鸟类哈氏腺的研究进展

Research progress in avian Harderian gland

摘要

本文对鸟类哈氏腺的解剖学、组织学及生理功能的研究进展进行了综述，对其未来的研究方向进行了展望，以期为此领域的研究提供参考。大多数鸟类哈氏腺的形态大体上无实质性差异，最常见的与家鸡相似：形状不规则，腺体被一层薄的结缔组织包膜隔成不同的小叶。根据小叶结构和排列在腺泡及小管的上皮细胞种类，鸟类哈氏腺可分为三类，即复管泡状腺，复管状腺和混合型腺，复管泡状腺中家鸡为代表，复管状腺中家鸭为代表，混合型中秃鼻乌鸦（Corvus frugilegus）为代表。腺体结构的类型可能与鸟类习性和行为有关。鸟类哈氏腺除最基本的润滑角膜和瞬膜功能外，还是B细胞活化和终末分化以及浆细胞增殖的场所，作为外周免疫器官，与脾脏、法氏囊和盲肠集合淋巴样组织一起构成决定鸟类全身和局部免疫反应的器官系统。

Abstract

This paper provides a review of the research progress on the anatomy， histology and physiological function of the avian Harderian gland， and prospects its future research directions in order to provide research references in this field. The shape of the Harderian glands in most birds is generally not significantly different， with the most common being similar to that of domestic chickens： the shape is irregular， and the glands are separated into different lobules by a thin layer of connective tissue capsule. Avian Harderian gland can be classified into three distinct types based on the structure of the lobules and the kinds of epithelial cells lining the acini and tubules. Type Ⅰ is compound tubuloalveolar gland， represented by domestic chickens. Type Ⅱ is compound tubular gland， represented by domestic ducks. Type Ⅲ is mixed gland， represented by Corvus frugilegus.The type of gland may be related to avian habitat and behavior. In addition to the basic function of lubricating the cornea and nictitating membrane， the avian Harderian gland is the site of B⁃cell activation and terminal differentiation as well as plasma cell proliferation. As a peripheral immune organ， the Harderian gland constitutes， together with the spleen， bursa of fabricius and caecal tonsils， the organ system that determines the general and local immune response in birds.

Graphical abstract

关键词

鸟类 / 哈氏腺 / 解剖学 / 组织学

Key words

bird / Harderian gland / anatomy / histology

0 引 言

1694年，瑞士内科医生和解剖学家Harder首次在黇鹿（Dama dama）^［1，2］的身上发现了一种腺体，并确定该腺体是眶旁腺，有助于湿润眼睛表面^［2，3］。在生命科学的发展过程中，大多数具瞬膜的陆生脊椎动物、无尾两栖动物、爬行动物、鸟类和非肉食性哺乳动物（蝙蝠和灵长类除外）的群体中都发现了该腺体的存在，后来学者Wendt在1877年将该腺体称之为哈氏腺（Harderian gland， HG）。事实上，对于哈氏腺结构和功能的广泛研究自上世纪七十年代才开始。现有的研究表明，哈氏腺在哺乳动物、鸟类、两栖动物、爬行动物中具有不同的分泌特征，分泌产物的多样性也导致其功能的多样性，包括在不同动物中润滑角膜和第三眼睑^［4］、免疫反应^［5］、产生信息素^［6］、渗透调节^［7］、体温调节^{［8， 9］}、光敏性及诱发探索行为等功能^［10~12］。作为动物眼睛的附属器官和鸟类头部相关淋巴组织（head⁃associated lymphatic tissue， HALT）的一部分，鸟类哈氏腺的研究不仅对于研究正常眼睛生理学至关重要，而且由于鸟类哈氏腺在形态和功能上的复杂性，尤其从系统发育的出发点理解，其重要性也应值得引起关注。目前为止，哺乳动物的哈氏腺已得到充分研究，而两栖动物、爬行动物和鸟类哈氏腺的相关研究相对较少。不管怎样，从比较和进化的角度来说，对非哺乳动物中哈氏腺的研究不仅意义重大，而且对更好地理解其仍有争议的功能也有重要意义。腺体解剖结构和分泌产物特征的差异可能反映了对不同环境的生理适应。本文综述了鸟类哈氏腺的解剖学、组织学及其生理功能的相关研究进展，旨在为其研究方向提供参考。

