■許友卿 王利香 韓進(jìn)華 劉曉麗 丁兆坤

（廣西大學(xué)水產(chǎn)科學(xué)研究所廣西高校水生生物健康養(yǎng)殖和營(yíng)養(yǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530004）

瘦素(1eptin)是蛋白激素。在魚(yú)類，瘦素主要由肝合成分泌，參與調(diào)節(jié)攝食、代謝、生長(zhǎng)、神經(jīng)及造血細(xì)胞發(fā)育、免疫、繁殖等[1]。

瘦素前體由167個(gè)氨基酸組成，于分泌入血時(shí)，被修飾除掉其中由21個(gè)氨基酸組成的N-端信號(hào)肽，形成有生物學(xué)功能的成熟瘦素，并以單體形式存于血液中，其分子量是16 kD，由146個(gè)氨基酸組成[1-3]。瘦素在機(jī)體內(nèi)發(fā)揮多種生物學(xué)功能，如參與調(diào)節(jié)攝食、能量代謝、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖等[4-5]。瘦素能顯著提高團(tuán)頭魴(Megalobrama amblycephala)的繁殖能力[6]。性成熟的大西洋鮭(Salmo salar)肝瘦素mRNA水平和血清瘦素含量均顯著高于未成熟者[7]。然而，水生動(dòng)物的瘦素研究尚處起步階段，亟待深入探究。

本文綜述了瘦素對(duì)水生動(dòng)物代謝、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的影響及其機(jī)理研究進(jìn)展，旨在深入理解和研究之，以便更好地利用瘦素，調(diào)控水生動(dòng)物代謝、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖，促進(jìn)養(yǎng)殖漁業(yè)的健康快速發(fā)展，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 瘦素對(duì)水生動(dòng)物能量(糖)代謝的影響

能量是進(jìn)行生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。細(xì)微(持久的)的能量攝入和支出平衡失調(diào)，均可導(dǎo)致嚴(yán)重的病態(tài)[8]。Gorissen等[9]報(bào)道，禁食一周后，斑馬魚(yú)(Danio rerio)肝瘦素A的mRNA水平升高，而瘦素B的mRNA水平顯著降低。2016年，Yuan等[10]指出，瘦素A參與桂魚(yú)(Siniperca chuatsi)能量代謝的主要調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)攝食和能量代謝中發(fā)揮重要作用；而瘦素B調(diào)控特殊中樞神經(jīng)系統(tǒng)的能量交換。瘦素A在石斑魚(yú)(Epinephelus coioides)調(diào)節(jié)攝食和能量代謝中發(fā)揮重要作用[11]。

注射瘦素可增加尼羅羅非魚(yú)(Tilapia nilotica)血漿中的葡萄糖水平[12]。Jorgensen等[13]研究發(fā)現(xiàn)，瘦素長(zhǎng)期調(diào)節(jié)代謝能量的穩(wěn)態(tài)。在虹鱒(Oncorhynchus mykiss)腦室注射瘦素后，可提高糖合成和分解過(guò)程中相關(guān)酶的含量、半乳糖激酶(GK)活性及與糖代謝反應(yīng)有關(guān)基因的mRNA水平，還會(huì)引起血糖濃度升高[14]。饑餓3周的虹鱒瘦素的表達(dá)水平顯著升高[15]。然而，饑餓3周的鱸(Epinephelus coioides)肝瘦素mRNA水平顯著減少，再投喂3周后瘦素mRNA水平則回升[16]。

魚(yú)瘦素表達(dá)水平與其營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)相關(guān)[17]。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間饑餓后，魚(yú)類瘦素表達(dá)水平增加[18]。瘦素與魚(yú)類代謝相關(guān)[19-21]。魚(yú)類瘦素通過(guò)調(diào)節(jié)糖(血糖)和脂類代謝而調(diào)節(jié)魚(yú)類的攝食及能量代謝平衡[14，22-23]。

