郭棚，朱翠，高開國，王麗，馬現(xiàn)永，鄭春田，蔣宗勇,,*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150030；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所，廣州 510640；3.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物基因研究中心，廣州 510640）

精氨酸對懷孕母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞調(diào)控作用研究進展

郭棚1，朱翠3，高開國2，王麗2，馬現(xiàn)永2，鄭春田2，蔣宗勇1,2,3*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150030；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所，廣州 510640；3.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物基因研究中心，廣州 510640）

日糧中添加精氨酸可促進懷孕母豬胎盤生長發(fā)育，提高懷孕母豬繁殖性能。胎盤生長發(fā)育主要為滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖、分化、侵潤及融合等過程。因此，文章綜述精氨酸及其代謝產(chǎn)物對滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖、分化、生殖激素分泌和細(xì)胞生長因子表達(dá)調(diào)控作用及其相關(guān)信號通路影響等方面研究進展，旨在闡明精氨酸調(diào)控懷孕母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞，促進懷孕母豬胎盤生長發(fā)育作用機理，以期為精氨酸在母豬繁殖營養(yǎng)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

精氨酸；懷孕母豬；胎盤；滋養(yǎng)層細(xì)胞；多胺；一氧化氮

提高母豬繁殖性能是提高養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益重要手段及動物營養(yǎng)學(xué)研究重點。目前母豬產(chǎn)仔數(shù)低于排卵數(shù)，原因是母體營養(yǎng)、宮內(nèi)環(huán)境發(fā)育不良及胎盤功能不全造成胚胎損失。母豬懷孕后胚胎損失有三個死亡高峰期：①懷孕一個月內(nèi)，尤其25 d前胚胎死亡率高達(dá)75%，此時為胎盤滋養(yǎng)層延伸、胚胎定植于子宮和胎兒器官形成重要階段[1]；②懷孕后40～60 d（約30%），此時胎盤停止生長，胎兒迅速生長，相互排擠造成營養(yǎng)不均，胎兒死亡，Town指出當(dāng)懷孕母豬胎仔數(shù)＞10頭，妊娠35天時平均損失率最高[2]；③懷孕后期（約10%）?？梢?，胚胎或胎兒死亡已成為制約養(yǎng)豬生產(chǎn)嚴(yán)重問題。因此，降低產(chǎn)前胚胎死亡率尤為重要。由于母豬產(chǎn)活仔數(shù)遺傳系數(shù)（0.06～0.09）較低，懷孕母豬胎盤效率相對低下，胚胎死亡和宮內(nèi)發(fā)育遲緩。目前通過基因選擇和動物育種技術(shù)降低懷孕母豬胚胎死亡率效果不佳，而通過在日糧中補充精氨酸增強子宮與胎盤生長和相關(guān)生理功能成為改善母豬繁殖性能、提高胚胎和胎兒存活及生長率有效解決方案之一。

研究表明，日糧中添加精氨酸可促進懷孕母豬胎盤生長和血管發(fā)育，增加母豬產(chǎn)仔數(shù)[3]，提高母豬繁殖性能，增加后代哺乳仔豬體重[4-6]。胎盤生長發(fā)育主要為滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖、分化、侵潤和融合過程。胎盤與滋養(yǎng)層細(xì)胞關(guān)系密切，但國內(nèi)外關(guān)于精氨酸對懷孕母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞影響研究報道不多。本文綜述精氨酸對胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞調(diào)控作用研究進展，旨在為精氨酸在母豬生產(chǎn)中應(yīng)用提供科研依據(jù)和參考。

1 精氨酸生理功能

1.1 精氨酸理化特性

精氨酸（Arginine）首次從植物羽扇豆幼苗中分離提取并命名，隨后發(fā)現(xiàn)其同樣存在于哺乳動物蛋白質(zhì)中[7]。精氨酸是一種α-氨基酸，別稱2-氨基-5胍基戊酸，分子式為：C6H14N4O2，相對分子質(zhì)量174.2，為白色斜方晶體或白色結(jié)晶性粉末，無臭，味苦，不溶于乙醚，微溶于乙醇，溶于水。精氨酸含有胍基和氨基兩個堿性基團（pH 10.5～12.5），被視為20種普遍自然氨基酸中堿性最強氨基酸，其胍基易與酸反應(yīng)形成精氨酸鹽。自然界中精氨酸有D-精氨酸和L-精氨酸兩種異構(gòu)體形式，以L-精氨酸形式存在于動物機體內(nèi)。

1.2 精氨酸代謝途徑及產(chǎn)物

健康成年動物機體通過從頭合成途徑分泌足夠自身代謝需要量精氨酸，但在動物機體早期發(fā)育時期、感染或者炎癥時期、小腸或者腎臟代謝功能受損情況下，小腸-腎臟軸合成精氨酸無法滿足需要，須從外界獲取，精氨酸被定義為條件性必需氨基酸[9]。動物機體代謝所需精氨酸主要來自飼糧供給、機體蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)代謝和從頭合成途徑三方面[10]。其中，飼糧供給為動物機體獲取精氨酸主要途徑，而在缺少飼糧或禁食特殊時期則通過機體自身蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)代謝獲得精氨酸。

