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        禽類與哺乳類Ghrelin結(jié)構(gòu)及功能研究進(jìn)展

        2018-03-07 06:51:53劉婷宇馬金友歐長波
        中國畜牧雜志 2018年2期
        關(guān)鍵詞:禽類哺乳動(dòng)物攝食

        劉婷宇,趙 瑩,王 嬌,馬金友,歐長波,余 燕

        (河南科技學(xué)院動(dòng)物科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003)

        1999 年,Kojima等[1]研究發(fā)現(xiàn),大鼠胃部能分泌一種含28個(gè)氨基酸殘基的多肽類物質(zhì),并命名為Ghrelin,它能夠與生長激素促分泌素受體(Growth Hormone Secretagogue Receptor,GHSR)結(jié)合,刺激生長激素(Growth Hormone,GH)的分泌。除此之外,Ghrelin在動(dòng)物攝食、能量代謝、胃腸功能、生殖和免疫等方面也發(fā)揮作用[2]。禽類Ghrelin的研究始于2002年,Kaiya等[3]運(yùn)用分子生物學(xué)方法首次在雞腺胃中檢測到雞Ghrelin mRNA的表達(dá),自此,有關(guān)禽類Ghrelin的結(jié)構(gòu)和功能報(bào)道逐漸增多,但與哺乳動(dòng)物相比仍然較少。本文就Ghrelin在禽類和哺乳類動(dòng)物中結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行比較,并為今后進(jìn)一步開展有關(guān)禽類Ghrelin的研究提供依據(jù)。

        1 Ghrelin結(jié)構(gòu)

        1.1 基因結(jié)構(gòu) Wajnrajch等[4]在人類3號(hào)染色體短臂(3p25-26)上發(fā)現(xiàn)一段由3個(gè)內(nèi)含子和4個(gè)外顯子組成的基因結(jié)構(gòu),確定其為Ghrelin基因。Tanaka等[5]報(bào)道,小鼠Ghrelin基因由4個(gè)內(nèi)含子和5個(gè)外顯子組成,其中只有19 bp的起始外顯子為Ghrelin基因的非編碼區(qū)域。就人類和小鼠的Ghrelin基因結(jié)構(gòu)比較發(fā)現(xiàn),兩者在5'啟動(dòng)子區(qū)域均存在一段同源性較高的序列,表明哺乳動(dòng)物Ghrelin基因結(jié)構(gòu)種屬差異性較小。

        雞GhrelincDNA全長2 706 bp,包含4個(gè)內(nèi)含子和5個(gè)外顯子,其中第1個(gè)外顯子為雞Ghrelin基因非編碼區(qū)域[3],這一點(diǎn)與鼠Ghrelin基因結(jié)構(gòu)相似。隨后,研究者也報(bào)道了其他禽類的Ghrelin基因,火雞、鴨、鵝及鴯鹋4種禽類Ghrelin基因序列有高于83%的保守性[6]。這說明禽類Ghrelin基因結(jié)構(gòu)與哺乳動(dòng)物一樣,具有較高的同源性。

        1.2 多肽結(jié)構(gòu) 大多數(shù)哺乳動(dòng)物有活性的Ghrelin均是由其前體加工而來,前體包括信號(hào)肽、成熟肽及C末端肽3部分。Ghrelin前體由117個(gè)氨基酸組成,經(jīng)過剪切成為含28個(gè)氨基酸的Ghrelin。人Ghrelin氨基酸序列為G-S-S-F-L-S-P-E-H-Q-R-V-Q-Q-R-K-E-S-K-KP-P-A-K-L-Q-P-R,小鼠Ghrelin與人只有第11和12位氨基酸不同(小鼠為L和A),有較高同源性。除此之外,哺乳動(dòng)物Ghrelin氮端前10個(gè)氨基酸完全一致(表1)。根據(jù)第3位絲氨酸殘基上是否有辛?;鶊F(tuán),哺乳動(dòng)物Ghrelin分子在體內(nèi)有?;头酋;?種形式,酰基化Ghrelin能發(fā)揮廣泛的生物學(xué)活性[7-8]。

        禽類Ghrelin在合成過程中與哺乳動(dòng)物相似,即先產(chǎn)生其前體,然后再水解生成有活性的Ghrelin。不同禽類Ghrelin的氨基酸組成不同,家禽類(雞、鴨)Ghrelin由26個(gè)氨基酸組成,野禽類(火雞、非洲鴕鳥)Ghrelin由28個(gè)氨基酸組成,且與雞Ghrelin基因有73%同源性[9]。禽類Ghrelin氮端前7個(gè)氨基酸完全相同(表1)。與哺乳動(dòng)物相似,禽類Ghrelin在體內(nèi)的存在形式也包括辛?;疓hrelin和去辛?;疓hrelin,同樣,辛酰基化基團(tuán)與禽類Ghrelin生物活性密切相關(guān)。

