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1、动物胃肠肽的研究进展胃肠肽(gut peptide or gastrointestinal peptide)是指神经组织及内分泌组织所产生和释放，并起着循环激素及（或）局部调节肽和（或）神经递质作用的活性肽类物质1。胃肠肽主要由胃肠道的物理或营养刺激而产生，起自分泌、旁分泌和神经分泌调节信号的作用。多种胃肠肽同时在中枢神经系统内起作用，被称为脑肠肽，是中枢神经系统和胃肠道代谢信息反馈的通道2。近年来的研究发现，胃肠肽不仅参与动物机体对摄食和营养摄取等活动的调控，而且还参与胃肠酶分泌，消化道运动，胰腺等消化腺体的生长及分泌，血糖调节，免疫活动调节，休克保护，癌症细胞的发育调节等一系列重要功能的调
2、节和控制，因而已成为动物生理代谢及信号传递途径领域新的研究热点，本文就动物胃肠肽的研究历史、主要类型、结构、功能及对性成熟影响等方面的研究进展进行综述。1 胃肠肽的研究历史及其概述1.1 胃肠肽的定义和发现促胰腺素(secretin)是第一种被发现的胃肠肽，于1902年由Bayliss W M 和Starling E H 于胰腺中发现3。Yehuda Handelsman 和 Daniel Portel 指出此发现不仅是胃肠肽研究的起点，同时也是整个内分泌学的开端4。随着技术的不断进步，二十世纪六十年代以来，大量胃肠肽先后被发现。二十世纪六十年代，胃泌素5和分泌素6几乎同时被纯化，开启了内分泌
3、生化时代的大门。到目前为止，已经发现了40余种胃肠肽4，胃肠肽的研究在内分泌学研究方面占据了重要地位。1.2 胃肠肽的基本特征胃肠肽由胃肠道不同细胞分泌，相互之间结构和功能差异较大。但是大多数胃肠肽都有一些共同的特征：(1)胃肠肽的生化基础不随组织变化而变化，因此胃肠肽在不同部位的受体及作用机制都是相同的；(2)胃肠肽往往以多种形式存在，更小、更有活性的形式包含在更大且更稳定但活性更低的形式之内。不同胃肠肽可能具有相同的肽链特征，但是却不能说明其是否有相同的起源或者只是趋同演化的效应；(3)所有胃肠肽基底水平都很低(100pg/mL)，通常是由大分子前体形态存在。其前体浓度较高，活性较低，在相
4、关刺激的作用下胃肠肽活性浓度可从基底水平提高1-4倍；(4)局部旁分泌剂可以影响胃肠肽的释放(如铃蟾肽刺激胃泌素、胆囊收缩素、胰多肽和胰高血糖素分泌；而生长激素抑制素能抑制几乎所有种类的胃肠肽释放)，这些旁分泌剂也可以以同样的方式直接作用于目标组织；(5)胃肠道内分泌细胞既分泌胃肠肽入血，也分泌其进入肠道，肠道分泌的作用不甚明了，可能是用来调节黏膜发育；(6)不同胃肠肽往往对中枢或外周神经系统或者胃肠道受体起相同类型的作用，用以增效彼此的反应。此时阻断某一个胃肠肽的反应即可阻断所有其他激素的反应。胃肠肽的作用分神经介导的反应和体液介导的反应，其中神经介导的反应随作用对象不同而有很大差别，对肠道
5、的刺激作用相当明显，而对肝脏则几乎没有任何作用；(7)尽管肾脏内有某些使特定胃肠肽失活的酶，但大多数的胃肠肽是在毛细血管床上非特异性分解而失活的；(8)很多胃肠肽也作为神经递质而存在，如脑啡肽，血管活性肠肽和胃泌素7。1.3 胃肠肽的主要种类胃肠肽主要由胃肠道(主要是胃和小肠)及其附属腺体分泌。已知的胃肠肽主要有胆囊收缩素(cholecystokinin , CCK)、胃促生长素(ghrelin , GRL)、胃泌瘦素(gastric lep-tin, gastric LPT)、酪酪肽(peptide tyrosine-tyrosine , PYY)、胰高血糖素样肽-1(glucagon-li
6、ke peptide-1 , GLP-1)、血管活性肠肽(vasoactive intestinal peptide , VIP)、胃泌素(gastrin)、淀粉不溶素(amylin)、胃泌酸调节素(oxyntomodulin)4、胰多肽(pancreatic poly-peptide , PP)8、胃泌素抑制素(gastric inhibitory peptide , GIP)9、以及胃泌素释放素(gastric releasing peptide,GRP)10等。表1.1是目前发现的主要胃肠肽的种类及其分泌部位：表1.1 几种常见的胃肠肽及其分1.4 胃肠肽分泌与摄食及营养的关系胃肠肽的基