精氨酸在動物體內(nèi)有兩條代謝路徑：①在一氧化氮合成酶（Nitric oxide syntheses,NOS）催化下合成一氧化氮（NO），產(chǎn)生瓜氨酸。②經(jīng)甘氨酸轉(zhuǎn)脒基酶（AGAT）催化，生成鳥氨酸和肌酐酸，或在精氨酸分解酶作用下生成鳥氨酸和尿素。最后，鳥氨酸又經(jīng)吡咯啉-5-羧酸還原酶（Pyrroline-5-carboxylicacid reductases,P5CR）轉(zhuǎn)化為脯氨酸，或經(jīng)鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶（OAT）和吡咯啉-5-羧酸脫氨酶（Pyrroline-5-carboxylic acid deaminase,P5CD）轉(zhuǎn)化為谷氨酸，或經(jīng)鳥氨酸脫羧酶（ODC）作用下轉(zhuǎn)化為腐胺，腐胺在氨丙基轉(zhuǎn)移酶作用下進一步生成精胺和亞精胺[11]，而腐胺、精胺和亞精胺統(tǒng)稱為多胺?？梢?，精氨酸作為氮來源在體內(nèi)可合成鳥氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺等多種氨基酸以及NO、多胺和肌酸等生物活性分子[12]。其中NO和多胺可刺激細(xì)胞增殖和遷移、細(xì)胞重組、血管生成、擴張，增加血流量，而肌酸是神經(jīng)和骨骼肌發(fā)育必需物質(zhì)基礎(chǔ)，這些精氨酸代謝產(chǎn)物在調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用[13]。因此，精氨酸成為氨基酸營養(yǎng)研究熱點之一。

2 精氨酸對母豬繁殖性能和胚胎發(fā)育影響

傳統(tǒng)動物營養(yǎng)學(xué)觀點認(rèn)為，精氨酸并非必需氨基酸。然而，Wu等研究發(fā)現(xiàn)，正常飼養(yǎng)條件下，母豬妊娠40 d尿囊液中精氨酸含量高達(dá)4～6mmol·L-1，且精氨酸家族氨基酸（包括鳥氨酸和谷氨酰胺）在妊娠30～40 d迅速增加20～40倍，羊水、胚胎組織中精氨酸含量比機體組織高[14]。說明精氨酸作為條件性必需氨基酸，在懷孕母豬胎盤和胚胎發(fā)育關(guān)鍵時期，需補充大量精氨酸家族氨基酸滿足其生長需要。

Mateo等研究表明，懷孕母豬日糧中添加精氨酸可有效提高母豬繁殖性能及胚胎和胎兒存活率，與改善子宮環(huán)境和促進胎盤生長有關(guān)[4]，但要注意精氨酸添加時期和劑量，且交配后立即補充精氨酸對豬胚胎存活和生長存在不良影響[15]。Gao等研究發(fā)現(xiàn)，在懷孕22～114 d初產(chǎn)母豬和經(jīng)產(chǎn)母豬日糧中補充1%L-精氨酸鹽酸鹽，母豬胎盤重量、窩產(chǎn)活產(chǎn)仔數(shù)和窩產(chǎn)活仔豬初生重均顯著提高[3]。懷孕14～25 d初產(chǎn)母豬日糧中添加L-精氨酸，胎兒存活和生長率均顯著提高[16]。劉俊鋒等在妊娠環(huán)江香豬日糧中添加0.83%L-精氨酸，發(fā)現(xiàn)血漿和尿囊液中NO含量分別提高22.9%和66.3%，胎盤中總NO合酶、誘導(dǎo)型NO合酶和結(jié)構(gòu)型NO合酶活性分別提高75.5%、61.7%和84.5%，說明精氨酸可通過促進胎盤NO生成，促進妊娠母豬早期胎兒生長發(fā)育[17]。此外，精氨酸代謝產(chǎn)物NO還可調(diào)節(jié)體外培養(yǎng)豬早期胚胎發(fā)育[18]。Cui等研究報道，將外源性多胺添加于豬的二細(xì)胞期孤雌激活胚胎培養(yǎng)基中，可增加其囊胚率及囊胚期細(xì)胞數(shù)，且囊胚期細(xì)胞凋亡減少，說明精氨酸代謝產(chǎn)物多胺對早期胚胎發(fā)育有重要作用[19]。譚敏捷等指出，母豬妊娠第12天時，子宮液中多胺含量最高；當(dāng)胎盤發(fā)育到最大時，多胺產(chǎn)物及鳥氨酸大量聚集在母豬尿囊液中，說明胎盤、胎兒發(fā)育過程需要大量多胺參與[20]。此外，Zhu等最近發(fā)現(xiàn)，哺乳母豬日糧中添加0.5%和1.0%L-精氨酸鹽酸鹽，可顯著提高乳中多胺含量，促進哺乳仔豬體增重[6]?？梢姡彼釋μ岣吣肛i繁殖性能具有重要作用，其代謝產(chǎn)物（NO、多胺等）有助于提高胚胎發(fā)育和存活率，可能通過調(diào)控胎盤及其滋養(yǎng)層細(xì)胞發(fā)育實現(xiàn)該過程。

3 精氨酸對胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞調(diào)控作用

胎盤發(fā)揮免疫屏障、物質(zhì)轉(zhuǎn)運、胎盤因子表達(dá)等重要生理作用，與滋養(yǎng)層細(xì)胞特性密切相關(guān)[21-23]。對于哺乳動物繁殖營養(yǎng)研究而言，由于胎盤生理功能特殊性，體內(nèi)探索胎盤生物及時性反應(yīng)難度較大，胎盤分泌生殖激素、生長因子功能通過滋養(yǎng)層細(xì)胞實現(xiàn)，闡述滋養(yǎng)層細(xì)胞生理影響機制反映胎盤正常功能具有重要意義[24-26]。

