增食欲素及其生理功能研究进展

增食欲素及其生理功能研究进展

李宗付邓雪娟

近几年，在下丘脑发现了可促进食欲且来源于同一前体的两种新神经肽：增食欲素Ａ和Ｂ（ｏｒｅｘｉｎＡ和Ｂ），它们可激活两种密切相关且与Ｇ蛋白偶联的细胞表面受体（ＧＰＣＲｓ）。研究显示它在增加摄食、饮水，调节睡眠觉醒周期、生殖、体温、血压和感觉等方面有广泛作用。本文综述了增食欲素的基因及蛋白质结构、组织分布和功能，以及增食欲素受体，探讨了增食欲素的作用机理，并对其在动物生产中的应用前景作了展望。

１增食欲素发现的背景

１９４０年有学者研究发现，下丘脑腹内侧（ＶＭＨ）损伤可使动物出现过量进食的现象，提示ＶＭＨ可能存在一个进食中枢。１９９８年Ｙａｎｇｉｓａｗａ研究小组在美国德克萨斯大学西南医学中心与宾夕法尼亚州史克药厂及英国贝克曼实验室的研究人员合作，在探索能控制进食新药的实验中在大鼠下丘脑腹外侧发现了两种新的与能量代谢有关，而与瘦素作用相反的神经肽：增食欲素Ａ和Ｂ。增食欲素（ｏｒｅｘｉｎ）完全是一种现代分子筛选技术实验过程中的意外收获。因为所有的已知小调节肽（小肽激素和神经肽）都是通过作用于Ｇ蛋白偶联的细胞表面受体（ＧＰＣＲｓ）起作用的，所以Ｙａｎｇｉｓａｗａ研究小组分析了许多编码Ｇ蛋白受体的ｃＤＮＡ序列，在各种组织，包括脑的各个部位提取物中用高分辨的高效液相色谱法（ＨＰＬＧ）来筛选作用于Ｇ蛋白受体的神经肽，在下丘脑腹外侧及邻近区域发现了两种新的神经多肽，并命名为增食欲素Ａ和Ｂ（希腊语ｏｒｅｘｊｎ意为食欲）。中文还有食欲素、胖素、阿拉新素等不同译名。２增食欲素的结构

２．１蛋白质结构

ＯｒｅｘｉｎＡ和ｏｒｅｘｉｎＢ都来自同一前体原。从大鼠中分离出的增食欲素Ａ由３３个氨基酸残基组成，相对分子质量为３５６２，Ｎ－端是焦谷氨酰的残基，Ｃ－端被酰胺化，４个Ｃｙｓ残基形成两套链内的二硫键。从牛脑中分离的增食欲素Ａ序列与大鼠完全一致。增食欲素Ｂ由２８个氨基酸残基组成，相对分子质量为２９３７，Ｃ－端也被酰胺化，有４６％的序列与增食欲素Ａ一致。采用ＲＴ－ＰＣＲ、５＇－ＲＡＣＥ及３＇－ＲＡＣＥ技术，获得了编码大鼠增食欲素前体原的全长ｃＤＮＡ（５８５ｂｐ）。在起始密码与ＡＴＧ后的开放阅读框架编码１３０个残基的多肽（增食欲素前体原，Ｐｒｅｐｒｏ－ｏｒｅｘｉｎ）起始的３２个残基具有信息肽的特征，Ａｌａ３２－Ｇｌｎ３３是信号肽切割位点，Ｇｌｎ３３￣Ｇｌｎ６６与增食欲素Ａ的序列相同；Ｌｙｓ６７－Ａｒｇ６８是一对碱性氨基酸，是激素原转化酶的识别位点；Ａｒｇ６９￣Ｍｅｔ９６与增食欲素Ｂ的序列一致，随后的Ｇｌｙ－Ａｒｇ－Ａｒｇ序列是Ｃ－端酰胺化信号。可见，增食欲素前体原基因首先编码增食欲素前体原，随后切除信号肽产生增食欲素原，后者在激素原转化酶的催化下裂解为２段多肽，其中Ｇｌｎ３３￣Ｇｌｙ６６的Ｎ－端及Ｃ－端在酶的催化下分别生成焦谷氨酸及甘氨酰胺残基，即为增食欲素Ａ；另一段多肽的Ｇｌｙ９７发生酰胺化后，即为增食欲素Ｂ。增食欲素Ａ及增食欲素Ｂ的氨基酸与任何已知的多肽无相似之处。已克隆的增食欲素前体ｃＤＮＡ及人和小鼠增食欲素基因序列分析显示：人和小鼠增食欲素Ａ的氨基酸序列与大鼠和牛的完全一致，而人增食欲素Ｂ序列中有两个氨基酸不同于啮齿类动物。从总体来说，人和大鼠的ｏｒｅｘｉｎ前体原有８３％完全相同，而小鼠和大鼠则有９５％完全一致。由于氨基酸序列的差异主要存在于增食欲素前体羧基端（Ｃ端），其编码另一活性肽的可能性不大。

