基因药物对动物生长的影响

张凤洪 黄艳兴 李源 王立红 董惠峰

1.鼎正动物药业（天津）有限公司

2.天津市蓟州区牧业发展服务中心

一、基因药物

基因药物也称DNA药物，是基因工程药物的一种。基因工程药物包括重组蛋白多肽药物、反义核酸药物、DNA药物和基因工程抗体等。它是将具有治疗意义的基因重组进真核表达载体，再直接转移到动物或人的细胞内，表达出具有治疗作用的多肽或蛋白质，从而达到预防疾病、治疗疾病、调节动物生长、生产性能等目的。它与传统的蛋白质工程药物不同，不需要在体外合成和表达蛋白质，也不需要在体外分离和纯化，而是把基因质粒植入体内，让细胞本身去合成、分离和纯化蛋白质，并且自行的释放进入血液循环，在局部或远端部位发挥功能，进而达到防治疾病及调控生长、生产等目的。促进动物生长的基因药物与传统意义上的疫苗有所不同，但有些基因疫苗也可作为促动物生长的基因药物使用。

二、基因药物与动物的生长调控

动物的生长是一个复杂的生物代谢过程，受基因型、激素、营养、环境等多方面因素的影响。这些影响因素是通过直接或间接影响动物内分泌系统实现的。动物的生长是由促生长激素轴来调节的，促生长激素轴是由生长激素释放因子（GRF）、生长激素（GH）和胰岛素样生长因子（IGF）组成，其中GH是调控整个机体生长的最主要激素。动物垂体GH的正常分泌主要受下丘脑分泌的生长激素释放因子（GRF）和生长抑素（SS）调节。近年来又发现了另一种高位调节激素-Ghrelin，它可以特异性的促进GH的分泌，此外还具有调节胃酸分泌、增强食欲等多种功能。

运用基因工程的技术成果，可对GH/IGF—1轴的任一环节进行调节，即可实现对GH分泌的调控，从而实现对动物生长的调控。自Wollf发现质粒的直接肌肉注射可以得到表达以来，人们已陆续的开发出多种促进动物生长的基因质粒，并显示了良好的调控效果。

1.pGRF基因质粒对动物的生长的影响。pGRF基因质粒是将提取的GRFmRNA反转录为cDNA，克隆到PUC19质粒中，再转入大肠杆菌DH5a扩增，然后经发酵、分离、纯化等程序，最后配制成含pGRF基因质粒的注射液。将其直接注射到动物的肌肉，使它异位表达GRF，从而对GH的分泌进行调控，进而达到对动物生长进行调控的目的。张勇等实验表明，仔猪(5～10 kg)骨骼肌注射1mg pGRF基因质粒可促进动物GH、IGF-1分泌，提高动物采食量，改变机体蛋白质与脂肪代谢。王立志实验表明：给断奶仔猪（7～10 kg）猪注射3 mg pGRF基因质粒有增加平均日增重的效果，而且增重的效果与注射的剂量存在剂量—效应关系。由于天然结构的GRF在体内的分解速度快，易失活，作用的时间短暂，通过改变GRF的一级结构可使其在体内的活性显著地增高。冯立文等将GRF基因进行了改造，张永亮将含改造后GRF基因的PCDNA3-GRF真核表达质粒骨骼肌注射给18～20 g小鼠，经RT-PCR检测表明：在30 d的实验期内，质粒均有表达，注射后10 d的处理组平均增重比生理盐水对照组增加19%(p＜0.05)，结果提示：注射经改造后的GRF基因质粒，提高动物生长是可行的。

2.SS基因疫苗对动物生长的影响。SS基因疫苗也可作为一种基因药物来促进动物的生长。SS基因疫苗是应用基因工程方法研制的一种新型的促生长调节疫苗，利用基因工程技术，首先合成SS基因，再将该基因通过适当的酶切位点改建后与HBsAg基因融合，最后插入疫苗病毒。将该病毒接种到鸡胚或细胞上培养，即可产生出能表达HbsAg/SS融合蛋白的疫苗病毒活载苗，也简称为激生1号苗，它通过SS疫苗免疫的方法增加动物内源性GH的分泌，促进动物的生长。SS基因工程疫苗在生产应用中表现出良好的效果。王子荣等报道，SS基因工程疫苗可以提高羔羊的增重，增重效果在6周左右出现。孙元麟研究发现，低营养水平条件下应用SS基因工程疫苗能显著的提高生长猪的生长速度7.3%(p＜0.01)。蔡云珠对猪的实验表明，SS基因工程疫苗能提高猪的日增重与饲料的转化率。王恩秀等以SS基因工程疫苗免疫离乳大鼠和120 g左右的大鼠的实验表明：SS基因工程疫苗能明显的促进120 g大鼠的生长，但对离乳大鼠没有出现明显的影响。结果提示，SS基因工程疫苗的促生长作用与动物的生长周期密切相关，所以在使用SS基因工程疫苗时应考虑动物的生长发育阶段。

