蛋壳形成的见解

牧童 · 发表于 2007-8-16 10:25:53

1 蛋壳品质优劣的意义

一方面，雏鸡胚胎的良好发育依赖于强有力的蛋壳保护，便其免受外界病菌的感染、防止蛋内水分的散失，同时还是胚胎骨酪发育的主要钙源;另一方面，在蛋的生产和销售过程中，蛋壳的高破损率对生产商来说是其主要的经济损失;此外，机械化的禽蛋清洗、分选和包装过程，也可引起蛋壳破损。单纯地提高蛋壳厚度并不能解决这一问题，因为蛋壳的厚度影响蛋与外界的气体和水分交换，并且较厚的蛋壳对即将出壳的胚胎也是一个较大的障碍。另外，蛋壳的厚度只是影响蛋壳强度的一个方面。因此，我们必须评估蛋壳的其它特性。

要提高蛋壳的品质，就必须认清参与蛋壳矿化过程的分子组成。禽体内存在一系列特定的可调整的钙-生物分子相互作用，引导独特的、极其规则的晶体沉积结构形成，蛋壳的矿化过程也是如此(Weiner and Addadi,1991)。在鸟类蛋壳的矿化过程中，其输卵管的特定部位在时空上会发生一系列的确定变化(Arias et al,1993)。蛋壳由一大批的生物分子引导并遵循一系列的生物规律而形成。因此，对蛋壳基质蛋白及其输卵管连续段上的控制基因认识是提高蛋壳品质的主要任务。

2 蛋壳形成

蛋壳在蛋通过输卵管连续段时由多层矿物质结构依次装配而成。卵子在输卵管漏斗部受精，进而输卵管膨大部分泌白蛋白，然后在排卵2－3h后，进入输卵管峡部，粒状细胞在此分泌蛋壳膜的各种组分，如骨胶原X(Arias et al,1991,1997)。蛋壳中的钙大部分在蛋壳(ESG)沉积(Creger etal.1976;Stemberger et al.,1977)。蛋壳形成时，约有5-6g的碳酸钙沉积其中;大部分在蛋停留于ESG的l7-2Oh中沉积。

3 矿化过程基质蛋白的参与

促使生物矿化的有机基质组分在控制结晶方面起着重要的作用。矿化结构的胞外基质蛋白通过调节晶体的成核和扩增而影响蛋壳中参与矿化生物磷酸钙(磷灰石)或碳酸钙(方解石)最终结构的强度和形状(Weiner and Addadi,1991)。蛋壳中的各种蛋白质已为人们所认识，如乳头状突起中的卵白蛋自 (Hincke et al.,1995)，溶解酵素和卵清蛋白样蛋自(Gautron etal.，1997)，栅栏组织中的硫酸皮肤素聚糖蛋白(Carrino et al.,l997)以及乳头状突起中的硫酸角质素(Fernandez et al.，1997)。这些己被证实在生物矿化作用中具有调节作用的生物分子呈酸性。它们既可处于晶体与细胞外基质之间的界面，又可处于晶体的内部。通常，这些酸性蛋白质与疏水的大分子(如骨中的骨胶原I)相结合而形成广泛的三维结构。有矿化骨架结构的其他门类生物已报道有相似的现象(Weiner and Addadi，1991)。

4 磷蛋白和钙化

通常认为，磷酸化的细胞外基质蛋白对脊椎动物钙化组织的形成起着必不可少的作用

(Glimcher,1985，1989)。在已证实的具有可控矿化作用的矿化组织中几乎都可找到这种磷酸化的细胞外基质蛋白，如已从牙质的胞外基质(Veis andPerry,1967)、哺乳动物(Denhardt and Guo,1993)和小鸡(Gotoh et al,1990)的骨酪中分离出这些磷酸化蛋白质。大多数这样的酸性磷蛋白含有7-9个连续的天冬氨酸残基，这对确保与钙结合后再和蛋白质相互作用进入蛋壳晶体是必需的。骨桥蛋白(OPN)就是这样一种蛋白。

5 骨桥蛋白的结构和组织分布

骨桥蛋白是一种磷化的糖蛋白，包含有12个磷酸丝氨酸残基和一个磷酸苏氨酸残基，不含有蛋氨酸残基(Prince et al,1987)。该蛋白与轻基磷灰石结合，便于细胞与组织培养基结合，并且该蛋白含有一个 Gly-Arg-Gly-Asp-Ser(GRGDS)氨基酸序列，作为与αγβ3 细胞表面整联蛋白受体相互作用的识别信号(Ross et al,1993)。OPN基因表达于胚胎骨组织、成年家禽骨组织、正常骨细胞与变形骨细胞及一些骨髓细胞之中。此外，OPN也存在于某些非骨组织如肾、胚胎耳朵的感觉上皮细胞及胎盘蜕膜之中。与哺乳动物的OPN相比较，小鸡的OPN在蛋白质序列上含有35%的相同，在核酸水平上有65%的相同(Castagnola et al,1991)。OPN基因的表达、OPN的磷酸化及OPN的分泌具有组织特异性，并受到许多激素如生长因子、肿瘤促长因子及致癌基因的调节。

6 OPN与蛋壳形成

通过原位杂交方法，已经探明OPN基因的表达仅限于有大量钙化发生的ESG内(Pines et al,1996);而输卵管其它部位如膨大部及峡部，在蛋形成周期的任何阶段均末检测到。OPN基因的表达仅在蛋壳钙化期发生，具有周期性。OPN基因表达的周期性与蛋形成周期的关联是ESG的特点，在其它产生OPN的组织如肾脏中则未见此现象。对于即将开产的母鸡或蛋即将进入ESG时被强行取出的母鸡，也未检测到OPN基因的表达。OPN由排列在内腔的上皮细胞合成，合成后被迅速分泌到胞外并积聚在蛋壳中。已发现结合蛋白是在OPN表达期由ESG合成的(Nyset al,1998;Bar et al,l992)，但它储存于ESG的管状腺细胞中不同于OPN(Wasserman et al，1991)。血浆中PTH、性激素及其他激素的水平和输卵管中与PTH相关的肽类(PTHrP)的浓度都随着形成周期而发生变化，并可能参与基质蛋白合成的调节。

7 机械张力——OPN在ESG中表达的诱导因素

在蛋形成周期中，我们在产蛋母鸡输卵管内采用钙含量变化和机械张力等非激素因素刺激的方法来推定OPN基因表达的调节机制(Lavelin et al,1998)。研究发现，蛋进入ESG后，OPN基因由上皮细胞分两步来表达，先由基部的细胞进行，再由顶部的细胞进行。OPN基因表达在产蛋前lh才减少。标志钙化开始的钙结合蛋白基因，在OPN基因表达前2h表达。软壳的形成是由于钙结合蛋白减少所致，不是因为OPN基因表达减少所致;总之，OPN基因的表达不是由钙含量来调节的。对无蛋的产蛋母鸡，应用机械张力诱导的效果等同于蛋诱导的效果，可引起OPN基因表达。此种诱导受时间和张力大小的影响。钙结合蛋白基因不受机械张力的影响。