薛海龍，宋興超，曹新燕，楊鎰鋒，陳秀敏，許保增，常彤，高兵

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所吉林省特種經(jīng)濟動物分子生物學(xué)重點實驗室，長春130112)

哺乳動物的生命活動需要消耗大量的能量，必要的能源貯備數(shù)量是一切生命活動的基礎(chǔ)。瘦素(Leptin，Lep)是脂肪分泌的外周激素，其含量與體脂含量成正比[1]，所以被稱為反映外周能源貯備情況的信號物質(zhì)。其動態(tài)變化是中樞神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)節(jié)能量平衡和生理活動的重要依據(jù)。Lep通過與主要分布于腦內(nèi)瘦素受體(Leptin receptor，LepR)結(jié)合發(fā)揮作用。LepR屬于細(xì)胞因子受體家族，至少有5種不同的形式[1]。

必要的能源貯備也是哺乳動物青春期啟動和維持繁殖活動的必要條件，Lep作為重要的能源儲備信號起到關(guān)鍵作用。缺乏Lep或LepR的人和小鼠無法進入青春期、不能生育，恢復(fù)這些個體的Lep水平，能恢復(fù)促黃體素(Luteinizing hormone，LH)峰，促進性成熟；缺乏Lep及LepR的成年動物L(fēng)H分泌受到明顯抑制并表現(xiàn)為不孕不育，外源Lep能逆轉(zhuǎn)短期禁食引發(fā)的男性促性腺激素和雄激素水平下降。Lep缺乏還能引發(fā)雄性繁殖缺陷。早期認(rèn)為，Lep能誘導(dǎo)雌性青春期的啟動[2，3]。后期研究表明，Lep不能獨自啟動青春期，是啟動青春期的必要不充分條件[4，5]。

Lep水平對繁殖活動的上述影響實質(zhì)是中樞繁殖系統(tǒng)對能源儲備信號做出的反應(yīng)，這種反應(yīng)除了能源儲備數(shù)量(Lep水平)外，還與中樞系統(tǒng)對Lep的敏感性有關(guān)，這種敏感性與能源儲備的需求有關(guān)。一般而言，機體對能源儲備需求越高，對Lep的敏感性越低，以便保持較高的能源儲備。例如對能源儲備需求較高的女性青春期循環(huán)系統(tǒng)中的Lep水平升高[5]；而對能源儲備需求相對較低的男性青春期循環(huán)系統(tǒng)中的Lep水平未出現(xiàn)升高[6，7]。動物妊娠期對能源儲備需求較高，此時中樞系統(tǒng)對瘦素的敏感性下降，機體會允許較高Lep水平和脂肪儲備數(shù)量；病理性肥胖(可以理解為對能源儲備需求過高的病理狀態(tài))的男性具有高Lep水平，而雄激素水平反而下降，性腺機能減退[8]。

哺乳動物的繁殖活動主要受下丘腦-垂體-性腺軸調(diào)控。位于下丘腦視前區(qū)的促性腺釋放激素神經(jīng)元釋放促性腺激素釋放激素(Gonadotropin-releasing hormone，GnRH)，誘導(dǎo)垂體釋放促性腺激素，促性腺激素刺激性腺激素的分泌，三者共同協(xié)作調(diào)節(jié)繁殖活動。Lep主要通過影響GnRH神經(jīng)元活動，進而影響下丘腦-垂體-性腺繁殖軸調(diào)節(jié)繁殖活動。但是，GnRH神經(jīng)元不表達(dá)功能性LepR，敲除所有神經(jīng)元上的LepR導(dǎo)致青春期阻滯和不育；選擇性敲除GnRH神經(jīng)元上的LepR并未影響雌鼠的青春期啟動和生殖功能[9]。因此，Lep并非直接調(diào)節(jié)GnRH神經(jīng)元的活動，而是通過復(fù)雜的中間途徑間接調(diào)節(jié)GnRH神經(jīng)元的活動。最新研究表明，腦內(nèi)的某些中間神經(jīng)元是這些中間途徑的重要組成部分。這些中間神經(jīng)元一般具備兩個特點：①位于腦內(nèi)，存在LepR，能與Lep結(jié)合；②與Lep結(jié)合后能調(diào)節(jié)GnRH神經(jīng)元神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)活動。本文試圖從這些中樞中間神經(jīng)元切入，從能源儲備與繁殖關(guān)系的角度，探討外周的能源儲備信號(Lep)調(diào)節(jié)中樞的GnRH神經(jīng)元的作用途徑，試圖進一步揭示外周能源儲備信號與中樞繁殖內(nèi)分泌系統(tǒng)的關(guān)系。

