KisspeptinsGPR54系统及其在动物性发育中的作用

的合成和分泌是至关重要的。如果ＧｎＲＨ分泌无
脉冲性，或其脉冲频率降低，幅度减小，均可引起ＬＨ
和ＦＳＨ的分泌减少，并导致动物个体不能正常进入
性发育期。近几年，国内外的研究结果发现，ｋｉｓｓｐｅｐ—
ｆｉｎｓ／ＧＰＲ５４系统对ＧｎＲＨ脉冲式释放的激活起到了
Байду номын сангаас
重要作用，是动物性发育启动的调节器。作者就
ｂｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ＧＰＲ５４系统的最新研究进展综述如下。
ＫＩＳＳｌ基因不只在哺乳动物体内存在。ｖａｎ Ａｅｒｉｅ等（２００８）克隆出了斑马鱼基因组中的ＫＩＳＳｌ 基因，这是首次鉴定出非哺乳动物的ＫＩＳＳｌ基因。 虽然在整个基因序列上，斑马鱼的序列与哺乳动物 的序列相比保守性较弱，但在结构上，斑马鱼序列
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遗传繁育
中国畜牧兽医 ２００９年第３６卷第１２期
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图１人类ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ的结构特点 注：本图源自Ｔｅｎａ—Ｓｅｍｐｅｒｅ（２００６）。
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Ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ＧＰＲ５４系统及其在动物性发育中的作用
张营ｈ２，郁建锋１。顾志良１
（１．常熟理工学院生物系。常熟２１５５００；２．苏州大学基础医学与生物科学学院，苏州 ２１５１２３）
摘要：促性腺释放激素（ｇｏｎａｄｏｔｒｏｐｉｎ－ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｈｏｒｍｏｎｅ。ＧｎＲＨ）脉冲式释放的激活是动物性发育的关键。研究结果发
万方数据
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３ ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ＧＰＲ５４信号通路 到目前为止，对ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ＧＰＲ５４系统的研
究主要集中在它的功能方面，包括它对生殖轴的调 控和对肿瘤细胞转移的抑制。而对ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ ＧＰＲ５４系统的胞内信号通路方面的研究还处在起 步阶段。Ｗａｈａｂ等（２００８）对成年雄性罗猴的研究结 果发现，动物机体能量不足引起的ＧｎＲＨ分泌减少 是由ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ＧＰＲ５４信号的减弱直接导致的。
ｆｉｎ（Ｌｅｅ等，１９９６）。当它被发现具有调控性发育起
始的作用后受到了更多的关注。
ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎ是１个含有１４５个氨基酸的亲水性
收稻日期：２００９－０７－－１３ 作者简介：张营（１９８４一），男，山东人，硕士生，研究方向：动物分
子遗传学。 通信作者：顾志良。Ｔｅｌ：０５１２—５２２５１５６２，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈｉｌｉａｎｇｇｕ８８＠
ｈｅｔｍａｉｌ．ｃｏｍ 基金项目：江苏省自然科学基金（ＢＫ２００５０２６）资助。
万方数据
蛋白，其中包括１个含１９个氨基酸的信号序列，１ 个含５４个氨基酸的中间序列和１个酰氨化位点。 ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎ一经产生便会被水解成分别有５４、１４、 １３、１０个氨基酸构成的短肽，分别称为ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎ－ ５４、一１４、一１３、一１０，总称ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ（图１），能以几乎 相同的效率激活ＧＰＲ５４受体。这些短肽都属于 Ｒｆａｍｉｄｅ肽家族，它们羧基末端一般都有一Ａｒｇ－一Ｐｈｅ— ＮＨ２（一－Ｒｉｆａｍｉｄｅ）序列，Ｃｉｌｅｍｅｎｔｓ等（２００１）研究结果 发现，这个特点与它们结合ＧＰＲ５４受体有关，此序 列在人类、啮齿类及硬骨鱼类中高度保守。
