

伴随着人口的增长，人们对蛋品产量的需求逐渐增多，提高蛋品产量并使其更具可持续性也逐渐成为人们关注的重点。热应激一直是全球蛋禽养殖业的一大难题^[1]。由于禽类缺乏汗腺，禽类对于热应激尤为敏感，在正常高温环境中也容易产生热应激，而蛋鸡在产蛋过程中，其代谢活性增强、耐热性降低，因此蛋鸡在产蛋期更容易受到热应激的影响^[2]。

近年来，较多研究更着重从分子层面探寻下丘脑-垂体-卵巢轴对鸡蛋形成的调控以及热应激对下丘脑-垂体-卵巢轴的影响，但其中分子之间的具体联系较为零散。本文具体概括了下丘脑-垂体-卵巢轴中的激素调控方式以及热应激在分子层面对蛋鸡下丘脑-垂体-卵巢轴产生的影响，以期能更好地指导缓解热应激的方式，为进一步研究蛋鸡下丘脑-垂体-卵巢轴提供理论参考。

1 下丘脑-垂体-卵巢轴对蛋鸡产蛋的影响

1.1 相关神经内分泌活动调节

蛋鸡的繁殖性能主要受到下丘脑-垂体-卵巢轴的影响，其主要通过分泌促性腺激素释放激素(GnRH)、促黄体生成素(LH)、促卵泡激素(FSH)、雌激素、孕酮以及蛋白类抑制素、激活素、卵泡抑素等来控制蛋鸡的产蛋量^[3]。下丘脑产生并分泌GnRH，进而促进垂体分泌FSH和LH，FSH和LH分别与FSH受体和LH受体结合，促进卵泡由分级前卵泡发育为排卵期前卵泡，同时GnRH和促性腺激素抑制激素(GnIH)相互作用控制蛋鸡的产蛋^[4]。卵泡细胞分泌雌二醇(E2)，E2和卵泡刺激素的共同作用可调控蛋鸡的产蛋期长短，并增加蛋鸡的繁殖能力^[5]。所有组织都产生激活素和卵泡抑素，这些激素的释放均通过下丘脑-垂体-卵巢轴正负反馈进行调节，激活素刺激下丘脑分泌GnRH，卵泡抑素对激活素具有高亲和力，影响垂体细胞的促卵泡刺激素分泌，卵泡刺激素及其受体的活性影响生殖器官的发育以及卵泡的排卵。当GnRH与垂体前叶的GnRH受体(GnRHR)结合时，下丘脑通过垂体门静脉循环将GnRH释放到垂体，刺激促性腺激素分泌到血流中，而LH和FSH则协同分泌。血液将LH和FSH携带到卵巢，与其受体结合，后刺激卵子的生成，随后产生雌激素等构成负反馈回路^[6]。雌激素受体(ERs)是配体激活的转录因子，ESR1和ESR2存在于垂体中，有研究发现ESR1基因多态性与中国大骨鸡的产蛋特性密切相关，ESR的不同亚型可能通过介导的负反馈调节垂体功能，进而影响母鸡的产蛋性能^[7]。在家禽中，成体卵泡的生长速度也与FSH和LH有关，在卵泡发育的不同阶段，FSHR和LHR的表达可能不同。研究发现，当LH大量分泌并特异性结合LHR时，可促进StAR的表达^[8]。StAR是所有类固醇合成的限制性调节剂，可以将胆固醇转运到细胞质中。胆固醇被转运后，由CYP11A1合成孕烯醇酮，孕烯醇酮(P5)可转化为黄体酮，与孕酮的合成有关。