        表1 哺乳動(dòng)物和禽類Ghrelin氨基酸序列比較

        2 Ghrelin的分布定位

        Ghrelin作為一種腦腸肽激素,在哺乳動(dòng)物和禽類體內(nèi)均有廣泛分布。Aydin等[12]研究證實(shí),Ghrelin mRNA分布于小鼠心臟、腦、肺、脾臟、卵巢、睪丸、皮膚及牙齒等。Gnanapava等[13]在人類的胃、心臟、腎臟、淋巴細(xì)胞、回腸、血管等也發(fā)現(xiàn)Ghrelin mRNA的表達(dá)。此外,豬Ghrelin mRNA主要分布于胃腸道,即胃、十二指腸、回腸、空腸及盲腸等[14]。朱雪敏等[15]應(yīng)用免疫組化方法分析發(fā)現(xiàn),Ghrelin陽性細(xì)胞主要分布于犬的空腸、結(jié)腸和直腸,其次是十二指腸和盲腸,回腸則未檢測到。

        禽類Ghrelin的組織分布也有研究。最初研究表明,在雞腺胃中有Ghrelin mRNA表達(dá)[3]。隨后有研究者發(fā)現(xiàn),Ghrelin mRNA在禽類的胃、腦、肝臟、胰腺、小腸、大腸、肺、肌肉和輸卵管等均有表達(dá)[16-17]。Saito等[18]報(bào)道,Ghrelin mRNA在雞腦室不同區(qū)域表達(dá)水平不同,表達(dá)量最高的區(qū)域位于紋狀體,其次是小腦、視神經(jīng)葉、腦干等。Ma等[19]對18胚齡雞胚檢測發(fā)現(xiàn),Ghrelin mRNA主要表達(dá)部位在胃腸道,其次是腎、十二指腸、腿肌、胸肌、心臟、肝臟、肺、空腸、卵黃囊、下丘腦;而皮下脂肪、回腸以及法氏囊表達(dá)量最低。Wang等[20-21]在鴕鳥的胃腸道和胰腺中發(fā)現(xiàn)了Ghrelin免疫陽性細(xì)胞的表達(dá)。

        3 Ghrelin受體

        激素通過受體發(fā)揮作用,腦腸肽激素Ghrelin受體在哺乳動(dòng)物中有GHS-R1a和GHS-R1b 2種形式:GHS-R1a具有典型的G蛋白偶聯(lián)受體的特征,為哺乳動(dòng)物Ghrelin功能性受體;可變剪切體GHS-R1b為其非活性形式,因而被認(rèn)為沒有功能[22]。GHS-R1a mRNA主要分布于下丘腦、腦垂體、海馬區(qū)、大腦皮層、束旁核、中縫核、腹內(nèi)側(cè)核及黑質(zhì),在甲狀腺、腎上腺、心臟表達(dá)量較少,在胃腸道、脂肪組織等沒有表達(dá),GHS-R1b mRNA在所有的組織均有表達(dá)[22]。

        禽類Ghrelin受體已在雞和日本鵪鶉體內(nèi)成功分離出來。雞體內(nèi)Ghrelin受體包括GHS-R1a、GHSR1b、GHS-R1c及GHS-Rtv[23]。近幾年,有研究通過在人HEK293細(xì)胞表達(dá)雞的重組GHS-R1a蛋白可以提高細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度,證實(shí)雞GHS-R1a為功能性受體,其他類型受體的功能性有待研究[23]。Geelissen等[24]報(bào)道,10日齡肉雞GHS-R1a mRNA在腦垂體和下丘腦表達(dá)水平最高,其次在卵巢、心臟、腎上腺、小腦、視神經(jīng)葉表達(dá),在腦干、肺、腎臟、腺胃、十二指腸、結(jié)腸表達(dá)量較低,在皮膚、肌肉中表達(dá)量甚少。

        4 Ghrelin的生理功能

        目前,禽類和哺乳類Ghrelin功能研究主要集中于GH的分泌、胃腸功能、攝食、能量代謝以及對生殖和免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等方面。