3.Ghrelin基因质粒对动物生长的影响。Ghrelin是Kojima在1999年发现的一个由28个aa残基组成的脑肠肽，它具有促进动物采食、促GH的释放及促进胃酸的分泌的功能，此外Ghrelin还具有其它广泛的生物学功能，已经引起人们广泛的关注，成为近年来研究的热点。Arvat等发现Ghrelin与GHRH对于GH的释放具有协同效应，即Ghrelin与GHRH联合使用的促GH释放作用大于两者之和，因此人们对Ghrelin在畜牧业中的应用前景给予了极高的热情。解启发等通过合成的方法获得了Ghrelin目的基因，并经生物工程的方法最终构建了几种Ghrelin的真核表达载体，将其肌肉注射给大鼠，RT-PCR分析结果表明，目的基因从注射5 d到30 d在注射部位均有表达，且含Ghrelin基因质粒注射组大鼠血清中GH的浓度明显高于对照组，其中构建的pGEM-wt-sGhln质粒注射组对大鼠的累积增重比对照组高出21%（P＜0.05），说明利用基因药物的方法异位表达Ghrelin来促进动物生长将来可以应用到实践生产。

4.微球介导基因质粒在动物肌肉组织的表达及对动物生长的影响。基因药物虽然具有成本低、稳定性好、便于储存、一针免疫的方式等优点，但同时也存在着不完善的地方，如：基因转移的效率低、质粒和表达产物易被酶降解、启动子活性易减弱等。经研究发现，以生物可降解材料PLGA为载体包裹药物制备成微球后，不但克服了其存在的一些不足，而且还能延缓药物降解、延长药物释放时间、靶向释放、降低药物毒性和刺激性。最近几年，这一体系被广泛的应用于包裹基因。许多研究表明PLGA微球不仅可以很好地保护质粒DNA，使其保持结构的完整性以及具有抵抗核酸酶降解能力，而且有助于质粒DNA的吸收和表达。在与其它转染载体如非病毒载体的多聚体、阳离子脂质体进行比较后，发现其具有稳定性高，安全性好，易于进行表面修饰等特点，这为基因传递、基因疫苗、基因治疗的研究提供了新思路。

任晓慧等肌注pcDNA3-GRF质粒微球给小鼠，30 d后，小鼠的累积增重分别比质粒组、质粒+空白微球混合物、对照组高20.50%（P＜0.05）、20.60%（P＜0.05）和26.70%（P＜0.05）。给家兔肌注质粒微球37 d后，累积增重分别比质粒组、空微球组、盐水组高58.23%（P＜0.01）、95.52%（P＜0.01）和、85.52%（P＜0.01）。由此可见，由微球介导GRF基因转染可实现对动物生长的有效调控，肌肉注射pcDNA3-GRF质粒微球的促生长效果明显优于注射裸质粒，以PLGA微球包裹基因质粒作为基因传输的载体，可以大大提高基因的表达效率，同时克服了直接肌注GRF的缺点及不足。

三、结论

随着社会的发展与人们生活水平的提高，人们对畜产品的数量及品质的要求都在不断的增加，这就要求动物生产者必须大量、高效地生产出优质的畜产品来满足人们的消费需求。运用传统的营养调控手段促进动物生长的空间日益的缩小，而运用生物技术手段通过调节GH的释放来促进动物生长逐渐成为一个有效可行的办法。但目前推广的运用调节GH来促进动物生长的办法都不同程度的存在问题，而基因工程的成果为调控动物生长开辟了一条途径，尤其是SS基因质粒、GRF基因质粒及Ghrelin基因质粒的开发与研制及新的导入方法的使用（微球介导基因质粒技术），将给人们调控动物生长带来新的局面。

参考文献（略）