触珠蛋白的生理功能及在奶牛上的应用前景

向敏，程蕾，胡修忠，周源，余婕，刘晓华，王定发，周华

（武汉市农业科学技术研究院畜牧兽医科学研究所，武汉 430208）

触珠蛋白的生理功能及在奶牛上的应用前景

向敏，程蕾，胡修忠，周源，余婕，刘晓华，王定发，周华

（武汉市农业科学技术研究院畜牧兽医科学研究所，武汉 430208）

触珠蛋白（haptoglobin，Hp）广泛存在于人类和许多哺乳动物的血清及其他液体中，是一种应急蛋白（acute phase protein APP）。其主要在肝脏合成，也可在肺、脂肪细胞以及子宫内膜分泌。因此，触珠蛋白的合成表达受多种相关因素的调节。据研究报道，触珠蛋白可调节机体免疫，与哺乳动物的早期妊娠和机体免疫耐受都有密切关系。本文主要对Hp的结构和功能及在奶牛疾病和早期妊娠诊断上的应用前景作了介绍。

触珠蛋白（hp）；早期妊娠诊断；标志性蛋白

触珠蛋白（haptoglobin，Hp）广泛存在于人类和许多哺乳动物的血清及其他液体中，是一种应急蛋白（acute.phase.protein.APP）。其主要在肝脏合成，也可在肺、脂肪细胞以及子宫内膜分泌。因此，触珠蛋白的合成表达受多种相关因素的调节。据研究报道，触珠蛋白可调节机体免疫，与哺乳动物的早期妊娠和机体免疫耐受都有密切关系。本文对Hp的结构和功能以及在奶牛疾病和早期妊娠诊断上的应用前景作一简单介绍。

1 触珠蛋白的结构多态性

触珠蛋白的分子是由两条轻链（α链）和两条重链（β链）组成的四聚体，结构类似免疫球蛋白。其中，α1包括α1s和α1F两种亚型，各由84个氨基酸组成，分子量约为9.100。α2则由143个氨基酸构成，分子量约为1.6万。触珠蛋白的α1和α2肽链由人类染色体的一对等位基因Hp1和Hp2所决定，呈共显性遗传。根据α链的不同类型，将Hp分为Hp1-1、Hp1-2和Hp2-2三种。Hp1-1由两条α1链和两条β链组成，Hp1-2由一条α1链、一条α2链和两条β链组成，Hp2-2则是由两条α2链和两条β链组成。因此，组成Hp1-2和Hp2-2的是由一系列不同聚合程度的多聚体组成。

2 触珠蛋白的表达

最初的研究认为，触珠蛋白仅在成年的哺乳动物肝脏内合成，后续研究发现在哺乳动物生殖系统的不同组织均有表达，包括兔子和人的子宫内膜[1,2]、人和水牛的卵泡[3,4]、老鼠的睾丸和卵巢[5]中都有Hp.mRNA的表达。另外，在人体的子宫内膜异位症的组织及小肠上皮内也有表达。Friedrichs[6]等人还用原位杂交技术观察了Hp.mRNA在肾上腺素组织、肌肉组织、脑组织、附睾、胸腺组织、脾、淋巴组织、食道、胃、肠、肾脏、胎盘、卵巢和输尿管等中的表达情况。

3 触珠蛋白的生物学特性及功能

3.1 结合游离血红蛋白

触珠蛋白与游离血红蛋白具有很高的亲和力，可形成稳定的Hp-Hb复合物。在红细胞被破坏后，Hp与游离的Hb结合形成的复合物可被网状内皮细胞迅速清除，但该复合物的分子量较大，不能通过肾小球基底膜随尿液排出体外，故而可阻止亚铁血红素在肾小球的漏失，防止溶血导致的肾脏受损。

3.2 抗氧化活性

触珠蛋白是一种非常有效的抗氧化剂，通过与游离的血红蛋白结合，抑制血红蛋白介导的自由羟基形成[7]，从而抑制亚麻酸和保护低密度脂蛋白被氧化，减少组织损伤以及血管内皮细胞损伤[8]。