7、本职能是调节食物摄取，从而达到体内营养与能量的平衡。其基本过程是食物与胃肠道接触后，引起胃肠肽类激素释放，通过血液循环进入脑内，通过调节脑内相关摄食中枢活动影响摄食。在脑内，下丘脑弓状核是外围代谢信号调控中枢，而脑干孤束核则是这些信号的主要通路11。脑内本身就有调节食欲行为的相关激素，如神经肽Y(melanocyte stimulating hormone , NPY)、刺鼠基因相关蛋白(agoutigene-related protein , AgRP)及食欲素(orexin)等刺激信号，阿黑皮素原(pro-opiomelanocortin , POMC)及-黑素皮质激素(-melanocy
8、te stimulating hor-mone ,-MSN)等抑制信号，这些激素都能接受胃肠肽信号，从而调节摄食带来的满足感11。在接受刺激分泌胃肠肽过程中，胃主要是接受机械刺激，通过食物对胃的扩张作用促使相关激素的分泌12，在胃内放置气球等非营养物质也能达到类似的效果。原因可能是胃本身是一个食物计量容器，靠食物与胃的机械作用最终确定食量，但是胃内压和胃的实际容积对食物摄取量几乎没有影响13。而肠道胃肠肽激素的分泌和满足信号的产生则主要是由营养物质的吸收而诱导的，且肠道释放的多肽激素大多可以延缓胃排空，形成长期满足，降低摄食12。如在肠道内有一种被称为“回肠刹车”的机制，即在远端小肠被浸入营养
9、物质中时，将大大降低摄食量14。具体体现在在回肠中，脂肪和糖类刺激肠粘膜，激活“回肠刹车”，有效地抑制胃排空和小肠运输，抑制胃酸、胰腺酶和胆汁酸的分泌12，抑制摄食，从而降低能量摄入。“回肠刹车”是两种胃肠肽PYY和GLP-1共同介导的结果15。胃肠肽通过这种精确的调节控制机制，增加或者减少食物的摄取量，从而构成体内能量平衡调控的重要一环12。有一种被称为胃肠搭桥术的手术，由于其能降低体内 ghrelin 浓度，提高PYY浓度，因此能有效地降低食欲，减轻体重，而没有任何副作用8，胃肠肽的作用正是这种手术能够发挥其效果的根本原因。2 主要胃肠肽的结构和功能2.1 胆囊收缩素2.1.1 定义胆囊收
10、缩素(cholecystokinin , CCK)是Mutt和Jorpes于1968年发现的一种能促进胆囊收缩和胰腺酶分泌的肽类激素16。最早被发现的胆囊收缩素活性形态为CCK-33，随着研究的深入，人们逐渐发现了胆囊收缩素其他的活性形态。胆囊收缩素主要由小肠内分泌I-细胞合并分泌，另外在垂体中也有合成，肾上腺髓质中也有少量胆囊收缩素合成。在胃肠道中，胆囊收缩素主要是作为一种胃肠肽，而在脑内，胆囊收缩素作为一种神经递质而广泛分布，胆囊收缩素是脑中最为丰富的一种肽类激素16。2.1.2 结构人类编码胆囊收缩素的基因位于3号染色体上，拥有一个较小的内含子和另一个较大的内含子；拥有三个外显子，但是第
11、一个外显子不编码氨基酸序列。胆囊收缩素基因没有明显的特殊结构域。胆囊收缩素所有形态都是同一条mRNA翻译的产物。这条mRNA拥有750个碱基，其中348个碱基是多肽编码序列，编码115个氨基酸残基序列。这115个氨基酸残基组成了胆囊收缩素前体序列，其中前20个氨基酸残基组成其信号肽序列，紧接着信号肽的是一个在不同物种之间差异很大的区域，而从第58个氨基酸残基开始是具有生物活性的胆囊收缩素成熟肽序列，这一部分的序列变异较小，成熟肽序列之后是酰胺化信号等翻译后成熟信号。成熟的胆囊收缩素是一组拥有相同C-端末端的多肽，其末端为一个-酰胺化和O-硫酸化的七肽保守序列。此序列在不同物种之间差异极小，在人
12、类中，此序列是-Tyr(SO4)MetGlyTrpMetAspPheNH216。尽管C-端序列类似，胆囊收缩素却因其拼接长度不同而有CCK-5、CCK-22、CCK-33、CCK-58、CCK-83等不同活性形式。其中CCK-8、CCK-22、CCK-33、CCK-58是人体内胆囊收缩素主要的活性形式，其他形式或存在于其他物种中16。不同的多肽序列之间的功能差异较小，主要是活性大小和半衰期的差异。其中在人体内以CCK-8的活性更高，而CCK-33及CCK-58 的半衰期更长。这些差异的原因可能是由于较短的序列更有利于活性中心与受体结合，而较长的序列则由于形成了稳定的三级结构等因素的影响而在生物