2 瘦素對(duì)水生動(dòng)物脂肪代謝的影響

瘦素可以調(diào)節(jié)脂肪代謝，抑制脂肪沉積，促進(jìn)脂肪降解。Salmerón等[24]研究表明，瘦素刺激脂肪分解，減少脂肪細(xì)胞對(duì)脂肪酸的攝取和儲(chǔ)存，該結(jié)果支持假說(shuō)——瘦素抗虹鱒生脂作用。腹腔注射瘦素可降低黃顙魚(yú)(Pelteobagrus fulvidraco)肝內(nèi)脂肪含量及脂類合成相關(guān)酶——6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(6PGD)、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PD)、蘋(píng)果酸酶(ME)、異檸檬酸脫氫酶(ICDH)和脂肪酸合成酶(FAS)的活性，而上調(diào)肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-I(CPT-I)的活性。用瘦素孵育細(xì)胞，顯著降低細(xì)胞內(nèi)甘油三酯(TG)含量、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PD)和過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)的mRNA表達(dá)水平，而上調(diào)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)、CPT-I和固定調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1(SREBP-1)的mRNA表達(dá)水平[25]。給金魚(yú)體內(nèi)注射人類瘦素蛋白后導(dǎo)致其肝脂含量降低[26]。給藍(lán)太陽(yáng)魚(yú)(Lepomis cyanellus)體內(nèi)注射鼠瘦素蛋白，可致其脂肪酸結(jié)合蛋白和肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶增加[27]。

瘦素對(duì)水生動(dòng)物脂類代謝的影響非常復(fù)雜，既可發(fā)揮短期作用，也可長(zhǎng)期作用。給草魚(yú)(Ctenopharynogodon iddla)注射重組表達(dá)瘦素蛋白一天之后，發(fā)現(xiàn)其瘦素mRNA水平提高5.76倍，解偶聯(lián)蛋白2(UCP2)、膽鹽活化脂肪酶(BSAL)和脂肪酸延長(zhǎng)酶(ELO)顯著升高，而神經(jīng)肽Y(NPY)、硬脂酰輔酶A去飽和酶1(SCD1)和脂蛋白脂肪酶(LPL)的mRNA水平顯著降低，說(shuō)明瘦素對(duì)草魚(yú)攝食、能量消耗和脂類代謝調(diào)控存在急性效應(yīng)[23]。在冬、春及夏季，北極紅點(diǎn)鮭(Salvelinus alpinus)的肝瘦素mRNA水平都較低，隨后逐漸上升，至十月增至低水平的7倍。9～10月，當(dāng)北極紅點(diǎn)鮭生長(zhǎng)停止，體脂質(zhì)水平開(kāi)啟下降時(shí)，瘦素mRNA表達(dá)維持高水平，這可能與該魚(yú)在10月性成熟有關(guān)。這提示北極紅點(diǎn)鮭整體脂質(zhì)儲(chǔ)存與肝瘦素mRNA表達(dá)存在季節(jié)性變化，表明瘦素對(duì)脂類代謝有長(zhǎng)期調(diào)控作用[28]。

3 瘦素對(duì)水生動(dòng)物蛋白質(zhì)代謝的影響

瘦素可通過(guò)調(diào)節(jié)水生動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)激素的合成和分泌，進(jìn)而影響水生動(dòng)物的代謝和生長(zhǎng)。Douros等[29]研究發(fā)現(xiàn)，尼羅羅非魚(yú)瘦素A可增強(qiáng)羅非魚(yú)垂體催乳素(PRL)的合成和釋放，而PRL反過(guò)來(lái)也可抑制肝瘦素蛋白的合成和分泌。盡管在體外，羅非魚(yú)重組LepA能降低其垂體生長(zhǎng)激素(GH)的表達(dá)，然而在體內(nèi)，瘦素A不影響羅非魚(yú)的基礎(chǔ)GH分泌[30]。瘦素可能是影響胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(IGF-1)和IGF-2產(chǎn)生的直接刺激因子，并通過(guò)其上調(diào)生長(zhǎng)激素受體轉(zhuǎn)錄的能力來(lái)促進(jìn)GH的敏感性[31]。Peyon等[32]報(bào)道，重組鼠瘦素對(duì)舌齒鱸(Dicentrarchus labrax)腦垂體中促黃體生成素(Luteinizing hormone，LH)的產(chǎn)生有直接作用。

瘦素還可以影響水生動(dòng)物體內(nèi)多種酶的含量及活性。在虹鱒腦室注射瘦素后，可提高其糖合成和分解過(guò)程中相關(guān)酶的含量和活性，來(lái)調(diào)節(jié)魚(yú)體血糖濃度[14]。用人重組瘦素孵育分離出的黃顙魚(yú)卵巢細(xì)胞，能顯著降低細(xì)胞內(nèi)甘油三酯(TG)、脂肪酸合成酶(FAS)、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PD)、6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(6PGD)、固定調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1(SREBP-1)和過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)的活性和mRNA水平，但增強(qiáng)肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-I(CPT-I)、過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)和乙酰輔酶A羧化酶α(ACCα)的活性和mRNA水平[33]。

