全 文 ：·综述与专论· 2012年第9期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
收稿日期 : 2012-01-06
基金项目 : 国家自然基金资助项目（31160457）
作者简介 : 崔奎青 , 女 , 副教授 , 研究方向 : 转基因动物研究 ; E-mail: kqcui@126.com
通讯作者 : 石德顺 , 男 , 博士 , 研究员 , 博士生导师 , 研究方向 : 转基因动物 ; E-mail: ardsshi@gxu.edu.cn
下丘脑 - 垂体 - 卵巢轴的内分泌信号是经典
的繁殖性状调控途径，而近年的研究发现卵母细胞
本身对卵泡发育的微环境也有重要作用，其通过旁
分泌、自分泌机制调控自身和周围体细胞（颗粒
细胞、卵丘细胞）的生长、发育和分化，从而调
节卵泡的生长和排卵。其中骨形成蛋白 -15 （bone
morphogenetic protein 15，BMP-15）和生长分化因
子 -9 是近年来研究较多的两个重要的卵母细胞源性
生长因子。BMP-15，也名 GDF9B，和生长分化因
子 -9（GDF-9）同属 TGF-β 超家族。本文重点论述
BMP-15 在排卵方面的研究进展。
1 BMP19和 GDF9基因是控制动物排卵数的
重要因子
研究表明 BMP-15 基因对多个国外绵羊品种的
高繁殖力有显著影响［1］，与我国小尾寒羊和胡羊
的多胎性状也密切相关。最近在绵羊中已识别出
BMP-15 基因 7 个不同的突变，即 FecX I、FecXH、
FecXL、B1、FecXG （B2）、B3 和 FecXB （B4）。 包
括 Inverdale 绵 羊 BMP-15 基 因 的 FecXI 点 突 变 和
Hanna 绵 羊 BMP-15 基 因 的 FecXH 点 突 变。FecXI
突变是 BMP-15 基因编码区第 92 核苷酸处发生的
T → A 颠换，使蛋白质高保守区的缬氨酸变成天冬
氨酸（V31D）；FecXH 突变是 BMP-15 基因编码区
67 核苷酸处发生的 C → T 转换，导致第 23 号氨基
酸残基由谷氨酸变成终止密码子（Q23Ter） ［2］。在
Moghani、Ghezel 和 Belclare 绵羊中发现 BMP-15 基
因核苷酸 28-30 位的碱基 CTT 缺失，导致编码区
10 号氨基酸残基亮氨酸缺失，形成 B1 突变体，该
突变没有改变 BMP-15 的功能。在 Belclare 绵羊中
BMP-15 基因核苷酸 1 100 位的碱基 G 突变为 T，导
骨形成蛋白-15基因研究进展
崔奎青 朱鹏 刘庆友 石德顺
（广西大学动物科学技术学院，南宁 530005）
摘 要： 骨形成蛋白 -15（BMP-15）是属于转移生长因子 -β超家族生长因子的一种分泌型信号分子，仅在卵母细胞中特异
性表达，具有促进卵泡生长，阻止黄体早熟的作用。开展对 BMP-15基因的研究将有助于人们从基因角度阐明不育或多胎的形成
和发展机制，对医学和畜牧业等领域将产生积极的影响。从 BMP基因控制排卵数的机制入手，总结 BMP-15基因的研究进展。
关键词： 骨形成蛋白 -15 生长分化因子 排卵
Advance in Bone Morphogenetic Protein-15 Gene
Cui Kuiqing Zhu Peng Liu Qingyou Shi Deshun
（College of Animal Sciences and Technology，Guangxi University，Nanning 530005）
Abstract: Bone morphogenetic protein-15 （BMP-15） is a part of transforming growth factor-β （TGF-β） superfamily，secreted only in
oocyte. Oocyte-specific BMP-15 might promote follicle growth in vivo，while preventing premature luteinization. The research on BMP-15 gene
may help people from genetic point of view to clarify the formation mechanisms of infertility or multiple pregnancy，and then may have a positive
impact on animal husbandry and other fields of medicine. In this paper, we reviewed the research progress of the BMP-15 gene from the point of
controlling ovulation rate mechanism.
