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科普 | 奇特的鱼类催乳素,在鱼类中到底有什么用呢?

腾氏水产商务网2021-01-11 10:55:20

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《当代水产》杂志社报道:


催乳素,顾名思义是与哺乳动物泌乳行为调控相关的激素,是一种主要由脑垂体前叶生成分泌的多肽类激素,具有刺激和促进泌乳的生理功能。在历史上,这种激素却首先是在鸟类发现的。1932年,美国内分泌学家Oscar Riddle教授发现在乳鸽的垂体前叶提取物中有一种蛋白,具有刺激乳鸽嗉囊的上皮细胞增生并促进鸽乳分泌的功能,于是他将此种由垂体产生的蛋白命名为催乳素。直到1970年,加拿大内分泌学家Henry Friesen才在哺乳动物血液中分离到催乳素蛋白,证实其在垂体合成。1997年美国内分泌学家Nelson Horseman将小鼠的催乳素基因敲除,结果在完全缺失催乳素的情况下,雄性小鼠的生殖力没有受到影响,雌性小鼠则不能繁殖,并且乳腺发育和乳汁分泌异常,因而认为催乳素的基本生理功能是调控乳腺发育、促进乳汁分泌,并参与卵巢发育的调控。之后又有人证明催乳素还具有一些其它发育、代谢等方面的功能。


通过基因相似性比对发现,在鱼类这样的低等脊椎动物中就已经出现与催乳素基因相类似的基因了。那么,在哺乳动物中行使促进繁殖、泌乳调控等基础功能的催乳素,在鱼类中到底有什么用呢?


鱼类也有催乳素基因? 这画面——小编表示难以想象(自网络照片合成)


曾有报道,给鱼类注射催乳素蛋白可以显示促进免疫反应、营养代谢等作用。也有人通过精细的外科手术操作,将一种在咸淡水中生活的鳉鱼的垂体组织去除,结果手术后的鱼无法在淡水中存活,仅有通过补充具有催乳素功能的蛋白可以提高手术后的鳉鱼在淡水中测试时段的存活率,表明催乳素可能具有阻滞鱼类细胞质中电解质流失的作用。还有人发现,原本在海洋中生活的大马哈鱼具有较低的催乳素水平,当成年大马哈鱼洄游到达河海交接处时催乳素水平显著提高,在溯河洄游并接近产卵场地时继续升高。这样看起来,鱼类的催乳素似乎与哺乳动物的催乳素类似,可以促进繁殖功能。

斑马鱼一般在淡水中养殖,却也具有在较高盐度下生活的能力。我们研究团队利用基因打靶技术,在斑马鱼中敲除了催乳素基因,发现缺失催乳素的斑马鱼个体会在孵化后的6-16天全部死亡,死亡的发生显然与性别发育无关(https://www.nature.com/articles/srep1859)。在寻找这些斑马鱼死亡原因的过程中,我们受先前催乳素可以提升鳉鱼在淡水中生存能力的启发,尝试着提高了养殖水体的盐度,当把养殖水体的盐分提升到5倍以上调制成半咸水时,发现缺失催乳素的斑马鱼仍可以健康地存活(下图上)。更让人意外的是,缺失催乳素的斑马鱼,无论是雌鱼或雄鱼,在高盐度水体中,均可生活至性成熟阶段,并成功地繁殖,顺利完成整个生命周期。这群在盐水中生存的缺失催乳素的斑马鱼,即使已生长为成熟个体,却依然不能离开高盐度的水体;一旦转入淡水中,它们将会在一周内死亡。其最初的表型是胆囊充水肿胀(下图),并随后发生破裂,显示催乳素在成年斑马鱼中依然是调控离子平衡的必需调控因子。进一步的研究发现,缺失催乳素的斑马鱼主要是由于其鳃和肾组织中的细胞失去了对钠、钾、氯离子主动吸收的能力,幼苗期死亡出现的时间恰好与肾功能发育到本应行使离子重吸收功能的阶段相吻合。反观河海洄游性鱼类,其亲鱼个体中催乳素在繁殖洄游过程中的水平变化规律,正好也与水体中盐度的逐渐下降相呼应,这正反映出催乳素实际上是与洄游鱼类适应低盐环境相关,而非与繁殖成熟相关。

这些研究结果揭示,进化早期阶段在硬骨鱼类中出现的催乳素,其基本功能是用来促进身体对钠、钾、氯离子的主动吸收,而并非如以前所推测的那样在繁殖过程中发挥必要的作用。随着动物的进化催乳素的功能是如何特化转变为与乳汁形成、分泌相关的?这个问题值得进一步探究。另外,有些生活在海洋中的非河海洄游性鱼类中也存在催乳素,提示除了调控离子吸收的功能之外,催乳素在鱼类中还可能有其他生理功能。正如催乳素蛋白的最初定义是来源于对非哺乳动物的研究一样,利用进化早期动物模式开展研究,能为催乳素的分子调控机制提供更多的解读和思路。



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本文来:中科院水生所,作者:殷战、翟刚,转载请注明出处。

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