1 鸟类哈氏腺的解剖学

鸟类的哈氏腺又称副泪腺，位于动物的眼球腹内侧，靠近眶间隔，左右对称分布，从视神经区向吻侧延伸，其前支伸出导管，导管从上斜肌和下斜肌的起点下方穿过。腺体松散地附着在眶周筋膜上，因此当眼球被摘除时，它通常会留在眶腔中^［13］。Nebel可被称为研究鸟类哈氏腺第一人，随后的一二百年，家鸭（Anas platyrhynchus）、巴布亚企鹅（Pygoscellis papua）、麻雀（Passer domesticus）哈氏腺的形态学及组织结构被相继报道^［14］。直到二十世纪六七十年代，有关鸟类哈氏腺的研究才逐渐增多。McFarland和Sanui对西部海鸥（Larus argentatus）哈氏腺的组织学进行了简要介绍^［15］。一些学者对家鸭哈氏腺的研究进行了重复和扩展^［16~19］。与其他鸟类相比，家鸡（Gallus domesticus）的哈氏腺研究更为充分，其中包括显微结构、超微结构、组织化学研究等^{［5，20~24］}。

1.1 鸟类哈氏腺的形态

宏观上，家鸡哈氏腺的形态是鸟类中最为常见的，为具沙漏边的带状，呈淡粉色至棕红色^［20］。家鸭和鹈鹕（Pelecanus occidentalis）的哈氏腺几乎成半球形，其浅凹面紧邻眼球，浅凸面紧靠眼眶壁^［14］。跳岩企鹅（Eudyptes crestatus）的哈氏腺大致呈三角形^［25］。非洲鸵鸟（Struthio camelus）幼体的哈氏腺为椭圆形，呈浅粉色^［26］，而成体的哈氏腺为水滴状，呈淡粉色^［27］。许多鸟类的哈氏腺中有一凹槽，凹槽中的眼外肌（pyramidalis oculi，眼锥肌）将其分为不明显的两叶。鸟类哈氏腺周围有一层薄的结缔组织囊，将其分成大小不等的小叶。鸟类哈氏腺的位置变化不大，某些鸟类的腺体可能比其他鸟类的腺体更靠前，但都位于眼球内侧，其神经支配与血液供应都相似，前者分布于动眼神经下支，后者来源于眼外动脉的眼颞支^［14］。北欧雷鸟（Tetrao urogallus）的哈氏腺具有性二态，雄性的大于雌性，但在组织学、组织化学及超微结构中均未发现明显差异^［28］。

1.2 鸟类哈氏腺的分泌管

关于鸟类哈氏腺分泌导管的数量，一直存在争议。Brobby认为，家鸭哈氏腺有两条分泌管^［18］，但Burns仔细解剖后再以印度墨水注射的方式，只找到一条^［14］。Reid在1835年描述巴塔哥尼亚企鹅（Aptenodytes patachonica）的胚胎学时说存在两条分泌导管，而Burns于1978年在跳岩企鹅中也只找到一条，Burns和Survashe都认为鸟类哈氏腺只有一条分泌管。它总是离开腺体的前端，在瞬膜底部进入结膜囊^［14］。

2 鸟类哈氏腺的组织学

胶原纤维和网状纤维从哈氏腺周围的结缔组织囊和隔膜穿入腺泡和集合管之间。鸟类哈氏腺在组织学上包括四个区域，即中央集合管、初级集合管、次级集合管和腺泡，次级集合管通过初级集合管将腺泡的分泌物排入中央集合管（图1）。

