蛋殼形成的見解

牧童 · 發表于 2007-8-16 10:25:53

1 蛋殼品質優劣的意義

一方面，雛雞胚胎的良好發育依賴于強有力的蛋殼保護，便其免受外界病菌的感染、防止蛋內水分的散失，同時還是胚胎骨酪發育的主要鈣源;另一方面，在蛋的生產和銷售過程中，蛋殼的高破損率對生產商來說是其主要的經濟損失;此外，機械化的禽蛋清洗、分選和包裝過程，也可引起蛋殼破損。單純地提高蛋殼厚度并不能解決這一問題，因為蛋殼的厚度影響蛋與外界的氣體和水分交換，并且較厚的蛋殼對即將出殼的胚胎也是一個較大的障礙。另外，蛋殼的厚度只是影響蛋殼強度的一個方面。因此，我們必須評估蛋殼的其它特性。

要提高蛋殼的品質，就必須認清參與蛋殼礦化過程的分子組成。禽體內存在一系列特定的可調整的鈣-生物分子相互作用，引導獨特的、極其規則的晶體沉積結構形成，蛋殼的礦化過程也是如此(Weiner and Addadi,1991)。在鳥類蛋殼的礦化過程中，其輸卵管的特定部位在時空上會發生一系列的確定變化(Arias et al,1993)。蛋殼由一大批的生物分子引導并遵循一系列的生物規律而形成。因此，對蛋殼基質蛋白及其輸卵管連續段上的控制基因認識是提高蛋殼品質的主要任務。

2 蛋殼形成

蛋殼在蛋通過輸卵管連續段時由多層礦物質結構依次裝配而成。卵子在輸卵管漏斗部受精，進而輸卵管膨大部分泌白蛋白，然后在排卵2－3h后，進入輸卵管峽部，粒狀細胞在此分泌蛋殼膜的各種組分，如骨膠原X(Arias et al,1991,1997)。蛋殼中的鈣大部分在蛋殼(ESG)沉積(Creger etal.1976;Stemberger et al.,1977)。蛋殼形成時，約有5-6g的碳酸鈣沉積其中;大部分在蛋停留于ESG的l7-2Oh中沉積。

3 礦化過程基質蛋白的參與

促使生物礦化的有機基質組分在控制結晶方面起著重要的作用。礦化結構的胞外基質蛋白通過調節晶體的成核和擴增而影響蛋殼中參與礦化生物磷酸鈣(磷灰石)或碳酸鈣(方解石)最終結構的強度和形狀(Weiner and Addadi,1991)。蛋殼中的各種蛋白質已為人們所認識，如乳頭狀突起中的卵白蛋自 (Hincke et al.,1995)，溶解酵素和卵清蛋白樣蛋自(Gautron etal.，1997)，柵欄組織中的硫酸皮膚素聚糖蛋白(Carrino et al.,l997)以及乳頭狀突起中的硫酸角質素(Fernandez et al.，1997)。這些己被證實在生物礦化作用中具有調節作用的生物分子呈酸性。它們既可處于晶體與細胞外基質之間的界面，又可處于晶體的內部。通常，這些酸性蛋白質與疏水的大分子(如骨中的骨膠原I)相結合而形成廣泛的三維結構。有礦化骨架結構的其他門類生物已報道有相似的現象(Weiner and Addadi，1991)。

4 磷蛋白和鈣化

通常認為，磷酸化的細胞外基質蛋白對脊椎動物鈣化組織的形成起著必不可少的作用

(Glimcher,1985，1989)。在已證實的具有可控礦化作用的礦化組織中幾乎都可找到這種磷酸化的細胞外基質蛋白，如已從牙質的胞外基質(Veis andPerry,1967)、哺乳動物(Denhardt and Guo,1993)和小雞(Gotoh et al,1990)的骨酪中分離出這些磷酸化蛋白質。大多數這樣的酸性磷蛋白含有7-9個連續的天冬氨酸殘基，這對確保與鈣結合后再和蛋白質相互作用進入蛋殼晶體是必需的。骨橋蛋白(OPN)就是這樣一種蛋白。

5 骨橋蛋白的結構和組織分布

骨橋蛋白是一種磷化的糖蛋白，包含有12個磷酸絲氨酸殘基和一個磷酸蘇氨酸殘基，不含有蛋氨酸殘基(Prince et al,1987)。該蛋白與輕基磷灰石結合，便于細胞與組織培養基結合，并且該蛋白含有一個 Gly-Arg-Gly-Asp-Ser(GRGDS)氨基酸序列，作為與αγβ3 細胞表面整聯蛋白受體相互作用的識別信號(Ross et al,1993)。OPN基因表達于胚胎骨組織、成年家禽骨組織、正常骨細胞與變形骨細胞及一些骨髓細胞之中。此外，OPN也存在于某些非骨組織如腎、胚胎耳朵的感覺上皮細胞及胎盤蛻膜之中。與哺乳動物的OPN相比較，小雞的OPN在蛋白質序列上含有35%的相同，在核酸水平上有65%的相同(Castagnola et al,1991)。OPN基因的表達、OPN的磷酸化及OPN的分泌具有組織特異性，并受到許多激素如生長因子、腫瘤促長因子及致癌基因的調節。

6 OPN與蛋殼形成

通過原位雜交方法，已經探明OPN基因的表達僅限于有大量鈣化發生的ESG內(Pines et al,1996);而輸卵管其它部位如膨大部及峽部，在蛋形成周期的任何階段均末檢測到。OPN基因的表達僅在蛋殼鈣化期發生，具有周期性。OPN基因表達的周期性與蛋形成周期的關聯是ESG的特點，在其它產生OPN的組織如腎臟中則未見此現象。對于即將開產的母雞或蛋即將進入ESG時被強行取出的母雞，也未檢測到OPN基因的表達。OPN由排列在內腔的上皮細胞合成，合成后被迅速分泌到胞外并積聚在蛋殼中。已發現結合蛋白是在OPN表達期由ESG合成的(Nyset al,1998;Bar et al,l992)，但它儲存于ESG的管狀腺細胞中不同于OPN(Wasserman et al，1991)。血漿中PTH、性激素及其他激素的水平和輸卵管中與PTH相關的肽類(PTHrP)的濃度都隨著形成周期而發生變化，并可能參與基質蛋白合成的調節。

7 機械張力——OPN在ESG中表達的誘導因素

在蛋形成周期中，我們在產蛋母雞輸卵管內采用鈣含量變化和機械張力等非激素因素刺激的方法來推定OPN基因表達的調節機制(Lavelin et al,1998)。研究發現，蛋進入ESG后，OPN基因由上皮細胞分兩步來表達，先由基部的細胞進行，再由頂部的細胞進行。OPN基因表達在產蛋前lh才減少。標志鈣化開始的鈣結合蛋白基因，在OPN基因表達前2h表達。軟殼的形成是由于鈣結合蛋白減少所致，不是因為OPN基因表達減少所致;總之，OPN基因的表達不是由鈣含量來調節的。對無蛋的產蛋母雞，應用機械張力誘導的效果等同于蛋誘導的效果，可引起OPN基因表達。此種誘導受時間和張力大小的影響。鈣結合蛋白基因不受機械張力的影響。