13、体内有更高的稳定性17。图2.1 胆囊收缩素及其相近多台的保守区域在生物体内，类似胆囊收缩素C-端结构的多肽还有很多，它们属于一个被称为胃泌素/胆囊收缩素超家族的多肽家族中，如上图2.1是此超家族的一些代表性多肽16。2.1.3 受体一般来说，胆囊收缩素在生物体内主要有两种类型的受体，分别被称为CCKA和CCKB。CCKA受体，又被称为食欲的胆囊收缩素受体，介导胆囊收缩，奥狄括约肌松弛，胰腺的生长和胰腺的酶分泌，延迟胃排空以及抑制胃酸分泌。其通过结合酰胺化的位点和硫酸化的位点识别胆囊收缩素，选择性较强，只与胆囊收缩素结合16。CCKA主要分布在肠神经元，迷走神经传入单元，脑区和胰腺上18。而C
14、CKB受体，被称为大脑的胆囊收缩素受体，主要在脑中表达，其选择性较差，会结合非硫酸化的胆囊收缩素受体以及胃泌素以及其他同族多肽的 C-端片段，因此是胆囊收缩素和胃泌素的共同受体16。CCKB受体主要分布在脑内，迷走神经传入神经单元，同时，在胃内也有发现18，主要在胆囊收缩素的神经递质作用中发挥受体作用。2.1.4 主要功能调节摄食胆囊收缩素与食欲调节的研究开始于1973年，Gibbs et al.发现外源注入胆囊收缩素可以剂量依赖性地抑制食物获取16，此后随着研究的不断深入，人们逐渐认识到胆囊收缩素是一种典型的抑制食欲多肽，也被称为满足肽18。胆囊收缩素对食欲的调控是在生理剂量内发生的，远远小
15、于药理剂量18。作为一种典型的满足肽，胆囊收缩素既可以产生短期饱腹感，又可以产生长期效应，降低食物获取，以此来平衡食物获取和体重稳定之间的矛盾18。胆囊收缩素降低食欲的作用依赖于完整的迷走神经系统19，迷走神经传入神经被阻断后，胆囊收缩素对食欲的抑制作用消失。胆囊收缩素介导的抑制食欲信号通过胃内的受体传入迷走神经传入纤维，通过孤束核和最后区，作用于下丘脑的食欲调节中枢，从而起到抑制食欲的作用16。在整个调节过程中有中枢皮质素系统的参与和调节18。胆囊收缩素对食欲的影响在使用竞争性抑制剂处理后消失20。胆囊收缩素受体缺乏的OLETF(Otsuka Long-Evans Tokushima Fat
16、ty)大鼠表现出明显的贪食和肥胖症状，且对外源的胆囊收缩素注入不敏感20。研究表明，胆囊收缩素和瘦素都能降低动物对甜味的口感20，另外胆囊收缩素还能引发条件性味觉厌恶，甚至引起胃部不适21。这些作用都能增强其对摄食的抑制效果。在鱼体内，胆囊收缩素同样可以发挥抑制食欲的作用。如在硬骨鱼中胆囊收缩素能够诱导胆囊收缩，延缓胃排空以及增加肠蠕动22。摄食后金鱼脑内胆囊收缩素含量升高，在黄鳍短须石首鱼幽门盲囊中也出现类似的现象23。无论是在脑内还是在外周注射胆囊收缩素都能降低金鱼摄食量，投喂胆囊收缩素降低黑鲈的食量22。刺激消化道肌肉运动胆囊收缩素对消化道很多肌肉运动都有调节作用。首先，胆囊收缩素对胆囊
17、排空有刺激作用，是刺激胆囊排空和胆汁分泌的最强信号。胆囊肌肉中有 CCKA受体，能根据血浆中胆囊收缩素的浓度介导胆囊肌肉收缩的力度16。由胆囊收缩素引发的胆囊不正常收缩可能引发胆囊结石24。此外，胆囊收缩素还能通过松弛总胆管括约肌和奥狄括约肌介导胆汁进入十二指肠16。除了对胆囊肌肉的支配，胆囊收缩素还能通过对胃、小肠、结肠运动神经的支配来影响胃肠道运动。胆囊收缩素对胃运动的支配因物种而异，如对人、狗及负鼠的作用是松弛近端胃/刺激幽门括约肌从而延缓胃排空。胆囊收缩素对胃运动的调节非常复杂，神经介导和非神经介导的因素都存在，因此，很难说胆囊收缩素对某一物种的胃运动起什么作用16。而其对对小肠运动的
18、调节则非常简单，是通过肠神经元支配的，作用是增加肠道运动，减少食物停留时间，使用胆囊收缩素对小肠末端刺激时所产生的此效果最为强烈16。促进胰腺发育和调节胰腺分泌胆囊收缩素能增加胰腺重量和胰腺酶释放量，伴随着重碳酸盐和蛋白质释放量的大增16。胆囊收缩素和碳酸胆碱(CCh)均能增加小鼠胰腺腺泡细胞肽链的延伸，胰腺腺泡细胞是胰腺内主要的内分泌细胞。此作用可能与两种物质对真核细胞延伸因子eEF2 Thr56去磷酸化及其激酶eEF2K Ser366磷酸化的诱导有关25。关于胆囊收缩素和胰腺酶的分泌关系已经有很多研究，胆囊收缩素对大部分胰酶的分泌都有调节作用，如碱性磷酸酶、二糖酶及肠激酶等。特别是胆囊收缩
