孫 睿 楊文艷*

(1.吉林農業(yè)大學動物科學技術學院，長春130118；2.吉林農業(yè)大學動物生產及產品質量安全教育部重點實驗室，長春130118；3.吉林省動物營養(yǎng)與飼料科學重點實驗室，長春130118)

胃饑餓素(Ghrelin)，又稱生長激素釋放肽，是一種由28個氨基酸組成的多肽，由胃底黏膜泌酸腺X/A樣細胞產生，約占胃黏膜細胞總數(shù)的20%[1]。作為一種多功能肽，Ghrelin廣泛分布在下丘腦、垂體、腸道、腎臟、胰臟、胎盤等中樞和外周器官[2]。Ghrelin主要以2種形式存在：去酰基化Ghrelin(des-acyl-ghrelin，DAG)和?；疓hrelin(acyl-ghrelin，AG)[3]。Ghrelin作為生長激素促分泌素受體(growth hormone secretagogue receptor，GHSR)的內源性配體，除具有促進垂體釋放生長激素(growth hormone，GH)的作用外[4]，還是連接中樞神經系統(tǒng)和參與營養(yǎng)代謝的外周組織的重要方式[2]，在促進攝食、改善胃腸功能、調節(jié)脂類代謝和能量平衡等方面也具有廣泛作用。研究發(fā)現(xiàn)，Ghrelin與其受體GHSR-1a結合后，GHSR-1a會通過釋放神經肽Y和影響下丘腦弓狀核神經元的刺鼠相關蛋白來促使動物產生饑餓感，從而促進攝食[5]。不僅如此，通過向小鼠腦內注射Ghrelin，可促進脂肪細胞中與脂肪儲存相關酶及蛋白的表達[6]，且對脂質代謝存在外周效應，包括增加白色脂肪組織質量、刺激肝臟的脂肪生成等[7]。此外，Ghrelin對提高機體免疫力、改善內分泌功能、治療心血管疾病等方面均具有重要作用[3，7-8]。Ghrelin的分泌是一個較為復雜的過程，包括mRNA轉錄、轉錄后的翻譯、修飾、分泌及在體內的轉運等，營養(yǎng)物質的攝入、體內激素水平等因素的變化都會影響到Ghrelin合成和釋放的過程[9-10]。目前對于Ghrelin生理功能方面的研究與應用已較為成熟，但關于合成及其分泌過程的相關研究較少。因此，進一步探究Ghrelin合成和釋放的機制及其影響因素，對改善動物健康、提高動物生產性能具有重要作用，對Ghrelin在動物生產中的應用也有著重要意義。

1 Ghrelin的合成、分泌及轉運

1.1 Ghrelin基因的轉錄與翻譯

從Ghrelin基因到Ghrelin肽的過程，需要在Ghrelin基因完成轉錄后，成熟的GhrelinmRNA翻譯后生成Ghrelin前體蛋白原(Preproghrelin)[11]。人Ghrelin基因定位在3號染色體(3p25-26)上[12]，研究表明，Ghrelin基因中有2個不同的轉錄起始位點，相對于ATG起始密碼子來說，一個發(fā)生在-80位，另一個發(fā)生在-555位，會產生2個不同的mRNA轉錄本(轉錄本-A和轉錄本-B)，其中轉錄本-A是胃中GhrelinmRNA的主要表現(xiàn)形式，而轉錄本-B上呈現(xiàn)的人類Ghrelin基因中存在1個短的非編碼第一外顯子[13]。對人和大鼠Ghrelin基因核心啟動子序列的研究發(fā)現(xiàn)，其上游刺激因子(upstream stimulatory factor ，USF)可與Ghrelin啟動子內多種具有活性的E-box序列結合，以調節(jié)Ghrelin基因的表達，當USF與Ghrelin啟動子內同樣具有活性的TATA-box序列結合時，USF還可以與RNA聚合酶的轉錄因子相互作用，間接證明了Ghrelin啟動子活性可能通過調節(jié)某些重要的蛋白質-蛋白質間的相互作用來實現(xiàn)[14-15]。研究發(fā)現(xiàn)，Nkx2.2是一種包含對胰腺Ghrelin細胞分泌重要的轉錄因子的同源結構域，作為Ghrelin啟動子的轉錄因子，具有增加人GhrelinmRNA表達的作用[16]。Ghrelin啟動子中存在正調控區(qū)和負調控區(qū)，Shiimura等[17]研究表明，人Ghrelin啟動子序列的-1 400和-1 800之間的核苷酸是抑制Ghrelin啟動子活性的負調控區(qū)，而核因子-κB(NF-κB)可能是參與Ghrelin啟動子活性負調控的一個重要的轉錄因子，上述這些轉錄因子都可能成為調控Ghrelin基因轉錄的重要靶點。