3.3 抑制前列腺素

前列腺素在调节人体血小板聚集反应过程中发挥着重要作用，有一定的抗炎作用。触珠蛋白与血红蛋白链接，使得前列腺素合成酶所必需的血红素基团活性被封闭，从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症的发生[9]。

3.4 调节机体免疫功能

触珠蛋白在体内具有免疫调节功能。能够抑制中性粒白细胞[10,11]、T淋巴细胞[12]、B淋巴细胞[13,14]和人表皮朗格汉斯细胞活性[13]。触珠蛋白可能结合了特殊的白细胞受体从而阻断了配体-受体之间的活性[13]。在体外，触珠蛋白可以维护免疫系统中Th1和Th2的平衡[14,15]，对Th2细胞因子的产生具有剂量依赖性抑制作用，而对Th1细胞因子的释放仅有轻度抑制作用[15]。作为一种急性期的反应蛋白，在免疫平衡中起到一定的作用。

3.5 抗菌作用

当机体受损时，游离的Hb会给噬铁性细菌提供铁离子，使得细菌得以生长和繁殖。然而一旦Hb和Hp结合，细菌就不会有效地利用Hb中的铁离子。因此，Hp可能是一种天然的间接抑菌剂。

3.6 血管生成作用

在血清中，触珠蛋白是一种重要的血管生成因子，它能促进新生血管的内皮细胞增殖和分化[16]。当机体或是组织出现创伤、炎症或是肿瘤生长时，Hp可显著升高，在组织修复和侧枝血管发育中具有重要意义。

4 触珠蛋白在奶牛上的应用前景

4.1 触珠蛋白与奶牛妊娠诊断

对于奶牛场来说，奶牛配种后的妊娠诊断是一个非常关键的环节。现在大型奶牛场主要使用人工授精技术，这一技术可以大幅度提高奶牛的繁殖效率，但同时要求进行及时和准确的早期妊娠诊断，避免奶牛胚胎丢失。早期人们通过观察配种后奶牛是否有爬跨等发情行为，阴道内是否有液体流出来判断奶牛妊娠。后来牛场技术人员结合直肠检查以及B超和实验室检测技术来鉴定奶牛妊娠状况。

奶牛的早期妊娠诊断是缩短产犊间隔的重要手段，如果在奶牛返情前检查出妊娠失败，这样就能在生产上更早地实施管理对策，能够让生产者鉴别出空怀牛并进行治疗或者再次配种，缩短产犊间隔，降低饲养成本。所以，奶牛的早期妊娠诊断在当今的养殖业中有举足轻重的作用[17]。

近年来，随着生物技术的进步，超早期妊娠诊断、胚胎的存活及活力的评价、早期胚胎丢失的检测等技术开始得到应用，并越来越受到重视。而妊娠是一个复杂而精确调控的过程，从免疫学角度看：胚胎是一种半同种异体组织，却未受到母体免疫排斥而存活，这是母体表现的免疫耐受状态或妊娠免疫耐受，免疫耐受是胚胎存活的关键。但妊娠免疫耐受的机制复杂，迄今尚未阐明。大量的研究显示胚胎植入着床（implantation）都是由细胞因子传递来完成[18]。细胞因子在胚胎和母体信号传递中扮演着重要的角色，胚胎形成初期可以控制细胞因子向母体发出信号，母体接收信号后又把信号返回胚胎，使得胚胎得以存活，妊娠正常进行。

触珠蛋白能够在母体与胚胎之间传递信号。Herrler等[19]学者通过在兔子上的试验证明，触珠蛋白在母体输卵管排卵的时候开始分泌表达，而在胚胎中不表达，但是在胚胎外膜内可以检测到大量的触珠蛋白。这也就是说在妊娠初期，胚胎把自身信号传递给母体的同时也接受了母体发出的信号，并储藏起来直到胚胎植入母体前才释放，这一信号的释放过程是否诱导了母体免疫耐受机制，现在仍是诸多学者讨论的课题。