19、素对胰腺分泌的消化酶有强烈的促分泌作用，如其能增加胰淀粉酶、胰凝乳蛋白酶及胰蛋白酶等的合成。此外，胆囊收缩素还有促进胰岛素和胰高血糖素分泌的作用16。此外，胆囊收缩素还有刺激胆管上皮细胞泌盐，调节胃酸分泌、调节小肠血流量、抑制休克及休克保护、治疗白内障等多方面作用16。2.2 胃促生长素2.2.1 定义胃促生长素(ghrelin , GRL)是Kojima等人于1999年发现的一种28肽，因其为生长激素促分泌素(Growth hormone secretagogue)受体的天然内源配体，因此命名为胃促生长素26。其发现得益于孤儿受体策略的使用，所谓孤儿受体策略是指在仅知道G蛋白偶联受体(G P
20、rotein-Coupled Receptor,GPCR)基因序列的情况下，用高通量的方法分离出相应天然配体的一种方法27。胃促生长素主要由胃肠道X/A样细胞合成分泌，血液中的胃促生长素2/3来自于胃，另外约1/3来自于肠28。胃组织中的胃促生长素的含量最高，约占全身的20%29。胃促生长素主要分布于下丘脑弓状核、脑干、垂体、胃、肠、胰、肾、肺、卵巢、睾丸、胎盘、甲状腺、淋巴组织等，胃促生长素的广泛分布提示其有自分泌或者旁分泌的作用28。2.2.2 结构人胃促生长素基因定位于3号染色体短臂，拥有4个外显子及3个内含子，长度为5,199bp30。四个外显子共同编码mRNA，翻译产生117个氨基酸
21、残基的被称为前胃促生长素原(preproghrelin)的前体多肽31。前胃促生长素原的117个氨基酸残基中，N-端的23个氨基酸残基为其信号肽序列，第24位至第52位的28个氨基酸为胃促生长素成熟肽序列，而C-端的脯氨酸-精氨酸(Pro-Arg , P-R)结构为其识别部位26。成熟的胃促生长素是由28个氨基酸残基组成的多肽序列，N-端的5个氨基酸残基是其最小的疏水中心，也是其活性中心，其活性与完整的胃促生长素基本相同，其序列为HOOC-Gly-Ser-Ser(n-辛酰基化)-Phe-Leu-32。若切除上述序列N-端的甘氨酸，生物学活性下降70%，若切除C-端的亮氨酸，生物学活性则仅下降5
22、%32。胃促生长素序列特征是第三位的丝氨酸被n-辛酰基化，n-辛酰基化对其透过血脑屏障及发挥生物学功能是必须的，非n-辛酰基化的胃促生长素没有生物学活性且不能以主动运输的方式透过血脑屏障。人体内除了正常切割而产生的胃促生长素以外，还存在着一种缺乏14位谷氨酰胺的胃促生长素，两种胃促生长素生物学功能相同，但后者活性较低。睾丸中也会释放一种特殊的胃促生长素，被称为GGDT，拥有12个额外的氨基酸残基31。在鱼类中，不同物种之间胃促生长素序列的差异较为显著，在鱼类中，金鱼的胃促生长素成熟序列仅有12或19个氨基酸残基，日本鳗鲡仅有21个氨基酸残基，罗非鱼、黑鲷等仅有20个氨基酸残基组成，序列也与人类
23、有很大不同。尽管如此，胃促生长素N-端的5个氨基酸残基组成的保守序列还是具有极高的保守性。鱼类和其他脊椎动物的不同还在于鱼类胃促生长素C-末端大多有乙酰化修饰，而这种修饰方式鲜见于其他脊椎动物，是鱼类特有的一种修饰方式33。2.2.3 受体胃促生长素的受体为一种较为保守的有7个跨膜区的G-蛋白偶联受体，主要的G蛋白是Gp蛋白，主要的信息传递系统是磷脂酶C，三磷酸肌醇与蛋白激酶34。胃促生长素受体主要分为分为GHS-R 1a和GHS-R 1b 两种类型。其中 GHS-R 1a为其功能性受体34，而GHS-1b 其功能尚不清楚。GHS-R广泛分布于中枢神经系统和外围器官组织。在脑内，GHS-R主要
24、分布部位为下丘脑(前腹侧视前核、下丘脑前区、视交叉上核、下丘脑前外侧核、视上核、下丘脑腹内侧核、弓状核、室旁核和结节乳头体核)，海马结构，丘脑区，黑质致密部，中缝背核，中缝正中核，背外侧被盖核、小脑颗粒层、被盖腹侧区、动眼神经副交感核，面神经，垂体，杏仁核，Cajal中介核等部位35。而在外围器官GHS-R的主要分布部位为甲状腺、肾上腺、胰、脾、肺、肠、心肌、脂肪组织、肾、睾丸、卵巢等以及免疫细胞32。胃促生长素受体分布如此广泛，与胃促生长素的广泛分布是相关的，也提示了胃促生长素的多效性作用。2.2.4 主要功能调节摄食胃促生长素可以促进动物摄食，增加体重，影响脂肪的利用，是胃肠肽中唯一的就餐