1.2 相关基因调控

研究发现一些基因与下丘脑-垂体-卵巢轴直接或间接相关，GNRH1基因通过编码转录生成GnRH，并在蛋鸡产蛋期于下丘脑和垂体部位高度表达，且与产蛋量呈正相关^[9]。血管活性肠肽（VIP）是神经递质的一种，与VIP受体结合后，能够促进PRL的合成与释放，此外PRL基因也参与催乳素的合成并由此来抑制GnRH的分泌，同时PRL可以激活雌激素受体和乳蛋白基因的转录，且此过程需要STAT5基因的参与。多巴胺是一种儿茶酚胺类神经递质，当其与垂体中的DRD2结合后，能够竞争性抑制VIP的功能，从而抑制PRL的合成与释放。BMP15和GDF9基因在卵巢颗粒细胞中表达，并参与卵泡发育调节。BMP15对促性腺激素介导的孕酮分泌有很强的抑制作用，而GDF9能够促进FSH介导的孕酮合成，并且能够促进颗粒细胞周期的推进。NPY蛋白能够影响GnRH-1的分泌进而影响产蛋。NCOA1参与多种核受体的共激活（如孕酮受体、雌激素受体）等，同时，也参与由STAT5、STAT5B等介导的共激活，是影响鸡产蛋性状的主效基因^[9]。并且有研究发现垂体中的神经生长因子(NGF)，视黄酸8(STRA8)，EPH受体A5(EPHA5)和mutS同系物4(MSH4)基因参与卵泡发育的生物学过程^[7]。虽然关于NGF对鸡垂体生殖功能的影响少有报道，但在哺乳动物中，NGF的丢失会使FSHR基因在卵巢中的表达显著降低^[7]。STRA8编码视黄酸反应蛋白，参与蛋鸡的产蛋过程。EPHA5和MSH4参与卵巢卵泡颗粒细胞和卵泡内膜细胞的细胞增殖和分化^[7]。

1.3 相关通路调控

通过与RNA-Seq技术分析对比高产蛋鸡和低产蛋鸡发现，在下丘脑、垂体和卵巢中均发现多个差异基因的表达，通过富集分析统计，下丘脑中有22个差异基因表达集中于黏连、紧密连接和钙信号传导途径，26个差异基因参与了Ca²⁺结合或释放通道活性的生物学过程。钙信号传导是GnRH调节促性腺激素合成和释放的主要机制，下丘脑钙离子信号传导途径异常会影响中枢神经系统的发育，调节下丘脑进食神经元的兴奋性，从而影响动物的进食以减少能量的摄入，进而影响营养物质的吸收和运输，最终导致产蛋量以及产品性能发生变化^[7]。从卵巢中发现的差异基因在胚胎器官发育、胶质细胞迁移、典型Wnt信号通路调控、周围神经系统发育、胚胎发育直至出生或卵孵化等过程中富集，并指出其中色氨酸代谢PI3K-Akt信号通路对产蛋具有重要意义^[10]。

2 热应激对蛋鸡下丘脑-垂体-卵巢轴功能的影响

热应激一直是家禽养殖业十分重视的一大问题，目前并没有专用药物缓解热应激对家禽造成的影响，且热应激对于家禽损伤的具体机制也未完全揭露。有研究^[11]表明高温会影响卵巢和生殖道水平的卵子形成过程，包括排卵和产卵，热应激对禽类卵泡发育产生负面影响的机制在很大程度上是未知的。据报道^[12]，无论是急性还是慢性热应激，均对蛋鸡的排卵率和生殖性能有不利影响，在生理方面，热应激期间蛋鸡为维持正常体温会减少产热，如摄食量减少、血流重新分配到外周以及内分泌变化等，这些生理活动会降低蛋鸡的生长性能、繁殖能力，并改变身体组成^[13]。热应激还导致负责排卵的激素被破坏，颗粒细胞对黄体生成素(LH)的反应性降低^[14]。因此，HS可造成严重损失，包括体质量下降，死亡率增加，对鸟类生长速度、蛋数、蛋大小和蛋品质产生负面影响^[15]。

