在黔北马山羊中，通过PMSG诱导发情同步后发生的代谢组学变化

《Animal Reproduction Science》：Metabolomic changes following PMSG-induced estrus synchronization in Qianbei Ma goats

Qianbei Ma山羊通过PMSG同步发情处理后，非靶向代谢组学分析发现血清中58种差异代谢物，包括49种正离子模式（如植酸PA、尿囊素BUB、KDdiA-PC）和9种负离子模式（如胆红素、cAMP、 Carnosine水平下降），揭示PMSG对磷脂代谢和甾体激素合成通路的影响。体外实验显示Urolithin B上调卵泡颗粒细胞中甾体激素合成相关基因表达并提高雌激素浓度。本研究为山羊外源激素诱导排卵的代谢机制研究提供新数据支持。

　　

Feng-Xin Qiao|Yong-Hong Ju|Xiao-Dong Wang|Peng-Cheng An|Quan Ji|Rui-Yang Li|Ting-Ji Zeng|Qing Liu|Dai-Yue Zhang|Zu-Han Feng|Mao-Sheng Cao|Xiang Chen

教育部高原山区动物遗传、繁殖与育种重点实验室，贵州大学，贵阳市，550025，中国

摘要

黔北马羊品种是中国贵州高原山区特有的品种。本研究采用同期发情和人工授精技术，探讨了在应用妊娠母马血清促性腺激素（PMSG）诱导同期发情后，黔北马羊的卵泡发育、激素水平及妊娠率的变化情况。我们选取了两个实验组：一组接受控制性药物释放（CIDR）+前列腺素（PG）处理，另一组接受CIDR + PG + 250 IU PMSG处理（每组6只）。PMSG注射24小时后，采集两组山羊的血清样本，并利用非靶向代谢组学技术分析PMSG引起的代谢变化。数据统计方法包括主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLSDA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLSDA）。共检测到58种差异表达的代谢物，其中49种在正离子模式下，9种在负离子模式下。PMSG处理后，植酸（PA）、尿石素B（UB）和KDdiA-PC的水平升高，而胆红素、环腺苷一磷酸（cAMP）和肌肽的水平降低。此外，对照组与PMSG处理组之间的肌醇磷酸代谢存在显著差异。进一步的体外实验表明，UB能够上调山羊卵巢颗粒细胞的类固醇激素合成相关基因和蛋白质，并提高培养上清液中的雌二醇（E2）水平，但其调控机制仍需进一步研究。本研究为了解PMSG处理后黔北马羊的代谢特征提供了新的见解。

引言

黔北马羊是中国贵州高原山区特有的品种，是一种体格强壮的羊种，既能产肉又能产毛。由于其生长速度快、适应性强、耐粗饲料且抗病能力强，该品种已成为当地畜牧业的重要支柱（Ji等人，2022年；Tang等人，2023年）。同期发情-定时授精技术通过外源性促性腺激素处理来调节雌性的发情周期，使发情和排卵在预定时间内同步发生，从而可以在最佳时期进行人工授精，提高妊娠率和繁殖效率，便于集中管理和补充喂养，有效提升生产效率。该技术广泛应用于牛和羊的繁殖中，通常使用妊娠母马血清促性腺激素（PMSG）和前列腺素（PG），结合控制性药物释放（CIDR）栓剂来调节雌性的发情周期。

PMSG是一种具有促卵泡激素（FSH）和黄体生成激素（LH）活性的复杂糖蛋白。单次肌肉注射PMSG即可促进卵泡发育和卵子成熟。前列腺素（PG）可使牛和羊的黄体期发情周期停滞（Sohail等人，2023年）。控制性药物释放（CIDR）通过持续释放激素来抑制雌性的发情周期，预定时间取出CIDR栓剂后，雌性会集体进入发情状态。正常情况下，山羊每个发情周期可排卵1-3个卵子，通过超数排卵可获取约10-20个卵子。外源性激素的补充也会影响体内自然激素的水平（Khan等人，2023年）。