25、起始信号54-56。胃促生长素的刺激食欲作用可能是基于其对NPY和AgRP等下丘脑刺激食欲因子释放的促进作用39。但是NPY-/-的小鼠仍能被胃促生长素作用而增加其食欲，再切断AgRP途径则增加食欲作用消失40。这些表明了AgRP途径在胃促生长素控制食欲过程中起到了主导作用。胃促生长素在下丘脑食欲中枢中起着和瘦素相反的作用，可能和瘦素有拮抗效应，另外胃促生长素还可以直接作用于孤立的食欲素神经元40。传统观点认为，调节下丘脑活动的胃促生长素是从胃肠道分泌，经过循环系统而进入下丘脑发挥作用的26，而现在研究则表明下丘脑中至少一部分的胃促生长素是内源性的。Cowley et al.41认为下丘脑中有
26、一个之前不为人所知的区域表达胃促生长素，用以影响下丘脑其他区域，甚至脑外活动。这个区域非常接近于NPY的轴突末端，用以直接偶联NPY对食欲的刺激作用。阻断迷走神经的传入神经后，胃促生长素对下丘脑食欲中枢的作用消失，表明胃促生长素所传达的饥饿信息是通过迷走神经传入中枢的26。但是迷走神经元被切断后，胃促生长素能够直接作用于胃和十二指肠，调节饥饿反应42。肥胖者注射胃促生长素后摄食量依然增加，说明并不存在胃促生长素抵抗25,61。缺乏胃促生长素的大鼠在食欲上和体重上与野生型大鼠并没有区别44，说明了在控制食欲和能量平衡这方面，机体尚有很大的冗余度10。与胆囊收缩素不同，胃促生长素和酪酪肽的作用都已
27、经超越了摄食量调控的界限19，对胃促生长素来说就是其既可以引起食量的增多，又可引起就餐数目的增多19。促进生长激素释放胃促生长素在体内还是体外都有强烈的剂量依赖性促进垂体生长激素(growth hormone , GH)释放的作用，其作用强度高于生长激素释放激素(growth hor-mone-releasing hormone , GHRH)和非天然生长激素促分泌素(growth hormone secreta-go-gue , GHS)。给大鼠注射胃促生长素后，血浆内GH水平剂量依赖性升高，但垂体GH mRNA的表达量未发生变化，故此胃促生长素可能只是促进GH释放，而不是促进其合成，且这个
28、过程受生长抑素(somatostatin , SS)抑制。胃促生长素促进GH分泌的作用可能部分有GHRH的参与，或者依赖于一个完整的GHRH系统32。体内注射胃促生长素同样也能促进肾上腺皮质激素、皮质醇、催乳素和醛固酮的释放63-65。藉由转录控制因子pit-1，胃促生长素除了对GH分泌的控制，可能在生长激素细胞相关生理或病理学改变中发挥重要作用29。调节血糖胰岛上存在着可以分泌胃促生长素的细胞，而GHS-1a可以在大鼠胰岛及细胞上表达，它们之间可能通过旁分泌有调节作用66。胃促生长素通过Gs蛋白促进胰岛素-细胞系NIT-T15细胞株的增殖，抑制其凋亡，使用胃促生长素抗体处理后细胞株凋亡加速4
29、8。胃促生长素对胰岛素的分泌有抑制作用，且抑制作用与葡萄糖浓度有关。在葡糖糖浓度为8.3-22mmol/L时，胃促生长素可以抑制胰岛素的分泌，当浓度为3.3-3.5mmol/L或25mmol/L时抑制作用消失49。胃促生长素可以直接抑制葡萄糖诱导的cAMP产生和PKA的活化，从而导致电压依赖型的钾离子通道激活，抑制葡萄糖依赖型的Ca2+内流和胰岛素的分泌50。参与某些疾病调控胃促生长素及其受体在B淋巴细胞、T淋巴细胞和嗜中性粒细胞中分布，提示其可能与机体的免疫有关51。事实上，胃促生长素的确在一些疾病中起着或多或少的作用。如在甲状腺癌细胞系中，胃促生长素可以剂量依赖性的抑制癌细胞生长。幽门螺杆
30、菌感染会显著降低胃促生长素的表达水平，而且在感染后恢复过程中，胃促生长素前体多肽的水平会一度达到原先水平的四倍52。另外在多囊卵巢综合症和高雄激素血症中胃促生长素的表达水平均降低53。胃促生长素表达水平的病理学改变暗示其在这些疾病中可能发挥某些作用。此外，胃促生长素还有扩张血管，增加心脏每搏输出量，增强记忆等多方面功能50,73。2.3 瘦素2.3.1 定义瘦素(leptin , LPT)是一种能够抑制食欲，控制肥胖的胃肠肽。1950年Ingalls et al.发现了一个基因的隐性突变可以导致肥胖，他将该基因命名为肥胖基因(obese gene , obgene)55。1994年 Zhang