3.1 滋養(yǎng)層細(xì)胞與胎盤生長發(fā)育

胎盤是胚胎發(fā)育過程中由胚胎滋養(yǎng)層組織和母體子宮蛻膜組成臨時性器官，建立母體-胎兒交互式循環(huán)，胎兒依靠胎盤從母體吸收營養(yǎng)維持其正常活動和生長發(fā)育需要[27]。因此，胎盤生長發(fā)育是影響妊娠重要因素。胎盤分類方式有多種，其中按照母體-胎兒物質(zhì)交換層次可將其分為四種：上皮絨毛膜胎盤（如豬、馬、猴等）、結(jié)締絨毛膜胎盤（如牛、羊等反芻動物）、內(nèi)皮絨毛膜胎盤（如貓、狗等）、血竇絨毛胎盤（如靈長類和鼠類等）和血竇內(nèi)皮胎盤（如兔、食蟲類）。

豬胎盤屬于真正上皮絨毛膜胎盤[28]，母豬-胎兒之間物質(zhì)交換需經(jīng)過6層組織（見圖1），即母體微血管壁內(nèi)皮細(xì)胞層、結(jié)締組織層、子宮內(nèi)膜上皮層、胎兒絨毛膜滋胚層、胎兒絨毛芯結(jié)締組織層和胎兒微血管壁內(nèi)皮細(xì)胞層[29]。豬胎盤發(fā)育伴隨胚胎定植、發(fā)育而逐漸成熟。豬授精后，受精卵在輸卵管發(fā)育分裂為2細(xì)胞和4細(xì)胞胚胎，懷孕第3天進入子宮，胚胎在子宮繼續(xù)分裂形成桑椹胚，懷孕第7～8天發(fā)育成0.5～1mm球形胚泡，在透明帶孵化；懷孕第10～12天胚泡從膨脹球狀變?yōu)楣軤詈徒z狀體；懷孕第11天時球形胚泡直徑約10mm，刺激分泌孕酮建立妊娠識別信號[30-31]，僅用3～4 h拉長成150～200mm管狀和絲狀孕體，第15天時長度達(dá)到1 000mm；懷孕第13天，豬孕體開始附著到子宮腔上皮細(xì)胞滋養(yǎng)層，約懷孕第18天完成著床，形成真正上皮絨膜胎盤。

因此，妊娠早期第10～18天為胚胎發(fā)育和著床關(guān)鍵時期，涉及滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖、分化、遷移和粘附等過程。胎盤發(fā)育為滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖分化結(jié)果，妊娠早期胎盤發(fā)育程度和胎盤功能完善程度成為母豬產(chǎn)仔性能最大限制因素。胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞為胎盤形成發(fā)育關(guān)鍵，而侵襲和內(nèi)分泌功能為滋養(yǎng)層細(xì)胞兩大主要功能[32]。懷孕母豬胚泡經(jīng)較長時間植入前期準(zhǔn)備后，定位并附著于滋養(yǎng)層和子宮腔上皮細(xì)胞之間，滋養(yǎng)層和子宮腔上皮細(xì)胞逐漸黏合。延長胚泡植入前期階段，有效延伸胚泡和孕體，使滋養(yǎng)層和子宮腔上皮細(xì)胞間形成最大表面接觸面，便于孕體高效吸收利于其存活和生長發(fā)育所必需營養(yǎng)物質(zhì)，促進豬滋養(yǎng)層和子宮腔上皮細(xì)胞間淺表型和非侵入性黏結(jié)[15]。在妊娠不同階段存在多種類型滋養(yǎng)層細(xì)胞[33]，包括細(xì)胞滋養(yǎng)層細(xì)胞、連接滋養(yǎng)層細(xì)胞、侵襲性滋養(yǎng)層細(xì)胞和絨毛滋養(yǎng)層細(xì)胞[34-35]。絨毛滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖迅速，分化為絨毛滋養(yǎng)層（Villoustrophoblasts，VTS）和絨毛外滋養(yǎng)層（Extravilloustrophoblasts，EVTs）。絨毛滋養(yǎng)層包括兩種細(xì)胞，一種細(xì)胞與內(nèi)膜接觸并迅速增殖，滋養(yǎng)層增厚，細(xì)胞分化為內(nèi)外兩層。外層細(xì)胞互相融合，細(xì)胞間無明顯界限，稱為合體滋養(yǎng)層，具有內(nèi)分泌作用；內(nèi)層細(xì)胞有清楚界限，并由單層立方上皮細(xì)胞組成，稱為細(xì)胞滋養(yǎng)層，不斷分裂，補充進入合體滋養(yǎng)層。合體滋養(yǎng)層和細(xì)胞滋養(yǎng)層構(gòu)成絨毛結(jié)構(gòu)，為胎兒運送營養(yǎng)物質(zhì)；絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞首先向母體子宮內(nèi)膜遷移，然后依靠自身分泌金屬基質(zhì)蛋白酶侵襲子宮肌層螺旋動脈壁內(nèi)，沿螺旋動脈遷移，啟動血管重塑過程，與子宮相接合，形成胎盤[35]。滋養(yǎng)層細(xì)胞在維持胎盤正常組織結(jié)構(gòu)和功能中起重要作用，組成胎兒與母體血液循環(huán)接觸面。

圖1 絨毛上皮型胎盤各組織層[28]Fig.1 Rep resentation of the tissue layers in endotheliochorial p lacentation