2.1 下丘脑-垂体-卵巢轴结构

禽类在热应激期间繁殖失败也是由于其对下丘脑-垂体-卵巢轴的影响，急性热应激可直接破坏家禽的下丘脑、垂体以及卵巢的结构^[15]。热应激导致蛋鸡不仅食欲不振，饮水量增加，而且造成卵泡发育不良。卵母细胞的质量问题往往会逐渐发展为产蛋量下降、卵子质量下降、蛋壳质量下降等问题^[8]。研究^[16]发现，首先热应激造成家禽下丘脑血管包膜松散，其完整性改变，下丘脑中细胞的胞质不均匀且空泡化较多，细胞器的形态也发生改变。其次，垂体中细胞间隙增大，由生长激素细胞和催乳素细胞构成嗜碱细胞和嫌色细胞在垂体组织中的分布密度均变少^[17]。最后，卵巢质量也开始下降并发生退化，其间卵泡细胞凋亡，其结缔组织、卵泡膜的结构被破坏，卵泡颗粒细胞的结构和数量也发生变化，最终导致蛋鸡产蛋量和产蛋品质下降^[18-20]。

2.2 下丘脑-垂体-卵巢轴中激素调控

热应激导致蛋鸡下丘脑-垂体-卵巢轴中许多基因转录物的表达发生上调和下调^[21]。有研究^[22]表明急性热应激可导致成熟蛋鸡体内LH循环的紊乱，同时，血清中的LH水平也发生下调；且热应激会降低蛋鸡血清中E2和孕激素（P4）水平，降低卵泡液中E2/P4比值，导致卵泡数量减少，进而导致卵子产量减少^[23]。热应激增加了促性腺激素释放激素（LHRH）的降解或减少了LHRH的合成和输出，致使循环中LH水平下降。通过生物测定评估，从超重母鸡的下丘脑中移除的LHRH含量大大降低。这表明，下丘脑功能减退可能导致热应激期间蛋鸡繁殖能力下降，同时在其他哺乳动物中也得到相同的结论。热应激会直接或者间接影响LHRH的生成或释放，导致蛋鸡体内LH水平下降，从而使蛋鸡的生产性能下降。循环LH水平的降低可能是热应激母鸡下丘脑功能减退的结果。此外，垂体保留了在热应激下合成和释放LH的能力^[22]。

2.3 下丘脑-垂体-卵巢轴中基因调控

卵泡颗粒细胞在卵泡的生长和选择中起着关键作用。小白卵泡颗粒细胞的发育时期对激素分泌功能有重要影响，热应激后蛋鸡卵巢中FSHR、StAR和CYP11A1 mRNA的表达均有所下降^[24]。FSHR开始表达的原始卵泡颗粒细胞对于原始卵泡进入初级阶段非常重要，在初级阶段，通过多种信号通路促进细胞增殖；可以通过提高StAR和CYP11A1转录水平的表达，促进颗粒细胞合成P4。Li等^[24]研究结果表明热应激可诱导颗粒细胞凋亡，降低类固醇基因mRNA表达并容易导致卵巢退化。

2.4 蛋鸡生产性能

目前，由于没有十分有效的药物对热应激进行治疗，大量研究均集中于在饲料中添加各种物质，直接或者间接缓解热应激对蛋鸡造成的损伤^[16,18-19]。正常饲养条件下，当蛋禽处于产蛋期时，其下丘脑分泌的5-羟色胺增多，人为给予氯丙嗪（5-羟色胺衰竭剂）可以提高蛋鸡非就巢期的产蛋量，并且能影响蛋鸡垂体中PRL的分泌^[25-27]。而当蛋鸡处于热应激时，研究^[28]发现饲料中添加β-葡聚糖、0.3%油葵籽粉能改善热应激蛋鸡的生产性状，增加蛋鸡的产蛋量，且0.3%油葵籽粉改善了热应激对蛋鸡卵巢产蛋基因的表达量^[3]。赵壮志等^[18]发现姜黄素通过提高机体抗氧化性能并改善LH和FSH分泌以维持卵巢结构和颗粒细胞层完整，从而缓解热应激对蛋鸡生产性能的不利影响。赵君文等^[19]研究斑蝥黄可以促进热应激蛋鸡的卵泡发育,缓解高温对卵泡结构和卵泡颗粒细胞的损伤，从而促进排卵，最终提高家禽产蛋性能。Zhao等^[7]发现饲料中添加广藿香可以有效保护母鸡卵泡颗粒细胞免受热应激损伤，同时维持正常的细胞活力、细胞增殖和激素分泌功能。综上所述，氯丙嗪、β-葡聚糖以及部分中药均能通过作用于蛋鸡下丘脑-垂体-卵巢轴来促进蛋鸡的产蛋品质，但目前的文献尚未解释具体的作用机制，这一方面还需要进一步深入探索。

