内分泌因子调控脊椎动物的生殖和生长的作用

　　作者：林浩然　　作者单位：林浩然(中山大学水产经济动物研究所 广州　510275

　　摘要：脊椎动物的生长与生殖活动有着密切的联系并相互作用。许多调节生长和代谢活动的内分泌因子对青春期或者性腺的发育产生影响。同样，调节生殖活动的许多激素亦同时对生长和代谢产生影响。近年来，我们和其他学者对鱼类生长和生殖的神经内分泌调节的相互作用进行了研究，主要的进展是：①在促进性腺的激素影响生长方面，发现促性腺激素释放激素(GnRH)和多巴胺都能和脑垂体生长激素细胞的特异性受体结合而刺激生长激素释放，并能提高生长速率；而性类固醇激素能调节脑垂体生长激素的分泌活动。②在生长激素对性腺的作用方面，发现生长激素能促进鱼类性腺发育和成熟；在鱼类性腺有直接结合生长激素以及传递生长激素作用的胰岛素样生长因子(IGF)的作用位点，对性腺产生作用。总的看来， 鱼类生殖与生长的神经内分泌调节有着密切联系，这和高等哺乳类很相似。但是，在鱼类研究取得的一些新发现是在哺乳类和其他脊椎动物研究中还没有阐明的，因而值得进一步深入研究。　　关键词：鱼类；生长激素；促性腺激素；生长；生殖；神经内分泌调节　　中图分类号：Q453，Q959.4　文献标识码：A　文章编号：0254-5853(2000)01-012-05

THE INTERACTIONS OF NEUROENDOCRINE REGULATIONON REPRODUCTION AND GROWTH IN FISH

LIN Hao-ran(Institute of Aquatic Economic Animals,Zhongshan University,Guangzhou　510275　ls32@zsulink.zsu.edu.cn)

　　Abstract：Interaction between growth and reproduction occurs in many vetebrates.The endocrine factors which regulate growth and metabolism are also affected on puberty and gonadal development.Similarly，the hormones which effect on reproduction are also influ-enced　on　growth　and　metabolism.Recent　studies　onfish revealed the neuroendocrine interactions between the gonadotropic axis and the somatotropic axis.For example，gonadotropin-releasing hormone (GnRH) and dopamine could stimulate the release of growth hormone，sex steroid could modulate growth hormone secretion；also，growth hormone could accelerate gonadal development and maturation.Some new findings from studies on fish have not yet been obtained in mammals and other vertebrates are remains to be further investigated.　　Key words：Fish；Growth hormone；Gonadotropin；Growth；Reproduction；Neuroendocrine regulation

　　许多脊椎动物的生长与生殖活动有着密切的联系并相互作用，在鱼类生活史的一些阶段尤为明显。例如，鲑科鱼类和其他一些鱼类在头一年投饵丰富和生长良好能使其后的性成熟率明显提高；生长速率包括营养状况亦影响到雌鱼的生殖力和卵的大小。相反，生殖周期的不同时期对生长的影响亦很大，通常在配子生成的初期生长速率较快，而在性腺成熟期和产卵期生长明显减缓。雌雄同体进行性反转的鱼类和其他一些鱼类，常出现生长的雌雄双态现象(dimorphism)。甚至在人工激素诱导或者用基因工程技术来调控动物的生长或者生殖活动时，亦往往会对另一方面产生明显影响，例如，表达生长激素基因的转基因鼠或转基因猪虽生长较快却生育力低或者不育；转基因鱼亦出现类似情况。许多调节生长和代谢活动的神经内分泌因子都会影响到动物的青春期或者性腺发育成熟；同样，调节生殖活动的许多激素往往亦同时对生长和代谢产生影响。这说明在生长和生殖活动之间存在着相互联系的神经内分泌调节机理。　　在鱼类养殖生产中，选择比较理想的养殖品种时通常考虑的标准是：生长快速且体形较大，早熟且生殖力较强；其次是肉质好、抗病能力强等等。生长和生殖是密切联系的，从经济观点看，增加生长的优势而影响生殖的优势，或者相反，都是不可取的。一个养殖品种只有同时能发挥生长和生殖的优势，才是真正的优良品种。因此，对鱼类生长和生殖之间的相互关系以及对它们的神经内分泌调控机理的深入研究和了解不仅具有重要的理论意义，而且必将对提高鱼类养殖产量起重大作用。　　近年来我们和其他许多学者对鱼类的生长和生殖活动神经内分泌调节的相互作用进行研究，取得的进展主要有：①在促进性腺的激素影响生长激素分泌活动和鱼体生长方面，发现促性腺激素释放激素(GnRH)和多巴胺都能和脑垂体生长激素细胞的特异性受体结合而刺激生长激素释放，并能提高生长速率；而性类固醇激素(雌二醇、睾酮等)能调节脑垂体生长激素的分泌活动。②在生长激素对性腺的作用方面，发现生长激素能促进鱼类性腺发育和成熟；生长激素以及传递生长激素作用的胰岛素样生长因子(IGF)在鱼类性腺都有直接结合的作用位点，对性腺产生作用。

