馬曉 ，胡毅 ，熊鋼 ，2，何湘蓉 ，王曉清

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，湖南長沙410128；2.湖南省生物機電職業(yè)技術(shù)學院動物科技系，湖南長沙410127）

生長激素 (growth hormone，GH)是由腦垂體前葉分泌的一種蛋白質(zhì)激素，在脊椎動物的生長、發(fā)育等代謝過程中有重要作用.GH是生物大分子，不能直接透過細胞膜.GH發(fā)揮生理作用主要通過兩種途徑，一是先作用于肝臟等器官產(chǎn)生胰島素樣生長因子，再通過內(nèi)分泌、旁分泌或自分泌途徑作用于靶器官，二是直接作用于靶器官，從而調(diào)節(jié)生理代謝.以上兩種途徑都必須先經(jīng)過與靶細胞膜表面的生長激素受體 (growth hormone receptor，GHR)結(jié)合，聚合體通過細胞質(zhì)區(qū)酪氨酸激酶JAK2以及其他信號分子相互作用完成.

Leung等[1]首先從兔肝細胞提取純化出GHR.Lee等[2]克隆并對金魚的GHR進行測序，Calduch-Giner等[3]克隆了大菱鲆的GHR并測全長.目前，人類及其他許多哺乳動物、鳥類和魚類GHR的cDNA序列已經(jīng)得到克隆并測序.大量研究結(jié)果表明，GHR存在于生物體各組織中.目前，對GHR及其基因?qū)ι矬w的調(diào)控研究主要在哺乳類動物，有關(guān)魚類的研究尚少.

1 生長激素受體結(jié)構(gòu)及傳導途徑

1.1 生長激素受體結(jié)構(gòu)

GHR屬于細胞分裂素/血細胞生成素受體超家族(cytokine/hematopoietin receptor superfamily).人的GHR含有638個氨基酸，在哺乳動物種，生長激素受體含有620個氨基酸，是由膜外區(qū) (extracellular domain，ECD)、 跨膜區(qū) (transmembrane domain，TMD)、 膜內(nèi)區(qū) (intracellular domain，ICD)組成的單通道受體.GHR細胞外區(qū)有5個保守的糖基化位點，在此位點相同殘基序列與GH不同的結(jié)構(gòu)特異性結(jié)合形成二聚體，開啟JAK2-STATs信號轉(zhuǎn)導途徑來發(fā)揮GH的生理功能.細胞近膜區(qū)富含脯氨酸的區(qū)域是JAK2激活的重要因子，缺失此區(qū)域會致使小鼠出生后生長障礙.已探明的哺乳動物GHR細胞外區(qū)有7個半胱氨酸，其中有6個形成二硫鍵，維持細胞外區(qū)段特定空間結(jié)構(gòu)，但在魚類GHR2中有6個，在Salmonid只有4個半胱氨酸殘基.哺乳動物GHR受體只有一種結(jié)構(gòu)，但有證據(jù)表明，魚類的生長激素受體有GHR1和GHR2兩種構(gòu)型.Saera-Vila A首次克隆了真鯛的GHR1和GHR2兩種GH受體，目前已在黑鯛[4]、南方鲇[5]、烏頰魚[6]、比目魚[7]中分離出由不同結(jié)構(gòu)的GHR1和GHR2.魚類兩種受體在結(jié)構(gòu)上既有共同點又有差異.GHR1與GHR2都有保守的細胞外FGDFSA基序，細胞內(nèi)的Box1和Box2序列框，但是兩者在半胱氨酸數(shù)量、細胞內(nèi)酪氨酸殘基數(shù)量方面不同.

在草魚、鯰魚等多種魚類中半胱氨酸殘基序列仍然未測定.通過晶體學、色譜學及熒光淬滅等手段證明，1個GH結(jié)合2個GHR，但在人體中生長激素和受體結(jié)合的比率是1∶2和1∶1.