1.2 Ghrelin的加工與修飾

轉錄和翻譯后的Preproghrelin由117個氨基酸組成，在結構上含有1個N-末端分泌信號肽，該信號肽會在內質網中被絲氨酸蛋白酶移除，成為由94個氨基酸組成的Ghrelin前體蛋白(Proghrelin)[18]。Ghrelin需要通過與GHSR-1a結合才能發(fā)揮其生理作用[19]，為實現(xiàn)這一目的，Ghrelin需要將中鏈脂肪酸(通常是正辛酸)連接到其絲氨酸-3(Ser-3)上，這是一種獨特的翻譯后修飾的過程，即?；?，由Ghrelin O-酰基轉移酶(Ghrelin O-acyltransferase，GOAT)在內質網中進行[20-21]，此過程中需要辛?；o酶A(octanoyl-CoA)的參與，將絲氨酸辛?；筆roghrelin?；癁轷；疓hrelin前體蛋白(Acly proghrelin)[22]。激素原轉化酶1/3(prohormone convertase 1/3，PC1/3)將Acly proghrelin在單個精氨酸上進行有限的蛋白質水解加工后，形成含有28個氨基酸并具有生物學活性的Ghrelin。

GOAT是一種特異性催化O-?；徂D移到Ghrelin的Ser-3羥基的酰基轉移酶，也是具有多個跨膜結構域的膜結合酶，高度保守[23]。Lim等[24]研究了GOATmRNA在不同組織中的表達分布，發(fā)現(xiàn)GOATmRNA的表達情況與Ghrelin的分布是相對應的，但在敲除GOAT后，Ghrelin的?；^程會被完全阻止，說明GOAT是Ghrelin酰化的關鍵酶。研究發(fā)現(xiàn)，應用體外GOAT活性測定的方法，對GOAT底物特異性進行研究，發(fā)現(xiàn)Proghrelin中Ser-3及周圍的甘氨酸-1(Gly-1)和苯丙氨酸-4(Phe-4)是影響GOAT活性的關鍵氨基酸[25-26]。Darling等[27]在研究GOAT在Ghrelin中的結合位點時，通過Proghrelin和模擬Ghrelin的N-末端“GSSF”序列的短肽的突變，證實了Ghrelin的N-末端序列的重要性，并確定了Ghrelin結構中前4個氨基酸的側鏈對GOAT起主要識別作用。因Ghrelin具有自分泌和旁分泌2種形式，所以GOAT除了?；疓hrelin的自分泌作用外，對?；疓hrelin的旁分泌及局部合成作用都可能發(fā)揮著重要作用[25，28]。

激素原轉化酶(prohormone convertase，PC)家族作為一類蛋白水解酶，具有催化堿性氨基酸分裂的作用，常見的有PC1/3、PC2等[29]。Walia等[30]通過免疫組化試驗證實了胃內Ghrelin免疫陽性細胞中PC1/3與Ghrelin共定位，而未見PC2的免疫染色現(xiàn)象。Seim等[31]研究發(fā)現(xiàn)，只有在缺失PC1/3的小鼠胃中才存在完整的Proghrelin，并證明了PC1/3是胃內Proghrelin轉化為Ghrelin的關鍵轉化酶，但在胰腺中卻發(fā)現(xiàn)了Ghrelin免疫陽性細胞中PC1/3及PC2的共定位情況，一些數(shù)據(jù)也表明在胰腺中PC2同樣在Proghrelin的加工與修飾中發(fā)揮重要作用，并且可能在局部釋放Ghrelin機制中發(fā)揮作用，但具體機制尚不清楚[32]。

1.3 Ghrelin在體內的轉運

研究發(fā)現(xiàn)，血液中DAG和AG的比例約為9∶1[33]，Ghrelin在胃分泌顆粒細胞中形成后，經血液運輸?shù)桨衅鞴侔l(fā)揮作用。但AG結構十分不穩(wěn)定，會影響其跨室轉運，特別是跨越血腦屏障[34]。因此，為確保Ghrelin可以順利通過并充分發(fā)揮其作用，還需經過循環(huán)酯酶的快速脫?；饔萌コ镣榛瑢G轉化為不活躍的去?；问剑碊AG[35]。在多種循環(huán)酯酶的檢測中，丁酰膽堿酯酶(butyrylcholinesterase，BChE)是AG脫?；年P鍵酶，主要由哺乳動物的肝臟合成并分泌，廣泛存在于機體的大腦、腸、胃、脾臟、腎臟等部位[36]。研究表明，循環(huán)中的BChE可以在Ghrelin穿過血腦屏障之前將其水解變成DAG[37]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)中樞BChE可以調節(jié)下丘腦局部產生的Ghrelin，并且對下丘腦各核團有直接影響[38]。最后在BChE作用下，DAG會順利進入血液，通過血液循環(huán)被運送到相應的靶器官，再與這些部位原生質膜的GOAT會發(fā)生局部再酰化反應，使Ghrelin再次具有生物學活性，發(fā)揮其相應的生物學作用[21]。