1　促性腺激素对生长激素(GH)分泌活动和鱼体生长的影响

1.1　促性腺激素释放激素(GnRH)　　GnRH是刺激脑垂体促性腺激素(GtH)释放的主要激素，最近对一些鱼类研究证明，GnRH亦起着GH释放因子的作用。GnRH及其高活性类似物能刺激金鱼、鲤鱼和罗非鱼的在体和离体脑垂体释放GH(林信伟等，1993，1994；Lin等，1993；Melamed等，1995)。在脊椎动物已经鉴别的8种GnRH都能刺激GH释放，其中以sGnRH活性最强，依次是mGnRH(哺乳类)、c-GnRH-Ⅱ(鸡-Ⅱ)、cf GnRH(鲶鱼)、df GnRH(鲨鱼)、cGnRH-Ⅰ(鸡-Ⅰ)、lGnRH-Ⅰ(七鳃鳗-Ⅰ)和lGnRH-Ⅲ(七鳃鳗-Ⅲ)(Habibi等，1992)。这些GnRH刺激GH释放的作用出现于性腺发育的不同时期，是剂量依存的和不分性别的。Cook等(1991)采用抗生物素蛋白-金(avidin-gold)技术和电镜观察发现金鱼脑垂体的GH细胞和GtH细胞表面都有GnRH的特异性受体，从而证明GnRH对金鱼能直接刺激GH细胞释放GH。GnRH肽的结构与功能研究进一步表明脑垂体生长激素细胞和促性腺激素细胞虽然都有和GnRH特异性结合的受体，但它们的功能不同。例如，［组氨酸8］-、［亮氨酸8］-、［蛋氨酸8］-和［酪氨酸8］-等mGnRH的类似物都具有和sGnRH相似的刺激金鱼离体脑垂体GH释放的活性，但对刺激GtH释放的活性却比较弱(Habibi等，1992)；又如，一种颉颃性GnRH类似物［Ac-△3-Pro1，4FD-Phe2，D-Trp3，6］-sGnRH能阻断sGnRH对GtH释放的刺激作用，但其本身都能刺激GH释放(Murthy等，1993，1994)；而另外两种颉颃性GnRH类似物［Ac-△3-Pro1，4FD-Phe2，D-Trp3，D-Arg6］-mGnRH和［Ac-D(2)-Nal1，4Cl-D-Phe2，D(3)-Pal3,6，Arg5，D-Ala10］-mGnRH(Murthy等，1994a，b)却阻抑GH释放而刺激GtH分泌。这些研究结果表明当GnRH及其类似物和GtH细胞的特异性受体结合能影响GtH释放，而它们和GH细胞的特异性受体结合时就会影响GH释放。这样，GnRH实际上亦起着GH释放因子的作用。 不过，Blaise等(1995)对虹鳟和Bosma等(1995)对非洲鲶鱼的离体与在体实验都未能证实GnRH刺激GH释放，亦未发现GH细胞有可以和GnRH特异性结合的受体。因此，GnRH刺激GH释放的作用在鱼类可能具有种族特异性。　　GnRH对GH释放的刺激作用在哺乳类只出现在某些病态的人体，如厌食、肢端巨大症、精神分裂症、抑郁和海洛因瘾。切除脑垂体后仍带有异位脑垂体的鼠，用mGnRH可以刺激GH的释放。这些由GnRH引起的GH非特异性释放，可能是来自GnRH对脑垂体以外(可能是下丘脑)的反应，亦可能是由于哺乳类GH细胞上存在着不正常的受体。不过，Le Gac等(1992a)亦曾报道，mGnRH刺激鼠离体脑垂体GH细胞分泌GH的情况和哺乳类生长激素释放激素(GHRH)的作用很相似，表明GnRH亦可以刺激正常的哺乳类脑垂体GH细胞释放GH。