Nesfatin-1與生殖的相關性研究進展

丁培輝，王雁林，勞凱雪

(濱州醫學院附屬醫院生殖醫學中心，山東 濱州 256600)

Nesfatin-1首次被發現是在2006年，日本學者Oh-I和他的同事在大鼠體內實驗中，證實了它是一種與黑皮質素蛋白相關的飽腹感分子。在接下來的研究中，Nesfatin-1被發現在低級到高級多種動物的中樞神經系統和外周組織中都有表達，且存在多種生物學效能。但Nesfatin-1與生殖系統關系研究較少，本文就Nesfatin-1與生殖各相關方面進行綜述，著重探索Nesfatin-1與卵巢顆粒細胞增殖凋亡的關系。

1 Nesfatin-1

1.1 Nesfatin-1起源

Nesfatin-1是由日本群馬大學Oh-I等人最早提出，是由核組蛋白2(nucleobindin2，NUCB2)衍生而來的一種前體神經肽，基因編碼為NEFA，它可以通過前激素酶裂解成3個不同的小分子片段，即Nesfatin-1、Nesfatin-2、Nesfatin-3[1]。大鼠實驗中分別將這三種片段注入大鼠側腦室，間隔一段時間后發現注入Nesfatin-1的大鼠體重明顯減輕，并且攝食量隨著劑量增加而減少，Nesfatin-2和Nesfatin-3則沒有此明顯作用。繼而，不少學者將Nesfatin-1作為一種調節飲食的多肽類激素進行研究。

1.2 Nesfatin-1分子結構

Nesfatin-1的NUCB2含有兩種組份，分別為24個氨基酸(amino acids，aa)的信號肽和396個aa的蛋白質，此核組蛋白基因位于11p15.1，包括13個內含子和14個外顯子。外顯子3和5之間的基因編碼為Nesfatin-1(見圖1)，通過特異的激素原轉化酶PC1發揮作用后，NUCB2可以在特定的氨基酸位點被剪切形成3個小片段，即Nesfatin-1(1-82aa)、Nesfatin-2(85-163aa)和Nesfatin-3(166-396aa)。雖然Nesfatin-1分子看似結構復雜，但研究發現其在各級哺乳動物間具有高度同源性(見圖2)。豬體內Nesfatin-1特異性的序列位點探針，測定Nesfatin-1在豬、大鼠和人體內的蛋白質氨基酸序列，結果顯示Nesfatin-1在豬、大鼠和人體內有多段特異性保守序列，而且呈現出高度同源性(見圖3)。也許正是存在這種物種間的高度同源性，才會導致Nesfatin-1在不同級別的動物間表達及功能類似。

圖1 NUCB2的基因結構

圖2 NUCB2在不同物種間的高度同源性

圖3 豬、大鼠、人類的Nesfatin-1蛋白序列

2 Nesfatin-1定位與表達

2.1在中樞神經系統表達

Nesfatin-1在大鼠、豬、犬和人類等各級動物的中樞神經系統均有表達，經研究證實在中樞神經系統常表達于下丘腦外側區、室旁核、視上核、弓狀核、孤束核、動眼神經副核、藍斑等區域[1]。Nesfatin-1在中樞神經系統的表達發揮著控制整個機體的作用，任何中樞部位異常都會影響Nesfatin-1效能，可能會伴發相關疾病。

2.2在消化系統表達

胃被認為是Nesfatin-1最初在消化系統表達的部位，主要是在胃內小分泌細胞自分泌[2]。鼠類、犬、魚、人類胃黏膜中NUCB2mRNA的表達量大約是腦的10倍；同時Nesfatin-1在大鼠和小鼠的十二指腸腺表達，但在大鼠小腸或結腸的其余部分沒有發現Nesfatin-1明顯表達的細胞。似乎Nesfatin-1的表達存在物種之間的差異，在金魚體內，Nesfatin-1在肝臟胃腸道內的表達量最高，而在直腸的表達量明顯降低；在斑馬魚、犬的肝臟中Nesfatin-1也是高表達。Nesfatin-1在消化系統的表達存在部位及物種差異，并且在之后的研究中被廣泛認為是在內分泌器官和脂肪組織中表達。

2.3在脂肪組織表達

依據現有研究證據，Nesfatin-1參與飲食、體重調節，其被認為是一種新發現的特異性脂肪因子，在體內脂肪細胞中優先表達。有證實在小鼠、犬、人類的脂肪組織中均有NUCB2mRNA和Nesfatin-1蛋白表達，在小鼠實驗中發現其通過飲食調節誘導肥胖小鼠體內的脂肪和循環蛋白水平增加。在人類體內的Nesfatin-1水平與體重指數的增加呈現出明顯負相關趨勢[3]。雖然有的動物脂肪組織中Nesfatin-1蛋白表達較少，但脂肪組織產生的Nesfatin-1在調節攝食和其他物質代謝活動中發揮著不可估量的作用。