胎盘被认为是主要来源。Ｓｅｍｉｎａｒａ等（２００３）研究 结果证实，ＧＰＲ５４的变异与人类无法经历青春期及 特发性促性腺激素分泌不足性腺机能减退症 （ＩＨＨ）有关。ＩＨＨ患者表现为缺乏自发性青春期 发育，性激素和促性腺激素降低，性器官发育不良， 但没有发现下丘脑、垂体的解剖异常。对ＧＰＲ５４ 基因敲除的小鼠的研究结果证实了上面的发现 （Ｆｕｎｅｓ等，２００３）。一次ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ的注射能刺激 促性腺激素的大量增加，对未成熟大鼠的连续注射 会导致性发育的提前。但是外源ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ的注 射带来的ＧｎＲＨ的释放是ＧＰＲ５４依赖的，因为 ＧＰＲ５４突变的小鼠无法对多次使用的ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ 做出反应（Ｍｅｓｓａｇｅｒ等，２００５）。因此，ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ ＧＰＲ５４系统不仅介导性发育的启动，还对之后生殖 系统功能的维持有重要作用。但ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ信号 调控ＧｎＲＨ分泌的分子机理还不是十分清楚，世界 上许多研究人员都正在研究这个问题。 ２．２ ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ＧＰＲ５４系统与ＨＰＧ轴 Ｇｏｔｔ— ｓｃｈ等（２００４）研究结果发现，非常少量（１ ｆｍｏｌ／Ｌ） 的ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ注射到小鼠侧脑室，能引发快速稳定 的ＬＨ和ＦＳＨ的分泌，并表现出较强的剂量依赖 性。类似的试验也在大鼠（Ｍａｔｓｕｉ等，２００４）、绵羊 （Ｍｅｓｓａｇｅｒ等，２００５）中得到验证。Ｇｏｔｔｓｃｈ等 （２００４）研究结果发现，ＧｎＲＨ颉颃剂ａｃｙｌｉｎｅ能阻止 ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ在小鼠、大鼠及猴的脑部引发的ＬＨ和 ＦＳＨ的释放。上述证据表明ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ对性发育 启动是通过刺激下丘脑ＧｎＲＨ的分泌来实现的。
１ ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ＧＰＲ５４系统 １．１ ｌｄｓｓｐｅｐｆｉｎｓ与ＫＩＳＳｌ基因
Ｍｕｉｒ等（２００１）
分离出了ＧＰＲ５４的高度亲和配体，称作ｋｉｓｓｐｅｐ—
ｔｉｎｓ，是ＫＩＳＳｌ基因的产物。其实，作为黑色素瘤
细胞抑制基因ＫＩＳＳｌ的产物，ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ早在
１９９６年就已经被发现了，只是起初被命名为ｍｅｔａｓ－
的一系列神经内分泌活动。其实，在动物刚出生及
出生后的早期阶段，ＨＰＧ轴是活化的，但在性发育
之前的很长一段时间内又失去了活性。促性腺激素
释放激素（ｇｏｎａｄｏｔｒｏｐｉｎ．一ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｈｏｒｍｏｎｅ，Ｇｎ—
ＲＨ）脉冲式释放的激活是性发育启动的关键。Ｇｎ—
ＲＨ脉冲式分泌对垂体促性腺激素一ＬＨ和ＦＳＨ
关键词：ＧｎＲＨ；下丘脑一垂体一性腺轴；ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ＧＰＲ５４系统；信号通路
中图分类号：Ｓ８１３．３
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１－７２３６（２００９）１２－００９３—０４
性发育是动物生长的一个重要阶段，经过性发
育以后，个体能够获得生殖能力并达到性成熟。下
丘脑一垂体一性腺轴（ＨＰＧ）参与了这个发育阶段
ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ对ＧｎＲＨ分泌的刺激作用是由 ＧｎＲＨ神经元上的ＧＰＲ５４受体介导的，ＧＰＲ５４被 定位于ＧｎＲＨ神经元。虽然垂体也表达部分 ＧＰＲ５４，但是垂体上ＧＰＲ５４的功能还没有被研究 清楚。下丘脑的ＧｎＲＨ神经元得到ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ的 刺激信号后分泌ＧｎＲＨ作用于垂体，垂体分泌的促 性腺激素（ＬＨ、ＦＳＨ）作用于性腺，刺激性腺发育， 分泌性腺激素（雌二醇、睾酮等）并促进配子发生。 切除性腺的绵羊的ＡＲＣ中ＫＩＳＳｌ ｍＲＮＡ表达量 增加，性甾体（雌二醇或睾酮）处理后，ＫＩＳＳｌ ｍＲ－ ＮＡ表达减少，而在ＡＶＰＶ中的ＫＩＳＳｌ ｍＲＮＡ的 变化却是完全相反，Ｋａｕｆｆｍａｎ等（２００７）认为这是因 为下丘脑ＡＶＰＶ与ＡＲＣ中的ＫＩＳＳｌ神经元能分 别介导性甾体对分泌的正负反馈调节。以上证据表 明，下丘脑中ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ＧＰＲ５４信号能够协调发 育期及成年动物体内的神经内分泌活动，进而对个 体的发育和生殖进行调控。