2.1 鸟类哈氏腺的集合管

集合管的上皮内膜基本为柱状或部分为立方状，高度不同。中央集合管和初级集合管内衬的上皮细胞由两种类型的细胞组成^［29］。其中一种呈立方状，电镜下可见其腔表面有大量的微绒毛突起，立方细胞是中央集合管和初级集合管开始处最突出的细胞。另一种为多形性，其表面有面向间质的刷状细胞突起。多形性细胞出现在立方体细胞之间和下面，其细胞质和细胞核呈深色染色。因此，这种细胞类型被称为“暗细胞”^［29］。腺体的细胞成分包括淋巴细胞、浆细胞、Russell小体、肌上皮细胞和间质中观察到的肥大细胞。浆细胞是参与鸟类眼球局部免疫的主要淋巴细胞群。

2.2 鸟类哈氏腺的类型

根据哈氏腺的小叶结构和排列在腺泡和小管上的上皮细胞种类，鸟类的哈氏腺被分为三种类型^{［25，30］}，Burns研究了32种鸟类的哈氏腺，对其在鸟类各目的出现模式做了归类，见表1。

I型哈氏腺是复管泡状结构，其小叶类型单一，上皮细胞单一，腺体间质中存在大量年龄依赖性浆细胞群，家鸡（鸡形目）为其典型代表。Ⅱ型哈氏腺是一种复管状结构，小叶由两种上皮细胞组成。相对于I型哈氏腺，Ⅱ型哈氏腺中浆细胞数量要少得多，至少在家鸭身上是如此体现的，而且浆细胞不会随着年龄的增长而增加，家鸭（雁形目）为其典型代表。Ⅲ型鸟类哈氏腺可视为“混合型”，因为它们有两种类型的小叶，一种为复合管状，另一种为复管泡状，浆细胞仅见于复管泡状小叶内。秃鼻乌鸦（Corvus frugilegu）（雀形目）是Ⅲ型哈氏腺的典型代表。

早期研究认为，鸟类哈氏腺的组织结构类型似乎与生活方式无关，而与进化发展有关，Ⅱ型哈氏腺仅限于较原始的物种，Ⅲ型哈氏腺是较高级鸟类的特征^［25］。然而，另有学者研究表明，根据鸟类栖息地分类时，无论是陆生还是水生，腺体组织类型的分离是明显的^［30］，哈氏腺结构类型可能与动物的习性和行为有关，Ⅱ型哈氏腺多局限于水生鸟类，Ⅲ型哈氏腺则在雀形目中较为常见^［30］，而且与非飞行鸟类相比，飞行鸟类哈氏腺的淋巴细胞明显增加^［31］。

2.3 免疫活性细胞

鸟类哈氏腺的上皮下层有不同类型的淋巴细胞，如巨噬细胞、淋巴细胞、浆细胞和粒细胞^{［11， 32， 33］}。尽管这些细胞通常密集地聚集在小叶的中央区域，但单个细胞也出现在哈氏腺的周边附近。浆细胞通常被认为是机体主要的抗体产生细胞之一。