此外，Kwon和Bazer等通過觀察妊娠母豬胎盤發(fā)育過程，發(fā)現(xiàn)胎盤在妊娠20～60 d時發(fā)育最快，30～40 d時為血管快速生成重要時期，第70天達(dá)最大程度發(fā)育[36]，而子宮和胎盤發(fā)育程度成為限制胚胎存活和生長關(guān)鍵因素[37]?？梢?，滋養(yǎng)層細(xì)胞對胎盤形成、維持胎盤功能完整性與胚胎、滋養(yǎng)層細(xì)胞和母體子宮均密切相關(guān)[38]，影響母豬繁殖性能和產(chǎn)仔性能。

3.2 調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖分化和凋亡

研究表明，精氨酸可影響滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖分化和凋亡，可能與其代謝產(chǎn)物（NO和多胺）有關(guān)。Kim等研究發(fā)現(xiàn)，精氨酸可提高NO和多胺含量，促進綿羊胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖，隨后進一步發(fā)現(xiàn)精氨酸可通過NO途徑劑量依賴性調(diào)控哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（Mammalian targetof rapamycin,mTOR）信號通路，促進綿羊胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖[39]。Yuan等在原代培養(yǎng)人滋養(yǎng)層細(xì)胞中轉(zhuǎn)染iNOS表達(dá)基因，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中iNOS蛋白和NO含量增加，激活MAPK信號通路，抑制血紅素加氧酶-1蛋白表達(dá)，導(dǎo)致滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡[40]。在對人滋養(yǎng)層細(xì)胞中研究發(fā)現(xiàn)，精氨酸可減少滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡，增加胎盤功能并促進胎兒發(fā)育[41]。而Kong等對懷孕母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞研究卻認(rèn)為，精氨酸通過非NO途徑增加細(xì)胞蛋白質(zhì)合成并減少蛋白質(zhì)降解，促進滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖[42]。

精氨酸另一重要代謝產(chǎn)物-多胺，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、凋亡和信號傳導(dǎo)等重要生理生化功能，且快速增長細(xì)胞的多胺濃度顯著高于靜止細(xì)胞。Wu和Agostinelli等已證實多胺參與調(diào)控血管、胚胎生成，蛋白質(zhì)合成，胎盤和胎兒發(fā)育等過程[43-44]。多胺可促進滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞增殖和遷移，是羊和豬孕體生長發(fā)育重要調(diào)控物質(zhì)[45]。Lefevre等在水貂滋養(yǎng)層細(xì)胞體外培養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)，添加鳥氨酸脫羧酶抑制劑（DFMO）阻斷多胺生成后，滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖受阻，細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變，且細(xì)胞內(nèi)鳥氨酸脫羧酶-1蛋白活性降低，說明多胺為水貂滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖的重要調(diào)控物質(zhì)[46]。

滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖分化過程中相關(guān)基因蛋白表達(dá)水平發(fā)生變化，從分子層面映射胎盤生長發(fā)育機制[47]。目前已鑒定出編程性調(diào)控基因，如抑制細(xì)胞凋亡基因Bcl-2、Bcl-XL、Mcl-1等[48]；促進細(xì)胞凋亡基因Bax.、Bcl-Xs、P53、C-myb、C-myc、Ced-3、Ced-4、Ced-9、Mtd-P等[49-51]。在人滋養(yǎng)層細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，精氨酸可減少促凋亡基因Bax表達(dá)，同時增加抑制凋亡基因Bcl-2表達(dá)[41]。此外，精氨酸可通過促進人滋養(yǎng)層細(xì)胞中CXCR4/CXCL12基因表達(dá)調(diào)控細(xì)胞增殖分化[52]。

3.3 調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞分泌生殖激素

精氨酸可促進動物機體多種激素分泌，如生殖激素、胰島素、催乳素等[3]。而動物機體維持妊娠、孕育胎兒依賴于胎盤強大內(nèi)分泌功能，主要取決于胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞分泌作用。例如，在懷孕前3個月，人合體滋養(yǎng)層細(xì)胞可分泌多種生殖激素，如絨毛膜促性腺激素（hCG）、胎盤催乳素（hPL）、絨毛膜促乳腺生長激素（HCS）、孕激素、雌激素、神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽、激活素等[29,53]，在母胎循環(huán)中影響母體新陳代謝，提高母胎循環(huán)流量。Fournier等證實，人滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖分化成合體滋養(yǎng)層細(xì)胞后，可表達(dá)相應(yīng)激素和蛋白肽，維持妊娠過程、調(diào)節(jié)胎兒發(fā)育，且合體滋養(yǎng)層細(xì)胞成熟標(biāo)志為分泌hCG和hPL[54]。其中hCG是一類糖蛋白家族，可影響胎盤植入、血管重塑以及營養(yǎng)黃體、促進黃體分泌孕酮。由于精氨酸通過多種代謝途徑促進胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖分化，分化成熟細(xì)胞具有分泌生殖激素生理功能。因而，推測精氨酸及其代謝產(chǎn)物（NO和多胺）可促進懷孕母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞分泌生殖激素，但目前仍缺乏相關(guān)資料。僅有研究指出，精氨酸能刺激母豬體內(nèi)孕酮及雌二醇分泌[3]，同時NO抑制人滋養(yǎng)層細(xì)胞分化，減少hCG和孕酮生成量[55]。