２．２基因结构

迄今为止，大鼠和人类的ｏｒｅｘｉｎ前体原基因已分离克隆成功，并完成了基因全序列的测定。人的ｏｒｅｘｉｎ前体原基因长１４３２ｂｐ，有２个外显子，被１个内含子所分隔。第１个外显子长１４３ｂｐ，包括５＇－端非翻译区和Ｎ－端前７个氨基酸残基信号序列的编码区；第２个外显子长度为４７３ｂｐ，含剩余的开放阅读框架，即编码Ｎ－端８￣３３氨基酸残基的信号序列和ｏｒｅｘｉｎ前体原以及３＇－端非翻译区。人的ｏｒｅｘｉｎ前体原ｍＲＮＡ除了多聚Ａ尾巴外，还含有６１６个核苷酸。在转录的起始点上游２９１处有增强子区域。转录起始点下游１０８～１１０是ＴＧＡ终止密码子，随后１２３～１２５有ＡＴＧ起

李宗付，中国农业科学院饲料研究所科技研发中心，１０００８１，

北京市海淀区中关村南大街１２号。

邓雪娟，单位及通讯地址同第一作者。

收稿日期：２００７－０９－２７

《饲料工业》·２００７年第２８卷第２３期营养研究

始密码子。猪与人的ｏｒｅｘｉｎ前体原、ｃＤＮＡ有８．５％的同源性。

３增食欲素受体的特征

Ｓａｋｕｒａｉ等是用表达ＨＦＧＡＮ７２受体的细胞筛选其激动剂时发现了增食欲素，故ＨＦＧＡＮ７２受体即是增食欲素受体，后又证实为ｏｒｅｘｉｎＡ（Ｏｘ１Ｒ）。在各种类别的Ｇ蛋白偶联受体中，Ｏｘ１Ｒ的结构与某些神经肽受体最为相似。成功地转染人Ｏｘ１ＲｃＤＮＡ的ＣＨＯ细胞具有结合１２５Ｉ－增食欲素Ａ的能力，放射配体结合可被非标记增食欲素Ａ以剂量依赖的方式抑制，但不被非相关肽（ＭＰＹ内皮素－Ｔ等）抑制。增食欲素Ａ同样能使成功表达Ｏｘ１Ｒ的ＣＨＯ细胞内的Ｃａ２＋浓度增加。以上结果均说明Ｏｘ１Ｒ是增食欲素Ａ的特异性受体。

同样，增食欲素Ｂ也是Ｏｘ１Ｒ的激动剂，但增食欲素Ｂ与Ｏｘ１Ｒ的亲合力明显低于增食欲素Ａ，表明可能存在与增食欲素Ｂ的亲合力结合的另一种增食欲素受体。随后，Ｓａｋｕｒｉ等克隆了人、大鼠Ｏｘ２ＲｃＤＮＡ。人的Ｏｘ１Ｒ和Ｏｘ２Ｒ的氨基酸序列与大鼠的相比分别有９４％和９５％相同。提示这两种受体的基因在种系发育中是非常保守的。放射配体结合发现，成功转染人Ｏｘ２ＲｃＤＮＡ的ＣＨＯ细胞与增食欲素Ｂ具有高亲合力，但同时Ｏｘ２Ｒ与增食欲素Ａ的亲合力也很高，故可认为Ｏｘ１Ｒ是增食欲素Ａ的选择性受体，而Ｏｘ２Ｒ则是一种对增食欲素Ａ及Ｂ非选择性的受体。放射杂交作图发现，人Ｏｘ１Ｒ基因位于染色体１ｐ３３，而Ｏｘ２Ｒ基因位于染色体６ｃｅｎ（ｐ１１－ｑ１１）。