Key words: Bone morphogenetic protein-15 Growth differentiation factor Ovulation
2012年第9期 17崔奎青等 ：骨形成蛋白-15 基因研究进展
致了编码区 367 号氨基酸残基丝氨酸改变为异亮氨
酸 （S367I ），形成 FecXB 突变，也称 B4 突变体，该
突变改变了 BMP-15 的功能［3，4］。在 Cambridge 母
羊发现的 BMP-15 基因核苷酸 718 位的碱基 C 突变
为 T，导致了编码区 239 号氨基酸残基谷氨酰胺被
一个早熟终止密码子代替 （Q239Ter），形成 FecXG
突变，又称 B2 突变，该突变可能导致了 BMP-15 功
能彻底丧失。在 Belclare 绵羊中 BMP-15 基因核苷
酸 747 位的碱基 T 突变为 C，未引起 249 号氨基酸
残基脯氨酸改变，形成 B3 突变体，该突变也没有改
变 BMP-15 的功能。Bodin 等［5］发现了 Lacaune 绵羊
BMP-15 基因的 FecXL 点突变，该突变是 BMP-15 基
因编码区第 2 外显子第 321 核苷酸处发生的 G → A
转换，使成熟肽链的第 53 号氨基酸由半胱氨酸变
成了酪氨酸（C53Y）。单拷贝的 FecXG（即 B2 突变）
突变使 Belclare 和 Cambridge 母羊的排卵数分别增加
0.77 和 1.18，一个 （即 B4 突变）突变使 Belclare 母
羊的排卵数增加［6］。在人类造成原发性卵巢功能不
全患者的 BMP-15 的突变有（BMP-15R68W，BMP-
15L148P，BMP-15R76C，BMP-15R206H 和 BMP-
15R138H）［7］，且突变造成了患者卵巢早衰综合症。
BMP-15 和 GDF9 均是杂合失活突变的 Moghani
和 Ghezel 绵羊，其双胎率显著高于 BMP-15 杂合
失活突变或者 GDF9 杂合失活突变的个体［4，8］；
BMP-15 纯合失活突变的绵羊，7 头仅仅有 1 头不
育，而这 1 头 GDF9 也是纯合失活突变。暗示了在
Moghani 和 Ghezel 绵羊中，BMP-15 和 GDF9 均纯合
失活突变才能造成此绵羊不育［4］。GDF9 的突变纯
合型小鼠，不育表型类似于 BMP-15 纯合缺失绵羊
的表型，卵泡发生停滞在初级阶段 ；GDF9 突变缺失
杂合子的小鼠，可育；GDF9 在单胎模型动物绵羊中，
纯合突变不育，杂合缺失突变，排卵率提高，模型
绵羊表现出高产。BMP-15 的纯合突变型小鼠，可
育但是排卵率降低，胚胎发育受阻 ；杂合突变小鼠，
生育潜能未受到明显影响 ；BMP-15 的纯合突变型绵
羊不育，卵泡发育停滞在初级阶段 ；杂合突变绵羊，
黄体变小，排卵率增加，产羔数增加［9］，BMP-15
和 GDF9 自然杂合突变会显著提高羊排卵数和产
仔数。
2 BMP-15和 GDF9控制排卵数的可能机制
2.1 通过促进颗粒细胞的有丝分裂，刺激颗粒细
胞的增殖与扩展
Otsuka［10］年报道 BMP-15 以一种数量方式刺
激 GC 细胞的增殖和 DNA 的合成，当 BMP-15 作为
一种外源因子的形式添加到 GC 细胞的培养基中时，
发现它对颗粒细胞的增殖和对 DNA 的合成作用强度
在一定范围内依赖于所添加的 BMP-15 的量。浓度
为 30 ng/mL 时其促 GC 细胞的增殖效率是空白对照
组的 1.5 倍，但当按 200 ng/mL 添加时，BMP-15 的
促进作用达到最大值，为对照组的 2.5 倍。
2.2 BMP-15与C-Kit之间形成一个颗粒细胞增殖负