3.4 調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞生長因子分泌

胚胎定植后，與啟動胎盤發(fā)育相關(guān)生長因子（如表皮生長因子EGF、胎盤生長因子PLGF等）基因首先表達(dá)，滋養(yǎng)層細(xì)胞具有分泌此類細(xì)胞生長因子功能[56]。Fock和Grazul-Bilska等研究證實，EGF和PLGF為胎盤發(fā)育過程中滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖分化重要調(diào)節(jié)因子，其受體廣泛存在于滋養(yǎng)層細(xì)胞膜，同時滋養(yǎng)層細(xì)胞還可表達(dá)分泌EGF和PLGF[57-58]，并與自分泌白細(xì)胞介素-6（IL-6）相互促進，共同調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞和胎盤組織功能與結(jié)構(gòu)完整[59-60]。其中，EGF可調(diào)控滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖、分化、細(xì)胞能量代謝、激素合成與分泌、侵襲和遷移等多種生物學(xué)行為，妊娠期間母-胎界面EGF表達(dá)水平異常,可造成滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲性遷移不足、胎盤形成不良、流產(chǎn)等疾病[32]。胰島素樣生長因子-Ⅰ（IGF-Ⅰ）可調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖、分化和遷移。Das研究發(fā)現(xiàn)滋養(yǎng)層細(xì)胞可大量表達(dá)IGF-Ⅰ及其受體，通過自分泌機制發(fā)揮生理作用，同時以旁分泌方式調(diào)節(jié)胎盤其他細(xì)胞或胎兒生長發(fā)育[61]。而在人滋養(yǎng)層細(xì)胞分化過程中，細(xì)胞NO生成量和NOS基因及其受體GUCY13BmRNA表達(dá)量增加，促進細(xì)胞分泌PLGF和血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）[62]，激活和增加金屬蛋白酶（MMP-2和MMP-9）生成量[63]。可見，胎盤發(fā)育伴隨一系列調(diào)控滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖分化細(xì)胞生長因子表達(dá)或分泌，而這些生長因子在胚胎定植、滋養(yǎng)層細(xì)胞侵潤子宮內(nèi)膜、胎盤發(fā)育和血管生成中發(fā)揮重要作用[64]。

3.5 調(diào)控滋養(yǎng)層細(xì)胞作用相關(guān)信號通路

胎盤發(fā)育及滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖分化為哺乳動物妊娠早期重要生物學(xué)現(xiàn)象，受多種信號通路調(diào)控。在人胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞上研究發(fā)現(xiàn)，cAMP/PKA、PKC、MAPK等信號通路廣泛存在胎盤組織滋養(yǎng)層細(xì)胞中，相互影響，構(gòu)成復(fù)雜生物信息網(wǎng)絡(luò)體系[65]，βcatenin信號通路調(diào)控人胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖和凋亡[66-67]，但尚未在懷孕母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞營養(yǎng)調(diào)控中證實。Kim等在綿羊胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，精氨酸可激活mTOR信號通路，增加磷酸化人核糖體蛋白S6激酶（RPS6K）和人核糖體S6蛋白（RPS6），促進羊胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖，該過程與NO和多胺生成有關(guān)[39]。Kong在母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞（pTr2）研究發(fā)現(xiàn)，精氨酸調(diào)控激活母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞中mTOR信號通路，提高母豬滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖分化和免疫功能[42]。精氨酸通過影響母豬臍帶靜脈組織中microRNAs調(diào)控血管內(nèi)皮生長因子A（VEGFA）及NOS基因表達(dá)，改善懷孕母豬胎盤生物功能，同時精氨酸還通過增強mTOR信號通路、增加核糖體蛋白S6激酶1（p70S6K）和真核細(xì)胞始動因子4E結(jié)合蛋白-1（4EBPl）蛋白含量，促進母豬滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖[42,68]。此外，精氨酸還可通過激活mTOR-RPS6KRPS6-EIF4EBP1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑刺激豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖[69]。Kong等研究母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞時也發(fā)現(xiàn)，外源添加精氨酸代謝產(chǎn)物腐胺可通過激活母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞mTOR信號通路，增加蛋白質(zhì)合成，促進母豬滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞增殖[70]。綜上所述，精氨酸及其代謝產(chǎn)物至少通過mTOR信號通路調(diào)控母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖分化、蛋白質(zhì)合成等過程，但其他相關(guān)作用機理有待深入研究。

4 結(jié)語

精氨酸作為一種條件性必需氨基酸，是合成鳥氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺等多種氨基酸以及產(chǎn)生多胺和NO等代謝產(chǎn)物的含氮前體物質(zhì)，在刺激滋養(yǎng)層細(xì)胞迅速增殖和遷移、細(xì)胞重構(gòu)、血管、血管擴張等過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。精氨酸及其代謝產(chǎn)物促進懷孕母豬胎盤發(fā)育，提高其繁殖性能，促進后代仔豬生長發(fā)育。研究認(rèn)為，精氨酸促進懷孕母豬胎盤發(fā)育潛在機理可能與精氨酸及其代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖分化、激素分泌以及生長因子表達(dá)密切相關(guān)，而mTOR信號通路已證實參與該過程調(diào)控。但精氨酸是否進一步影響滋養(yǎng)層細(xì)胞中精氨酸轉(zhuǎn)運載體（SLC7A1）功能和表達(dá)以及具體作用機理需進一步研究。未來有望通過基因編輯和多組學(xué)技術(shù)研究精氨酸調(diào)控懷孕母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞發(fā)育相關(guān)機制，為解釋精氨酸促進懷孕母豬胎盤發(fā)育提供理論基礎(chǔ)，為精氨酸在母豬生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

[1]Christenson R K.Ovulation rate and embryonic survival in Chinese Meishan and white crossbred pigs[J].Journal of Animal Science,1993,71(11):3060-3066.