31、 et al.利用克隆技术克隆出了小鼠的肥胖基因产物，这种产物是一种能抑制摄食、降低体重的多肽，故此命名为瘦素56。瘦素主要在外围脂肪组织中分泌，与体脂含量正相关76,77，此外在骨骼肌和胃中也检测到其存在59。胃肠道内，胃的P细胞和主细胞(chief cell)也能分泌瘦素，占瘦素循环浓度的1/4，称之为胃泌瘦素(gastric leptin)，胃泌瘦素属于胃肠肽的讨论范畴，与脂肪组织分泌的瘦素在结构和功能上并无区别4。在鱼类中使用免疫学方法和基因克隆的方法已经在鳗鲡、太阳鱼、鲑鱼，河鲀，鲤鱼，草鱼中发现了瘦素的存在60。2.3.2 结构人类瘦素基因定位于7号染色体长臂3区1带3亚带(7q3
32、1.3)，基因全长约20kbp，由三个外显子和两个内含子组成。外显子1无编码区，外显子2编码区长141bp，外显子3编码区长360bp，整个ob基因的编码区长501bp61。Ob基因是单拷贝基因，在哺乳动物和鸟类中具有高度的保守性，人、羊、兔、大鼠、小鼠、鸡、鸭等均有较高同源性62。人类瘦素分子量约为16 kDa，由167个氨基酸残基组成。N-端有21个氨基酸残基组成的信号肽，表明瘦素是一种分泌蛋白，而成熟的蛋白质有146个氨基酸残基56。分子结构中有4个非平行螺旋(A,B,C,D)，并由两个长交叉和一个短的弯状结构连接，以左手螺旋形式排列。瘦素分子中包含有两个半胱氨酸，形成一个二硫键，使得D
33、螺旋与CD联接形成36，组成二硫键的两个半胱氨酸的任何一个发生变异则导致瘦素失去活性62。根据氨基酸序列推测人瘦素分子一种球形分子，无明显的结构域和跨膜区，以单体形式存在4。瘦素在体内以两种形式存在，活性形态及与OB-Re结合的非活性形态，其中OB-Re是瘦素的一种可溶性受体63。2.3.3 受体瘦素受体(OB-R)是由db基因编码的，属于I类细胞因子受体超家族。OB-R包含四个纤维连接蛋白III型域，四个保守的半胱氨酸残基，两个细胞因子域结合位点。OB-R以二聚体形式存在，被配体激活64。通过不同的拼接方式，OB-R有六种不同的亚型。各个亚型的胞外结构域是相同的，但是胞内结构域却因长度不同而
34、有所不同，包括一种可溶性亚型OB-Re，四种短亚型OB-Ra、OB-Rc、OB-Rd、OB-Rf和一种长亚型OB-Rb。胞内结构域的不同决定了其生物学活性，如OB-Ra是负责传送瘦素通过血脑屏障，OB-Re则是作为循环中瘦素水平的调节剂。在六种亚型中，只有OB-Rb在瘦素信号转导的过程中起作用64。所有的六个亚型都包含一个富含脯氨酸残基的区域，被称为box1，位于细胞内AA6-AA17区域。OB-Rb亚型，有一个接近300个氨基酸残基的特殊扩展区域，使其成为一种全功能型受体，它没有固定的酪氨酸激酶结构域，但是它的 box1能够吸引和结合两面神激酶(JAK)，box1和周围的序列对JAK的活性是
35、必不可少的。此外OB-Rb延长区域的末梢发挥功能需要信号转导与转录活化因子(STAT)信号。OB-Rb的分布与瘦素的作用范围是很符合的，可以在很多组织和下丘脑中被发现。在其他受体亚型中，除了OB-Re之外都只限于瘦素的运输，吸收和降解64。2.3.4 主要功能调节食欲和控制肥胖瘦素可以起到抑制食欲，减缓胃排空的作用。解剖学和功能学的研究都表明，瘦素对摄食的调节主要是通过调节下丘脑摄食中枢来完成的。其直接受体为POMC和NPY40。此外瘦素还能通过改变下丘脑的下行神经元的活性，提高胃神经元胆囊收缩素受体的活性从而协助增强胆囊收缩素的作用而调节食欲65。瘦素是一种食欲和体内能量平衡之间的调节因子，
36、瘦素基因突变失活的鼠表现出明显的肥胖症状，而外源注射瘦素可以纠正这种症状20。对正常动物外源注入瘦素则出现剂量依赖性的摄食减少，注射大量的瘦素后能导致体重减轻，而注入瘦素对瘦素受体缺乏的鼠没有此效应8。瘦素通常被认为是一种长效肥胖信号，因为它可以给大脑提供长效食物与能量平衡的调节信号20。另外，在大多数肥胖病例中，都出现了体内有较高的瘦素浓度，却不能降低摄食量，这种症状被称为瘦素抵抗，外源注射瘦素对这种肥胖患者没有疗效4。调节免疫瘦素对免疫系统有着强烈的调节作用，如对抗原递呈细胞(antigen-presenting cell , APC)，对于自然杀伤细胞(natural killer ce