1.2 生長激素受體介導的傳導途徑

生長激素結(jié)合胞膜受體并誘導GHR分子同源二聚化為GH信號轉(zhuǎn)導所必需，進而通過不同途徑調(diào)節(jié)組織生理活動，以下為GHR介導的信號傳導途徑：

(1)酪氨酸激酶JAK2(Tyrosine kinase JAK2)系統(tǒng)：GH與GHR結(jié)合后激活酪氨酸激酶，信號轉(zhuǎn)導開始.JAK2的激活導致了細胞內(nèi)多種蛋白質(zhì)磷酸化.GHR與GH形成的二聚體形式為 “GHRGH-GHR”，結(jié)合時依賴二價離子的存在可以提高結(jié)合力.JAK2通過對信號傳遞蛋白的激活，繼而激活細胞分裂素激活蛋白激酶 (MAPK)，MAPK進入核內(nèi)，使轉(zhuǎn)錄因子磷酸化從而調(diào)節(jié)基因表達.

(2)蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)途徑：GH與GHR結(jié)合后激活磷脂酶C，通過IP3途徑產(chǎn)生二脂酰甘油 (DAG)或者增加Ca2+濃度，繼而激活PKC以調(diào)節(jié)細胞的各種生理活動.

(3)胰島素受體底物 （insulin receptor substrates，IRS）途徑：Argetsinger 等[8]和 Ridderstrale等[9]研究了GH對原代培養(yǎng)的大鼠脂肪細胞、3T3-F442A纖維細胞和CHO細胞的IRS-1酪氨酰磷酸化，在以上細胞種都發(fā)現(xiàn)GHR的表達.在胰島素刺激后，IR-1、IR-2酪氨酸磷酸化為含有SH2的特殊蛋白提供了結(jié)合位點.GH也可以通過PI3'激酶調(diào)節(jié)亞單位與IR-1、IR-2的結(jié)合來調(diào)節(jié)有關(guān)代謝活動.

2 生長激素受體基因及其表達

2.1 GHR基因

哺乳動物的GHR基因編碼區(qū)含有9個外顯子 (2~10)，在5′末端非編碼區(qū)有可替換的非轉(zhuǎn)錄外顯子，目前已研究了牛GHR基因的1A，1B和1C區(qū)[10]，不同啟動子調(diào)控不同外顯子的表達，在肝臟主要是P1啟動子調(diào)控1A轉(zhuǎn)錄.反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的一個成員LINE-1在牛的1A上游，在山羊中位于GHR基因5′非編碼區(qū)[11].在魚類中，GHR有不同的類型，在烏頰魚、黑鯛、大菱鲆、河魨中GHR的外顯子與其他魚類不同的內(nèi)含子 (10/10A)，在烏頰魚和河魨中是非選擇性剪切的.此外,大馬哈魚GHR基因有兩種形式，這是否意味著其他魚類有此基因有待深入研究.

目前，已測出全GHR長序列的有，對豚鼠的GHR基因cDNA克隆并測序，表達產(chǎn)物與豬等其他幾類動物的GHR比較，發(fā)現(xiàn)在氨基酸水平上，豚鼠與已知的鳥類和哺乳動物GHR有70%~80%的同源性.脊椎動物中不同種類的GHR基因同源率比較低，但受體細胞外部分高度保守，這也是魚類GHR可以識別哺乳動物GH的原因.目前，測出GHR全長序列的魚類有黑鯛和烏頰魚，兩者的氨基酸同源性為96%，與虹鱒、金魚和人GHR氨基酸同源性分別為76%、52%、27%，用GHR進行系統(tǒng)進化分析，序列同源性與GH分析的結(jié)果是一致的.

近年來，人們對牛、羊、豬、黑鯛等的研究表明GHR基因的許多位點在不同個體、不同生長階段、不同品種間存在多態(tài)性現(xiàn)象.秦巧梅等 [12]對南陽牛、中國西門塔爾牛GHR的第10外顯子部分序列進行多態(tài)性研究，結(jié)果表明這3個品種種存在6種基因型.高雪等[13]研究了南陽牛、魯西黃牛、GHR基因第8外顯子、第9外顯子、5′及第3外顯子的序列，沒有檢測到PCR-SSCP多態(tài).趙高鋒等[14]研究了136頭秦川牛的GHR基因第10外顯子，發(fā)現(xiàn)了此基因座存在多態(tài)現(xiàn)象.