[2]Town SC,Patterson JL,Pereira CZ,etal.Embryonic and fetal development in a commercialdam-linegenotype[J].Animal reproduction science,2005,85(3-4):301-316.

[3]Gao K G,Jiang Z Y,Lin Y C,etal.Dietary L-arginine supplementation enhances placental growth and reproductive performance in sows[J].Amino Acids,2012,42(6):2207-2214.

[4]Mateo R D,Wu G Y,Bazer FW,etal.Dietary L-arginine supplementation enhances the reproductive performance of gilts[J].The JournalofNutrition,2007,137(3):652-656.

[5]Wu GY,Bazer FW,Satterfield M C,etal.Impactsofargininenutrition on embryonic and fetal development inmammals[J].Amino Acids,2013,45(2):241-256.

[6]Zhu C,Guo C Y,Jiang ZY,etal.Dietary arginine supplementation inmultiparous sows during lactation improves theweightgain ofsuckling piglets[J].Journal of Integrative Agriculture,2017,16 (3):60345-60347.

[7]Beaum ier L,Castillo L,Yu Y M,et al.A rginine:new and exciting developments for an"old"aminoacid[J].Biomedicaland Environmental Sciences,1996,9(2-3):296-315.

[8]孫紅暖,楊海明,王志躍,等.精氨酸對動物的營養(yǎng)生理及免疫作用[J].動物營養(yǎng)學(xué)報,2014(01):54-62.

[9]Morris SM.ArginineMetabolism Revisited[J].The Journalof Nutrition,2016,146(12):2579-2586.

[10]WangW W,Qiao SY,Li D F.Amino acids and gut function[J]. Amino Acids,2009,37(1):105-110.

[11]Wu G Y,Morris S J.A rginine metabolism:nitric oxide and beyond[J].The Biochemical Journal,1998,336(1):1-17.

[12]王連生,徐奇友.魚類精氨酸營養(yǎng)研究進展[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,45(9):123-128.

[13]Wu G Y,Bazer FW,Davis T A,etal.Argininemetabolism and nutrition in growth,health and disease[J].Amino Acids,2009,37 (1):153-168.

[14]Wu G Y,Bazer FW,TuoW,etal.Unusualabundance ofarginine and ornithine in porcine allantoic fluid[J].Biology of Reproduction,1996,54(6):1261-1265.

[15]伍國耀.懷孕母豬的精氨酸營養(yǎng)和繁殖性能[J].飼料工業(yè), 2012(22):46-54.

[16]Li X L,Bazer FW,Wu GY,etal.Dietary supplementation with L-arginine between days 14 and 25 of gestation enhances embryonic developmentand survival in gilts[J].Amino Acids.2014,46 (2):375-384

[17]劉俊鋒,吳琛,孔祥峰,等.精氨酸對妊娠環(huán)江香豬胎兒生長發(fā)育的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2011(5):1040-1045.

[18]Redel BK,Tessanne K J,Spate LD,etal.Arginine increases development of in vitro-produced porcine embryos and affects the protein argininemethyltransferase-dimethylarginine dimethylaminohydrolase-nitric oxide axis[J].Reproduction Fertility and Development,2015,27(4):655-666.

[19]CuiX S,Kim N H.Polyamines inhibitapoptosis in porcine parthenotes developing in vitro[J].Molecular Reproduction and Development,2005,70(4):471-477.

[20]譚敏捷,孔祥峰,劉慶友,等.多胺與哺乳動物的孕體發(fā)育[J].動物營養(yǎng)學(xué)報,2015(1):43-48.

[21]Bulmer JN,Johnson PM.Antigen expression by trophoblastpop-ulations in the human placenta and their possible immunobiological relevance[J].Placenta,1985,6(2):127-140.

[22]Lagaye S,Derrien M,Menu E,etal.Cell-to-cell contact results in a selective translocation ofmaternal human immunodeficiency virus type 1 quasispecies across a trophoblastic barrier by both transcytosis and infection[J].Journal of Virology,2001,75(10): 4780-4791.

[23]Ramsoondar J J,Christopherson R J,Guilbert L J,et al.Lack of class Imajorhistocompatibility antigenson trophoblastofperiimplantation blastocysts and term placenta in the pig[J].Biology of Reproduction,1999,60(2):387-397.

[24]El-Hashash A H,Warburton D,Kimber S J.Genes and signals regulatingmurine trophoblast cell development[J].Mechanismsof Development,2010,127(1-2):1-20.

[25]Pidoux G,Gerbaud P,Cocquebert M,et al.Review:Human trophoblast fusion and differentiation:lessons from trisomy 21 placenta[J].Placenta,2012,33(2):81-86.

[26]Sun X,Xie H,Yang J,et al.Endocannabinoid signaling directs differentiation of trophoblastcell lineagesand placentation[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United Statesof America,2010,107(39):16887-16892.

[27]Cross JC.How to make a placenta:mechanisms of trophoblast celldifferentiation inmice--a review[J].Placenta,2005,26:3-9. [28]Patel V B,Preedy V R,Rajendram R.L-Arginine in Clinical Nutrition[M].London:Humana Press,2016.

[29]Bonnin A,Goeden N,Chen K,etal.A transient placental source ofserotonin for the fetal forebrain[J].Nature,2011,472:347-350.

[30]Bazer FW,Vallet JL,Roberts R M,etal.Role of conceptus secretory products in establishmentof pregnancy[J].Journal of Reproduction and Fertility,1986,76(2):841-850.

