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2023年4月3日发(作者:美国脱口秀节目)

鱼类生长激素释放肽及其受体的研究进展

作者:冯科,张桂蓉,魏开建,等

来源:《湖北农业科学》2013年第3期

冯科,张桂蓉,魏开建,熊邦喜

(华中农业大学水产学院,武汉430070)

摘要:生长激素释放肽(Ghrelin)是生长激素促分泌素受体(Growthho

rmonesecretagoguereceptor,GHS-R)的一种内源性配体,

主要在胃肠道内产生。目前不少鱼类的Ghrelin基因和氨基酸序列已经确定。鱼类Gh

relin能促进生长激素(GH)、促黄体释放激素(LH)的分泌,并参与摄食调节,表

明Ghrelin是一种具有多种生理活性的多肽。综述了鱼类Ghrelin及其受体的结

构和分布,并对其调控机理进行了简要介绍,最后论述了Ghrelin在鱼类中的生理功能,

旨在为Ghrelin在鱼类营养生理学及内分泌生理学中的研究提供参考。

关键词:鱼类;生长激素释放肽(Ghrelin);受体;结构与组织分布;生理功能

中图分类号:Q175;S917

文献标识码:A

文章编号:0439-8114(2013)03-0497-05

生长激素释放肽(Ghrelin)是Kojima等[1]在鼠(Musmusculus)胃中

分离出的一种脑肠肽,是生长激素促分泌素受体(Growthhormonesecre

tagoguereceptor,GHS-R)的内源性配体。在哺乳动物中,Ghrel

in主要在胃中产生,是继生长激素释放激素(Growthhormonereleas

inghormone,GHRH)和生长抑素(Somatostatin,SRIF)