因此，GnRH刺激GH分泌有可能广泛存在于脊椎动物，这还有待研究。　　进一步的研究证明刺激鱼类GH释放的高活性GnRH类似物能促进鱼体生长。例如，腹腔注射GnRH的高活性类似物能提高金鱼生长速率；肌肉注射可以缓慢释放的［D-Trp6］-mGnRH明显加快金鱼生长(Peng等，1997)；我们给鲤鱼腹腔注射LHRH-A(0.1～1.0mg/kg体重，每周1次)和给草鱼投喂LHRH-A(1～10μg/g饲料)都促使它们的生长速率明显提高(Lin等，1995a，b)。1.2　多巴胺　　在鱼类生殖的神经内分泌调节机理研究中，已证明多巴胺通过和脑垂体GtH细胞的D-2型受体结合而抑制GtH释放；而在鱼类生长的神经内分泌调节机理研究中则表明注射多巴胺、多巴胺D1/D2受体激动剂阿朴吗啡(apomorphine)和多巴胺前体L-多巴胺都能促进金鱼、草鱼、鲤鱼(王黎等，1997，1998)和罗非鱼(Melamed等，1995)的GH释放。阿朴吗啡能刺激静态孵育和灌流孵育系统中分散的金鱼脑垂体GH细胞释放GH，表明多巴胺直接作用于脑垂体水平影响GH分泌活动。使用不同类型的多巴胺受体激动剂和拮抗物，证明多巴胺是和金鱼脑垂体生长激素细胞的D-1型受体结合而刺激GH释放(Wong等，1992)。放射自显影研究表明D-1型受体分布在生长激素细胞集中的金鱼脑垂体中腺垂体区(Wong等，1993a)，进一步证实D-1型受体参与多巴胺调节GH分泌活动。注谢或投喂阿朴吗啡亦能显著提高金鱼(Wong等，1993b)和草鱼(Lin等，1998)的生长速率。由此可见，多巴胺作为调节鱼类脑垂体激素分泌活动的神经内分泌因子是多功能的，既能抑制GtH释放而影响生殖活动，又能刺激GH释放而促进生长。1.3　性类固醇激素　　已证明在哺乳类性类固醇激素对身体生长有直接刺激作用，还可以通过调节和生长有关的内分泌因子而影响生长激素的产生。鱼类性类固醇激素和生长速率有密切联系。例如鲑鳟血液中雄激素的缓慢增加和生长速率提高相一致；使用外源雄激素(如17α-甲基睾酮)能显著促进银大麻哈鱼生长。但这种促进生长的作用机理是否是由于性类固醇激素刺激GH释放所致，尚未证实。　　加拿大学者和我们的最近研究直接证明性类固醇激素对GH分泌有明显促进作用。Trudeau等(1992)给生殖周期各个时期的雌鲤埋植雌二醉5天后能使血液GH含量明显升高，而且还能增强离体脑垂体对sGnRH刺激GH释放的反应。我们对雌鲤的研究表明埋植雌二醇能刺激性腺退化的雌鲤GH释放，但对性腺正在发育和性腺成熟的雌鲤则没有影响；对性腺成熟的雌鲤，埋植雌二醇后能明显增强sGnRH-A刺激GH释放的作用，而埋植睾酮后没有这种作用，但对性腺退化的雌鲤，埋植雌二酮或睾酮后都明显增强sGnRH刺激GH释放的作用。同样，埋植雌二醇(5天后)的性腺发育与性腺退化雌鲤，其脑垂体在离体的灌流系统中经sGnRH刺激亦都表现出较强的GH释放反应(Lin等，1995b)。这说明鱼类性腺产生的类固醇激素能通过正反馈作用，在生殖周期的一定时期增强GnRH刺激脑垂体生长激素细胞释放GH反应。