[31]Bazer FW,Wu G Y,Johnson G A.Pregnancy recognition signals inmammals:the roles of interferons and estrogens[J].Animal Reproduction,2017,14(1):7-29.

[32]黃今,馬海英.胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞的功能[J].東南大學(xué)學(xué)報:醫(yī)學(xué)版,2015(2):304-308.

[33]Lee CQ,Gardner L,TurcoM,etal.What Is Trophoblast?ACombination ofCriteria Define Human First-Trimester Trophoblast[J]. Stem Cell Reports,2016,6(2):257-272.

[34]Chiu Y H,Chen H.GATA3 inhibits GCM1 activity and trophoblast cell invasion[J].Scientific Reports,2016(6):21630.

[35]Sasaki M,Amano Y,Hayakawa D,etal.Areolae of the placenta in the Antarctic minke whale(Balaenoptera bonaerensis)[J].The JournalofReproduction and Development,2014,60(1):62-67.

[36]Kwon H,Wu G,Meininger C J,etal.Developmental changes in nitric oxide synthesis in the ovine placenta[J].Biology of Reproduction,2004,70(3):679-686.

[37]Bazer FW,ThatcherWW,Martinat-Botte F,etal.Conceptus development in large white and prolific Chinese Meishan pigs[J]. Journalof Reproduction and Fertility,1988,84(1):37-42.

[38]Rossant J,Cross JC.Placental development:lessons from mouse mutants[J].NatureReviewsGenetics,2001,2(7):538-548.

[39]Kim JY,Burghardt RC,Wu G,etal.selectnutrients in the ovine uterine lumen.vii.effects ofarginine,leucine,glutamine,and glucoseon trophectoderm cellsignaling,proliferation,andmigration[J]. BiologyofReproduction,2010,84(1):62-69.

[40]Yuan B,Ohyama K,Takeichi M,et al.Direct contribution of inducible nitric oxide synthase expression to apoptosis induction in primary smooth chorion trophoblast cells of human fetal membrane tissues[J].The International Journal of Biochemistry&Cell Biology,2009,41(5):1062-1069.

[41]Shen SF,Hua CH.Effectof L-arginineon the expression of Bcl-2 and Bax in the placenta of fetal growth restriction[J].The Journal of Maternal-Fetal&Neonatal Medicine,2011,24(6):822-826.

[42]Kong X F,Tan B,Yin Y L,etal.l-Arginine stimulates themTOR signaling pathway and protein synthesis in porcine trophectoderm cells[J].The Journal of Nutritional Biochemistry,2012,23(9): 1178-1183.

[43]Wu G Y,Bazer FW,Hu J,etal.Polyamine Synthesis from Proline in theDeveloping Porcine Placenta1[J].Biology oFReproduction,2005,72:842-850.

[44]Agostinelli E.Role of polyamines,their analogs and transglutaminases in biological and clinical perspectives[J].Amino Acids, 2012,42(2):397-409.

[45]Bazer FW,Kim J,Ka H,etal.Selectnutrients in the uterine lumen of sheep and pigs affect conceptus development[J].The JournalofReproduction and Development,2012,58(2):180-188.

[46]Lefevre P L,Palin M F,Chen G,etal.Polyamines are implicated in the emergence of the embryo from obligate diapause[J].Endocrinology,2011,152(4):1627-1639.

[47]Mckay R.Remarkable role for the placenta[J].Nature,2011,472: 298-299.

[48]Qiao S,Nagasaka T,Harada T,etal.p53,Bax and Bcl-2 expression,and apoptosis in gestational trophoblastof completehydatidi-formmole[J].Placenta,1998,19(5-6):361-369.

[49]Chinnaiyan A M,O'Rourke K,Lane B R,et al.Interaction of CED-4 with CED-3 and CED-9:amolecular framework for cell death[J].Science,1997,275(5303):1122-1126.

[50]RoncalliM,Bulfamante G,Viale G,etal.C-myc and tumour suppressor gene product expression in developing and term human trophoblast[J].Placenta,1994,15(4):399-409.

[51]Soleymanlou N,Wu Y,Wang JX,etal.A novelMtd splice isoform is responsible for trophoblast cell death in pre-eclampsia[J]. CellDeath and Differentiation,2005,12(5):441-452.

[52]Wu X.The Expression of CXCR4/CXCL12 in first-trimester human trophoblast cells[J].Biology of Reproduction,2004,70(6): 1877-1885.

[53]Aghababaei M,Beristain A G.The elsevier trophoblast research award lecture:Importance ofmetzincin proteases in trophoblast biology and placental development:a focus on ADAM12[J].Placenta,2015,36(1):11-19.

[54]Fournier T,Guibourdenche J,Evain-Brion D.Review:hCGs:different sources ofproduction,differentglycoforms and functions[J]. Placenta,2015,36(1):60-65.

[55]SanyalM,Nag TC,Das C.Localization ofnitric oxide synthase in human trophoblast cells:role ofnitric oxide in trophoblastproliferation and differentiation[J].American JournalofReproductive Immunology,2000,43(2):70-77.

[56]Vonnahme K A,Ford SP.Placental vascular endothelial growth factor receptor system mRNA expression in pigs selected for placental efficiency[J].The Journal of Physiology,2004,554(1): 194-201.

[57]Fock V,Plessl K,Fuchs R,et al.Trophoblast subtype-specific EGFR/ERBB4 expression correlates with cell cycle progression and hyperplasia in completehydatidiform moles[J].Human Reproduction,2015,30(4):789-799.