后发现的第三种调节生长激素(Growthhormone,GH)分泌的多肽[2]。

近年来,随着对Ghrelin研究的增多,人们发现Ghrelin还具有调节动物摄食、

生长和脂肪沉积的功能,在合成代谢中具有重要作用[3]。国内外对鱼类Ghrelin的

研究主要集中在其基因的克隆及组织表达方面,也涉及到外源性Ghrelin对机体激素分

泌及摄食功能的影响等方面。本文对近年来国内外鱼类Ghrelin及其受体的研究现状进

行了概括性综述,旨在进一步促进鱼类Ghrelin研究,为其在水产养殖中的应用奠定基

础。

1Ghrelin的结构与组织分布

Kojima等[1]从鼠胃中分离提纯的成熟Ghrelin含有28个氨基酸残基,

相对分子质量约为3300,N端第三位丝氨酸具有辛酰基化结构,与人的Ghrelin同

源性较高,只有2个氨基酸差异。随后又在鼠胃中发现了另一种含有27个氨基酸残基的Gh

relin,其在第14位上少一个谷氨酸[4]。鼠Ghrelin基因含有5个外显子和

4个内含子,而金鱼(Carassiusauratus)Ghrelin基因序列只有4个外显子和3个内

含子[5]。成熟Ghrelin主要有两种分子存在形式,即第三位丝氨酸残基N端辛酰基

化和去N端辛酰基化,N端辛酰基化对其生物活性具有重要作用,而去N端辛酰基化Ghre

lin的生理功能还不是很清楚[1]。

在人(Homosapiens)、鼠和牛蛙(Ranacatesbeiana)中已经克隆出了Ghrelin

的cDNA序列,Unniappan等[5]首次在鱼类中克隆获得金鱼Ghrelin前

体的cDNA序列,推测其编码103个氨基酸,包括含26个氨基酸的信号肽,19个氨基

酸的成熟肽和C端的55个氨基酸。随后斑马鱼(Daniorerio)[6]、莫桑比克罗非鱼

(Oreochromismossambicus)[7]、斑点叉尾鮰(Ictaluruspunctatus)[8]、虹鳟

(Oncorhynchusmykiss)[9]等鱼类的Ghrelin也相继被克隆出来。Miura等

[10]进一步从金鱼的肠道中分离出了含有14、17、18和19个氨基酸残基的Ghr

elin,它们在第三位氨基酸上也具有辛酰基化结构,其中以含17个氨基酸残基的Ghr

elin为主。

Ghrelin属于一种胃肠道类多肽,主要在胃中产生,由胃黏膜组织中的X/A样细

胞分泌[11]。通过免疫组织化学反应,发现Ghrelin在鼠脑弓状核中存在,随后发

现其在鸡(Gallusdomesticus)、巴西龟(Trachemysscriptaelegans)和蛙胃中也存在

[1,12-14]。在鱼类中,雌性与雄性虹鳟的胃中都存在Ghrelin免疫反应,也

发现了X/A样细胞的存在[15]。最近,Olsson等[16]报道斑马鱼肠道中也有

Ghrelin免疫反应细胞存在。这说明哺乳动物、爬行动物和鱼类的胃和肠道都广泛存在

Ghrelin。

对GhrelinmRNA的组织表达分析发现,Ghrelin主要表达于脊椎动物的

胃肠道中,但在中枢神经系统和其他外周组织中也有表达。Kojima等[1]首先检测到

GhrelinmRNA在鼠胃中有表达,随后Date等[17]发现Ghrelinm

RNA在鼠的肠道、胰脏、肝脏、心脏、肺、白色脂肪组织、下丘脑、垂体和前脑中叶也存在。

在鱼类中,通过RT-PCR和Southernblot分析,首次在金鱼的端脑、下丘脑、

肠道、脾脏和鳃中检测到GhrelinmRNA的存在,而采用Northernblo

t方法检测则发现其只在肠道中表达,这说明在无胃鱼类中,肠道是其主要的表达部位[5]。

Kaiya等[7]研究表明,莫桑比克罗非鱼GhrelinmRNA在胃中具有较高的表

达水平,而在脑、肾脏和鳃中的表达量较低。进一步利用RT-PCR的方法对虹鳟Ghre

linmRNA组织表达进行测定,也发现其在胃中具有很高的表达水平,在脑、下丘脑和肠

道中的表达居于中等水平[9]。Parhar等[18]研究发现尼罗罗非鱼(Oreochromis