3 结语

下丘脑-垂体-卵巢轴在蛋禽产蛋研究中占据着重要的位置，众所周知，当下丘脑-垂体-卵巢轴中任意一环出现问题均会对蛋鸡的健康以及产蛋出现影响。目前，大量研究对于下丘脑-垂体-卵巢轴中主要的激素、基因等影响产蛋量相关的因素均有了一定程度的探究，但由于集约化养殖的大趋势，热应激对于蛋禽的损伤机制以及如何预防和缓解热应激造成的损伤一直是养殖业关注的重点。目前，热应激对下丘脑-垂体-卵巢轴的作用机制研究较少，还需要深入研究热应激具体影响下丘脑-垂体-卵巢轴的靶点和机制，进而利用科技手段找到针对性缓解该靶点和作用于此机制的有效中药成分或者单体成分，并批量生产，广泛应用于蛋鸡养殖，促进蛋禽业的发展。

参考文献

[1] MAYORGA E J, ROSS J W, KEATING A F, et al. Biology of heat stress; the nexus between intestinal hyperpermeability and swine reproduction[J].Theriogenology, 2020,154:73-83.

[2] MAHMOUD M A, RASHED A, ABDULAZIZ A A, et al. Threonine requirements in dietary low crude protein for laying hens under high-temperature environmental climate[J/OL].Animals, 2019, 9(9): 586[2024-10-18].

[3] REHAM A E, HEBA A B, WALAA S H A E N, et al. Effect of a diet supplemented with the Moringa oleifera seed powder on the performance, egg quality, and gene expression in japanese laying quail under heat-stress[J/OL].Animals,2020,10(5):809[2024-10-18].

[4] 黄植霞,刘文俊,田允波,GnIH与HSPs在热应激影响蛋禽产蛋中的作用机制[J].广东饲料,2018,27(5):45-47.

[5] KIM J, PARK I, SHIN H R, et al. The hypothalamic-pituitary-gonadal axis controls muscle stem cell senescence through autophagosome clearance[J].J Cachex Sarcopenia Muscle, 2021,12(1):177-191.

[6] DE B A N E F, KANEKO I N, CAVALCANTE D T, et al. Hydroxy-selenomethionine enhances the productivity and egg quality of 50- to 70-week-old semi-heavy laying hens under heat stress[J/OL].Poult sci, 2023,102(2):102320[2024-10-18].

[7] ZHAO Q H, XUE W H, ZHANG S, et al. The functions of Patchouli and Elsholtzia in the repair of hen follicular granular cells after heat stress[J/OL].Poult Sci, 2022,101(2):101306[2024-10-18].

[8] 张伟图,董静超,李华,鸡蛋用性状遗传基础研究进展[J].家畜生态学报,2022,43(12):8-14.

[9] 马智勇,李美成,马巍,基于RNA-Seq技术分析不同产蛋量庄河大骨鸡垂体和下丘脑的可变剪接事件[J].中国农学通报,2023,39(32):150-157.

[10] MISHRA S K, CHEN B L, ZHU Q, et al.Transcriptome analysis reveals differentially expressed genes associated with high rates of egg production in chicken hypothalamic-pituitary-ovarian axis[J/OL]. Scientific reports,2020,10(1):5976[2024-10-18].

