人類胎盤絨毛膜促性腺激素 (Human chorionicgonadotrophin,hCG)常被用來催熟鰻魚,根據研究發現hCG與LH(Luteinizing hormone)在促進卵巢發育有類似的功能,而在低等脊椎動物,如魚類中,其FSH與LH的生理功能可能是藉由透過LH結合到顆粒細胞(granulosa cells)上不同的受體(FSH-receptor 與 LH-receptor)而引發作用,而LH經由活化FSH-receptor來促使卵細胞發育。雌鰻在在淡水中卵巢是發育不成熟的,所以在鰻魚人工催熟過程中需要施打外源性促性腺激素,如hCG,這是因為hCG之作用很類似LH,且hCG之半生期(2~3 days)較LH長(10~120 minutes)。
器官發育必然需要建立內在的循環系統以供其生長,而近年來許多有關新血管生成(Vasculogenesis)與血管新生(Angiogenesis)相關的研究中大都是以哺乳類動物來當模式生物,而在低等脊椎動物中相關的研究較少。血管新生作用是指由於某些特定組織在生長過程中,需要建立微血管系統,而在此過程中,舊有的微血管會受到鄰近新生組織所分泌之血管新生因子的刺激與調控而萌發新的微血管,進而長入新生組織並且在新長成的組織中建立新的養分與代謝物的輸送網,如此一來新生組織才可進一步的發育。當然個體在胚胎發育階段時,具有很旺盛的循環系統建立,此過程稱作新血管生成(Vascularization),然而一旦生長發育為一個成熟個體時,血管新生與新血管生成的作用在個體中就只會發生在特定組織中,如卵巢排卵前後的濾泡與黃體、子宮內膜、傷口癒合時之新生組織與腫瘤組織。根據研究顯示出刺激血管新生有兩個很重要的因子,一個是鹼性纖維母細胞生長因子 (Basic fibroblast growth factor,b-FGF)、另一個是血管內皮生長因子 (Vascular endothelial growth factor,VEGF),而腫瘤分泌的VEGF會使腫瘤附近新生的微血管滲露的情況較一般微血管明顯,因此VEGF又可稱為VPF(Vascular permeability factor)。
哺乳類動物其卵巢會周期性的排出成熟卵細胞,因此濾泡黃體也會伴隨有周期性的血管新生作用,因此這也成為研究血管新生的標的,根據報告指出,哺乳類動物卵巢中的黃體化之顆粒細胞受到hCG的刺激後會分泌VEGF(Lee et al., 1997; Christenson et al., 1997; Neulen et al., 1995),然而在低等的脊椎動物中,如魚類其卵巢並不會有黃體產生。而在一次排卵的魚類中以鮭魚與鰻魚為代表性魚種,其中鰻魚會由淡水迴游到深海並在這個過程中雌鰻卵巢成熟,在深海中與雄鰻交配並排卵,受精卵而後發育成為玻璃鰻再隨著洋流回到淡水,繼續成長。有趣的是,在淡水中,雌鰻的卵巢並不會發育完全,只有在迴游至深海的過程中才會發育到完全成熟,因此研究鰻魚人工繁殖會將雌鰻利用人工催熟的方式使其卵巢發育成熟並可排卵,以達其研究與應用的目的。
因為器官組織的生長發育必然需要循環系統即時的建立,才可使組織繼續茁壯,在血管新生作用中最主要的刺激因子是VEGF,前文提到哺乳類動物中卵巢的顆粒細胞受到hCG的刺激後會分泌VEGF,因此,我們假設使用hCG刺激雌鰻卵巢發育,此過程會與卵巢中VEGF表現有關。
研究中發現利用hCG處理雌鰻時,雖然卵巢有某種程度的發育,但是在組織切片中觀察到,似乎只有某些卵細胞明顯生長,而部分並沒有顯著的生長,這意味著卵巢在hCG處理下無法使卵細胞生長同步,雖然巨觀下卵巢似乎有某種程度的增大,但可能並不是均勻的每個卵細胞都生長。而從GSI的比較中看出,雖然在統計上hCG對卵巢的增長沒有顯著影響,可能是因為處理的時間不夠長,本實驗hCG的處理時間只有一個月,也許要刺激卵巢有相當程度之發育來說一個月可能不夠,但是圖中顯示出hCG是具有促進卵巢發育的潛力;還有另一個可能的因素就是個體差異,這也可能是導致某些個體對hCG的刺激毫無反應。