1　Kiss1表達(dá)神經(jīng)元

1.1　Kiss1表達(dá)神經(jīng)元與GnRH神經(jīng)元

下丘腦Kiss1表達(dá)神經(jīng)元分泌神經(jīng)肽Kisspeptins。Kisspeptins由Kiss1基因產(chǎn)物裂解產(chǎn)生，長度為13個～54個氨基酸，受體為G蛋白耦聯(lián)受體54(G Protein-Coupled Receptors54，GPR54)[10]。Kiss1突變能引發(fā)原發(fā)性性腺機能亢進或不足[10]。Kisspeptin受體缺失鼠都具有不孕不育表型[10]?？傊琄iss1表達(dá)神經(jīng)元對繁殖活動具有重要影響。Kiss1對繁殖活動的影響是通過調(diào)節(jié)GnRH分泌實現(xiàn)的，依據(jù)是使用拮抗劑阻斷GnRH分泌后，Kisspeptin對繁殖活動的促進作用消失[11]；Kisspeptin神經(jīng)纖維末梢連接或緊密毗鄰GnRH神經(jīng)元[12]；GnRH神經(jīng)元中存在Kisspeptin受體GPR54[13]；Kisspeptin刺激GnRH釋放并進入綿羊門脈循環(huán)[14]；Kisspeptin在體內(nèi)體外均能激活GnRH神經(jīng)元[15]。

1.2　Kiss1表達(dá)神經(jīng)元與Lep

Lep直接影響Kiss1表達(dá)神經(jīng)元的Kiss1表達(dá)，原因是小鼠和綿羊弓狀核(arcuate nucleus，ARC)內(nèi)的Kiss1神經(jīng)元內(nèi)檢測到功能性LepR的mRNA[16，17]；低Lep水平與Kiss1mRNA的低表達(dá)相伴出現(xiàn)，這在ARC中尤其明顯[16，17]；外源Lep能提高Lep缺乏動物下丘腦內(nèi)Kiss1基因的表達(dá)[18，19]；Lep能提高能源儲備不足的綿羊下丘腦ARC Kiss1 mRNA的表達(dá)，Lep能提高鼠科動物和人類神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)Kiss1 mRNA水平[20]；Lep能直接激活幾內(nèi)亞豬ARC內(nèi)Kisspeptin神經(jīng)元[21]。

2　GABA神經(jīng)元

2.1　GABA神經(jīng)元與GnRH神經(jīng)元

伽瑪氨基丁酸(Gamma Aminobutyric Acid，GABA)是一種腦內(nèi)廣泛分布的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，GABA神經(jīng)元通過抑制GnRH 神經(jīng)元上游活動，調(diào)節(jié)GnRH神經(jīng)元活動和繁殖活動[22]。遺傳性敲除GABA神經(jīng)元上LepR后，雌鼠ARC和下丘腦視前區(qū)的前腹室周核(anteroventral periventricular，AVPV)內(nèi)Kiss1 mRNA的表達(dá)量減少，而Kisspeptin是連接Lep與GnRH 神經(jīng)元的重要信使[23]。因此GABA神經(jīng)元至少部分通過影響Kisspeptin神經(jīng)元活動調(diào)節(jié)GnRH神經(jīng)元活動。

2.2　GABA神經(jīng)元與Lep

GABA神經(jīng)元表達(dá)LepR，敲除后，雌鼠表現(xiàn)為促性腺激素分泌不足、卵巢幼稚、卵巢衰竭、停止排卵、陰道開張延遲或消失、持續(xù)性不發(fā)情、生殖道萎縮和黃體缺乏。中樞性Lep信號缺乏所引發(fā)中樞性促性腺激素分泌不足，進而導(dǎo)致出生后卵巢發(fā)育不良，無法進入青春期等繁殖障礙[24]，與GABA信號缺乏的雌鼠表型一致，因此，GABA神經(jīng)元可能是Lep信號調(diào)節(jié)繁殖活動的重要中間神經(jīng)元。Lep可能通過與LepR結(jié)合減少GABA神經(jīng)元的抑制作用調(diào)節(jié)繁殖活動。