37、ll , NK)以及对中性粒细胞的作用。此外瘦素能激活单核细胞，树突状细胞和巨噬细胞，刺激Th1型细胞因子分泌66。瘦素能促进树突状细胞(Dendritic cells , DC)的分化并延长其生存周期67。更重要的是，瘦素可以刺激T细胞表达，提高 T 细胞的生存率，并诱导如IFN-和IL-2等促炎症型细胞因子的表达68，且瘦素对不同的T细胞亚群的作用有所不同64。对人类来说先天的瘦素不足会导致免疫失调，如儿童时期感染几率上升，而使用瘦素则能有效治疗瘦素不足引发的免疫缺陷64。瘦素或其受体基因缺陷型的小鼠，表现出细胞介导免疫的缺陷和淋巴组织萎缩，而且对感染和伤病更为敏感，其巨噬细胞也无法清除细
38、菌感染68。刺激神经及造血细胞发育瘦素在神经及造血细胞增殖调节方面也发挥着重要作用。瘦素对脑神经系统的发育起着极其重要的作用，实验证明瘦素或其受体缺失的小鼠，其脑重量较野生型为轻，神经发育状况也较差8。此外，瘦素受体在骨髓基质细胞中表达，说明了其对造血干细胞的调节作用，瘦素能刺激造血干细胞增殖，增加淋巴细胞，红系细胞和骨髓细胞集群64。此外，作为一种脂肪分泌因子，瘦素对脂肪细胞的分化和增殖也有一定的作用，小浓度的瘦素可以刺激脂肪细胞增殖，而大浓度的瘦素则抑制其增殖69。此外，瘦素还有调节成骨形成，调节记忆等多方面作用8，其在肝病方面也可能发挥一定作用，特别是对非脂肪性酒精肝有明显地抑制作用70
39、。3 胃肠肽与性成熟关系近年来的研究还表明，多数胃肠肽还参与动物性成熟及繁殖活动的调控，目前了解较多的是胃肠肽对脊椎动物繁殖的影响。脊椎动物从受精卵到发育为性成熟的个体一般经历两个阶段，分别是营养生长阶段和生殖生长阶段。脊椎动物的生殖生长的起始时间，受多方面的调控。首先，脊椎动物性腺发育和性成熟一般都是由其自身的遗传物质决定的。其次，遗传物质在决定生物性腺发育的具体过程中，还要受到内在和外在因素的影响，例如对鱼类等水生动物性腺发育有重要影响的因素有光照，温度，外激素，盐度，潮汐等外部因素以及营养状况，激素分泌状况等内部因素。以上所有的调控信号被称为允许信号，在动物体发育到一定阶段后能够一定程度
40、地提前或者推迟性腺的发育。这些内外部状况都是通过调节动物体内的下丘脑-垂体-性腺生殖轴来完成最后的调控，其中最重要的就是对 GnRH分泌的调节。GnRH是下丘脑分泌产生的一种神经激素，是由单拷贝基因表达加工而成的直链十肽72。其释放是以脉冲方式分泌的，作用点在下丘脑垂体门脉系统73，由于其能和垂体促性腺激素分泌细胞的特异性受体结合而刺激促性腺激素的产生和释放，因此对生殖轴和生殖活动调节起着关键性的作用74。GnRH主要调控两种促性腺激素，促卵泡生成素(follicle-stimulating hormone , FSH)及促黄体激素促黄体生成素(luteinizing hormone , LH
41、)的合成与分泌72。同GnRH的释放相适应，垂体释放LH和FSH也是以脉冲方式进行，而且GnRH的释放脉冲可以调节LH/FSH的比值，LH/FSH的比值随着GnRH脉冲频率的上升而上升75。LH的主要作用是促进雄性激素的合成，LH与FSH联合作用可以促进卵泡的成熟及黄体的形成，以及雌激素的形成。FSH的作用则主要是促进精子生长。现有的研究表明，多种常见的胃肠肽都能对动物GnRH产生调控作用，甚至可直接或间接地作用于LH、FSH的释放，从而对动物的性成熟和繁殖产生重要的影响。3.1 胃肠肽对下丘脑-垂体-性腺生殖轴的影响3.1.1 胃肠肽对下丘脑GnRH分泌的影响大量研究表明，胃肠肽可直接作用于
42、下丘脑，控制GnRH的释放，从而调控动物性成熟的步伐。例如对雌性小鼠的实验表明，脑室内注射瘦素，可以促进其LH释放，说明了瘦素可能对下丘脑，特别是GnRH神经元有一定的调节作用，从而影响到腺垂体细胞的分泌。在下丘脑组织块培养液中加入瘦素，也可以使培养液中GnRH浓度明显升高。进一步的研究发现，下丘脑弓状核中NPY神经元上有瘦素受体表达，而GnRH神经元上有NPY受体表达，NPY是脑内的一种重要活性物质，对GnRH具有重要的调控作用，瘦素可能是通过调节下丘脑中的NPY而间接地参与GnRH分泌的调节71。瘦素的主要作用是调高GnRH表达，而胃促生长素的作用与之相反。胃促生长素对GnRH的表达是抑制