[11] ZHAO J B, PAN H B, LIU Y, et al. Interacting networks of the hypothalamic-pituitary-ovarian axis regulate layer hens performance[J].Genes,2023,14(1):141[2024-10-18].

[12] LI G M, LIU L P, YIN B, et al. Heat stress decreases egg production of laying hens by inducing apoptosis of follicular cells via activating the FasL/Fas and TNF-α systems[J].Poult sci, 2020,99(11):6084-6093.

[13] HALE B J, LI Y S, ADUR M K, et al. Characterization of the effects of heat stress on autophagy induction in the pig oocyte[J/OL].Reprod biol endocrinol, 2021,19(1):107[2024-10-18].

[14] LI D P, TONG Q, SHI Z X, et al. Effects of chronic heat stress and ammonia concentration on blood parameters of laying hens[J].Poult Sci,2020,99(8):3784-3792.

[15] OLUWAGBENGA E M, FRALEY G S. Heat stress and poultry production: a comprehensive review[J/OL].Poult Sci, 2023,102(12):103141[2024-10-18].

[16] 何晓芳,张林,李蛟龙,饲粮中添加牛磺酸对慢性热应激肉鸡血清内分泌激素水平、下丘脑形态及食欲相关基因表达的影响[J].畜牧与兽医,2022,54(12):24-30.

[17] 梁薇,鹿碧波,李启黉,热应激对文昌鸡雏鸡垂体、卵巢生长发育的影响[J].黑龙江畜牧兽医,2018(21):20-23, 36,258.

[18] 赵壮志,吴江,李光辉,姜黄素对循环高温环境中蛋鸡生产性能的影响及作用机制[J].中国兽医学报,2024,44(3):595-605.

[19] 赵君文,赵壮志,谢婷婷,斑蝥黄对循环高温环境中怀乡鸡产蛋性能、生殖激素水平、卵泡发育的影响[J].江苏农业学报,2024,40(5):890-904.

[20] 李方倩,付丹,付迪.热应激对鸡的影响及改善措施[J].家禽科学,2024,46(6):100-103.

[21] HASSANPOUR H, AGHAJANI Z, BAHADORAN S, et al.Identification of reliable reference genes for quantitative real-time PCR in ovary and uterus of laying hens under heat stress[J].Stress,2019,22(3):387-394.

[22] DONOGHUE D J, KRUEGER B F, HARGIS B M, et al. Thermal stress reduces serum luteinizing hormone and bioassayable hypothalamic content of luteinizing hormone-releasing hormone in hens[J].Biol reprod, 1989,41(3):419-424.

[23] AROYO A, YAVIN S, ARAV A, et al. Maternal hyperthermia disrupts developmental competence of follicle-enclosed oocytes: in vivo and ex vivo studies in mice[J].Theriogenology,2007,67(5):1013-1021.

[24] LI X P, LU Y L, LIU X F, et al. Identification of chicken FSHR gene promoter and the correlations between polymorphisms and egg production in Chinese native hens[J].Reprod Domest anim, 2019,54(4):702-711.

[25] DEETZ L E, RINGROSE R C. Effect of heat stress on the potassium requirement of the hen[J].Poult sci, 1976,55(5):1765-1770.

[26] 黄炎坤,刘健,王长安,药物氯丙嗪对麻羽肉种鸡产蛋性能的影响[J].家畜生态学报, 2009, 30(2): 33-35.

[27] 施振旦，梁少东，毕英佐.下丘脑多巴胺和5-羟色胺调控鸡就巢机制的研究[J].畜牧兽医学报, 2000(6): 487-492.

[28] EZZAT W, MAHROSE K M, RIZK A M, et al. Impact of β-glucan dietary supplementation on productive, reproductive performance and physiological response of laying hens under heat stress conditions[J/OL].Poult sci, 2023,103(1):103183[2024-10-18].