[58]Grazul-Bilska A T,Borowicz PP,Johnson M L,etal.Placental development during early pregnancy in sheep:Vascular growth and expression of angiogenic factors inmaternal placenta[J].Reproduction,2010,140(1):165-174.

[59]Ahmed A,Dunk C,Ahmad S,etal.Regulation of p lacental vascular endothelial growth factor(VEGF)and placenta growth factor (PIGF)and soluble Flt-1 by oxygen—a review[J].Placenta,2000, 21:16-24.

[60]Dominguez F,Martinez S,Quinonero A,etal.CXCL10 and IL-6 induce chemotaxis in human trophoblast cell lines[J].Journal of Reproduction and Fertility,2008,14(7):423-430.

[61]Das C,Kumar V S,Gupta S,et al.Network of cytokines,integrins and hormones in human trophoblast cells[J].Journalof Reproductive Immunology,2002,53(1-2):257-268.

[62]Groesch K A,Torry R J,Wilber A C,etal.Nitric oxide generation affects pro-and anti-angiogenic growth factor expression in primary human trophoblast[J].Placenta,2011,32(12):926-931.

[63]Novaro V,Colman-Lerner A,Ortega FV,etal.Regulation ofmetalloproteinases by nitric oxide in human trophoblastcells in culture[J].Reproduction Fertility and Development,2001,13(5-6): 411-420.

[64]Krause B J,Hanson M A,Casanello P.Role ofnitric oxide in placental vascular development and function[J].Placenta,2011,32 (11):797-805.

[65]DelidakiM,Gu M,Hein A,etal.Interplay of cAMP and MAPK pathways in hCG secretion and fusogenic gene expression in a trophoblastcell line[J].Molecularand Cellular Endocrinology,2011, 332(1-2):213-220.

[66]Li HW,Cheung A N,Tsao SW,et al.Expression of e-cadherin and beta-catenin in trophoblastic tissue in normal and pathologicalpregnancies[J].International JournalofGynecological Pathology,2003,22(1):63-70.

[67]Rena V,Flores-Martin J,Angeletti S,et al.StarD7 gene expression in trophoblast cells:contribution of SF-1 and Wnt-betacatenin signaling[J].Molecular Endocrinology,2011,25(8):1364-1375.

[68]Liu X D,Wu X,Yin Y L,etal.Effectsof dietary L-arginine or N-carbamylglutamate supp lementation during late gestation of sows on themiR-15b/16,miR-221/222,VEGFA and eNOSexpression inumbilicalvein[J].AminoAcids,2012,42(6):2111-2119.

[69]Kim JY,Song G,Wu GY.Arginine,leucine,and glutamine stimulate proliferation of porcine trophectoderm cells through the MTOR-RPS6K-RPS6-EIF4EBP1 Signal Transduction Pathway[J]. Biology ofReproduction,2013,88:113(5):1-9.

[70]Kong X F,Wang X Q,Yin Y L.Putrescine stimulates themTOR signaling pathway and protein synthesis in porcine trophectoderm cells[J].Biology ofReproduction,2014,91(5):106.

Progress advance on regulation of arginine on pregnant sow placentaltrophoblastic cells

GUO Peng1,ZHU Cui3,GAO Kaiguo2,WANG Li2,MA Xianyong2,ZHENG
Chuntian2,JIANG Zongyong1,2,3
(1. School of Animal Science and Technology, Northeast AgriculturalUniversity, Harbin 150030, China; 2. Institute of Animal Science, Guangdong Academy of AgriculturalSciences, Guangzhou 510640, China; 3. Agro- Biological Gene Research Center, GuangdongAcademy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640, China)

Dietary L-arginine supplementation has been shown to promote placental growth, therebyeffectively improving the reproductive performance of pregnant sows. The progression of placentation isassociated with the proliferation, differentiation, invasion and fusion of trophoblast cells which play apredominate role in placental development. This review thus summarized the current research progress onthe effects of arginine and its metabolites on the proliferation, differentiation, hormones secretion, and growthfactors expression in porcine placental trophoblast cells, and discussed the possible signaling pathwaysinvolved in these biological processes. The review would help better understand the mechanism of arginineon regulation of porcine placental trophoblast cells, and promotion of porcine placental development duringpregnancy, aiming to provide scientific guidance for future applications of arginine in sow reproductivenutrition.

L-arginine; pregnant sow; placenta; trophoblastic cells; polyamine; nitric oxide

S816

A

1005-9369（2017）03-0089-08

時間2017-3-21 14:04:00[URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170321.1404.014.htm l

郭棚,朱翠,高開國,等.精氨酸對懷孕母豬胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞調(diào)控作用研究進展[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2017,48(3):89-96.

Guo Peng, Zhu Cui, Gao Kaiguo, et al. Progress advance on regulation of arginine on pregnant sow placental trophoblasticcells[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2017, 48(3): 89-96. (in Chinese with English abstract)

2017-02-21

國家自然科學(xué)青年基金項目（31201814）；國家生豬產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-36）；廣東省科技計劃項目（2013A061401020，2013B050800016，2015A030310332）；畜禽育種國家重點實驗室研究配套專項；廣東省南粵百名杰出人才培養(yǎng)工程

郭棚（1982-），男，博士研究生，研究方向為單胃動物營養(yǎng)。E-mail:pengguo_163@163.com

*通訊作者：蔣宗勇（1963-），男，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向為單胃動物營養(yǎng)。E-mail:jiangz28@qq.com