反馈机制
2002 年研究发现 BMP-15 通过颗粒细胞上的
BMP-15 受体，促进 GC 细胞中 KL 的表达，KL 作用
于卵母细胞上的 c-kit 受体，而后者又作用于卵母细
胞，抑制 BMP-15 的表达［11］。
2.3 BMP-15抑制FSH受体表达，从而抑制FSH诱
导的激素表达
Otsuka 课题组［12］于 2001 年用实时定量 PCR
检测 GC 细胞中 FSH-R 表达，发现当单独添加 100
ng/mL 的 BMP-15 时，FSH-R 的表达量比空白对照组
减少了 80% ；虽然先添加 10 ng/mL 的 FSH 能使 GC
细胞中的 FSH-R 表达量提高 2 倍，但当在培养基中
加入 100 ng/mL 的 BMP-15 时，FSH-R 的转录水平又
下降和单独添加 100 ng/mL BMP-15 时的一样。且他
们发现 BMP-15 能显著抑制 FSH 诱导的激素（LH-R，
inhibin、HSD、P4 等）的表达。
2.4 对小腔卵泡发育的影响
原始卵泡（primordial）生长的启动机制仍为
未知，BMP-15 和 GDF9 是很有希望的候选基因，
Alone 等研究表明 BMP-15 激活了人类原始卵泡的生
长，当与 GDF9 形成异源二聚体的时候这种激活作
用会加强。体外添加 GDF9 的试验表明，GDF9 有利
于卵泡的成活，有利于人体外培养卵泡从初级阶段
到次级阶段的转变和生长［13］，添加 GDF9 也增加了
初级卵泡和小的成腔前卵泡的数量。
2.5 促进排卵
BMP-15 或者 GDF9 单等位基因突变，功能缺
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第9期18
失个体的卵泡内颗粒细胞的数量较少，颗粒细胞合
成的雌激素、抑制素、促黄体素受体相对低，故需
要维持卵泡生长的促卵泡激素浓度可以很低，这是
造成突变个体排卵数增加的主要原因。体内免疫
中和羊、牛的 GDF9、BMP-15 的研究表明，中和
BMP-15，排卵率提高了，最显著的一个试验个体母
牛由正常的 1 个功能黄体，变成了 4 个功能黄体 ；
中和 GDF9 也提高了排卵个数，且与未免疫对照个
体相比，免疫中和 BMP-15 或者 GDF9 的个体的卵
泡直径变小了 25%［14］。在小鼠模型中，BMP-15、
GDF9可以通过调节抑制素的表达水平来影响小鼠的
卵子发生［15］。在斑马鱼的研究中，通过定量检测紧
密连接复合体的组成成分 Claudins（cldn d、cldn g、
cldn h、cldn 1 和 cldn 12） 和 Occludin（OCLN） 的
表达发现，GDF9 降低卵黄中期中紧密连接复合体的
表达，提高成熟的卵泡中的 OCLN b 的表达量，从
而有力于排卵 ；但是 BMP-15 和激活素 A 对紧密连
接复合体的组成蛋白的表达没有影响［16］。
2.6 BMP-15和GDF9信号通路及翻译后修饰
BMP-15 通过与 alk6 受体结合，募集 bmp2r，然
后通过 smad1、smad5 和 smad8［17，18］通路影响其下
游的靶基因。Gdfg 通过与 bmp2r 受体结合［16］募集
alk5［17］，然后通过 smad2、smad3 通路影响其下游
的靶基因［19，20］。BMP-15 和 GDF9 的磷酸化是其蛋
白具有活性的前提。BMP-15和GDF9 作为分泌蛋白，
其 Ser6 都能被高尔基体酪蛋白激酶（golgi apparatus
casein kinase，G-CK）磷酸化［21］，甚至重组人的非
磷酸化的 BMP-15、GDF9 蛋白，会影响重组人的磷
