Trong quá trình sinh sản của gia cầm (đặc biệt là gà mái đẻ), gan đóng vai trò trung tâm trong việc tổng hợp và cung cấp các chất dinh dưỡng hình thành lòng đỏ trứng. Lòng đỏ trứng là nguồn dự trữ giàu năng lượng và dưỡng chất cho phôi, bao gồm chủ yếu lipid (chất béo) và protein. Gan gà mái thực hiện chuyển hóa lipid mạnh mẽ và tổng hợp các tiền chất lòng đỏ (như vitellogenin và lipoprotein VLDL) dưới sự điều hòa của hormone sinh dục cái estrogen, rồi xuất tiết các thành phần này vào máu để vận chuyển đến buồng trứng. Tại nang noãn (noãn nang đang phát triển), các thành phần lòng đỏ được thu nạp và tích lũy, tạo nên khối lòng đỏ. Dưới đây, chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu: (1) Cách gan chuyển hóa dinh dưỡng và sinh tổng hợp vitellogenin cùng VLDL cho lòng đỏ; (2) Vai trò của estrogen trong việc điều hòa các quá trình này; và (3) Cơ chế vận chuyển qua máu và tích lũy lòng đỏ vào nang noãn.
Gan tổng hợp lipid và protein cho lòng đỏ trứng
Gan – trung tâm chuyển hóa lipid cho lòng đỏ: Gan của gà mái đẻ là cơ quan chủ chốt tổng hợp acid béo và lipid. Trên 90% quá trình sinh tổng hợp acid béo mới (de novo) ở gà diễn ra tại gan. Trong giai đoạn đẻ trứng, gan tăng cường sản xuất một lượng lớn triglyceride (triacylglycerol) và cholesterol, rồi đóng gói chúng vào các hạt lipoprotein tỷ trọng rất thấp (VLDL) chuyên biệt để tạo lòng đỏ, cùng với vitellogenin – một loại đại phân tử protein dự trữ của lòng đỏ. Các tiền chất lòng đỏ này được gan tiết vào máu, vận chuyển đến buồng trứng và được hấp thu bởi các oocyte (noãn bào) đang phát triển. Như vậy, gan chuyển hóa và “điều phối” nguồn dinh dưỡng (lipid, cholesterol, protein) từ thức ăn và quá trình tổng hợp nội sinh để cung cấp nguyên liệu cho trứng.
Vitellogenin – protein dự trữ lòng đỏ do gan tổng hợp: Vitellogenin (VTG) là tiền chất protein chính của lòng đỏ trứng, được gan gà mái tổng hợp rồi đưa vào máu. Đây là một loại phospholipoprotein trọng lượng phân tử rất lớn (~235 kDa), chứa khoảng 3% phospho theo trọng lượng (điều này phản ánh mức độ phosphoryl hóa rất cao). Trong huyết tương gà mái đẻ, vitellogenin có nồng độ xấp xỉ 1 mg/mL, trong khi ở gà trống hoặc gà mái chưa đẻ, chất này hầu như không hiện diện đáng kể. Khi vào đến nang noãn, vitellogenin sẽ được tế bào noãn hấp thu và sau đó cắt thành các protein dự trữ của lòng đỏ, bao gồm phosvitin (một phosphoprotein gắn nhiều khoáng) và lipovitellin (phức hợp lipoprotein giàu lipid). Những protein lòng đỏ này cung cấp amino acid, phospho và các khoáng chất cho phôi khi trứng được ấp nở.
Lipoprotein VLDL dành cho lòng đỏ (VLDLy): Cùng với vitellogenin, gan gà mái đẻ còn sản xuất một dạng VLDL đặc biệt dành cho lòng đỏ, thường gọi là VLDLy. VLDLy chứa hàm lượng triglyceride rất cao, đóng vai trò mang chất béo năng lượng cho phôi. Khi gà bắt đầu đẻ trứng, dưới tác động của estrogen, gan chuyển từ sản xuất loại VLDL “thông thường” sang VLDLy chuyên biệt cho lòng đỏ, với kích thước nhỏ hơn khoảng một nửa so với VLDL thông thường. VLDLy có một số tính chất độc đáo: chúng đề kháng với enzyme lipoprotein lipase trong mô ngoại biên và do đó không bị phân giải trên đường đi, giúp các hạt lipid này đến được noãn bào gần như nguyên vẹn. Điều này đảm bảo rằng phần lớn lipid do gan gửi vào máu sẽ tới đích là lòng đỏ thay vì bị các mô khác lấy sử dụng. Thật vậy, lòng đỏ trứng gà (~60 g mỗi quả) chứa khoảng 6 g triglyceride được gan vận chuyển đến thông qua các hạt VLDLy.