2 營養(yǎng)物質對Ghrelin分泌的調控

動物在正常生理狀態(tài)下，Ghrelin水平在攝食之前會有所升高，但在進食后會迅速下降，而食物中的營養(yǎng)物質是產生該作用的主要原因[39]。動物所攝入的葡萄糖、脂類、氨基酸以及微量元素等營養(yǎng)物質，都會影響到動物體內Ghrelin水平。

2.1 葡萄糖

葡萄糖是調節(jié)體內Ghrelin水平的重要因素之一。靜脈注射或口服葡萄糖對胃內GhrelinmRNA表達及血漿中DAG的?；季哂忻黠@的抑制作用[40]。Sakata等[41]在體外培養(yǎng)的小鼠胃黏膜原代細胞中添加不同濃度的D-葡萄糖，發(fā)現(xiàn)D-葡萄糖濃度較高時Ghrelin釋放量減少，但在D-葡萄糖濃度較低時Ghrelin釋放量則明顯增加。低糖誘導Ghrelin分泌可能與ATP敏感性K+(KATP)通道有關，研究發(fā)現(xiàn)在低葡萄糖濃度下，在MGN3-1細胞(一種Ghrelin分泌細胞)培養(yǎng)液中加入KATP通道抑制劑會抑制Ghrelin的分泌，并且，電壓依賴性鈣離子(Ca2+)通道也會參與這個過程[42]。在不同的葡萄糖環(huán)境中，調節(jié)葡萄糖應答的各種葡萄糖轉運體、通道和酶都可能參與調節(jié)Ghrelin分泌，但它們在此過程中的確切作用仍有待研究[43-44]。

2.2 脂類

脂類物質對Ghrelin分泌的調控較為復雜，Ghrelin的酰化過程需要有脂肪酸的參與，從乙酸衍生到十四酸(C14∶0)的脂肪酸都可能會影響到Ghrelin的?；^程，其中辛酸(C8∶0)是參與該反應的主要脂肪酸[45]。不同類型的脂肪酸對Ghrelin?；挠绊憴C制也不盡相同，研究發(fā)現(xiàn)攝取中鏈脂肪酸(MCFAs)或中鏈三酰甘油(MCTs)可增加胃內AG含量，并且修飾Ghrelin?；奶兼滈L度與攝取MCFAs的碳鏈長度一致，表明攝入的MCFAs直接參與Ghrelin的?；揎椷^程[46]。此外，Lu等[47]通過向幽門結扎小鼠灌胃富含長鏈脂肪酸(LCFA)的脂質后，血清及胃中Ghrelin水平顯著降低。在研究LCFA抑制Ghrelin分泌機制中發(fā)現(xiàn)，胃中產生Ghrelin的細胞表面存在大量的G蛋白偶聯(lián)受體120(G protein coupled receptor 120，GPR120)，作為調節(jié)體內外Ghrelin分泌的信號，同時GPR120也是LCFA的受體，所以與進食相關的LCFA增加會與Ghrelin細胞上的GPR120相互作用，從而抑制Ghrelin的分泌[48-49]。

2.3 氨基酸

研究發(fā)現(xiàn)，一定水平的循環(huán)氨基酸會影響體內Ghrelin的分泌[50]。不同的氨基酸對Ghrelin的影響也有所不同。Fukumori等[51]將蛋氨酸及生理鹽水混合液連續(xù)注入泌乳奶牛的頸靜脈，發(fā)現(xiàn)血漿中增加的蛋氨酸水平促進了Ghrelin的分泌。此外，胃腸內分泌細胞上的味覺感受器會感知營養(yǎng)物質，并控制激素信號的傳遞[52]。Vancleef等[53]研究發(fā)現(xiàn)，一些功能性氨基酸會通過其特定種類的氨基酸味覺受體，刺激MGN3-1細胞中Ghrelin的分泌，例如L-苯丙氨酸可通過鈣敏感受體(CaSR)感知Ghrelin，谷氨酸鈉通過味覺受體1型成員1(TAS1R1)和味覺受體1型成員3(TAS1R3)感知Ghrelin等，但由于體內環(huán)境復雜，這些局部營養(yǎng)感知機制在體內可能會被間接抑制Ghrelin釋放的機制所推翻，其中可能涉及胰島素或其他信號，還有待進一步研究。

