硬骨鱼催产素对黄鳝下丘脑-垂体-性腺轴功能的调控及机制分析

In mammals, it has been shown that oxytocin (OT), one of the neurohypophyseal hormones, is involved in the regulation of the hypothalamus-pituitary-gonadal (HPG) axis. However, the information on isotocin (Ist), the homologue of mammalian OT released from the neurohypophysis of teleosts, particularly its involvement in the regulation of HPG axis, is very limited. Two Ist receptors, namely Itr1 and Itr2, are present in teleosts. Our preliminary data showed that Itr1 is localized to Lh cells in the pituitary of ricefield eels. The present project is aimed to further explore Ist and Itrs, as well as to clarify their involvement and the underlying mechanisms in the regulation of HPG axis in ricefield eels. Firstly, the cDNA sequences encoding Ist and Itr2 will be cloned by the PCR method, and their specific antisera will be generated. Secondly, the expression and localization of Ist and Itrs will be analyzed in ricefield eels, with particular focusing on the co-localization of Itrs with GnRH, Lh or Fsh, etc. Thirdly, the effects of Ist signals on the development and maturation of the gonads as well as reproductive activities in ricefield eels will be examined. Fourthly, the regulation of key functional genes, such as gnrh, lhb, and fshb, in the HPG axis by Ist signals and the intracellular signaling pathways will be investigated using the conventional methods. Moreover, the transcriptomic analysis will be employed to reveal target functional genes of Ist in the gonads of ricefield eels, which will be characterized further. The results of the present project will not only deepen our understanding of Ist signaling systems in teleosts, but also shed light on the development of effective ways for artificial breeding of ricefield eels.

在哺乳动物中，研究表明神经垂体分泌催产素（OT），参与下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴功能的调节。鱼类神经垂体也分泌OT同源物，称为硬骨鱼催产素（Ist），但其对鱼类HPG轴功能的调控和机制研究极少。鱼类有2种Ist受体，即Itr1和Itr2。我们初步研究结果表明，黄鳝垂体Lh细胞表达Itr1，提示Ist信号可能调节黄鳝HPG轴的功能。在此基础上，本项目拟进一步探讨黄鳝Ist及Itr，阐明它们对生殖的调控及其机制。主要研究内容包括黄鳝Ist和Itr2编码基因cDNA克隆、抗血清制备、表达分析，Itr与GnRH、Lh、Fsh等的共定位分析，Ist信号对黄鳝性腺发育成熟和生殖活动的影响，Ist信号对黄鳝HPG轴重要功能基因的调控和相关胞内信号途径分析，以及比较转录组分析寻找Ist信号在性腺的目标基因。研究结果不仅加深对鱼类Ist信号系统的认识，而且可望为黄鳝人工繁殖问题的解决提供新途径。

与其他脊椎动物类似，鱼类神经垂体也分泌两种神经垂体激素，分别是硬骨鱼催产素（Ist）和8-精催产素（Avt），但有关它们对鱼类下丘脑-垂体-性腺轴功能的调控和机制研究极少。本项目主要分析了黄鳝Ist和Avt及其受体的表达，Ist和Avt受体在垂体的免疫定位，以及Ist信号对垂体Lh，Fsh，Gh和Prl细胞功能的调控和机制，首次发现鱼类Ist两种受体Istr1和Istr2分别调控不同的垂体激素细胞。具体结果和结论如下：1）获得并分析了黄鳝ist, avt，Ist受体（istr1和istr2），和Avt受体基因（avtr1a1, avtr1a2, avtr2a, 和 avtr2b）序列。2）黄鳝Istr2保守性高于Istr1。3）制备了抗黄鳝Istr1, Istr2，和Avtr2a特异性抗血清。4）在视上区、旁室区和神经垂体存在Ist和Avt高免疫活性。除脑区外，ist和avt mRNA在一些外周组织如性腺也表达。这些数据表明黄鳝Ist和Avt具有神经内分泌、旁分泌和自分泌等调节功能。5）在脑、垂体和性腺中都检测到Istr1和Istr2的蛋白质和mRNA，提示这两种受体都参与脑、垂体和性腺功能的调节。6）Istr1和Istr2免疫活性在垂体分布区域不同，提示两者在功能上有分化。7）垂体Gh细胞表达Istr1而非Istr2。Ist信号可结合Gh细胞上Istr1，通过激活PKA，PKC，和IP3信号通路而抑制Gh释放。8）卵黄发生启动时，雌性黄鳝垂体Lh细胞表达Istr2而非Istr1，且Lh细胞中Istr2免疫强度随卵黄发生进程而明显增强。Ist信号可结合Lh细胞上Istr2，通过激活IP3/Ca2+信号通路而刺激Lh分泌。这些数据表明，Ist信号通过刺激垂体Lh分泌调控黄鳝卵巢发育成熟。9）黄鳝Prl和Fsh细胞既不表达Istr1，也不表达Istr2，提示这两种细胞可能不受Ist信号调控。10）黄鳝avtr1a1，avtr1a2，avtr2a，和 avtr2b基因呈现不同的组织特异性表达模式，提示它们具有不同功能。11）黄鳝垂体中Avtr2a与Acth共定位，提示Avt信号可能调节Acth细胞功能。..综上所述，本项目研究结果揭示了脊椎动物神经垂体激素的新功能以及Lh与Fsh差异表达调节的新机制，进一步加深了对黄鳝以至整个脊椎动物生长和生殖调节的神经内分泌机制的理解。