在hCG可以促進卵巢發育的前提下,從卵巢組織切片中觀察出,hCG處理過之雌鰻卵巢的卵細胞有明顯的生長發育,其核質比相較於對照組是較小的,且約有25%的卵細胞卵徑已經超過45μm;相較於對照組,大部分的卵細胞卵徑介於15~30μm之間,由此可以更加確定hCG具有促進卵細胞生長的功能,但是從卵徑分佈圖也可看中,hCG處理並無法刺激所有的卵細胞長大,只有部分卵細胞有明顯的生長,另一小部分並無生長,而且甚至在hCG的處理後還有退化縮小的現象。
在卵巢的VEGF表現量來說,從結果可看出VEGF的表現量在兩組之間並無顯著差別,也就是hCG對於卵巢VEGF表現並無明顯刺激的作用,而在哺乳類動物中的研究,hCG會刺激黃體化顆粒細胞VEGF表現,然而也有研究指出hCG卻會抑制小豬濾泡層細胞VEGF的分泌(Barbara et al., 2000),而雌鰻未成熟卵巢在hCG處理下VEGF量並無上升,似乎在與hCG處理哺乳類動物未成熟卵巢有類似的結果,然而另一個以鯰魚腦下垂體萃取物刺激雌鰻卵巢發育的實驗中發現,其卵巢的VEGF表現有被刺激的現象,但仍需要進一步的實驗分析。也就是說,在鰻魚卵巢中,hCG可以透過抑制未成熟卵細胞外層的顆粒細胞VEGF的表現,但是我們實驗結果並沒有顯示有抑制現象,可能的原因有:一、透過hCG刺激卵巢內顆粒細胞VEGF表現的分子機制在高等與低等脊椎動物可能不盡相同;二、雖然實驗結果顯示hCG對於卵巢VEGF表現並無刺激,但也許是hCG作用時間不夠長或個體差異的因素,使得hCG的抑制效果不明顯;三、可能因為實驗是測量卵巢部份組織之VEGF mRNA,因此除了卵巢顆粒細胞外,尚包含許多其它的細胞,例如血管內皮細胞,而hCG也有可能調控其他細胞表現VEGF,造成干擾,因此使VEGF表現僅能代表卵巢組織,無法精確到特定之細胞群,所以hCG在低等脊椎動物中,可能真的會抑制卵巢內未成熟卵之顆粒細胞VEGF表現,但由於hCG刺激其他細胞表現VEGF,產生干擾,因而使整個卵巢組織VEGF的表現並無法與對照組有明顯差異。例如hCG與其衍生物卻會抑制卡波西氏肉瘤的腫瘤血管新生作用(Ulrich et al., 2002),但也有報告指出hCG可透過作用於微血管內皮細胞上之hCG/LH受體而促進血管新生作用(Marek et al., 2002),因此hCG對不同特性與不同時期組織的血管新生具有促進或抑制的作用,。
因此綜合以上結果,hCG會刺激卵細胞成長,但是無法引發卵巢VEGF的表現,甚至可能會卵巢內未成熟卵之顆粒細胞VEGF表現產生抑制作用,而VEGF是引發血管新生的重要因子之一,若hCG抑制卵巢產生VEGF,導致卵巢生長無法伴隨循環系統的建立,如此一來,位於組織內部沒有與微血管相鄰的卵細胞,一旦在鄰近微血管的卵細胞被hCG刺激而長大後,會增加內部卵細胞養分與代謝物吸收與釋放的擴散距離,這樣一來,降低了養分的提供,也增加有毒代謝物存於組織內部的時間,導致部分卵細胞不會生長,甚至退化死亡也不無可能,因此若血管新生作用能在此時被誘發就可避免這樣的狀況發生,但從生理角度思考,為何血管系統不伴隨發展可能也是因為雌鰻個體不論在內在或外在環境條件下均不適合其卵巢發育完全進而排卵,hCG雖然會使雌鰻卵細胞增大,但卻會抑制其循環系統建立,使卵巢不要再進一步發育成熟,甚至排卵,因為即使排卵,卵也無法有合適的生長環境,也許這是保護一次排卵的鰻魚其下一代的安全機制。
然而從內分泌學與生殖生理學的角度思考為什麼會有一些卵細胞生長會停滯甚至還出現退化的情形呢?是由於未成熟顆粒細胞對於hCG的刺激,會有一段不反應期,然而在過了不反應期後,其受體系統會完整的建立,因此一旦受體先建立完成之卵,即可對hCG作出反應並生長發育,相對來說,生長較慢的卵就可能會被抑制甚至導致退化,這樣的機制類似植物卵細胞生長中的產生的極體,會退化而將其自身貢獻給生長較好的配子而形成卵。
因此在許多有關鰻魚人工催熟的研究中,為了使卵巢循環系統能夠建立,在刺激卵巢成熟與排卵時。不會單單只注射hCG,通常會將hCG與含有許多激素與生長因子的腦下垂體萃取液合併施打,用以提供卵巢生長時伴隨的血管新生的重要生長因子,因此人工催熟使雌鰻卵巢發育的過程也許可以用來模擬活體中的血管新生作用。最後我們下一個結論,hCG處理下,雌鰻卵巢有某種程度的增大,但是由於hCG並無法刺激卵細胞分泌VEGF,因而使血管新生作用沒有全面發展,這樣的現象會導致卵細胞生長不同步。