Tỷ lệ đóng góp của VLDL và vitellogenin vào lòng đỏ: Sau khi được noãn bào thu nhận, VLDLy và vitellogenin trở thành phần chính của khối lòng đỏ. Nghiên cứu cho thấy VLDL từ gan cung cấp khoảng 60% khối lượng chất khô của lòng đỏ và tới 95% lượng cholesterol có trong lòng đỏ. Ngược lại, vitellogenin đóng góp chủ yếu thành phần protein: khoảng 24% chất khô lòng đỏ và chỉ ~4% cholesterol (vitellogenin ít cholesterol hơn vì bản chất nó là phosphoprotein). Điều này nhấn mạnh vai trò quan trọng của VLDL (nguồn lipid, cholesterol) và vitellogenin (nguồn protein, phospho) do gan tổng hợp trong việc hình thành lòng đỏ trứng.
Vai trò của estrogen trong điều hòa vitellogenesis
Hoạt động tạo lòng đỏ (vitellogenesis) ở gà mái được kiểm soát chặt chẽ bởi hormone sinh dục cái, chủ yếu là 17β-estradiol (một dạng estrogen chính). Estrogen do các nang noãn đang phát triển ở buồng trứng tiết ra sẽ đi vào máu và tác động tới gan, kích thích gan tổng hợp vitellogenin và các thành phần VLDL cho lòng đỏ. Cụ thể, estrogen gắn vào thụ thể estrogen (ER) trong nhân tế bào gan (chủ yếu là ER-α ở loài chim) và hoạt hóa quá trình phiên mã các gene mã hóa protein lòng đỏ. Nhờ estrogen, các gene vitellogenin được “bật” lên ở mức cao, cùng với gene của các apolipoprotein đặc hiệu cho VLDLy (ví dụ ApoVLDL-II) và cả gene apolipoprotein B (apoB-100) – thành phần cấu trúc chính của VLDL. Kết quả là gan gà mái đẻ sản xuất ồ ạt vitellogenin và VLDLy để đáp ứng nhu cầu tạo trứng. Ngược lại, ở gà trống hoặc gà mái chưa chịu ảnh hưởng estrogen, các gene này hầu như không hoạt động, do đó vitellogenin/VLDLy không được tạo ra đáng kể.
Minh chứng rõ rệt cho vai trò của estrogen: Trong gan gà mái đẻ, lượng mRNA của các gene vitellogenin tăng vọt – thí dụ, ước tính mỗi tế bào gan chứa khoảng 30.000 bản sao mRNA vitellogenin II (VTGII), cùng với ~11.000 bản sao VTGI và ~3.000 bản sao VTGIII. Ngược lại, ở gà trống bình thường, vitellogenin mRNA gần như bằng 0 (dưới 5 bản sao mỗi tế bào) nhưng khi tiêm estradiol vào gà trống, sau khoảng 3 ngày số bản sao vitellogenin mRNA tăng lên gần 6.000 bản sao mỗi tế bào gan. Sự gia tăng hàng nghìn lần này cho thấy estrogen có tác dụng “bật công tắc” di truyền cho vitellogenin rất mạnh mẽ. Hệ quả ở mức protein, huyết tương gà trống sau khi được xử lý estrogen vài ngày sẽ xuất hiện vitellogenin với nồng độ cao (có thể lên đến vài mg/mL), trong khi trước đó hầu như không có. Tương tự, nồng độ vitellogenin và VLDL trong máu gà mái cũng tăng cao đồng loạt khi gà bước vào kỳ sinh sản dưới tác dụng của hormone estrogen.
Bên cạnh việc kích thích trực tiếp tổng hợp vitellogenin và VLDLy, estrogen còn ảnh hưởng đến chuyển hóa lipid toàn thân của gà mái. Hormone này thúc đẩy gan chuyển hướng ưu tiên cho việc tích lũy và vận chuyển lipid đến trứng. Ví dụ, estrogen làm tăng biểu hiện enzyme sinh tổng hợp acid béo ở gan giai đoạn gà bắt đầu đẻ trứng. Ngược lại, khi hàm lượng estrogen suy giảm, quá trình tạo lòng đỏ cũng bị ảnh hưởng: Ở gà mái già (580 ngày tuổi), mức estradiol trong máu giảm đáng kể so với giai đoạn đẻ sung sức, kéo theo giảm biểu hiện thụ thể estrogen ở gan, giảm hoạt tính các gene tổng hợp vitellogenin và VLDL, và kết quả là giảm tạo lòng đỏ (sản lượng trứng giảm mạnh). Điều này giải thích tại sao gà mái về già thường giảm đẻ: sự suy giảm nội tiết tố estrogen làm gan “tụt hậu” trong việc cung cấp nguyên liệu cho lòng đỏ.
