黎金秀 凌澤繼 葉世光 秦 津 潘堂峰 潘 瓊 韓 濤 李瑞明 謝瑩雪 周辰瑜 宋小白

摘要從基因結(jié)構(gòu)、合成代謝、神經(jīng)元分布、生物學(xué)功能及生產(chǎn)應(yīng)用等方面對哺乳動物促性腺激素釋放激素(GnRH)進行簡要綜述。

關(guān)鍵詞GnRH;合成代謝;分布定位;應(yīng)用

中圖分類號 Q57 文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)11-0220-02

促性腺激素釋放激素(gonadotropin releasing hormone,GnRH)是下丘腦分泌產(chǎn)生的十肽神經(jīng)激素,它與位于垂體前葉的促性腺激素細胞上的特異性受體(GnRH-R)結(jié)合,從而刺激促性腺激素(GTH)的產(chǎn)生和釋放,起著調(diào)節(jié)生殖活動的重要作用,是“下丘腦-垂體-性腺軸(hypothalamic-pituitary-gonadal axis,HPG)”系的原動力。目前,隨著分子生物學(xué)發(fā)展和免疫酶標定位技術(shù)的廣泛應(yīng)用,研究學(xué)者對傳統(tǒng)的GnRH分布定位、生物學(xué)功能與其生產(chǎn)應(yīng)用等觀念有了進一步深入地研究認識。筆者主要從GnRH的基因結(jié)構(gòu)、合成代謝、神經(jīng)元分布、生物學(xué)功能及生產(chǎn)應(yīng)用等方面進行綜述。

1GnRH多肽的種類及基因結(jié)構(gòu)

目前GnRH家族至少已經(jīng)有24個類型,哺乳類具有同一化學(xué)結(jié)構(gòu)[1](pGlu·His·Try·Ser·Tyr·Gly·Leu·Arg·Pro·Gly·NH2。其中pGlu為末端帶1個磷酸基的谷氨酸)。每種哺乳動物的腦至少合成2種GnRH類型,一種出現(xiàn)在下丘腦而作用于腦垂體,稱為GnRH-I;其他1～2種出現(xiàn)在下丘腦以外的腦區(qū),起神經(jīng)遞質(zhì)作用,間接參與生殖活動的調(diào)節(jié),稱為GnRH-Ⅱ或GnRH-Ⅲ。

GnRH基因內(nèi)有3個內(nèi)含子和4個外顯子,由第2、第3外顯子和第4外顯子的一部分共同編碼GnRH前體,該前體包含一段21～23個氨基酸的信號肽、10個氨基酸的GnRH、1個斷裂位點和40～60個氨基酸的相關(guān)肽(GAP)。信號肽和GnRHs非常保守,但磷酸核糖基甘氨酰胺合成酶(GAPs)在不同物種間同源性很低[2]。

2GnRH的合成與代謝

GnRH首先在下丘腦視前區(qū)的神經(jīng)內(nèi)分泌細胞內(nèi)的核糖體合成一個92個氨基酸的前體,然后被下丘腦的肽酶降解為具有生物活性的激素[3],這與其他多肽類激素極其相似。Maurer等[4]將大鼠視前區(qū)/下丘腦組織塊在視交叉處均分為嘴側(cè)和尾側(cè)兩部分,發(fā)現(xiàn)嘴側(cè)雖為GnRH神經(jīng)元胞體的主要分布區(qū)域,但它的GnRH含量只占1/4,其余3/4存在于尾側(cè)。因此,他們認為合成后的GnRH存在于GnRH的釋放部位或鄰近釋放的部位。

GnRH的分泌有一個精確的圖線,在胎兒和嬰兒早期GnRH發(fā)揮短暫的機能作用,嬰兒期后期和兒童期其活動被壓制到低水平,到青春期被再次激活達成人水平。在青春期初期,GnRH的分泌是在睡眠時,以后是在夜間,但隨后晝夜分泌基本一樣。在女性,GnRH的脈沖頻率以月經(jīng)周期的不同階段而不同。已證實,GnRH分泌呈間歇脈沖式,這種脈沖方式受Ca2+、IP3-DAG途徑、PKC和DG信號級聯(lián)等調(diào)控,每次間隔30～70min,峰值在10～24min衰退。GnRH這種脈沖式分泌對維持垂體性腺功能和排卵前期LH峰至關(guān)重要。連續(xù)或高頻率的GnRH脈沖會導(dǎo)致GTH細胞的GnRH受體脫敏[5],而導(dǎo)致LH和FSH的分泌量降低;而較高頻率的GnRH脈沖有利于LH合成分泌,而較低頻率有利于FSH合成分泌[6]。但GnRH軸突末梢能如此同步地、協(xié)調(diào)地將GnRH釋放入初級毛細血管網(wǎng)的機理以及調(diào)控GnRH分泌的解剖定位還不很清楚。