人类ＫＩＳＳ １基因位于１号染色体长臂上 （１ｑ３２一ｌｑ４１），由４个外显子和３个内含子构成，５ ７ 端的外显子Ｉ、Ⅱ不翻译，３’端的外显子Ⅲ、Ⅳ部分 翻译（图２）。ＫＩＳＳｌ基因的全部编码序列共有４３８ ｂｐ。小鼠原位杂交结果显示ＫＩＳＳｌ在胎盘中表达 量最高，除此之外，肝脏、胰腺和小肠等器官中也有 较高的表达。在大鼠的脑部ＫＩＳＳｌ表达广泛，下丘 脑的表达量高于脑干和脊髓。下丘脑的弓状核 （ＡＲＣ）和前腹室旁核（ＡＶＰＶ）的分布较为集中，这 与ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ调节ＧｎＲＨ功能有关。另外，ＫＩＳＳｌ 基因的表达也与性别有关，雌性动物脑中ＫＩＳＳｌ ｍＲＮＡ表达量高于雄性，这是因为雌性动物的 ＡＶＰＶ在体积和容量上都要大于雄性动物（Ｂｌｅｉｅｒ 等，１９８２）。除人的ＫＩＳＳｌ基因之外，大鼠、小鼠、绵 羊、欧洲牛等其他多种哺乳动物的ＫＩＳＳｌ基因序列 也已经被报道。
现，ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ＧＰＲ５４系统对ＧｎＲＨ脉冲式释放的激活起到了重要作用，是性发育启动的调节器。在ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ＧＰＲ５４胞 内信号通路方面的研究也已经证实，ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ能通过ＧＰＲ５４受体激活多种信号，以发挥其它功能。另外，光周期、机体能量
储备等也是影响动物性发育的重要因素。
的Ｃ末端也存在编码ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎ－ｌＯ的完整序列（包括 １个酰胺化位点），Ｎ末端也有１个信号序列。ｖａｎ Ａｅｒｌｅ等（２００８）研究结果发现，斑马鱼的ＫＩＳＳｌ基 因被定位于一个在脊椎动物高度保守的基因簇。
外显予Ｉ
外显子Ⅱ
外显ｒⅡｌ
外业ｒＩＶ
图２人类ＫＩＳＳＩ基因结构
１．２ ＧＰＲ５４概述 ＧＰＲ５４属于视紫红质家族中 的孤儿受体。Ｌｅｅ等（１９９６）从大鼠中把ＧＰＲ５４基 因克隆出来。２００１年，人的ＧＰＲ５４基因也被克隆， 被定位于人类２号染色体上，ＧＰＲ５４与加兰肽受体 有４５％的同源性。ＧＰＲ５４基因在人类和大鼠中枢 神经系统广泛表达，包括下丘脑、中脑和脑桥等，此 外，在肌肉、胸腺和睾丸等组织中亦有表达。
Ｃａｓｔａｎｏ等（２００８）研究结果证实，ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ 可以通过ＧＰＲ５４受体活化几种不同的信号通路，包 括典型的Ｇ蛋白（Ｇａｑ／１１）偶联信号通路（Ｎｅｖｅｓ 等，２００２），分裂原活化蛋白激酶（ＭＡＰＫ）信号通路 及与其他的受体相互作用的信号通路。 ３．１ ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ／ＧＰＲ５４ Ｇ蛋白偶联信号通路 Ｒｏａ等（２００７）用ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ处理取自性发育期前 后大鼠的垂体培养细胞（表达ＧＰＲ５４），结果发现细 胞内的Ｃａ２＋浓度升高。Ｃａｓｔｅｌｌａｎｏ等（２００６）对体外 培养的下丘脑组织使用第二信使阻断剂进行处理， 结果发现，阻断磷脂酶Ｃ信号或清空胞内钙池的钙 储存都会完全阻止ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ引发的ＧｎＲＨ的释 放。如果抑制腺苷酸环化酶的活性或阻断胞外钙离 子的内流，ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ引发的下丘脑组织中ＧｎＲＨ 的释放则不受影响。这表明ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ能刺激 ＧｎＲＨ从下丘脑的释放需要ＧＰＲ５４受体介导的对 磷脂酶Ｃ和钙离子的激活，而与ｃＡＭＰ和胞外钙离 子的内流没有关系。Ｃａ２十作为第二信使，在介导 ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ刺激神经内分泌方面起到了重要作用。 因此，Ｃａ２＋通常被用作ｋｉｓｓｐｅｐｔｉｎｓ激活ＧＰＲ５４的 指示物。