2.4在心血管系統表達

臨床工作中發現Nesfatin-1會增加患者心率、血壓，影響外周動脈環磷酸鳥苷(cyclic guanosine monophosphate，cGMP)的產生；同時在心臟缺血再灌注損傷方面，它也是一種有利的保護因子[4]。當前，在小鼠、犬、金魚的心肌細胞和骨骼肌，以及斑馬魚的心房和心室都發現了Nesfatin-1的表達，在大鼠和人類的心肌細胞中表達也已得到證實。Nesfatin-1參與調節人類和動物心臟內的葡萄糖代謝，在心血管系統的表達水平受飲食及冠狀動脈健康的影響。人體各系統協同調節體內Nesfatin-1水平。

2.5在肺、脾、腎等組織表達

在小鼠的肺、脾臟和胸腺中，NUCB2mRNA表達分布較為廣泛，但是，在大鼠肺和脾中未發現Nesfatin-1表達，進一步說明即使在近物種間Nesfatin-1表達也存在差異。在犬類脾、腎、膀胱中檢測到NUCB2mRNA少量表達。另外，難以想象的是，金魚的腎臟、皮膚和眼睛中也有NUCB2mRNA表達。Nesfatin-1發揮各種生物學效能與其分布可能存在一定關聯性。

2.6在生殖系統表達

Nesfatin-1在生殖系統的特異性表達決定著它在生殖方面的作用，在大鼠、人類和青春期成熟小鼠睪丸間質細胞中發現NUCB2mRNA表達[5]。同樣，在雌鼠生殖器官卵巢卵泡膜細胞和間質細胞中也檢測到NUCB2mRNA的表達。有研究提示，在豬卵巢卵丘細胞和顆粒細胞中均發現Nesfatin-1表達，但在卵母細胞中無明顯表達[6]。在小鼠卵巢顆粒細胞、卵泡膜細胞、子宮內膜上皮細胞和腺體中NUCB2mRNA均高表達[7]。通過對小鼠和人胎盤組織的免疫組織化學檢測分析發現，Nesfatin-1主要表現在頂葉滋養層巨細胞、胎盤外區和胚胎早期海綿滋養層、胞體滋養細胞、糖原滋養細胞、迷宮性毛細血管內皮細胞，而且在人類妊娠中，Nesfatin-1在整個妊娠期的合胞體滋養細胞中均有高表達[8]。Maher等[9]人研究發現雌鼠血清中Nesfatin-1水平明顯升高，雌鼠的平均Nesfatin-1水平高于男性，這種性別差異是由男性和女性生殖器官Nesfatin-1受體數量分布不同導致的。也有研究稱雄雌鼠各組織內的Nesfatin-1表達水平相似，但在生殖器官的表達不同。

在體內Nesfatin-1蛋白主要以不飽和雙向性分子的形式自由擴散進入血腦屏障，這一特性可能會影響Nesfatin-1在中樞和外周組織的分布。Nesfatin-1表達是否真正存在分布位置差異、性別差異、物種差異還與評估方法有關，值得進一步研究。值得肯定的是Nesfatin-1在生殖器官的顯著表達提示該多肽在生殖功能中有一定生理作用。

3 Nesfatin-1與生殖

3.1 Nesfatin-1與下丘腦-垂體-性腺軸

Nesfatin-1可能通過調節下丘腦-垂體-性腺軸，參與生殖成熟和功能的調節[9]。Hatef等[10]人發現，在體外用睪酮處理小鼠的下丘腦和垂體細胞，監測到NUCB2mRNA和蛋白的表達量增加。Seon等[11]人的研究結果也證實了被切除睪丸的小鼠垂體中NUCB2mRNA的表達水平降低，睪丸相關激素替代治療后表達上升；而若在下丘腦補充睪酮后，其表達水平會明顯降低。Maher等[9]人研究發現切除卵巢后的雌性大鼠，體內Nesfatin-1水平顯著下降，如果用雌二醇、黃體酮或兩者合用替代治療后則結果相反，替代治療后的結果可能與垂體或生殖器官中NUCB2mRNA表達量增加有關。Kim等[7]人給予小鼠注射孕馬血清(pregnant mare serum gonadotropin，PMSG)后，發現PMSG劑量依賴性地增加了小鼠卵巢和子宮內NUCB2mRNA的表達。由此可見，Nesfatin-1依賴下丘腦-垂體-性腺軸參與生殖內分泌活動，并且扮演重要角色。

3.2 Nesfatin-1參與青春期、動情周期的變化

Nesfatin-1在青春期、動情周期不同階段出現規律性變化。在青春期之前，下丘腦的Nesfatin-1蛋白和NUCB2mRNA的表達會增加，可能是該分子刺激促性腺激素參與垂體調節活動。許多學者已經證實從青春期前到生殖成年的小鼠，睪丸內的NUCB2mRNA和蛋白表達會顯著增加，同時睪丸質量和循環總睪酮水平也會增加；如果使用外源性Nesfatin-1對青春期前小鼠處理可能會增加青春期前小鼠睪丸生長發育所必需的類固醇激素的產生。Kim等[12]研究發現卵巢和子宮內的NUCB2mRNA和Nesfatin-1蛋白在發情期最高，發情間期較低；并受促性腺激素和類固醇激素的調節。合適的Nesfatin-1表達是青春期正常發育、規律動情周期的關鍵。