        4.1 Ghrelin對GH分泌的調(diào)節(jié) Ghrelin與生長激素促釋放激素(GHRH)和生長抑素(SS)共同參與調(diào)節(jié)GH的分泌,這一點(diǎn)在哺乳動(dòng)物和禽類上均得到論證。研究表明,給大鼠腹腔或靜脈注射Ghrelin,血漿GH水平均出現(xiàn)顯著升高并表現(xiàn)對注射劑量的依賴性;給大鼠腦室注射Ghrelin,血漿GH水平也呈劑量依賴性上升,但垂體GH mRNA表達(dá)量并未增加,暗示Ghrelin對GH的合成不起作用[10]。引起的人血漿中GH增加研究表明,Ghrelin添加遠(yuǎn)高于GHRH的作用[25]。Baudet等[26]研究表明,禽類靜脈注射Ghrelin,血漿中GH含量也顯著升高,4~5周齡來航雞體內(nèi)GH濃度的升高與Ghrelin注射量的多少及注射后時(shí)間長短有關(guān)。以上表明,禽類和哺乳類Ghrelin均能促進(jìn)機(jī)體內(nèi)GH濃度升高且呈劑量依賴性。

        4.2 Ghrelin對胃腸功能的調(diào)節(jié) 就哺乳動(dòng)物鼠類而言,Ghrelin可通過中樞和外周途徑參與胃腸功能的調(diào)節(jié),給大鼠腦室或靜脈注射Ghrelin均可以促進(jìn)其胃腸蠕動(dòng),促進(jìn)胃酸分泌,加快胃排空,并發(fā)現(xiàn)此種作用可被阿托品和迷走神經(jīng)切斷所阻斷,推測迷走神經(jīng)依賴性的膽堿能途徑參與了Ghrelin對胃腸運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)[27]。除此之外,Ghrelin對鼠類消化道黏膜有保護(hù)作用,如Ghrelin可以減輕由酒精引起的大鼠胃黏膜損傷[28]。Ghrelin還能通過加強(qiáng)大鼠小腸的運(yùn)輸功能來降低其腸梗阻的發(fā)病率[29]。Ghrelin對禽類胃腸運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)與哺乳動(dòng)物相似。Kitazawa等[8]研究發(fā)現(xiàn),Ghrelin可以促進(jìn)雞胃腸道(食道、嗉囊、腺胃、十二指腸、空腸和結(jié)腸)平滑肌收縮,并且隨著雞日齡的增大Ghrelin對其腺胃收縮的誘導(dǎo)作用逐漸下降[8,30],而關(guān)于Ghrelin促進(jìn)禽類胃腸運(yùn)動(dòng)的作用機(jī)制尚不清楚。

        4.3 Ghrelin對攝食的調(diào)節(jié) Ghrelin調(diào)節(jié)攝食具有種屬差異性。Ghrelin具有增強(qiáng)哺乳動(dòng)物攝食行為的功能。研究發(fā)現(xiàn),給大鼠腦室及腹腔注射Ghrelin均會(huì)增加其對食物的需求,表現(xiàn)明顯的攝食行為,人血清中Ghrelin含量在進(jìn)餐前后呈現(xiàn)前高后低的變化趨勢,也說明了Ghrelin具有促進(jìn)攝食功能[25,31]。Ghrelin對禽類攝食的調(diào)節(jié)較哺乳動(dòng)物復(fù)雜,主要受注射劑量和注射方式等影響。有研究證實(shí),給雛雞腦室注射Ghrelin,或者給預(yù)先空腹幾小時(shí)后的雛雞腦室注射Ghrelin,均可抑制雛雞對食物的攝入[32],這與哺乳動(dòng)物完全不同。Ghrelin對鵪鶉攝食的影響表明,腹腔注射低劑量的Ghrelin可以引起其攝食行為;無論是腹腔注射還是腦室注射高劑量Ghrelin,均表現(xiàn)為抑制攝食[33]。導(dǎo)致此種結(jié)果可能是由于腹腔注射高劑量Ghrelin時(shí),Ghrelin通過血腦屏障進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng),導(dǎo)致采食量下降;腹腔注射低劑量Ghrelin時(shí),Ghrelin只能通過外周神經(jīng)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)食欲,導(dǎo)致采食量增加。