４增食欲素及其受体的组织分布

用ＮｏｒｔｈｅｒｎＥＰ印迹分析人脑的不同区域（不包括下丘脑）的结果表明，增食欲素前体的ｍＲＮＡ仅见于丘脑下核，而在人的心、脑、胎盘、肺脏、肝脏、骨骼肌、肾脏、胰脏未检测到增食欲素前体ｍＲＮＡ。用Ｎｏｒｔｈｅｒｎ印迹分析成年大鼠的组织发现，０．７ｋｂ的增食欲素前体的ｍＲＮＡ除在睾丸有少量的表达外，几乎仅在脑中表达，而Ｏｘ１Ｒ、Ｏｘ２Ｒ的ｍＲＮＡ也仅在脑组织中被发现，这些观察结果与认为增食欲素是一种在中枢神经系统内起作用的调节肽的想法一致。

用免疫组化和原位杂交研究大鼠脑发现含ｏｒｅｘｉｎ的神经元，在下丘脑及下丘脑腹部两侧呈对称的不连贯分布。在下丘脑中，阳性神经元见于侧部和后部区域及穹隆周围核中。在下丘脑的腹侧，也有阳性神经元分布。阳性神经元的形状各异，从瘦小的纺锤形到大的多极状。一些与进食有关的部位如室旁核、腹内侧核、弓状核均未见阳性神经元。Ｍｏｎｄａｌ等用放免法分析肥胖大鼠发现ｏｒｅｘｉｎ广泛分布于间脑和脑干的核中，包括室旁核和弓状核等，在这些核中ｏｒｅｘｉｎ分子主要是内源性的。这表明ｏｒｅｘｉｎ是一种神经调质或神经递质或两者皆是，它在多种神经网络内调节自分泌和神经内分泌。用放免法分析ｏｒｅｘｉｎＡ和ｏｒｅｘｉｎＢ发现，ｏｒｅｘｉｎ大量分布在下丘脑、延髓－脑桥和中脑，大脑皮层也含ｏｒｅｘｉｎ，而内脏器官和脂肪组织没有。Ｏｘ１Ｒ和Ｏｘ２Ｒ仅存在于脑组织中，且它们在脑中的分布也有显著差异。在下丘脑腹内侧核Ｏｘ１ＲｍＲＮＡ含量最高，而室旁核则以Ｏｘ２Ｒ为主。在海马结构、中缝背核和蓝斑区Ｏｘ１ＲｍＲＮＡ含量较高，Ｏｘ２ＲｍＲＮＡ主要在大脑皮层、底丘脑和丘脑室旁核、视前核表达。Ｏｘ１ＲｍＲＮＡ出现在下丘脑表明它有调节摄食的作用，但其在中枢广泛分布提示ｏｒｅｘｉｎ可能还有其它功能，现已发现增食欲素能调节摄食、能量平衡、饮水、生殖、睡眠、血压和体温等。

但也有不同结论，研究发现，增食欲素原（即增食欲素的前体）ｍＲＮＡ在睾丸中表达，但不在卵巢中表达，Ｏｘ１ＲｍＲＮＡ也在垂体腺、肾上腺、甲状腺、肾、睾丸、卵巢、空肠、棕色脂肪组织（ＢＡＴ）等处少量表达，Ｏｘ２ＲｍＲＮＡ也在肾上腺、肺、垂体等处表达，同时发现在不同性别、不同组织器官中表达有显著性差异。５增食欲素的功能

５．１增食欲素与瘦素（ｌｅｐｔｉｎ）的关系

瘦素和增食欲素都是新近发现的主要作用于下丘脑，且对体重调节作用截然相反的多肽。瘦素可降低体重，增食欲素可能提高体重造成肥胖，它们之间是否有一定的联系，Ｋｏｋ等最新的配对研究结果表明，发作性睡眠症患者其增食欲素缺乏，平均２４ｈ血浆瘦素水平明显降低，且其昼夜分泌节律消失。同时Ｓｗｉｔｏｎｓｋａ等报道了给大鼠皮下注射增食欲素Ａ，６０ｍｉｎ后显著提高了血瘦素和胰岛素水平。与此相对应，Ｂｅｃｋ等发现连续７ｄ给大鼠腹腔注射瘦素后，下丘脑增食欲素Ａ含量显著降低；Ｋｏｍａｋｉ等的研究结果也表明，禁食引起二者的变化趋势正好相反。这些至少说明瘦素和增食欲素在某种程度上相互影响、相互作用，但其关系到底如何，还有待进一步研究。另外，Ｈｏｒｖａｔｈ等对大鼠和猴脑的研究结果证明了瘦素受体（Ｌｅｐ－Ｒ）出现在绝大多数富含增食欲素的神经元中，增食欲素和既含ＮＰＹ又含Ｌｅｐ－Ｒ的神经元有直接的突触联系，增食欲素能增加ＮＰＹ的释放，导致摄食增