niloticus)GhrelinmRNA只在胃中表达,而在脑、垂体、心脏和肾脏中没有表达。

上述研究表明,不同的鱼类中GhrelinmRNA表达具有物种特异性,但主要在胃肠道

中表达,表明Ghrelin与鱼类的消化及摄食调控功能有关。

2Ghrelin受体的结构与组织分布

Ghrelin的受体GHS-R有1a和1b两种亚型,其中GHS-R1a有7个跨

膜域,而GHS-R1b仅含有5个跨膜域[19]。GHS-R是一种视紫红质样物质,为

典型的G蛋白偶联受体,属于G蛋白偶联受体家族成员[20]。少量GHS-R与Ghre

lin结合后即可促进GH的分泌,在内分泌学中具有重要的调节功能。与哺乳动物一样,鱼

类的GHS-R基因包含2个外显子和1个内含子。Palyha等[21]首先在河豚

(Spheroidesnephelus)中分离到了GHS-R基因,它与人的GHS-R序列具有58%的

同源性。Chan等[22]发现在黑鲷(Acanthopagrusschlegeli)中,由于GHS-R基

因在不同位点的剪切,形成两种转录产物(GHS-R1a和GHS-R1b),且GHS-

R1a与哺乳动物的同源性较低;在共同表达的情况下,GHS-R1b会减弱GHS-R

1a的功能活性,但具体作用方式还不太清楚。

GHS-R在动物不同组织中的分布也具有明显差异。在哺乳动物中,GHS-R主要分

布在垂体和下丘脑中,外周组织中含量较少。Kaiya等[23]采用RT-PCR方法,

发现虹鳟的两种GHS-RmRNA也主要在垂体和下丘脑表达,其他组织中的表达量较低。

Chan等[22]通过放射性PCR方法发现黑鲷GHS-R1a主要在垂体中表达,而G

HS-R1b主要在端脑中表达。利用半定量RT-PCR方法发现斜带石斑鱼(Epinephelus

coioides)GHS-R1amRNA主要在脑和垂体中表达,以垂体和下丘脑中最高;而GH

S-R1bmRNA则广泛分布于脑和外周组织[24]。鱼类GHS-RmRNA集中分

布在垂体和下丘脑中,可能与Ghrelin需要通过中枢神经系统来发挥其生理功能有关。

3Ghrelin的作用机制

目前,虽然已经发现Ghrelin具有多种生理功能,但对于其作用机制尚不清楚。研

究表明,在促进生长激素分泌的过程中,当Ghrelin与其受体结合后可激活磷酸酯酶,

磷酸酯酶水解细胞膜内二磷酸脂酰肌醇,使之生成三磷酸肌醇和甘油二酯,然后三磷酸肌醇促

使钙从钙库中释放出来,甘油二酯作用于蛋白激酶,打开细胞膜上的钙离子通道,使细胞外的

钙离子进入细胞内,细胞内钙离子浓度的上升刺激生长激素的分泌[25]。也有研究认为,

Ghrelin是通过对下丘脑进行调节而实现其功能的,因为下丘脑弓状核上存在Ghre

lin的神经元。Date等[26]研究了Ghrelin对鼠GH分泌及GHmRNA表

达的影响,发现注射Ghrelin后血液中GH含量升高,而GHmRNA与对照组没有显

著差异,认为Ghrelin只是促进了GH的分泌,并未提高GHmRNA的转录水平。但

是,Unniappan等[27]在体外用Ghrelin孵育金鱼脑垂体时发现其不仅能

增加GH的分泌,同时也能促进GHmRNA表达量的上升,认为Ghrelin对GH的合

成和分泌作用在不同种类之间也可能存在一定的差异。

4鱼类Ghrelin的生理功能

已有研究表明Ghrelin是一种多肽,具有多种生理功能。对Ghrelin的早期

研究集中在其对哺乳动物的生长调节上,发现其具有促进垂体生长激素的分泌、调节动物摄食、

促进胃肠道运动等功能。对鱼类Ghrelin的研究也发现其具有类似的功能。

4.1促进GH分泌的功能

最初从鼠胃中提取和分离出Ghrelin后,Kojima等[1]就发现辛酰基化的

Ghrelin无论在体外还是体内都能促进GH的分泌。此后,在人、猪(Susscrofa)、

牛(Bostaurus)等哺乳动物的研究中也发现Ghrelin能促进GH的释放。在GH分泌

的调节中,除众所周知的下丘脑分泌的GHRH可促进GH分泌外,Brazeau等[28]