2.2 GHRmRNA表達特點

各組織中GHR的氨基酸序列相同，但是其GHRmRNA有多種類型，不同組織中類型不同或豐富度不同.GHR基因具有組織表達特異性.綿羊的GHRmRNA有GHR-1和GHR-2兩種類型，大鼠5′-UTR有5種不同的GHRmRNA，人有8種不同的GHRmRNA.不同物種之間的GHRmRNA的5′-UTR存在同源性.人的V1、小鼠L1、大鼠V2、牛1A、豬1A同源.盡管動物機體組織中都有GHR表達，但是不同組織表達量不同.不同類型的GHRmRNA在不同組織中表達量不同，并且有的是子組織特有的，有的在某種組織中表達量占優(yōu)勢.豬、牛、羊的GHR-1AmRNA只存在于肝臟中，并且1A表達量最高，其次是1B.

GHR在動物體內(nèi)的表達有發(fā)育性變化的特點.在不同生長時期，同種組織的GHRmRNA表達量有明顯差異，且具有一定的遺傳模式.黃治國等[15]研究發(fā)現(xiàn)雄性哈薩克羊和新疆細毛羊肝臟GHRmRNA有發(fā)育性變化特點，并且兩者模式基本相似.賀淹才等[16]研究發(fā)現(xiàn)胸腺的GHRmRNA表達量的變化與IL-2的變化相吻合.隋峰等[17]研究發(fā)現(xiàn)肝癌患者種存在GHR的低度表達和IGFⅡR的高度表達.馬細蘭等[18]研究發(fā)現(xiàn)尼羅羅非魚肝臟中GHR1mRNA表達具有顯著的年齡依賴.賈斌等[19]檢測到日齡和品種對綿羊皮膚GHR基因的表達有較大影響.

生長激素受體基因在腦、肝臟、腎臟、性腺、肌肉、腸等多種組織中均有表達，但其對動物個體的促生長作用是通過似胰島素因子 (IGF)完成的，IGF主要產(chǎn)生于肝臟細胞，并且只有接受到生長激素信號才能大量產(chǎn)生，而生長激素的這種信號就是通過肝細胞膜上的生長激素受體來傳導.GHR基因在哺乳類及魚類已進行了大量研究，有了比較一致的結(jié)論，即肝臟是GHR基因的主要表達器官.牟艷軍等[20]用原位雜交法對GHRmRNA在綿羊皮膚組織切片定位，在毛囊中檢測到GHR基因.鄧利等[21]向黑鯛腹腔注射促性腺激素釋放素，對黑鯛肝臟GHR及其基因表達物明顯影響.鄧利等[22]建立了定量測定黑鯛生長激素受體mRNA的液相雜交/Rnase保護法，并檢測到GHR基因在肝臟中表達量最高.在高滲環(huán)境下，肝臟中的GHRmRNA表達增加[23]，以上表明肝臟是GH/GHR軸的中心器官.

2.3 GHRmRNA的表達調(diào)節(jié)

2.3.1 激素調(diào)節(jié)

配體可調(diào)節(jié)自身受體基因表達，組織靶器官上GHR也受到GH的組織特異性調(diào)節(jié).體內(nèi)GH不足會引起GHR基因表達發(fā)生變化.Hull[24]等觀察到垂體切除后下丘腦GHRmRNA下降20%.同時，用GH處理的正常動物，GHR基因表達發(fā)生組織特異性改變.在兔、綿羊、大鼠等動物被切除垂體后，肝臟GH結(jié)合位點的數(shù)量將會下降，而這種下降可以通過注射GH來恢復.對切除垂體后的大鼠再注射GH時，24 h以內(nèi)肝臟GH結(jié)合位點數(shù)量急性下降，當持續(xù)用GH處理時又會上升.

除生長激素外，胰島素、甲狀腺激素等激素對GHR基因組織特異性表達有明顯的作用.

2.3.2 營養(yǎng)調(diào)節(jié)

營養(yǎng)水平對動物GHRmRNA的表達也有很大影響，且在某種營養(yǎng)水平條件下，對不同組織的GHRmRNA表達量有不同的影響，甚至是相反的作用.奇景偉等[25]發(fā)現(xiàn)不同營養(yǎng)水平條件下，GHRmRNA表達有所不同.在營養(yǎng)限制階段，營養(yǎng)受阻母羊肝臟的GHRmRNA表達水平較正常組低.日糧中能量水平對GHR基因表達有明顯的影響.劉莉等[26]用不中藥劑量的日糧飼喂仔豬，發(fā)現(xiàn)胸腺及脾臟中GHRmRNA的含量有不同程度的提高.