GnRH在血液中被迅速降解,其生物半衰期約為2～4min。有關(guān)GnRH的降解作用主要來自下丘腦和垂體,其機理可能有2個方面[7]:一是通過丘腦下部和垂體的GnRH降解酶使之滅活;二是GnRH被內(nèi)切酶從分子內(nèi)段裂解為GnRH 1～6肽和GnRH 7～10肽2個片段,然后再通過氨基肽酶和羧基肽酶的作用使之滅活。

3GnRH神經(jīng)元的形態(tài)及分布

GnRH 神經(jīng)元多為單極,胞體呈橢圓形或梭形,根據(jù)細胞表面棘樣結(jié)構(gòu)的有無將神經(jīng)元分為光滑型和棘型。一般認為,棘樣結(jié)構(gòu)是傳入纖維末梢與GnRH 細胞發(fā)生突觸聯(lián)系的部位。隨著動物年齡的增長,棘樣結(jié)構(gòu)也逐漸減少[8]。腦內(nèi)GnRH神經(jīng)元在分布上具有種屬差異,人和靈長類GnRH神經(jīng)元主要分布于隔、視前區(qū)、斜角帶、邊緣葉、室周核、弓狀核和漏斗核[9]。利用放射免疫和免疫酶標定位技術(shù),已基本確定了下丘腦神經(jīng)分泌細胞中GnRH的分布,下丘腦內(nèi)GnRH總含量的85%左右集中在正中隆起的弓狀核區(qū),在視前區(qū)及第3腦室周圍都有GnRH的分布。除下丘腦外,松果體、海馬體、嗅球、Cingulate、腦皮層等也有GnRH[10]。研究發(fā)現(xiàn),投射到正中隆起的GnRH纖維占70%,參與GTH合成和釋放的管理,其余30%投射到腦內(nèi)的其他區(qū)域,如嗅區(qū)、杏仁體和中腦的中央灰質(zhì)區(qū)域。它們有可能作為神經(jīng)遞質(zhì),調(diào)節(jié)正常的生殖行為。另外,腦外組織,包括腸、胃、胰臟、卵巢、子宮內(nèi)膜、胎盤的滋養(yǎng)細胞、輸卵管上皮細胞及交感神經(jīng)節(jié)等器官和組織中也發(fā)現(xiàn)有GnRH類似物存在[11]。此外,在腦脊液、乳汁、視網(wǎng)膜以及人的腫瘤組織中也有高水平的GnRH分布。可見,GnRH廣泛分布于神經(jīng)、內(nèi)分泌、生殖、消化系統(tǒng)和免疫系統(tǒng),通過傳遞信息,使各系統(tǒng)達到協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

4GnRH受體

GnRH受體(GnRH mRNA,GnRH-R)是由327個氨基酸構(gòu)成的糖蛋白,相對分子量37 684,含7個跨膜區(qū),是典型的G蛋白(protein G)偶聯(lián)受體。其結(jié)構(gòu)上與其他G蛋白受體顯著不同在于缺少細胞內(nèi)C-末端的氨基酸尾巴[12]。研究證明,細胞內(nèi)第2和第3環(huán)及C-末端尾巴對于受體與G蛋白結(jié)合、受體專一性決定和脫敏很重要[13]。其作用機制為:GnRH—GnRH-R—G蛋白(Gq/11,Gs,and Gi)—磷脂酶C(phospholipase C,PLC)—第2信使(肌醇、DG)—蛋白激酶(protein kinase,PKC,PKA,MAPK)和細胞內(nèi)Ca2+流動;GnRH還激活PLA、PLD、MAP激酶途徑,對細胞膜外信號傳導(dǎo)至核內(nèi)及GTH的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)發(fā)揮作用。

從眾多相關(guān)定位研究顯示GnRH-R除主要分布在垂體促性腺細胞外,在卵巢、睪丸、中樞海馬、胃、腸道、乳腺、前列腺等組織細胞上也存在著GnRH特異結(jié)合位點[14]。