鸟类I型哈氏腺有中度至密集的浆细胞群，主要位于中央集合管区域；Ⅱ型腺体的浆细胞数量要少得多；在Ⅲ型腺体中，浆细胞仅见于腺泡小叶，而不见于复合小管小叶。家鸡哈氏腺的显微和超微结构表明，中央管的表面上皮覆有致密的淋巴物质，由中小型淋巴细胞、树突状样细胞和偶尔的巨噬细胞组成，可归类为淋巴上皮组织。腺体内充满不同成熟阶段的浆细胞，它们迁移到中央管的上皮中，产生IgM、IgA和IgG。研究表明，本土鸡哈氏腺中的IgA阳性浆细胞出现频率较高，而肉鸡中IgM阳性浆细胞出现频率较高，但在白来航鸡哈氏腺中，IgG阳性浆细胞多于IgA和IgM阳性浆细胞； 本土雄性鸡哈氏腺中IgA和IgG阳性浆细胞的数量明显高于雄性肉鸡，本土雌性鸡哈氏腺的IgA和IgG阳性浆细胞出现频率高于肉鸡雌鸡，因此，推测不同类型的免疫球蛋白阳性浆细胞在哈氏腺出现频率的变化可能与动物年龄、品系、物种、健康状态及周围环境状况有关^［34］。家鸭哈氏腺的导管系统上皮下结缔组织中存在大量的IgM、IgY、IgA阳性浆细胞，上皮内也同样存在，每种免疫球蛋白在上皮和上皮下组织的数量呈现不同比例，IgM阳性细胞主要进入上皮，而固有层中IgY和IgA阳性细胞最常见。因此，推测哈氏腺导管中浆细胞的这种上皮内位置提示这可能是免疫球蛋白通过被覆上皮运输至管腔分泌的一种途径。IgM作为家鸡和家鸭免疫反应的初始成分，其阳性细胞的上皮内位置可能有利于促进免疫球蛋白与抗原的接触，从而允许黏膜的免疫监测^［35］。另外，鸟类哈氏腺中的浆细胞增殖呈年龄依赖性，其数量随着动物年龄的增长而增加^［20］，6至8周龄的鸟类具有极高的增殖能力^［36］。

3 鸟类哈氏腺的生理功能

目前普遍认为，从进化角度和动物个体水平上，鸟类哈氏腺的基本功能是润滑瞬膜并滋养无血管角膜。除此之外，鸟类哈氏腺具有非常广泛的功能，包括产生和分泌不同种类的免疫球蛋白，是免疫活性细胞聚集的部位、免疫活动的场所等。

3.1 分泌机制

相当长的时间里认为大多数鸟类哈氏腺的分泌机制属于局部分泌（merocrine）^{［17，19，20，22，37］}，现有研究表明，鹌鹑（Coturnix coturnix）哈氏腺的分泌类型为全浆分泌（holocrine）^［38］，而家鹅^［39］、非洲鸵鸟、白来航鸡、家鸭、家鸽的哈氏腺分泌类型为顶浆分泌（apocrine）^［40］。

3.2 分泌产物

Paule和Hayes于1958年研究了12只鸟的哈氏腺，发现其哈氏腺的分泌物具有明显的均匀黏液特征^［41］，Ballantyne和Fourman于1967报道了家鸭哈氏腺的主要分泌物也是黏液，黏多糖和脂质含量较高^［4］。后续研究表明，鸟类哈氏腺的分泌产物为黏液，其化学成分为黏多糖和脂质^{［14， 16， 34，39］}，脂质具有杀菌和隔热的特性，可作为瞬膜和眼睛间的润滑剂^［11］或作为信息素和生长因子的来源^{［38， 40，42，43］}等，它们也可能在温度调节中起主要作用^［9］。

3.3 免疫功能

研究表明，鸟类哈氏腺中存在大量可产生抗体的浆细胞群^{［4，27，44~46］}。雉鸡高加索亚种（Phasianus colchicus talischensis）哈氏腺中产生免疫球蛋白的浆细胞数目较多，而它与意大利琥珀鸡（为家鸡某一品系）的杂交品系中其哈氏腺的浆细胞数量较少，但淋巴细胞数量较多^［47］。家鸭作为现存的最原始鸟类之一，虽然其哈氏腺间质的浆细胞数量较少，但集合管上皮内存在高浓度的浆细胞^［35］，这些研究都提示鸟类哈氏腺在免疫功能上的重要作用。多数学者认为，鸟类哈氏腺是一个将B细胞激活和终端分化以及浆细胞增殖的场所^{［28，36，48，49］}。鸟类哈氏腺的浆细胞产生或参与传播四类免疫球蛋白：IgA、IgG、IgM和IgY。鸟类哈氏腺已被视为外周淋巴器官，与脾脏、法氏囊和盲肠集合淋巴样组织一起构成一个器官系统，并决定鸟类的全身和局部免疫^{［4，6，37，44，50］}。