Vận chuyển qua máu và tích lũy lòng đỏ vào nang noãn
Huyết tương mang vitellogenin và VLDL đến buồng trứng: Sau khi được gan tổng hợp và xuất tiết, vitellogenin và VLDLy lưu thông trong máu và tiếp cận buồng trứng. Ở gà mái đẻ, máu của chúng có màu vàng nhạt đặc trưng do hàm lượng cao các hạt VLDLy giàu lipid và vitellogenin lưu hành. Thậm chí, phần lớn cholesterol trong huyết tương gà đẻ nằm trong thành phần VLDL (vì VLDL là phương tiện vận chuyển cholesterol tới trứng), khác hẳn so với động vật có vú (nơi cholesterol chủ yếu vận chuyển bởi LDL/HDL). Trung bình mỗi ngày gà mái tổng hợp khoảng 300 mg cholesterol, và khoảng 2/3 lượng cholesterol hằng ngày của gà mái được đưa vào trứng – cho thấy hiệu suất huy động dưỡng chất vào trứng rất cao.
Hình: Gan bị tổn sưng, mềm dễ vỡ, ảnh hưởng đến nan noãng bị thoái hóa.
Thu nhận bởi noãn bào qua thụ thể đặc hiệu: Bề mặt noãn bào (oocyte) trong nang noãn có các thụ thể vitellogenin/VLDL chuyên biệt để nhận các tiểu phần giàu dưỡng chất từ máu. Các thụ thể này thuộc họ thụ thể LDL (như OVR – oocyte vitellogenin receptor, ~95 kDa) nằm trên màng noãn bào. Khi một hạt VLDLy đến buồng trứng, apoB-100 trên bề mặt hạt sẽ gắn với thụ thể OVR, giúp gắn kết và đưa toàn bộ hạt VLDL vào trong noãn bào bằng nhập bào (endocytosis). Vitellogenin cũng gắn và được thu nhận qua cùng thụ thể này. Nhờ cơ chế nhập bào qua thụ thể, các dưỡng chất được chuyển một cách có chọn lọc và hiệu quả từ máu vào trứng. Đáng chú ý, vì VLDLy không bị enzyme ngoại vi phân giải, chúng tới được noãn bào gần như nguyên vẹn và do đó mang theo trọn vẹn năng lượng lipid cho trứng. Bên trong noãn bào, các hạt VLDL giải phóng lipid vào lòng đỏ, còn vitellogenin thì được cắt thành các protein dự trữ như đã nêu.
Tích lũy lòng đỏ trong nang noãn: Một noãn nang khi bước vào pha phát triển tích cực (thường khi đường kính khoảng 6–8 mm) sẽ tăng cường thu nạp lòng đỏ. Trong vòng 6–12 ngày, noãn bào có thể tăng kích thước nhanh chóng từ mức ~6 mm lên hơn 30 mm khi lòng đỏ vàng được tích lũy ồ ạt. Toàn bộ chu kỳ phát triển của một nang noãn trưởng thành sắp rụng trứng khoảng 7–10 ngày, trong đó cao trào tích lũy lòng đỏ diễn ra ở những ngày cuối trước khi rụng noãn. Tốc độ tích lũy có thể ước tính: mỗi ngày lòng đỏ nhận vào vài gram vật chất (chủ yếu lipid và protein). Kết quả cuối cùng, mỗi trứng gà hình thành chứa ~15–20 g lòng đỏ ướt, tương ứng với khoảng 5–6 g chất khô, trong đó phần lớn là dưỡng chất do gan cung cấp như đã phân tích ở trên. Lòng đỏ được “hoàn thiện” khoảng 24 giờ trước khi rụng trứng (rụng noãn). Sau khi noãn bào rụng (phóng thích khỏi nang noãn), các bước tiếp theo như tạo albumen (lòng trắng) và vỏ sẽ diễn ra trong ống dẫn trứng, nhưng đó là giai đoạn sau – còn trọng tâm giai đoạn trước đó là gan đã đảm bảo cung cấp đầy đủ nguyên liệu để hình thành lòng đỏ hoàn chỉnh.