5GnRH的臨床及生產(chǎn)應(yīng)用

GnRH及其激活劑類似物[15]已廣泛用于內(nèi)分泌科、婦科、兒科和部分腫瘤疾病的治療,并取得較好的較果。在神經(jīng)外科方面,GnRH試驗有判斷預(yù)后的價值。GnRH的臨床應(yīng)用主要包括評價垂體GTH細胞功能和輔助生育技術(shù)及性激素相關(guān)疾病的治療,如特發(fā)性低促性腺激素型性功能減退癥、男性不孕癥、下丘腦閉經(jīng)、多囊卵巢綜合癥(polycystic ovary syndrome,PCOS);GnRH-A已應(yīng)用于前列腺和前列腺增生、內(nèi)膜異位癥、子宮肌瘤和多毛癥等的治療。

在動物生產(chǎn)繁殖方面[7],外源性的注射GnRH后,通過HPG軸引起垂體釋放LH和FSH,在LH與FSH的協(xié)同作用下促進性腺中的類固醇激素合成與釋放量的變化,從而可以提高發(fā)情期受胎率、縮短產(chǎn)后發(fā)情時間、提高家畜超排效果和產(chǎn)仔率;也能在一定程度上提早家畜的性成熟、治療母畜卵巢疾病;還能應(yīng)用于提高公畜精液品質(zhì)、提高瘦肉率、治療少精無精癥等。

GnRH是神經(jīng)-免疫-內(nèi)分泌三大調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間互相聯(lián)系的信使之一,在哺乳動物生殖神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)控中特別是在刺激GTH的合成和釋放方面具有至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。而GnRH類似物的應(yīng)用及受體在分子水平上的調(diào)控將成為神經(jīng)內(nèi)分泌和生殖生物學(xué)研究的熱點之一。

6參考文獻

[1] GORBMAN A,SOWER S A. Evolution of the role of GnRH in animal biology[J]. Gen Comp Endocrinal,2003(134):207-213.

[2] DUBOIS E A,ZANDBERGEN M A,PEUTE J,et a1. Evolutionary de velopment of three GnRH systems in vertebrates[J]. Brain Research Bul-1etin,2002,57(3):413-418.

[3] 張森,譚建華.大鼠發(fā)情周期中主要生殖激素的變化[J].動物醫(yī)學(xué)進展,2005,26(12):1-6.

[4] MAURER J A,WRAY S. Luteinizing hormone releasing hormone quantified in tissues and slice explant cultures of postnatal rat hypothalami [J]. Endocrinology,1999,140(2):791-799.

[5] 郝俊偉,趙宏,陳伯英.促性腺激素釋放激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究進展[J].國外醫(yī)學(xué)生理病理科學(xué)與臨床分冊,2005,25(3):204-206.

[6] 潘瓊,宋小白,秦津,等.哺乳動物促性腺激素細胞研究進展[J].動物醫(yī)學(xué)進展,2008,29(7):63-66.

[7] 張家驊.家畜生殖內(nèi)分泌學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2007.

[8] 張樟進,任惠民,胡海濤,等.雄性大鼠下丘腦促黃體生成素釋放激素神經(jīng)元系統(tǒng)的年齡相關(guān)性變化[J].解剖學(xué)報,1994,25(1):22-27.

[9] DUDAS B,MIHALY A,MERCHENTHALER I,et al. Topography and associations of luteinizing hormone releasing hormone and neuropeptide Y immunoreactive neuronal systems in the human diencephalons[J]. Comp Ne- urol,2000,427(4):593-603.

[10] 王強,侯正錄.GnRH的研究進展[J].生物學(xué)雜志,2003,20(5):40-41.

[11] HUANG W Q,YAO B,SUN L,et al. Lmmunohistochemical and insitu hybridization studies of GnRH and its receptor[J]. Life Science,2001,68(15):1727-1731.

[12] LIN X W. Mumtions at the xonsensus phosphorylation sites in the third intracellular loop of the rat gonadotropin-releasing hormone receptor:Effects on receptor ligand binding and signal transduction[J]. Biology of Reproduction,1998(59):1470-1476.

[13] ROBERT G. Gonadotropin-releasing hormone receptor initiates multi- ple signaling pathways by exclusively coupling to Gq/11 proteins[J]. The Journal of Biological Chemistry,2000,275(13):9193-9200.

[14] 陳蕾,劉麗宏.培養(yǎng)的大鼠胃平滑肌細胞GnRH受體的免疫組織化學(xué)及原位雜交研究[J].解剖學(xué)報,2002,33(2):21.

[15] 郭紅宇,高云荷.GnRH類似物的研究進展[J].中國實用婦科與產(chǎn)科雜志,2005,21(11):694-696.