4 瘦素對(duì)水生動(dòng)物核酸代謝的影響

瘦素可以通過(guò)改變其他基因的表達(dá)來(lái)影響水生動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育。用不同濃度的人重組瘦素對(duì)新鮮分離的復(fù)鰕虎魚(yú)(Synechogobius hasta)肝細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，可降低細(xì)胞內(nèi)甘油三酯含量和脂肪生成基因的表達(dá)，并增加幾種Janus激酶(JAK)和脂解基因mRNA的表達(dá)[34]。莫桑比克羅非魚(yú)(Oreochromis mossambicus)垂體轉(zhuǎn)錄組分析顯示，羅非魚(yú)重組瘦素A刺激糖酵解酶3-磷酸甘油醛脫氫酶(GAPDH)mRNA表達(dá)，瘦素還增加糖酵解限速酶——磷酸果糖激酶(PFK)mRNA表達(dá)[35]。

5 瘦素對(duì)水生動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的影響

目前研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)魚(yú)類瘦素具有抑制攝食的作用[14，22-23]。瘦素似乎作為一種使魚(yú)類食欲減退的因素而存在[36-37]。向魚(yú)腹腔或腦室內(nèi)注射同源或異種瘦素蛋白后，結(jié)果始終都是食物攝入量減少[22，38]。在金魚(yú)(Carassius auratus)腹腔和側(cè)腦室注射哺乳動(dòng)物瘦素后，發(fā)現(xiàn)其攝食減少、體重下降以及調(diào)控?cái)z食和能量代謝相關(guān)基因表達(dá)水平改變[26]。向鱸腹腔注射人瘦素也可抑制其攝食[16]。

然而，用哺乳動(dòng)物瘦素處理銀大馬哈魚(yú)(Oncorhynchus kisutch)[39]、鯰(Ictalurus punctatus)[40]和綠海魴(Lepomis cyanellus)[27]，卻不改變它們的攝食行為或能量代謝。

Murashita等[22]用重組瘦素處理虹鱒后，發(fā)現(xiàn)可顯著抑制其攝食行為，刺激抑制食欲因子——阿片促黑色素原A1/A2(proopiomelanocorein-A1/A2，POMC-A1/A2)基因表達(dá)，并降低促食欲因子神經(jīng)肽Y(neuropeptide Y，NPY)基因的表達(dá)水平。重組鮭瘦素也可顯著抑制大西洋鮭的生長(zhǎng)[38]。

研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物瘦素可以促進(jìn)海鱸(Dicentrarchus labrax)合成、分泌黃體生成素和生長(zhǎng)乳素[32，41]。人類瘦素可以促進(jìn)雌性虹鱒魚(yú)中垂體釋放卵泡刺激素和黃體生成素[42]。雌性和雄性香魚(yú)(Plecoglossus altivelis)在排卵季節(jié)，血漿瘦素含量都有所升高[43]。在成熟大西洋鮭雄魚(yú)精子形成期間，其肝瘦素表達(dá)水平比不成熟者高。其他一些硬骨魚(yú)類性成熟時(shí)，瘦素水平也升高[44]。性腺成熟的大西洋鮭瘦素mRNA水平顯著升高，血漿瘦素含量也有所上升[44]。

在團(tuán)頭魴受精卵卵裂至2細(xì)胞期時(shí)，瘦素基因表達(dá)量顯著升高(P＜0.05)；破膜第5 d后瘦素基因的表達(dá)量持續(xù)升高，至破膜后15d達(dá)峰值，表明瘦素基因可能調(diào)控胚胎發(fā)育早期的能量[6]。

6 瘦素影響水生動(dòng)物代謝、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的機(jī)理

瘦素可直接調(diào)節(jié)下丘腦的kisspeptin神經(jīng)元和垂體促性腺激素的分泌，從而調(diào)控機(jī)體代謝、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖[45]。

瘦素通過(guò)受體而發(fā)揮作用。瘦素通過(guò)與其具有高親和力的受體結(jié)合而發(fā)揮作用，也有的在局部以旁分泌或自分泌的方式發(fā)揮作用。