在1973年又从绵羊(Ovisaries)下丘脑中分离得到SRIF,发现其可以抑制垂体GH

分泌。Ghrelin是迄今发现的第三种调节GH分泌的激素,使人类对GH的调节机制得

到更深入的认识。

在Ghrelin对鱼类GH分泌的调节研究方面,Riley等[29]首先发现用鼠

中提取的Ghrelin孵育莫桑比克罗非鱼的离体脑垂体可以刺激GH的释放。Ran等

[30]研究发现鼠Ghrelin在10-7mol/L孵育斜带石斑鱼离体脑垂体6h

后可以显著提高GH和GHmRNA水平,说明Ghrelin不仅能够促进GH的分泌,而

且能够促进其合成。以上研究表明,用外源性Ghrelin孵育鱼类离体脑垂体能刺激GH

的分泌,这可能与Ghrelin结构的保守性有关。Kaiya等[7]在提取了莫桑比克

罗非鱼的Ghrelin后,在不同浓度下对离体脑垂体进行不同时间的孵育,发现Ghre

lin在10nmol/L浓度下能够显著刺激GH的释放。

Kaiya等[9]在对斑点叉尾鮰腹腔注射Ghrelin1h后,其血浆GH水平

明显升高,但2h后又恢复到正常水平。Unniappan等[27]在金鱼腹腔注射Gh

relin15~30min后即发现金鱼血清GH水平明显上升,随后又减少,说明腹腔

注射Ghrelin能在短时间内迅速促进GH的分泌,胃肠道内可能存在Ghrelin的

作用靶位。也有研究表明,Ghrelin的类似物也能促进GH的分泌,对莫桑比克罗非鱼

腹腔注射人工合成的Ghrelin类似物KP-102(注射量为1ng/g和10ng

/g),6h后血浆GH水平明显升高[31]。由于鱼类的中枢神经系统中也存在Ghre

lin的受体,所以在鱼类侧脑室注射Ghrelin后也能促进GH的分泌。Unniap

pan等[27]在金鱼侧脑室注射1ng/gGhrelin后,能明显促进GH的分泌,

说明Ghrelin可以通过下丘脑-垂体轴来调节GH的分泌。

4.2促进LH分泌的作用

促黄体生成激素(Luteinizinghormone,LH)是促性腺激素的一种,

它作用于成熟的卵泡,引起排卵并生成黄体,也可促进雄性激素的分泌,在动物的生殖过程中

具有重要作用。目前,Ghrelin对LH的作用机理还不是很清楚。Kojima等[1]

最先报道Ghrelin对鼠垂体LH的分泌没有影响,而Fernandez等[32]发

现Ghrelin孵育鼠离体脑垂体可以抑制LH的分泌。最近在研究Ghrelin对鱼类

LH的分泌作用时,发现10-6mol/L的Ghrelin孵育雌性鲤(Cyprinus

carpio)的离体脑垂体可明显促进LH的分泌,并发现Ghrelin是通过刺激生殖细胞而

发挥作用的,与促性腺激素释放激素(Gonadotropin-releasingho

rmone,GnRH)具有协同作用[33]。上述研究都是通过离体孵育试验得到的结论,

Unniappan等[27]发现无论是在离体孵育还是腹腔或侧脑室注射条件下,Ghr

elin都可以在短时间内促进金鱼血清LH水平上升,在一定程度上证明了Ghrelin

对鱼类LH分泌具有促进作用。

4.3摄食调节的功能

在脊椎动物中,摄食调节主要是通过食欲刺激因子与抑制因子来发挥作用,这些食欲因子

来源于中枢神经系统或外周组织。在鱼类中较早发现的食欲调节因子主要有神经肽Y(NP

Y)、食欲素、甘丙肽、促肾上腺皮质激素(CRH)、缩胆囊肽(CCK)、胃泌素释放肽

(GRP)及铃蟾肽等[34]。

Ghrelin是新近发现的一种可以调节摄食的胃肠道分泌的多肽。Matthias

等[35]对小鼠侧脑室注射人工合成的鼠Ghrelin,可以增加小鼠的摄食能力和体重,

且存在剂量依赖性。人类血清中Ghrelin含量在餐前升高,餐后降低,进一步证明了G

hrelin与摄食调控有关[36]。然而,在研究Ghrelin对鸡的摄食调节作用时,

雏鸡脑室注射Ghrelin后可抑制鸡的摄食,并存在剂量依赖性[37]。这些研究说明

在不同种类中,Ghrelin的摄食调节作用存在一定的差异。

在鱼类中Ghrelin也具有促进摄食的功能。Riley等[38]通过对莫桑比克

罗非鱼体内埋置Ghrelin-C10,可以明显提高其摄食能力,增加体重,不过对体长

没有显著影响。虹鳟腹腔注射Ghrelin也可以显著提高其摄食率[39]。Miura

等[40]对金鱼侧脑室注射1pmol/gGhrelin15min后可明显促进金

鱼摄食,且1h内其摄食能力没有减退,说明侧脑室注射对摄食的调节比较明显,脑中可能存

在与调节食欲有关的受体。Unniappan等[5]对金鱼侧脑室注射己辛酰基化的金鱼

Ghrelin-19也发现了类似的效果。

研究表明,鱼类机体处于负能量平衡时会上调GhrelinmRNA的水平,而处于正

能量平衡时会下调GhrelinmRNA水平,其中研究较多的是摄食和饥饿对Ghrel

in表达的影响。Terova等[41]研究饥饿及再投喂对海鲈(Dicentrarchuslabrax)