2　生长激素对性腺发育和生殖活动的影响

　　近年来的研究证明生长激素对鱼类的性腺发育和生殖活动有明显促进作用。2.1　在性腺成熟和排卵时明显升高　　例如，白亚口鱼雌鱼产卵时血液的GH含量比产卵前升高一倍，直到产卵后仍保持高水平(Stacey等，1984)。雌性和雄性金鱼在排卵期间血液中的GH含量明显升高并出现和GtH含量相似的高峰，持续14～24h(Yu等，1991)。罗非鱼(Oreochr-omis mossambicus)雌鱼在哺幼期间脑垂体生长激素含量比性腺发育期间增加50%～70%，而血液中生长激素含量增加4倍。这种由GnRH刺激的脑垂体大量分泌GH和GtH的反应很可能通过一个共同的或者互相密切联系的神经传递通路而实现。2.2　直接促进性腺组织产生性类固醇激素　　例如用卵黄发生期的金鱼卵巢滤泡和GtH或鲤鱼生长激素进行离体孵育，鲤鱼生长激素虽然未能刺激雌二醇生成，但能显著增强GtH刺激雌二醇生成的作用(Van Der Kraak等，1990)。同样，鲤鱼生长激素亦能明显增强HCG刺激排卵前卵母细胞滤泡产生睾酮的作用。进一步的研究还表明，鲤鱼生长激素增强GtH刺激雌二醇生成的作用不仅表现剂量依存关系，而且还表现激素的种族特异性，因为鲑鱼GH对金鱼的作用不及鲤鱼GH，而牛GH的作用更小。用云纹犬牙石首鱼性腺正在发育雌鱼的卵巢碎片分别和牛生长激素与HCG进行孵育，都能刺激卵巢产生cAMP和类固醇激素；而两者同时和卵巢作用产生的类固醇激素量超过分别单独作用产生的类固醇激素量，并且呈剂量依存关系，表明这两种激素的作用是累加性的，而生长激素直接刺激卵巢滤泡产生类固醇激素生成可能是腺苷环化酶-cAMP系统起媒介作用(Singh等，1991)。2.3　促进卵母细胞生成卵黄蛋白原　　用牛生长激素与雌二醇和欧洲鳗鲡雌鳗的肝细胞一起孵育，孵育液中卵黄蛋白原含量显著超过单独使用雌二醇的孵育液，表明生长激素能明显增强由雌二醇诱导的肝细胞合成卵黄蛋白原的作用，尽管生长激素单独使用并无刺激卵黄蛋白原生成的作用(Peyon等，1996)。另有报道表明经生长激素处理的肝细胞的雌二醇受体增加(Mori等，1992)。这可能就是生长激素增强雌二醇作用的机理，即生长激素诱导肝细胞的雌二醇受体生成，从而增强肝细胞对雌二醇的反应性。Le Gac等(1992b)用125I标志的基因重组鳟鱼GH和部分纯化的鳟鱼卵巢滤泡膜进行孵育，证明GH能与卵巢滤泡膜特异性结合，未性成熟的1龄雌鱼最高结合率为27.8%；性成熟雌鱼卵黄生成开始时为2.2%，产卵前上升为6.25%。这表明生长激素直接参与虹鳟卵巢发育的调节。2.4　通过胰岛素样生长因子而作用于性腺 已证明鱼类生长激素促进生长的作用，部分是通过胰岛素样生长因子传递的。同样，一些研究结果表明生长激素亦可能通过胰岛素样生长因子而作用于性腺。例如，日本的Kagawa等(1995)发现IGF-Ⅰ能直接作用于真鲷的卵母细胞，诱导它们达到最后成熟(GVBD)和产生17α，20β-二羟黄体酮。