43、的作用76。胃促生长素还能通过调低GnRH脉冲频率来对雄性小鼠下丘脑进行调控。与瘦素类似，胃促生长素对下丘脑GnRH分泌的调控也可能是通过NPY或者AgRP进行的77。和胃促生长素的作用类似，胆囊收缩素也能调节GnRH脉冲频率，有研究证明胆囊收缩素对雌性绵羊GnRH脉冲有强烈的刺激作用78。由于GnRH分泌区域有胆囊收缩素的受体分布，故此胆囊收缩素可能是直接调节其受体而发挥作用，也可能是通过对阿片系统的阻断发挥作用。此外胆囊收缩素和GnRH还有一种协同分泌机制，起到相互调节作用79。3.1.2 胃肠肽对垂体及性腺发育的影响除了影响下丘脑GnRH的分泌活动外，胃肠肽还能对垂体及性腺等生殖轴其他部
44、位直接产生作用。如瘦素能对垂体及生殖腺产生多效性作用80。Carro81等研究了瘦素抗体治疗对雌鼠LH的波动性和动情周期的影响，发现治疗鼠LH波动频率明显增加，生殖功能也显示出障碍。Barash82等发现，给雄鼠和雌鼠投喂重组瘦素，14天后处死动物，投喂瘦素的雌鼠血清LH水平升高，卵巢和子宫重量增加并且卵巢和子宫均发生组织学方面的变化；投喂瘦素的雄鼠血清促卵泡激素(FSH)水平升高，睾丸和精囊重量增加，精囊上皮细胞的高度和精子数量也明显增加。人们从动物实验中发现，肥胖雌性小鼠经瘦素治疗后其卵巢的重量增加，卵巢上的原始卵泡、初级卵泡、次级卵泡及成熟卵泡也明显增加，提示瘦素在一定程度上提高了卵巢的
45、生理功能。但是在离体培养的颗粒细胞与卵泡膜细胞中加入瘦素，观察到瘦素对FSH、LH 分别诱导产生的雌激素、雄激素并无影响，但可明显抑制胰岛素样生长因子(IGF-I)对FSH、LH的协同作用，使FSH诱导颗粒细胞产生的雌激素减少、LH诱导卵泡膜细胞产生的雄激素减少，说明瘦素能直接抑制IGF-I对卵巢颗粒细胞、卵泡膜细胞的作用，从而抑制了颗粒细胞分化与卵细胞成熟80。另外，研究表明胃促生长素也能对垂体及生殖腺产生重要影响，胃促生长素在垂体中可以提高LH和FSH的基底浓度，阻断 LH对GnRH的反馈调节，并且能够直接对性腺产生一定作用77。3.2 胃肠肽对kisspeptin促分泌作用Kisspep
46、tin发现于1996年，是KiSS-1基因表达产物83。近些年来，kisspeptin对生殖的调节越来越受到人们关注。首先是因为kisspeptin能够刺激GnRH的释放。其次，人们发现kisspeptin是动物生殖生长起始信号，在动物性成熟的启动过程中扮演着重要作用84。近年来的研究表明动物体的性腺发育的起始正是由KiSS-1基因的激活表达，从而促进下丘脑GnRH的释放而引起的。KiSS-1基因表达正是很多胃肠肽的调控对象。大量研究表明，瘦素可以促进动物体KiSS-1基因的表达和kisspeptin的分泌。如研究发现，禁食的大鼠和ob/ob小鼠ARC中KiSS-1 mRNA的表达减少，而瘦素
47、处理后增加了ARC中KiSS-1 mRNA的表达。有大约60%的KiSS-1神经元表达瘦素受体。这些数据说明了kisspeptin接受了来自瘦素的直接刺激。与瘦素相似，胃促生长素对也能对kisspeptin的表达和分泌产生调控作用，但与瘦素对kisspeptin刺激作用相反，胃促生长素对kisspeptin的释放起到抑制作用85。如Forbes86研究发现，给雌鼠注射胃促生长素(3nM/250 microl)可有效降低下丘脑内侧视前区KiSS-1基因的表达，同时也可使雌鼠血清中的LH显著降低，从而达到抑制生殖生长的作用。但总体而言，当前有关胃肠肽对鱼类KiSS-1基因表达及kisspeptin
48、分泌影响的直接实验证据仍然较少，有关其确切机制和调控作用途径仍有待于深入研究。3.3 营养-胃肠肽-性成熟的偶联关系动物在长期进化中发展出一种适应环境、有利于自身及后代生存的本能，即在营养供应最为充足时则按时进行或者提前进行后代的繁衍，在营养供应不足时则暂时不进行或推迟生殖生长和后代的繁衍，这种长期进化的适应机制对于维持物种的生存及稳定种群规模均具有重要的意义。这种营养与繁殖的关系被称为营养-性成熟偶联关系，在许多动物中普遍存在。在营养和生殖系统之间需要有特定信号的介导，作为反映并调控体内营养状况的一类激素，胃肠肽就是这样一类理想的介导信号。它一方面通过食物及营养物质对胃肠道的作用与动物的营养状况相联系，另一方面又通过其本身对下丘脑-垂体-性腺生殖轴的调控作用与性腺发育和生殖生长建立联系，从而将动物的营养状况与性成熟偶联起来。近年的研究表明，与多数环境因子一样，营养状况在生殖生长及性成熟中也作为一