Tóm lại, gan và buồng trứng gà mái phối hợp chặt chẽ trong quá trình hình thành lòng đỏ trứng, dưới sự điều hòa của hệ nội tiết (đặc biệt là estrogen). Gan là cơ quan chuyển hóa dinh dưỡng trung tâm, tổng hợp hầu hết lipid (triglyceride, cholesterol) và protein dự trữ (vitellogenin) cần thiết cho lòng đỏ. Estrogen từ nang noãn đang phát triển kích thích gan tăng cường biểu hiện các gene tương ứng, khiến nồng độ vitellogenin và VLDL trong máu gà mái đẻ tăng cao, sẵn sàng cho quá trình tạo trứng. Các tiểu phần vitellogenin và VLDL được gan tiết ra sẽ theo máu đến buồng trứng, được noãn bào thu nhận qua thụ thể đặc hiệu và tích lũy tạo thành lòng đỏ. Những số liệu nghiên cứu định lượng cho thấy sự đóng góp to lớn của gan: ví dụ, vitellogenin huyết tương ở gà mái ~1 mg/mL, VLDL mang đến 60% khối lượng khô và 95% cholesterol của lòng đỏ, dưới tác động của estrogen mà gan gà mái mới đạt được khả năng tổng hợp mạnh mẽ như vậy. Hiểu biết về mối liên hệ giữa chức năng gan và sự hình thành lòng đỏ trứng không chỉ giúp chúng ta nắm bắt sinh lý sinh sản của gia cầm, mà còn hữu ích trong chăn nuôi (ví dụ, quản lý dinh dưỡng và sức khỏe gan để duy trì năng suất trứng, phòng ngừa hội chứng gan nhiễm mỡ ở gà đẻ). Quá trình tạo lòng đỏ là một minh chứng sinh động về sự điều hòa phối hợp giữa chuyển hóa dinh dưỡng ở gan và tín hiệu nội tiết từ buồng trứng, nhằm mục tiêu cuối cùng là hình thành quả trứng với đầy đủ dưỡng chất cho sự sống mới.
Tài liệu tham khảo:
- Christmann, J. L. et al. (1977). Comparative study of hen yolk phosvitin and plasma vitellogenin. Biochemistry, 16(14), 3250-6. Vitellogenin là phosphoprotein duy nhất phát hiện trong huyết tương gà đẻ, nồng độ ~1 mg/mLpubmed.ncbi.nlm.nih.gov.
- Walzem, R. L. et al. (1999). Estrogen induction of VLDLy assembly in egg-laying hens. J. Nutr., 129(2S Suppl), 467S-472S. Trứng gà ~60 g chứa ~6 g triglyceride do gan vận chuyển đến noãn bào; estrogen làm gan chuyển sang sản xuất VLDLy nhỏ hơn, giàu lipid, chống lại LPL, được noãn thu nhận trực tiếppubmed.ncbi.nlm.nih.govpubmed.ncbi.nlm.nih.gov.
- Elkin, R. G. et al. (1999). Reduction of egg yolk cholesterol content through inhibition of hepatic cholesterol biosynthesis… J. Nutr., 129(5), 1010–1019. Hạt VLDL đi đến noãn bào gần như nguyên vẹn (không bị phân giải), chiếm ~60% chất khô và 95% cholesterol lòng đỏ; vitellogenin từ gan đóng góp ~24% chất khô và 4% cholesterol lòng đỏjn.nutrition.orgjn.nutrition.org.
- Evans, M. I. et al. (1988). Isolation of chicken vitellogenin I and III cDNAs… Genes & Development, 2(1), 116-124. Trong gan gà mái đẻ, mRNA của VTGII ~30.000 bản sao mỗi tế bào (VTGI ~11.000; VTGIII ~3.000); các gene này được hoạt hóa mạnh bởi estrogenpubmed.ncbi.nlm.nih.gov.
- Burns, A. T. et al. (1978). Primary induction of vitellogenin mRNA in the rooster by 17β-estradiol. PNAS, 75(4), 1815-1819. Tiêm estradiol cho gà trống làm vitellogenin mRNA tăng từ ~0 lên ~6000 bản sao mỗi tế bào gan trong 3 ngàypubmed.ncbi.nlm.nih.gov, cho thấy estrogen kích thích mạnh mẽ tổng hợp vitellogenin.
- Liu, X. T. et al. (2018). Age-related changes of yolk precursor formation in the liver of laying hens. J. Zhejiang Univ. Sci. B, 19(5), 390-399. Gà mái 580 ngày tuổi suy giảm rõ rệt tổng hợp vitellogenin/VLDL do nồng độ estradiol huyết thanh giảm, kéo theo giảm biểu hiện ERα ở gan và các gene liên quanpubmed.ncbi.nlm.nih.gov.
- Ren, J. et al. (2021). Global investigation of estrogen-responsive genes regulating lipid metabolism in the liver of laying hens. BMC Genomics, 22:428. Estrogen là nhân tố trọng yếu điều hòa chuyển hóa lipid ở gan gà mái đẻ; estrogen liên kết ERα hoạt hóa trực tiếp các gene đích như apolipoprotein B và apovitellin (yolk protein)bmcgenomics.biomedcentral.combmcgenomics.biomedcentral.com.
- Hendrix Genetics (2019). An egg a day, oviposition explained (article). Mô tả sinh lý đẻ trứng: noãn nang bắt đầu tích lũy lòng đỏ nhanh từ kích thước ~6 mm, đạt >30 mm sau ~6–12 ngày; lòng đỏ hoàn tất ~24 giờ trước rụng trứnglayinghens.hendrix-genetics.com