瘦素通過(guò)與下丘腦相關(guān)的反饋環(huán)結(jié)合而反饋抑制攝食，增加能量消耗。

瘦素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)主要有3個(gè)信號(hào)通路。①JAK/STAT信號(hào)通路。Janus家族蛋白酪氨酸激酶/轉(zhuǎn)錄信號(hào)傳導(dǎo)與激活物通路(Janus-family tyrosine kinase/signal transducers and activators of transcription，JAK/STAT)。Janus激酶是非受體酪氨酸激酶的一個(gè)家族，用各種生物過(guò)程參與從外環(huán)境到核的細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[34]。目前認(rèn)為，JAK/STAT途徑是介導(dǎo)瘦素信號(hào)傳遞的主要途徑。Wu等[46]報(bào)道，瘦素激活JAK/STAT通路并增加靶基因的表達(dá)，這部分解釋了黃顙魚(yú)中瘦素誘導(dǎo)的脂質(zhì)代謝變化。瘦素在復(fù)鰕虎魚(yú)體內(nèi)通過(guò)JAK通路，調(diào)節(jié)肝脂肪代謝[34]。瘦素的脂解作用主要是通過(guò)STAT3成員發(fā)揮作用[47]。②RST-P13K信號(hào)通。瘦素能通過(guò)與胰島素信號(hào)級(jí)聯(lián)中的某些信號(hào)分子相互作用，參與調(diào)控胰島素介導(dǎo)的信號(hào)傳遞。胰島素受體亞型通過(guò)本身的激酶引起酪氨酸(tyrosine)磷酸化而被激活，其重要靶蛋白是磷脂酰肌醇232激酶(phosphatidylinositol 232 kinase，PI3K)，引發(fā)PI3K依賴的絲/蘇氨酸激酶(receptor serine/threonine kinases，RSTK)被激活，同時(shí)活化另一蘇氨酸蛋白激酶，調(diào)節(jié)糖原合酶的磷酸化過(guò)程[1，48]。③其他信號(hào)通路。瘦素能激活其他神經(jīng)元活性，產(chǎn)生一些神經(jīng)遞質(zhì)抑制促食神經(jīng)肽Y(NPY)的作用。如瘦素能激活黑素細(xì)胞激素原(POMC)而產(chǎn)生α-促黑素細(xì)胞激素(α-MSH)，后者與黑皮質(zhì)素-4(MCR-4)受體結(jié)合，進(jìn)而封閉阻止NPY的作用。瘦素可通過(guò)降低NPY的合成來(lái)調(diào)控?cái)z食。瘦素能通過(guò)影響動(dòng)物下丘腦和后腦的葡萄糖感受性神經(jīng)元的活性，激活厭食欲肽(POMC、CART、CCK)的表達(dá)和抑制促食神經(jīng)肽Y(NPY、AgRP、Orexin)的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控其攝食行為，并促進(jìn)能量消耗[49]。瘦素還能通過(guò)改變下丘腦下行神經(jīng)元的活性，提高胃神經(jīng)元膽囊收縮素受體的活性，增強(qiáng)膽囊收縮素的作用而調(diào)節(jié)食欲[50]。

此外，還有其他一些假說(shuō)或正在研究的信號(hào)通路[1]。

7 小結(jié)與展望

綜上所述，瘦素可通過(guò)多種途徑影響水生動(dòng)物代謝、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖，機(jī)理復(fù)雜。但目前我們對(duì)此研究和理解有限。今后應(yīng)多學(xué)科結(jié)合，綜合運(yùn)用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，深入研究瘦素對(duì)水生動(dòng)物代謝、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的影響及其機(jī)理，同時(shí)應(yīng)用瘦素調(diào)控水生動(dòng)物代謝、生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖，促進(jìn)水產(chǎn)業(yè)的高效生產(chǎn)，提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。今后特別應(yīng)注意下述研究：①探討相關(guān)研究技術(shù)，為深入研究提供先進(jìn)的技術(shù)保障。②進(jìn)一步研究不同水生動(dòng)物瘦素及其功能。③水生動(dòng)物瘦素的作用機(jī)理，尤其是瘦素-受體復(fù)合體及其信號(hào)通路。④不同水生動(dòng)物瘦素基因、受體的分布及克隆。⑤影響水生動(dòng)物瘦素基因表達(dá)的因素及調(diào)控機(jī)制。⑥實(shí)際應(yīng)用研究。