2.3.3 活性生物物質(zhì)調(diào)節(jié)

許多活性物質(zhì)不僅可以調(diào)節(jié)動物機體的內(nèi)分泌激素，同時可以通過調(diào)節(jié)組織中物質(zhì)代謝從而間接地調(diào)節(jié)GHR的基因表達.在注射半胱胺鹽酸鹽后，綿羊皮膚中GHRmRNA表達量明顯升高.李建升等[27]報道了日糧中添加賴氨酸能夠提高綿羊GHR基因在背最長肌中的表達量，且不存在劑量依賴性[25].

3 GHRmRNA異常表達對動物組織生理活動的影響

目前，對于GHRmRNA與病體動物組織關(guān)系的研究主要集中在人及少部分哺乳類動物.GH與生物體生長、發(fā)育等各種代謝活動有關(guān)，GH過量或者不足都會引起動物生長障礙，但GH發(fā)揮功能需要同GHR結(jié)合，因此，GHR的基因表達對動物生長至關(guān)重要.大量的研究結(jié)果表明，動物的生長速度與GH并不完全一致，與GHR成正相關(guān).GHR基因的多態(tài)性和GHR表達量過多或不足都會對脊椎動物產(chǎn)生不利影響.安永等[28]對大鼠手術(shù)后體外循環(huán)的GH與GHR進行檢測，結(jié)果GH/GHR軸存在明顯下調(diào)，并可能加重炎癥反應，說明GH/GHR軸是CPB肝臟病理生理改變的重要因素.馬細蘭等[18]究證實尼羅羅非魚雄魚垂體和肝臟中的GHRmRNA德表達量均明顯高于雌魚，表明垂體和肝臟的GHRmRNA表達的雌雄差異是雌雄生長差異的主要原因.

4 結(jié)語

生長激素受體及生長激素受體基因在哺乳動物中的研究已經(jīng)比較深入.隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展以及原位雜交、結(jié)合分析、RT-PCR、PCR-RFLP、PCR-DGGE、PCR-SSCP、 熒光定量 PCR、CRSPCR等技術(shù)的應用，利用基因工程技術(shù)改進GHRmRNA序列對魚類生長有及改良現(xiàn)有生物品種具有重要意義，因此，對于生長激素受體及其基因有待深入研究.

[1]Leung D W，Spencer S A，Cachianes G，et al.Growth hormone receptor and serum binding protein：Purification，cloning and expression[J].Nature，1987，330：537-543.

[2]Lee L T.Molecular cloning of a teleost growth hormone receptor and its functional interaction with human growth hormone[J].Gene，2001，270：121-129.

[3]Calduch Giner J A，Duval.Fish growth hormone receptor：Molecular characterization of two membrane anchored forms[J].Endocrinology，2001，142：3269-3273.

[4]Tse D L，Tse M C L，Chan C B， et al.Sea bream growth hormone receptor：Molecular cloning and functional studies of the full-length cDNA，and tissue expression of two alterna tivelysplicedforms[J].BiochimBiophys，2003，1625：64-76.

[5]章力，黃希貴，焦保衛(wèi)，等.南方鲇兩種生長激素受體的結(jié)構(gòu)分析及其組織分布和激素調(diào)節(jié)[J].動物學報，2006，52(6)：1096-1106.

[6]Calduch-Giner J A，Mingarro M，Vega-Rubin de Ceis S，et al.Molecular cloning and characterization of gilthead sea bream(Sparus aurata)growth hormone receptor(GHR)[J].Comp Biochem Physiol，2003，136B：1-13.

[7]Hildahl J，Power D M，Bjornsson B T，et al.Involvement of growth hormone-insulin-like growth factor I system in cranial remodeling during halibut metamorphosis as indicated by tissue-and stage-specific receptor gene expression and the presence of growth hormone receptor protein[J].Cell Tissue Res，2008，332：211-225.

[8]Argetsinger L S，Hsu G W，Myers M G，et al.Growth hormone，interferon-gamma，and leukemia utilize insulin feceptor substrate-2 in in tracellular signaling [J].Biol Chem，1996，270：14685-14692.

