哺乳動物促性腺激素釋放激素(GnRH)研究進展

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

摘要從基因結構、合成代謝、神經元分布、生物學功能及生產應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。

關鍵詞GnRH;合成代謝;分布定位;應用

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)是下丘腦分泌產生的十肽神經激素,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)結合,從而刺激促性腺激素(GTH)的產生和釋放,起著調節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,隨著分子生物學發展和免疫酶標定位技術的廣泛應用,研究學者對傳統的GnRH分布定位、生物學功能與其生產應用等觀念有了進一步深入地研究認識。筆者主要從GnRH的基因結構、合成代謝、神經元分布、生物學功能及生產應用等方面進行綜述。

1GnRH多肽的種類及基因結構

目前GnRH家族至少已經有24個類型,哺乳類具有同一化學結構[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,一種出現在下丘腦而作用于腦垂體,稱為GnRH-I;其他1～2種出現在下丘腦以外的腦區,起神經遞質作用,間接參與生殖活動的調節,稱為GnRH-Ⅱ或GnRH-Ⅲ。

GnRH基因內有3個內含子和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的神經內分泌細胞內的核糖體合成一個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/下丘腦組織塊在視交叉處均分為嘴側和尾側兩部分,發現嘴側雖為GnRH神經元胞體的主要分布區域,但它的GnRH含量只占1/4,其余3/4存在于尾側。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信號級聯等調控,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峰至關重要。連續或高頻率的GnRH脈沖會導致GTH細胞的GnRH受體脫敏[5],而導致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、協調地將GnRH釋放入初級毛細血管網的機理以及調控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被內切酶從分子內段裂解為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神經元的形態及分布

GnRH 神經元多為單極,胞體呈橢圓形或梭形,根據細胞表面棘樣結構的有無將神經元分為光滑型和棘型。一般認為,棘樣結構是傳入纖維末梢與GnRH 細胞發生突觸聯系的部位。隨著動物年齡的增長,棘樣結構也逐漸減少[8]。腦內GnRH神經元在分布上具有種屬差異,人和靈長類GnRH神經元主要分布于隔、視前區、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,已基本確定了下丘腦神經分泌細胞中GnRH的分布,下丘腦內GnRH總含量的85%左右集中在正中隆起的弓狀核區,在視前區及第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]。研究發現,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%投射到腦內的其他區域,如嗅區、杏仁體和中腦的中央灰質區域。它們有可能作為神經遞質,調節正常的生殖行為。另外,腦外組織,包括腸、胃、胰臟、卵巢、子宮內膜、胎盤的滋養細胞、輸卵管上皮細胞及交感神經節等器官和組織中也發現有GnRH類似物存在[11]。此外,在腦脊液、乳汁、視網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、內分泌、生殖、消化系統和免疫系統,通過傳遞信息,使各系統達到協調統一。

4GnRH受體

GnRH受體(GnRH mRNA,GnRH-R)是由327個氨基酸構成的糖蛋白,相對分子量37 684,含7個跨膜區,是典型的G蛋白(protein G)偶聯受體。其結構上與其他G蛋白受體顯著不同在于缺少細胞內C-末端的氨基酸尾巴[12]。研究證明,細胞內第2和第3環及C-末端尾巴對于受體與G蛋白結合、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Ca2+流動;GnRH還激活PLA、PLD、MAP激酶途徑,對細胞膜外信號傳導至核內及GTH的轉錄調節發揮作用。

從眾多相關定位研究顯示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特異結合位點[14]。

5GnRH的臨床及生產應用

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

在動物生產繁殖方面[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,從而可以提高發情期受胎率、縮短產后發情時間、提高家畜超排效果和產仔率;也能在一定程度上提早家畜的性成熟、治療母畜卵巢疾病;還能應用于提高公畜精液品質、提高瘦肉率、治療少精無精癥等。

GnRH是神經-免疫-內分泌三大調節系統之間互相聯系的信使之一,在哺乳動物生殖神經內分泌調控中特別是在刺激GTH的合成和釋放方面具有至關重要的調節作用。而GnRH類似物的應用及受體在分子水平上的調控將成為神經內分泌和生殖生物學研究的熱點之一。

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