2.4 微量元素

銅、鋅作為具有促生長作用的微量元素，對動物體內Ghrelin水平以及合成過程均存在一定影響。Zhang等[54]發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬飼糧中添加四堿式氯化鋅可提高其血漿Ghrelin水平，并促進垂體GH的分泌，進而促進生長。但這種促生長作用可能與采食量無關，Yin等[55]研究表明，氧化鋅可刺激胃黏膜細胞產生Ghrelin，但不影響GhrelinmRNA表達水平，其原因可能是氧化鋅在轉錄后水平上刺激了胃中Ghrelin分泌。G蛋白偶聯(lián)受體39(GPR39)，也是Ghrelin受體家族的成員之一[56]。鋅離子(Zn2+)作為一種激動劑，可通過刺激磷脂酶C(PLC)活性和生成環(huán)磷酸腺苷(cAMP)，從而激活GPR39[57]，這可能是Zn2+提高機體內Ghrelin水平的方式之一，但需要進一步的試驗來證明這一點。

在銅對機體Ghrelin分泌調節(jié)方面，Yang等[58]研究發(fā)現(xiàn)，在生長豬飼糧中添加銅可以促進生長豬胃底腺的頸部和基底部Ghrelin免疫陽性細胞的發(fā)育，并能促進GhrelinmRNA的表達。黃元龍[59]研究表明，在綿羊飼糧中添加硫酸銅可提高其皺胃中GhrelinmRNA及蛋白表達，但具體的作用途徑和機制尚未闡明。核轉錄因子激活蛋白-1(activator protein-1，AP-1)是Ghrelin上游調控因子的結合位點之一[58]。有研究指出，添加低濃度銅可提高AP-1的結合能力[60]，其主要機制為銅會誘導c-Jun N-末端激酶/應激激活蛋白激酶和p38通路磷酸化和活化水平增加，從而激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)途徑，最終激活轉錄[61]，這可能是銅調節(jié)Ghrelin轉錄的方式之一。

3 激素對Ghrelin分泌的調控

3.1 生長抑素(somatostatin，SS)

SS是胃黏膜中產生的一種多肽，它會以旁分泌的方式抑制Ghrelin的分泌[62]。胃中產生Ghrelin的細胞是封閉型內分泌細胞，與管腔之間沒有連續(xù)性，并且與胃中產生SS的分泌細胞直接接觸，若SS分泌水平升高，則會影響Ghrelin的釋放過程[63]。Fukuhara等[64]研究發(fā)現(xiàn)，靜脈注射SS可降低大鼠血漿中Ghrelin水平，并且對其抑制作用具有劑量和時間的依賴性。Silva等[65]對SS的2種類似物SOM230和奧曲肽進行研究，發(fā)現(xiàn)2種物質均對禁食小鼠體內AG的分泌產生了明顯的抑制作用，其中奧曲肽對其抑制作用更強。SS受體可能是影響Ghrelin分泌時發(fā)揮作用的關鍵[66]。不僅如此，杜改梅等[67]通過分析斷奶前后小鼠胃中GOAT基因的表達規(guī)律，提出在胃中SS可能會通過抑制GOAT的表達調控胃酸的分泌，但該試驗中并未證實是否是通過調節(jié)Ghrelin從而影響到胃酸的分泌。Gahete等[68]通過在培養(yǎng)的小鼠脾細胞中對SS進行基因敲除，發(fā)現(xiàn)GOAT的mRNA表達量明顯升高，證明了SS對GOAT的表達存在一定的抑制作用，這也是SS調節(jié)Ghrelin分泌的途徑之一。

3.2 瘦素

在結構上，產生瘦素的細胞主要位于胃黏膜的底部，大量的Ghrelin細胞被其緊密包圍，故瘦素會以與SS類似的方式在結構上抑制Ghrelin的旁分泌[69]。在體內，空腹狀態(tài)下血漿中Ghrelin水平與瘦素水平呈負相關趨勢[70]。Zhao等[71]試驗表明，瘦素會以劑量依賴性的方式直接抑制大鼠胃GhrelinmRNA的表達，并證明了禁食狀態(tài)下胃GhrelinmRNA表達水平的升高，部分原因是通過降低胃瘦素水平來實現(xiàn)。同時瘦素作為長期調節(jié)能量平衡、抑制食物攝入并導致體重減輕的介質，在中樞性食欲控制中與Ghrelin的調節(jié)是反向的[72]。Nour等[73]研究表明，瘦素可通過磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)-磷酸二酯酶3(PDE3)途徑抑制Ghrelin的分泌，并且這種相互作用可能在調節(jié)攝食中發(fā)揮重要作用。