3.3 Nesfatin-1與多囊卵巢綜合征

多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是育齡期女性最常見的內分泌紊亂性疾病，也是女性不孕癥的主要原因之一。PCOS的發生是多因素共同作用的結果，目前臨床觀點主要認為可能與下丘腦-垂體-卵巢軸調節功能出現異常等因素有關。大部分患者伴有肥胖、胰島素抵抗及代償性高胰島素血癥等癥狀，其病因、病理和生理機制存在眾多難點和疑點，有待于進一步探討。綜合文獻分析Nesfatin-1參與葡萄糖等能量代謝及生殖內分泌調節，可能與PCOS的發生發展存在一定的關聯。至今，大量關于PCOS的實驗研究涌現，動物實驗研究中指出PCOS大鼠卵巢組織內NUCB2mRNA和蛋白表達均較正常組明顯下降，可能是通過代謝和內分泌途徑促進PCOS的發生發展；也有研究發現Nesfatin-1與卵泡刺激素、雌二醇、孕酮呈正相關，與黃體生成素、總睪酮呈負相關；PCOS患者血Nesfatin-1水平明顯降低，但高于卵泡液水平[13]。進一步推測Nesfatin-1可能對多囊卵巢綜合征伴發的高雄激素血癥和肥胖癥有抑制作用，主要通過影響糖脂代謝及胰島素水平參與PCOS的發生發展。另外顆粒細胞內P450芳香化酶、膽固醇側鏈裂解酶與Nesfatin-1可能存在一定的相關性，如果從此角度出發可能為PCOS患者的診療提供新思路。未來仍需大樣本研究監測PCOS患者體內Nesfatin-1水平，進一步探索Nesfatin-1在PCOS患者的病理機制及發展演變。

3.4 Nesfatin-1參與細胞增殖凋亡

Nesfatin-1在調控顆粒細胞增殖凋亡方面與女性生殖息息相關。首先，細胞凋亡被認為是一種高度嚴密的程序化死亡，可能和神經退行性病變、腫瘤、免疫性疾病等多種因素有關。Nazarnezhad等[14]研究曾指出Nesfatin-1可降低PC12細胞內葡萄糖誘導的活性氧產生，進而減少細胞神經毒性，即抑制氧化應激作用，并能減少PC12細胞的自噬和凋亡。此結果為治療糖尿病導致的神經性病變提供了新思路。Jiang等[15]人在骨關節炎大鼠模型體內注射外源性Nesfatin-1，發現凋亡標志物Caspase-3及其下游效應蛋白等表達水平明顯降低，論證了Nesfatin-1可抑制白介素-1β導致的軟骨細胞的凋亡，改善大鼠的骨關節炎癥狀。Tasatargil等[16]研究指出Nesfatin-1在心肌梗死大鼠中可通過GSK-3β/Akt信號通路減少凋亡和壞死的細胞數量，起到保護心肌作用。Arabaci等[17]對大鼠睪丸行扭轉損傷后，給予Nesfatin-1干預，發現Caspase-3、白細胞介素-6等炎癥因子較損傷前水平顯著降低；并且增加了轉化生長因子的表達，降低了蛋白激酶B和cAMP反應元件結合蛋白的表達，證明了Nesfatin-1是通過調控AKT和CREB信號通路調控促炎/抗炎穩態，減少生精細胞凋亡。Ciccimarra等[18]研究指出，前體蛋白NUCB2基因在卵泡顆粒細胞中的表達高于中、小卵泡顆粒細胞，且Nesfatin-1通過修飾大卵泡顆粒細胞的NO生成等機制來刺激細胞增殖和黃體酮的產生，干擾氧化還原反應。

此外，Nesfatin-1對血管生成素具有刺激作用。Cao等[6]研究指出Nesfatin-1在豬顆粒細胞和細胞膜細胞中均有表達，顆粒細胞內的Nesfatin-1轉錄產物在小卵泡向大卵泡發育轉變的過程中逐漸減少，隨著豬卵泡發育，Nesfatin-1在顆粒細胞內表達減少，Nesfatin-1對哺乳動物卵母細胞的成熟和發育都有刺激作用。總之，Nesfatin-1對各種細胞的增殖凋亡作用不盡一致，Nesfatin-1對于每一種細胞的具體調控需要大樣本研究證實。對生殖細胞的研究，特別是對人卵巢顆粒細胞的研究依然較少，且增殖與凋亡意見不一，未來的研究更應該與其生殖功能相結合，深入探討它與生殖真實存在的相關性。

隨著人民生活水平的提高，生活節奏的加快，育齡期婦女的生殖功能有所下降，而且部分病變是不可逆的、永久性的，致使很多人喪失了做母親的信心。縱使體外受精-胚胎移植試管嬰兒技術飛速發展，也無法解決患者卵巢生殖功能之根本。站在新的視角，深入研究Nesfatin-1調節顆粒細胞增殖凋亡機制，對卵泡發育、卵母細胞質量、胚胎的影響，證實它與不孕癥病因學之間的聯系，可能會發現用于治療不孕癥的潛在新療法，提高妊娠率，為不孕癥患者帶來新的孕育福音。