胃组织GhrelinmRNA水平的影响时,发现饥饿4d后没有产生显著影响,而饥饿

35d后GhrelinmRNA水平显著升高,即便随后再投喂4d,其仍处于较高水平。

Unniappan等[5]发现饥饿7d后,金鱼肠道组织GhrelinmRNA的表

达量显著增加,而血清Ghrelin水平早在饥饿第三天就已经显著升高;恢复摄食后,肠

道GhrelinmRNA水平和血清Ghrelin水平降低。莫桑比克罗非鱼摄食前后脑

和胃组织中GhrelinmRNA水平都呈现出先升高后降低的趋势,说明Ghrelin

在摄食调节中发挥了一定的作用[42]。

4.4其他生理功能

在哺乳动物中,Ghrelin在调节免疫功能中能起到一定的作用。Dixit等[4

3]发现Ghrelin可以抑制人T细胞和单核细胞中促春寒古诗梅尧臣赏析 炎症因子的表达。在鱼类中,Ya

da等[44]发现Ghrelin可以增强虹鳟白细胞的吞噬活性,并促进超氧化物的生成。

Kono等[45]发现鲤鱼脾脏细胞在体外经脂多糖、植物扫描古文翻译器在线翻译 凝集素和咪喹莫特刺激后,Gh

relinmRNA的表达量上升。Ghrelin与鱼类的生长也有密切联系。在尼罗罗非

鱼的“快速生长期”之前GhrelinmRNA的表达量增加,Ghrelin还可以影响

莫桑比克罗非鱼和虹鳟胰岛素样生长因子的释放[18,46]。Kozaka等[47]研

究表明,颅内注射Ghrelin还可以抑制日本鳗鲡(Anguillajaponica)的摄食行为。

5鱼类Ghrelin研究及其在养殖生产中的应用展望

自十多年前发现Ghrelin以来,许多研究表明Ghrelin在哺乳动物的内分泌、

神经、消化、循环和免疫等方面具有多种功能。在鱼类中,虽然国内外已经克隆出多种鱼类G

hrelin基因,发现Ghrelin在促进鱼类摄食、生长,调节激素分泌及糖和脂肪代

谢方面具有一定的功能,但与哺乳动物相比,在很多方面的研究仍比较滞后。下一步对鱼类G

hrelin的研究应着眼于探索其在促进生长、免疫调控及繁殖发育等方面的功能和调控作

用机制,为Ghrelin在鱼类养殖生产中的实际应用奠定基础。

目前,中国水产养殖产量居世界首位,并呈逐年增长的趋势,水产养殖业在国计民生方面

产生了非常重要的影响。如果能将水产学相关理论和研究成果应用于养殖生产当中,将会产生

巨大的经济效益和社会效益。首先,由于Ghrelin属于一种上游激素,只需要很少的量

即可产生明显效果,而且Ghrelin的肽链比较短,可以被胃肠道直接吸收,因此,如能

采取合理的方式将Ghrelin作为饲料添加剂加入饲料中,必将对加快鱼类生长、提高养

殖产量等产生积极影响。其次,在鱼类Ghrelin的分泌调控方面,如能通过一定的方式

诱导体内Ghrelin基因的表达,也可能产生较好的促生长效果。当然,这都有待于对鱼

类Ghrelin的结构及其在内分泌系统中的作用和调控机理进行深入研究和探索。

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