免疫细胞化学研究显示IGF-Ⅰ主要分布在卵母细胞滤泡的颗粒细胞层，免疫反应在卵黄生成初期较强，而随着卵母细胞发育成熟到最后成熟期，免疫反应逐渐减弱，证明滤泡的颗粒细胞层是鱼类卵巢合成IGF-Ⅰ的主要部分，它可能参与颗粒细胞增殖和雌激素合成。Maestro等(1995)对鲤鱼、褐鳟和银大麻哈鱼的研究表明IGF-Ⅰ能和卵母细胞滤泡的膜细胞与颗粒细胞的膜受体特异性结合，其结合率依生殖周期而变化，在卵母细胞发育的初期最高，在卵黄生成的末期最低；但在排卵前结合率又出现一个高峰，这可能和能量摄取有关，因为卵母细胞在最后成熟即减数分裂时的代谢活动增强，而IGF-Ⅰ能促进葡萄糖的摄取。用放射免疫测定技术在颗粒细胞和膜细胞的孵育介质中都能检测到有免疫反应的IGF-Ⅰ，进一步证明IGF-Ⅰ在鱼类卵巢发育成熟过程中起着重要作用。Le Gac等(1995)对鳟鱼精巢的研究表明：①IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ的mRNA能在鳟鱼精巢发育的各个时期表达；②鳟鱼的整个精巢制品或分离的精细胞都有和125　I-IGF特异性结合的受体，IGF-Ⅰ的结合亲和力大于IGF-Ⅱ；③IGF-Ⅰ mRNA和IGF受体存在于精巢谢尔托利氏细胞和精原细胞，而IGF-Ⅱ mRNA出现在除精子细胞和精子外的各个时期精原细胞与精母细胞中；④IGF-Ⅰ或IGF-Ⅱ和鳟鱼精巢分离出来的精原细胞一起孵育，能刺激3H-胸苷结合到生殖细胞的DNA中，其中，IGF-Ⅰ的作用要比IGF-Ⅱ强3～5倍。这些研究结果进一步证明IGF在精巢组织通过旁分泌和自分泌作用在精子生成的早期调控生殖细胞的增殖和分化。　　总的看来，鱼类生殖和生长的神经内分泌调节有着密切联系，这和高等的哺乳类很相似，例如，性类固醇激素能对生长激素分泌活动起调节作用；而生长激素能明显增强促性腺激素的作用，影响性腺的发育成熟，以及通过性腺的IGF而起作用等。但是，一些新发现是却是仅在鱼类中存在，例如，促性腺激素释放激素(GnRH)具有调节促性激素和生长激素分泌活动的双重作用；在卵巢和精巢存在着功能性的生长激素受体；IGF对鱼类生殖细胞(如精原细胞)的增殖与分化有直接的调节作用等。此外，最近已证实鱼类存在着生长乳素(somatolactin)，它是生长激素/催乳激素族蛋白激素中的新成员，初步研究表明其功能除了参与渗透压和离子平衡的调节之外，还能在生殖活动中起重要调节作用，如大西洋鳟鱼，性成熟鱼血液中的生长乳素要比未成熟鱼高；银大麻哈鱼血液中生长乳素含量随着性腺发育成熟而逐渐增高，并在最后成熟和产卵时达到高峰；用银大麻哈鱼卵细胞滤泡和精巢碎片进行孵育直接证明生长乳素能刺激性腺类固醇激素生成(Ono等，1994)。这方面的研究正在深入进行。

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