酸化 BMP-15、gdf 的生物学功能［18］。通过液相色谱 -
质谱技术 （LC-MS）、计算机软件预测技术、XIC 等
技术最终确定人重组 BMP-15 thr10 是 o-glycosylation
位点，ser6 是其候选位点［22］。在 GDF9 C 端添加 6
个 his 标签会造成 GDF9 的失活，BMP-15 wt 会引起
Smad1 快速磷酸化和颗粒细胞 DNA 的合成加速，而
BMP-15-C-flag 没有活性［23］。
3 BMP-15基因与 GDF9的表达规律
Dube 等［24］ 发现，小鼠的 BMP-15 在第一层
初级卵泡阶段于卵母细胞中特异表达，并且一直
持续到排卵之后，BMP-15 与 GDF9 表达模式相同。
Galloway 等［2］对人、小鼠、羊等哺乳动物的一系
列研究则发现，BMP-15 蛋白和其 mRNA 在卵泡形
成的全过程于卵母细胞中有选择地被共表达，进一
步证明了 BMP-15 是一个卵母细胞分泌的抑制 GC
黄体化的调控因子。在猪的卵母细胞培养过程中，
BMP-15 在未成熟前 mRNA 和蛋白的水平均较低，
在培养的第 18 h，即卵丘细胞开始扩展时，表达最高；
Western blotting 检测发现 BMP-15 的蛋白表达水平在
12-48 h 比较恒定，GDF9 的蛋白表达水平与 GDF9
mRNA 的表达模式相似，即在卵母细胞成熟前高表
达，成熟后下降［25］。研究表明牛的睾丸、卵巢、未
成熟的卵母细胞、成熟的卵母细胞、受精卵、2 细
胞、4 细胞、5-8 细胞阶段均检测到 BMP-15、GDF9
的表达［26］。原位杂交证实 GDF9 在牛、羊的原始卵
泡、初级卵泡、葛拉夫氏卵泡中都检测到表达，且
表达仅仅局限在卵母细胞，而其他的卵泡细胞没有
检测到［27］。在小鼠模型中 BMP-15、GDF9 表达于
gv 期的卵母细胞，8 细胞胚胎中没有检测到表达［28］。
GDF9 在小鼠的下丘脑、人的垂体、子宫和脊髓，以
及羊的垂体中检测到表达［29， 30］；BMP-15 在小鼠的
垂体中也检测到微量表达［30］。GDF9 的 mRNA 和
蛋白质在大鼠、小鼠、人的初级卵母细胞到大的卵
泡被检测到，在绵羊、山羊、牛的原始卵泡中也检
测到 GDF9 的 mRNA。BMP-15 在小鼠发情期的不
同时期卵母细胞表达从原始到有腔卵泡逐渐上升，
而 GDF9 则从原始到成腔前逐渐升高，成腔后就下
降［31］。原位杂交显示山羊的 BMP-15 mRNA 在次级
卵泡表达量高于原始卵泡和初级卵泡，在体外培养
的卵巢组织中添加 rh-BMP-15 蛋白促进卵母细胞和
卵泡的生长（直径变大），使组织中次级卵泡的数量
增加［32］。Zhao 等［33］发现在人多囊卵巢综合症妇女
卵母细胞中 BMP-15 和 GDF9 表达量与正常妇女没有
差异，但病人颗粒细胞中 GDF9 的表达量显著降低。
4 结语
虽然小鼠等动物 BMP-15 和 GDF9 基因已经相
继克隆，但是对单胎大家畜的研究相对较少。目
前 GenBank 上也仅有基于黄牛基因组序列预测的
BMP-15 基因（NW_003104731），因此有必要对单胎
大家畜的基因进行克隆和后续的功能研究，从而分
2012年第9期 19崔奎青等 ：骨形成蛋白-15 基因研究进展
析卵母细胞分泌因子调控自身和周围细胞（颗粒细
胞、卵丘细胞）的生长、发育和分化的机制，以及
其对腔前卵泡、小腔卵泡体外成熟的影响，为原始
卵泡库的充分开发利用提供理论依据，对阐明单胎
大家畜卵泡发生的分子机理有深远意义。
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（责任编辑 狄艳红）