代谢组学常用于样本的全面代谢物分析，具有高通量和广覆盖范围的优点。监测生物流体中代谢物水平的变化可以揭示个体生理状态的变化，并提供准确的分子量、同位素峰分布、多级质谱数据等相关信息，为各种潜在健康状况和药物开发决策提供依据（Zhang等人，2025a；Zhang等人，2025b；Zhou等人，2025年）。与蛋白质组学、基因组学和转录组学不同，代谢组学反映了基因与环境之间的相互作用，能够准确描述多因素疾病，并在特定时间点反映个体的生理状态（Troisi等人，2022年；McMillen等人，2023年）。代谢组学通常通过靶向或非靶向检测方法检测代谢物水平的变化。靶向代谢组学主要关注特定途径和代谢物，而非靶向代谢组学可以全面评估少量生物样本组间多种外源性化合物及其代谢物的变化，以及相关内源性物质的变化，从而探索其在体内的作用机制（Cardenas等人，2021年；Yang等人，2024年；Dudzik等人，2018年）。与其它诊断工具相比，血清代谢组学是一种无创的分析技术，能够反映整个身体的代谢状态。通过研究血清代谢物，我们可以了解生物体的生理和病理状态及其代谢途径，提高诊断准确性，并提供关于疾病发生和进展机制的独特信息（Abu Bakar等人，2024年；Singh等人，2025年）。代谢物的浓度和组成会随时间、环境和生理状态而变化。代谢组学主要依赖于高通量分析技术，如气相色谱-质谱（GC-MS）和液相色谱-质谱（LC-MS），通过核磁共振（NMR）获取代谢物的结构和质量信息。MS方法可用于分析不同结构的化合物，并量化不同样本中的代谢物。LC-MS利用数据依赖性采集技术分离完整离子并重复收集MS/MS谱（Bauermeister等人，2022年）。因此，血清代谢组学可以反映全身性的代谢变化。先前的研究表明，早发性卵巢功能衰竭会导致血清代谢组的显著变化，伴随抗苗勒氏管激素（抗-Müllerian hormone）、雌二醇（E2）和黄体生成激素（LH）水平的下降（Yan等人，2024年）。血清代谢组学分析还发现口服雌激素会影响绝经后肥胖女性的代谢状态（Marlatt等人，2020年）。近年来，代谢组学在羊的研究中得到广泛应用。以往的研究主要集中在三个领域：一是营养与代谢的调节，包括低蛋白饮食（Liu等人，2025年）、丁酸钠（Li等人，2024a年）和黄曲霉素对肝脏代谢（Su等人，2025年；Shi等人，2022年）、生长性能（Li等人，2024b年）以及羊的健康状况的影响；二是生殖生理与发育，本研究关注雌羊性发育的下丘脑调节（Li等人，2025年）、卵巢成熟过程中的代谢变化（Wang等人，2024a年；Wang等人，2024b年）以及卵泡液的代谢组学特征（Izquierdo等人，2022年）；三是疾病、应激和特定生理阶段的代谢研究，包括亚临床疾病（Zhang等人，2025a年；Zhang等人，2025b年）、高酮血症（Huang等人，2023a年）和围产期（Huang等人，2023b年）的代谢特征。然而，外源性激素（如PMSG）对羊代谢的影响尚未得到充分研究。因此，通过分析PMSG诱导同期发情后的血清代谢变化，本研究不仅填补了这一知识空白，还为从代谢角度理解卵泡发育的激素调节机制提供了新的视角和数据支持。我们假设成功的PMSG应用伴随着特征性的血清代谢变化，这些变化可能反映了卵泡发育过程中的生理需求或调节信号。总体而言，本研究旨在通过非靶向代谢组学识别复杂代谢网络中的潜在调节因子，为后续的机制研究提供参考。