        4.4 Ghrelin對能量代謝的調(diào)節(jié) 體重穩(wěn)定是食物攝入和能量消耗之間保持平衡的動(dòng)態(tài)結(jié)果。哺乳動(dòng)物Ghrelin能夠激活下丘腦中其他促進(jìn)食欲的多肽活性,例如神經(jīng)肽Y(NPY)、刺鼠基因相關(guān)蛋白(AGRP)、食欲素(Orexin)等,通過與中樞食欲調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)相互作用,引起明顯的開胃效應(yīng)。Ghrelin通過刺激采食,特別是高脂類物質(zhì)攝入,促進(jìn)脂化,抑制脂肪利用和減少能量消耗[34],從而引起哺乳動(dòng)物體重增加和肥胖。研究發(fā)現(xiàn),雌性肉雞側(cè)腦室注射Ghrelin能降低血漿中甘油三酯和膽固醇濃度,7日齡雛雞靜脈注射Ghrelin會(huì)降低肉雞的呼吸熵,即注射后增加肉雞對脂質(zhì)或蛋白質(zhì)的利用,揭示Ghrelin可能會(huì)降低禽類脂肪的生成[35],但體外添加Ghrelin是否會(huì)引起雞肉品質(zhì)和風(fēng)味的改變尚未見報(bào)道。

        4.5 Ghrelin對生殖系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 近幾年,研究表明Ghrelin對哺乳動(dòng)物和禽類的生殖均有調(diào)控作用。據(jù)報(bào)道,Ghrelin陽性細(xì)胞在小鼠卵巢整個(gè)發(fā)情周期中呈規(guī)律性變化,發(fā)情前期及間期主要集中于生長卵泡,發(fā)情期在成熟卵泡和黃體表達(dá),發(fā)情后期在成熟卵泡表達(dá)增強(qiáng),發(fā)情間期在黃體中表達(dá)最強(qiáng)[36]。杜晨光等[37]研究發(fā)現(xiàn),Ghrelin在綿羊不同卵泡發(fā)育階段及黃體中均有表達(dá),且在生長黃體中表達(dá)量多于退化黃體,可見Ghrelin對哺乳動(dòng)物卵泡發(fā)育及生殖發(fā)揮調(diào)控。并且有文獻(xiàn)報(bào)道,Ghrelin在下丘腦和垂體水平上抑制生殖激素(LH、FSH)的釋放[38]。對于禽類而言,Ghrelin對其性腺發(fā)育也有作用。有研究就證實(shí),Ghrelin可以調(diào)節(jié)雞性腺細(xì)胞增生、凋亡,還能調(diào)控性腺激素的分泌[39]。除此之外,本實(shí)驗(yàn)室利用RT-PCR技術(shù)研究發(fā)現(xiàn),禽類產(chǎn)蛋高峰期卵巢Ghrelin mRNA表達(dá)量顯著高于其他各階段[40],推測蛋雞卵巢Ghrelin可能協(xié)同其他激素,參與調(diào)節(jié)卵巢活動(dòng)。日本鵪鶉Ghrelin免疫陽性細(xì)胞在排卵前期多分布于輸卵管的漏斗部、膨大部黏膜皺褶中,而在未成熟的鵪鶉輸卵管內(nèi)無陽性表達(dá),推測Ghrelin與日本鵪鶉輸卵管的發(fā)育和分化有關(guān)[41]。

        4.6 Ghrelin對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 近年來,有關(guān)Ghrelin對哺乳動(dòng)物免疫功能調(diào)節(jié)作用的研究也越來越多,如調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的表達(dá)[42]、促進(jìn)T淋巴細(xì)胞的增殖[43]、對受損器官的修復(fù)[44]、在炎癥性疾病中的抗炎作用等,有關(guān)Ghrelin對禽類免疫功能調(diào)節(jié)作用的研究則相對較少。元艷[6]研究發(fā)現(xiàn),Ghrelin可以調(diào)節(jié)天府肉鴨T淋巴細(xì)胞增殖與分化;梅宗香[45]認(rèn)為,Ghrelin不但能促進(jìn)雞T淋巴細(xì)胞的增殖,還能促進(jìn)IL-2的分泌。然而,無論是哺乳類還是禽類,在感染病毒后Ghrelin表達(dá)水平的變化以及Ghrelin是否對病毒的復(fù)制起作用則未見報(bào)道。

        5 小 結(jié)

        綜上所述,禽類Ghrelin不僅在結(jié)構(gòu)上與哺乳動(dòng)物不同,而且在調(diào)控動(dòng)物采食等功能方面也有差異。目前對哺乳動(dòng)物Ghrelin的研究較禽類更透徹,禽類Ghrelin結(jié)構(gòu)及功能研究目前只限于少數(shù)幾種禽類,其大多數(shù)結(jié)構(gòu)和功能都是未知。另外,Ghrelin促進(jìn)大部分動(dòng)物胃腸運(yùn)動(dòng)的作用機(jī)制尚不明確;Ghrelin對禽類免疫系統(tǒng)的調(diào)控作用,也需要今后加強(qiáng)研究。

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