[9]Ridderstrale M，Degerman E，Tornqvist H.Growth hormone stimulates the tyrosine phosphorylation of the insulin receptor substrate-1 and its association with phosphatidylinositol 3-kinase in primary adipocytes [J].Biol Chem，1995，270：3471-3474.

[10]Jiang H，Lucy M C.Variants of the 5′-untranslated region of the bovine growth hormone receptor mRNA：Isolation，expression and effects on translational efficiency[J].Gene，2001，265:45-53.

[11]Andrzej Maj，Lech Zwierzchowski.A LINE-1 element insertion in the 5′-noncoding region of caprine growth hormone receptor gene[J].Biochemical Genetics，2005，43(9)：465-470.

[12]秦巧梅，許尚忠，高雪.牛生長激素受體基因多態(tài)性與體尺、體重指標的相關(guān)性分析[J].遺傳，2007，29(2)：190-194.

[13]高雪，許尚忠，張英漢.牛生長激素受體基因遺傳變異差異研究[M].畜牧獸醫(yī)科學，2005，21(8)：10-12.

[14]趙高峰，陳宏，雷初朝，等.秦川牛GHR基因SNPs及其與生長性狀關(guān)系的研究[J].遺傳，2007，29(3)：319-323.

[15]黃治國，謝莊.綿羊肝臟生長激素受體基因表達的發(fā)育性變化研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37(13)：5894-5896.

[16]賀淹才，趙茹茜，陳偉華，等.泰和雞生長早期法氏囊和胸腺中白細胞激素2和6的含量變化及胸腺中生長激素受體表達[J].畜牧獸醫(yī)學報，2003，34(1)：44-48.

[17]隋峰，毛羽.生長激素受體與胰島素樣生長因子Ⅱ受體在肝細胞性肝癌中的表達 [M].床和實驗醫(yī)學雜志，2007，6(5)：35-37.

[18]馬細蘭，張勇，劉曉春，等.雄尼羅羅非魚肝臟2種生長激素受體基因表達的發(fā)育性變化 [J].中國水產(chǎn)科學，2009，16(1)：1-7.

[19]賈斌，席繼峰，張?zhí)K云，等.綿羊皮膚中GHR、IGF-1和IGF-R基因表達發(fā)育性變化及品種特點 [R].遺傳，2006,28(9)：1078-1082.

[20]牟艷軍，廖和榮.生長激素受體(GHR)mRNA在綿羊皮膚組織切片定位[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2006，34(7)：1295-1296.

[21]鄧利，林浩然.腹腔注射LHRH_A對黑鯛生長激素及其受體的影響[J].深圳大學學報，2003，20(2)：60-65.

[22]鄧利，張為民，鄭漢其，等.定量測定黑鯛生長激素受體mRNA的液相雜交/Rnase保護法[J].中國實驗動物學報，2003，11(1)：7-11.

[23]Karina M Meier，Márcio.Increased growth hormone(GH)，growth hormone receptor(GHR)，and insulin_like growth factorⅠ (IGF_Ⅰ)gene transcription after hyperosmotic stress in the Brazilian flounder Paralichthys orbignyanus[J].Fish Physiol Biochem，2009，35：501-509.

[24]Hull K I，Harvey S.Autoregulation of centra and pertpheral growth hormone receptor mRNA in domestie fow[J].Journel of Endocrinology，1998，156(2)：323-329.

[25]齊景偉，侯先志，楊美霞，等.不同營養(yǎng)水平限制飼養(yǎng)對妊娠期蒙古綿羊生長激素受體 (GHR)mRNA表達水平的影響[J].黑龍江畜牧醫(yī)學，2007(3)：4-6.

[26]劉莉，郝福星，冒海銀.四君子湯對仔豬胸腺及脾臟生長激素受體mRNA表達的影響 [M].動物醫(yī)學進展，2009，30(6)：66-69.

[27]李建升，程勝利，韓向敏，等.賴氨酸對綿羊GHR基因表達的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37（14）：6381-6382.

[28]安永，肖穎彬.大鼠體外循環(huán)后肝臟生長激素受體mRNA的變化及其意義 [M].中華外科雜志，2007，45(21)：1485-1487.