3　nNOS神經(jīng)元

3.1　nNOS神經(jīng)元與GnRH神經(jīng)元

一氧化氮(nitric oxide，NO)是一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，在繁殖活動的神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)控中具有重要意義，能直接調(diào)節(jié)GnRH神經(jīng)元的活性[25]。NO產(chǎn)生于視前區(qū)的神經(jīng)性一氧化氮合成酶(neuronal NO synthase，nNOS)神經(jīng)元，后者參與排卵控制[26]。下丘腦視前區(qū)是基底前腦表達(dá)nNOS的重要位點，在這里NO的釋放會刺激GnRH分泌和排卵前GnRH/LH峰的出現(xiàn)[26]。nNOS缺陷雌鼠會出現(xiàn)排卵不規(guī)律、排卵前LH分泌減少、性腺機能減退等一系列繁殖障礙。Lep能恢復(fù)GnRH神經(jīng)元下游的LH水平，而抑制nNOS活性后，神經(jīng)內(nèi)分泌繁殖軸無法感知Lep水平的升高，Lep對LH水平恢復(fù)影響消失，外源Lep也無法恢復(fù)Lep缺陷鼠的生育能力[26]。敲除或抑制nNOS后，Lep對GnRH/LH分泌的刺激作用減弱。

3.2　nNOS神經(jīng)元與Lep

nNOS神經(jīng)元也表達(dá)GPR54[26]，所以可能與Kisspeptin神經(jīng)元存在功能上的互作。但是敲除Kisspeptin神經(jīng)元上的LepR并未影響生育[27]，激活Kisspeptin神經(jīng)元上的LepR未能促進性成熟。完全缺乏Kisspeptin/GPR54信號的情況下，Lep對LH的刺激作用并未減弱。因此，Lep對繁殖軸的刺激作用似乎不太依賴GPR54信號，而更依賴nNOS神經(jīng)元，視前區(qū)的nNOS神經(jīng)元是整合Lep信號與繁殖軸的重要神經(jīng)元。

Lep能促進視前區(qū)(Preoptic area，POA)nNOS蛋白催化亞基的快速磷酸化，進而刺激GnRH神經(jīng)元下游的LH分泌[26]。遺傳性敲除或藥理抑制nNOS蛋白，Lep對GnRH下游的LH刺激釋放作用消失。一氧化氮合成酶1(Neuronal NO synthase1，NOS1)基因無效突變的Lep缺陷鼠，在長期的Lep作用下，依然無法完成性成熟。視前區(qū)的LepR表達(dá)對控制GnRH/LH分泌具有重要作用?？傊琋O信號是連接Lep信號與繁殖軸的重要中介，POA是整合Lep與GnRH神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重要位點。

下丘腦腹側(cè)乳頭前核(Premammilary ventral nucleus，PMv)腹部是Lep敏感區(qū)之一，參與生殖的神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)[27]，這里多數(shù)表達(dá)nNOS的神經(jīng)元能感知Lep的變化。PMv對Lep敏感的神經(jīng)元是表達(dá)谷氨酸能(Glutamatergic，glu)神經(jīng)元并與POA相連[27]。多數(shù)POA的nNOS神經(jīng)元表達(dá)青春期啟動相關(guān)受體，調(diào)節(jié)nNOS活性[24]，PMv內(nèi)的glu神經(jīng)元通過與POA內(nèi)的nNOS神經(jīng)元形態(tài)和功能上的互作調(diào)節(jié)GnRH神經(jīng)元活動。谷氨酸能神經(jīng)元與視前區(qū)nNOS神經(jīng)元可能共同協(xié)作感知Lep變化調(diào)節(jié)GnRH釋放。

4　結(jié)語

哺乳動物的能源貯備對繁殖活動具有重要意義。Lep是反映外周能源貯備數(shù)量的信號物質(zhì)，是中樞神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)節(jié)能量儲存與釋放和繁殖活動的重要依據(jù)。動物的繁殖活動主要受下丘腦-垂體-性腺軸調(diào)控。Lep通過某些腦內(nèi)中間神經(jīng)元間接調(diào)節(jié)GnRH神經(jīng)元活動，對動物的繁殖產(chǎn)生影響。Kisspeptin神經(jīng)元、nNOS神經(jīng)元和GABA神經(jīng)元可能是連接Lep信號與GnRH神經(jīng)元的重要中間神經(jīng)元。這些中間神經(jīng)元構(gòu)成了連接Lep信號與GnRH繁殖神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)途徑的重要樞紐。探索連接Lep信號與GnRH神經(jīng)元之間的信號通路，對在分子和細(xì)胞水平上揭示能源貯備與繁殖關(guān)系的本質(zhì)具有重要的理論和實踐意義。

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