根据以往的研究（Sun等人，2023年；Huth等人，1991年；Purdy等人，2010年），本研究中黔北马羊分别接受了CIDR + 0.2 mg PG、CIDR + 0.2 mg PG + 250 IU PMSG、CIDR + 0.2 mg PG + 300 IU PMSG或CIDR + 0.2 mg PG + 350 IU PMSG的处理。处理后进行了卵泡发育检测、发情监测和血液采集，分析了PMSG处理后的激素水平变化，并利用非靶向血清代谢组学技术分析了血清代谢物的变化。这些发现为了解同期发情后山羊代谢物的变化提供了新的见解。

研究动物

实验在贵州省西水县福兴畜牧业的黔北马羊国家级核心育种场进行。黔北马羊饲养在高床围栏中，饲喂全混合日粮（TMR，包括青贮玉米、苜蓿、羊草、压碎的玉米等），并可以自由获取食物和水。实验用的母羊均为经产母羊，具有相同的生理状态，研究获得了贵州大学的批准。

超声检测

我们利用超声技术评估同期发情管理对卵泡发育的影响。在取出CIDR栓剂前6小时和取出后24小时对母羊的卵巢进行了扫描。CIDR栓剂取出后24小时，卵泡开始迅速发育，PMSG处理组的卵泡发育比对照组更为明显（图1）。

发情效应、恢复发情率和妊娠率

在取出CIDR栓剂后0小时开始，我们每12小时记录一次山羊的发情状态和时间，发现...

讨论

外源性促性腺激素在动物繁殖中起着重要作用。它们可以刺激多个卵泡的发育和成熟，有效诱导多次排卵，从而实现同步排卵和定时授精，提高妊娠率和繁殖效率，便于在适当时间管理动物的妊娠和分娩。研究表明，用PMSG处理母猪可以提高排卵率（Cheng...

结论

本研究对黔北马羊进行了不同剂量的PMSG处理以诱导同期发情。PMSG处理组在同期发情后24小时，卵泡发育显著。通过ELISA检测血清激素水平，发现250 IU PMSG处理后24小时，E2和FSH水平显著升高。我们进一步利用非靶向代谢组学分析了PMSG诱导同期发情后黔北马羊血清代谢物的变化...

缩写说明

3β-HSD
3β-羟基类固醇脱氢酶
17β-HSD
17β-羟基类固醇脱氢酶1
AGC
自动增益控制
ANOVA
单因素方差分析
AUC
曲线下面积
cAMP
环腺苷一磷酸
CCK8
细胞计数试剂盒-8
CDK1
周期依赖性激酶1
CIDR控制性药物释放
CV
变异系数
CYP19A1
细胞色素P450家族19亚家族A成员
E2雌二醇
ELISA酶联免疫吸附测定
EPeppendorf
倍数变化
FSH
促卵泡激素FSHR
促卵泡激素

资助

本研究得到了中国国家重点研发计划项目（2023YFD1300602）、贵州省高水平创新“****”人才项目（黔科合平台人才-GCC[2022]021-1）、贵州省肉羊遗传改良与创新利用科技创新人才团队项目（黔科合平台人才-CXTD [2023] 025）以及贵州省山地农业关键技术研究项目的支持。

作者贡献声明

Peng-Cheng An：方法学研究、数据分析。Xiao-Dong Wang：方法学研究、数据分析。Yong-Hong Ju：方法学研究、数据分析。Xiang Chen：项目管理、资金申请、正式数据分析。Feng-Xin Qiao：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学研究、数据整理。Ting-Ji Zeng：方法学研究、数据分析。Rui-Yang Li：方法学研究、数据分析。Quan Ji：方法学研究、数据分析。Mao-Sheng Cao：撰写 – 审稿与编辑、方法学研究

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Xiang Chen的研究得到了中国国家重点研发计划项目的支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢Editage（www.editage.cn）提供的英语语言编辑服务。

利益冲突

本研究不存在需要声明的利益冲突。