3.3 胰島素

在機體正常情況下，注射胰島素后血漿中Ghrelin水平會降低，其原因可能是果糖會提高機體Ghrelin水平，而胰島素會以激素活性的形式抵抗和影響果糖的攝取能力，以減少?；鵊hrelin水平[74-75]。正常人注射胰島素后，與胰島素抵抗個體相比，胰島素敏感個體的總Ghrelin水平以及AG水平均顯著降低，表明Ghrelin的修飾過程可能受到胰島素敏感性的影響[76]。Seim等[11]從睪丸和LNCaP前列腺癌細胞系中克隆得到與人類Ghrelin基因內含子2中的隱含外顯子相對應的胰島素應答轉錄因子，命名為in2c-ghrelin，添加胰島素會顯著增加in2c-ghrelin的表達量，該轉錄因子同時可編碼Ghrelin，表明胰島素可能通過調節(jié)Ghrelin的轉錄因子參與Ghrelin的合成過程。Song等[77]發(fā)現(xiàn)，與哺乳動物相比，通過皮下注射胰島素的方法可增加雞腺胃中Ghrelin的表達，胰島素在增加外周Ghrelin的表達時，會下調下丘腦Ghrelin和GHSR-1a的表達水平，從而抑制了中樞Ghrelin/GHSR-1a系統(tǒng)的激活，其機制可能與PI3K途徑有關[78]。

3.4 胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)

GLP-1具有促進胰島素分泌、調節(jié)動物攝食的作用[79]。研究表明，進食會促進GLP-1的分泌，向體內注射天然的GLP-1，可明顯抑制進食一段時間后血漿Ghrelin水平升高的情況，并且通過對血漿中葡萄糖、胰島素、GLP-1和Ghrelin水平的測定，發(fā)現(xiàn)血漿中Ghrelin水平與胰島素水平呈負相關，說明GLP-1對Ghrelin的抑制作用可能是通過促進胰島素的分泌間接實現(xiàn)[80]。胰高血糖素樣肽-1受體(GLP-1R)在外周和中樞神經系統(tǒng)中均有表達，研究發(fā)現(xiàn)GLP-1對Ghrelin的抑制作用與其受體活性有關[81]。Hong等[82]通過向由飲食誘導的肥胖小鼠腦內注射Exendin-4(EX-4，一種GLP-1激動劑)，發(fā)現(xiàn)小鼠的下丘腦、胃和血漿中Ghrelin均被抑制，但下丘腦和胃中的哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號活性顯著增強，當mTORC1信號轉導的機制靶點被阻斷時，GLP-1和EX-4的作用顯著減弱，證實mTORC1是GLP-1R被激活后誘導Ghrelin下調的關鍵信號通路。

4 影響Ghrelin分泌的其他因素

除上述因素外，神經系統(tǒng)調節(jié)也是動物機體對于體內Ghrelin水平調節(jié)的重要方式。研究人員證實，切除迷走神經后，可使動物因禁食而引起的Ghrelin水平升高消失，并短時間降低體內Ghrelin水平[83]。Mundinger等[84]通過電刺激激活腸交感神經，發(fā)現(xiàn)可顯著提高大鼠門靜脈Ghrelin水平，證明交感神經也可直接刺激Ghrelin分泌，去甲腎上腺素(noradrenaline，NE)可能起到關鍵作用。Zhao等[85]研究發(fā)現(xiàn)，在Ghrelin分泌細胞培養(yǎng)基中添加NE可刺激Ghrelin的分泌，但通過利血平降低小鼠交感神經元腎上腺素能神經遞質后，小鼠因禁食引起的Ghrelin水平升高被阻斷。Mani等[86]研究表明，NE會通過釋放細胞內Ca2+來實現(xiàn)，在這過程中，cAMP及其下游鳥苷酸交換蛋白(EPAC)的激活，也起到重要作用。

5 小 結

盡管目前對于Ghrelin生理作用的研究有了一定進展，但對調節(jié)Ghrelin合成及分泌的分子機制的認識還相對滯后，對于Ghrelin分泌整體過程的系統(tǒng)性研究也相對較少，很多問題還缺乏一致性的結論。Ghrelin合成和分泌的進一步探究，可為更精確地調控Ghrelin的表達、實現(xiàn)Ghrelin的功能奠定基礎，也為闡明動物的促生長機制提供理論依據(jù)。