4 展 望

自发现哈氏腺后的300年间，其相关研究一直间断进行^［51］。哺乳动物、爬行动物和其他陆生脊椎动物的哈氏腺相继被发现，而灵长类动物的哈氏腺缺失或可能作为痕迹器官在胚胎期存在^{［6，10，52］}。

Prince于1956年提出哈氏腺与泪腺胚胎和系统发育的同源性^［53］。研究表明，相同物种的鸟类和不同物种的鸟类其哈氏腺导管和泪腺导管表现出普遍的形态和组织化学相似性^{［28，54］}。衣原体感染穆拉德鸭（Anas sterilis）的泪腺和哈氏腺后，光镜下显示后者腺体中央小叶部分发现坏死性变化、腺上皮部分或全部脱皮、弥漫性褶状浸润和完全缺乏分泌活性，而泪腺组织结构未发生明显改变，因此推测哈氏腺具有更好的发育和分支血液供应，这可能是致病体在器官中传播的有利因素。家鸡、家鹅、穆拉德鸭、非洲黑鸵鸟等鸟类的哈氏腺PAS反应表明，腺体中存在中性和酸性黏蛋白及糖蛋白分泌物^{［20，21，39，55~57］}，北欧雷鸟哈氏腺的组织化学HDI（Hale’s dialysed iron staining）染色反应提示其腺体分泌的黏液可能是羧化酸性黏多糖^［28］，而鱼鹰（Pandion haliaetus）和鹌鹑的哈氏腺分泌物则为中性黏多糖^［2，26］。相对而言，两栖动物哈氏腺产生的分泌物为黏液或浆液或脂质，爬行动物产生的分泌物为浆液或黏液，哺乳动物哈氏腺分泌脂类，卟啉和褪黑激素分泌为啮齿动物哈氏腺所特有。因此，不同动物类群哈氏腺分泌物的多样性代表了其在环境适应中的多功能作用，这可能也是动物系统进化研究的一个方向。在未成年雌绿头鸭（Anas platyrhynchos）和家鸡的哈氏腺中发现雌激素及孕酮的高亲和力结合位点，对未成年雌鸭施以孕酮后其哈氏腺的分泌受到抑制^［58］。Varriale在成年雌性家鸡和45日龄雌性家鸡的哈氏腺中发现雌激素受体，提示哈氏腺可能作为类固醇激素的一个靶点^［59］。因此，进一步确定鸟类哈氏腺可能具有的类固醇激素靶点作用并阐述类固醇激素如何参与对哈氏腺的调节也是今后研究的方向。鸟类哈氏腺中存在比法氏囊、胸腺和脾脏等器官表达量更高的免疫相关基因^［60］，提示哈氏腺作为独特的免疫器官，具有对进入眼睛病原体快速作出反应的能力。另外，哺乳动物哈氏腺的作用还涉及信息素的产生、体温调节和光敏性，爬行动物海龟的哈氏腺作为肾外器官参与盐的清除。这些研究说明，哈氏腺的更多功能还有待于挖掘和发现。

现阶段对鸟类哈氏腺结构的精确了解，不仅有助于探究鸟类不同物种间的种间差异、正确进行鸟类免疫、保护鸟类健康，同时由于人兽共患病种类的增多及传染速度的加快，其研究对潜在预防人兽共患病暴发也有重要价值。未来对哈氏腺的研究应着眼于利用现有的强大的分析技术来回答有关这些腺体的基本问题，并将哈氏腺作为一个重要的器官在生物学、生物医学以及生理学中开展更广泛的研究。相信在不远的将来，关于鸟类哈氏腺的谜团将会被一一揭开，除此之外，还需与其他动物哈氏腺的研究数据进行对比，通过综合集成分析，为其他尚未解决的问题提供新思路和新方法，进而更加深入地研究和探索。

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