在前期研究妊娠和空怀牛中的差异蛋白时发现触珠蛋白在妊娠牛中一直处于下调，在空怀牛中处于上调。这与Maria[20]学者研究的触珠蛋白在水牛妊娠胚胎中下调表达，在发育迟缓的胚胎中上调表达结论一致。对于导致这种反向差异的机理，研究人员猜测可能是干扰素（IFN）τ的干预，IFN-τ是奶牛妊娠识别的关键信号，可以阻止前列腺素的分泌，从而维持功能黄体。而触珠蛋白的合成与前列腺素也有关系，当胚胎植入母体前，触珠蛋白大量释放的同时，母体的IFN-τ也在分泌，前列腺素被抑制，触珠蛋白也被抑制，孕体得以正常发育。如果这种假设能成立，就能够解释触珠蛋白在妊娠和空怀牛上的反向差异这一现象。同时，也给我们一个启示，触珠蛋白可作为妊娠识别的标志性因子，如果它的含量降低，说明母体与胚胎之间的识别运行正常，反之亦然。这为判断奶牛早期妊娠提供了一条新思路。

另外，还有一个现象值得关注：IFN-τ在开始的时候只是少量分泌，并不能抑制触珠蛋白。而这段时期的触珠蛋白是否在诱导妊娠免疫耐受，抑制母胎界面的T淋巴细胞，调节母体内TH1、Th2型细胞因子的改变，并建立新的动态平衡，使得妊娠正常进行，这些都需要我们深入探讨。

4.2 触珠蛋白与奶牛蹄病

早期测定触珠蛋白及其相应的应急蛋白含量变化，能监测反刍动物的炎症感染状况[21]。近年来，虽然奶牛生产管理水平日益提高，但奶牛蹄病的发生率依然居高不下，该病不仅影响到奶牛正常的生理活动，而且会造成奶牛泌乳量下降，淘汰率升高，严重影响奶牛场的经济效益。该病发生初期，奶牛全身症状不明显，不易引起重视，直到突然出现跛行，精神沉郁，食欲下降才被重视。据最新研究报道，A.bagga等学者选取30头蹄皮炎患牛和10头健康奶牛，采集血样检测应急蛋白（APP），研究结果发现，与健康奶牛相比，蹄皮炎患牛中的血清淀粉样蛋白A（SAA）升高3倍，触珠蛋白（Hp）升高20倍。Hp的显著升高对判断早期奶牛蹄皮炎具有重要意义[22]。

4.3 触珠蛋白与奶牛子宫内膜炎

奶牛子宫内膜炎能够引起繁殖障碍（不孕症），是奶牛不能正常受孕的一种临床表现。特别是隐性子宫内膜炎，一般在产后1个月发生，无外观临床症状，发情周期正常，但屡配不孕。直肠和阴道检查无明显变化。研究学者发现，健康奶牛的Hp水平在22～140µg/mL，SAA水平在16～22µg/mL。而子宫内膜炎患牛Hp水平会增加9倍以上，SAA则在35～99µg/mL之间[23]。数据分析显示，子宫内膜炎患牛Hp和SAA都会显著升高，如果越来越高，则表明子宫内膜炎越来越严重[24]。因此，Hp可作为诊断奶牛亚临床子宫内膜炎的生物学标记，并且也是检测治疗效果的一类蛋白[25,26]。.

5 展望

触珠蛋白作为一种应急蛋白，其作为某些疾病的分子标记物，在监测奶牛相关疾病进展及治疗恢复情况，预测疾病预后等发挥着重要作用。而在妊娠免疫耐受机制上的研究，将会为探索奶牛早期胚胎丢失提供更广阔的思路，并且也为奶牛的早期妊娠诊断提供新的研究方向和线索，具有重要的科学价值和应用价值。

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S823.3

A

1004-4264（2017）06-0024-03

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

2017-01-03

武汉市农业科学技术研究院2016年英才计划项目资助(CX201609-08)。

向敏（1981-），女，湖北武汉人，兽医师，硕士，主要从事动物疫病诊断与繁殖育种的研究。

王定发。