禽类与哺乳类Ghrelin结构及功能研究进展

刘婷宇，赵 莹，王 娇，马金友，欧长波，余 燕

（河南科技学院动物科技学院，河南新乡453003）

1999 年，Kojima等[1]研究发现，大鼠胃部能分泌一种含28个氨基酸残基的多肽类物质，并命名为Ghrelin，它能够与生长激素促分泌素受体（Growth Hormone Secretagogue Receptor，GHSR）结合，刺激生长激素（Growth Hormone，GH）的分泌。除此之外，Ghrelin在动物摄食、能量代谢、胃肠功能、生殖和免疫等方面也发挥作用[2]。禽类Ghrelin的研究始于2002年，Kaiya等[3]运用分子生物学方法首次在鸡腺胃中检测到鸡Ghrelin mRNA的表达，自此，有关禽类Ghrelin的结构和功能报道逐渐增多，但与哺乳动物相比仍然较少。本文就Ghrelin在禽类和哺乳类动物中结构及功能进行比较，并为今后进一步开展有关禽类Ghrelin的研究提供依据。

1 Ghrelin结构

1.1 基因结构 Wajnrajch等[4]在人类3号染色体短臂（3p25-26）上发现一段由3个内含子和4个外显子组成的基因结构，确定其为Ghrelin基因。Tanaka等[5]报道，小鼠Ghrelin基因由4个内含子和5个外显子组成，其中只有19 bp的起始外显子为Ghrelin基因的非编码区域。就人类和小鼠的Ghrelin基因结构比较发现，两者在5'启动子区域均存在一段同源性较高的序列，表明哺乳动物Ghrelin基因结构种属差异性较小。

鸡GhrelincDNA全长2 706 bp，包含4个内含子和5个外显子，其中第1个外显子为鸡Ghrelin基因非编码区域[3]，这一点与鼠Ghrelin基因结构相似。随后，研究者也报道了其他禽类的Ghrelin基因，火鸡、鸭、鹅及鸸鹋4种禽类Ghrelin基因序列有高于83%的保守性[6]。这说明禽类Ghrelin基因结构与哺乳动物一样，具有较高的同源性。

1.2 多肽结构 大多数哺乳动物有活性的Ghrelin均是由其前体加工而来，前体包括信号肽、成熟肽及C末端肽3部分。Ghrelin前体由117个氨基酸组成，经过剪切成为含28个氨基酸的Ghrelin。人Ghrelin氨基酸序列为G-S-S-F-L-S-P-E-H-Q-R-V-Q-Q-R-K-E-S-K-KP-P-A-K-L-Q-P-R，小鼠Ghrelin与人只有第11和12位氨基酸不同（小鼠为L和A），有较高同源性。除此之外，哺乳动物Ghrelin氮端前10个氨基酸完全一致（表1）。根据第3位丝氨酸残基上是否有辛酰化基团，哺乳动物Ghrelin分子在体内有酰基化和非酰基化2种形式，酰基化Ghrelin能发挥广泛的生物学活性[7-8]。

禽类Ghrelin在合成过程中与哺乳动物相似，即先产生其前体，然后再水解生成有活性的Ghrelin。不同禽类Ghrelin的氨基酸组成不同，家禽类（鸡、鸭）Ghrelin由26个氨基酸组成，野禽类（火鸡、非洲鸵鸟）Ghrelin由28个氨基酸组成，且与鸡Ghrelin基因有73%同源性[9]。禽类Ghrelin氮端前7个氨基酸完全相同（表1）。与哺乳动物相似，禽类Ghrelin在体内的存在形式也包括辛酰基化Ghrelin和去辛酰基化Ghrelin，同样，辛酰基化基团与禽类Ghrelin生物活性密切相关。

表1 哺乳动物和禽类Ghrelin氨基酸序列比较

2 Ghrelin的分布定位

Ghrelin作为一种脑肠肽激素，在哺乳动物和禽类体内均有广泛分布。Aydin等[12]研究证实，Ghrelin mRNA分布于小鼠心脏、脑、肺、脾脏、卵巢、睾丸、皮肤及牙齿等。Gnanapava等[13]在人类的胃、心脏、肾脏、淋巴细胞、回肠、血管等也发现Ghrelin mRNA的表达。此外，猪Ghrelin mRNA主要分布于胃肠道，即胃、十二指肠、回肠、空肠及盲肠等[14]。朱雪敏等[15]应用免疫组化方法分析发现，Ghrelin阳性细胞主要分布于犬的空肠、结肠和直肠，其次是十二指肠和盲肠，回肠则未检测到。

禽类Ghrelin的组织分布也有研究。最初研究表明，在鸡腺胃中有Ghrelin mRNA表达[3]。随后有研究者发现，Ghrelin mRNA在禽类的胃、脑、肝脏、胰腺、小肠、大肠、肺、肌肉和输卵管等均有表达[16-17]。Saito等[18]报道，Ghrelin mRNA在鸡脑室不同区域表达水平不同，表达量最高的区域位于纹状体，其次是小脑、视神经叶、脑干等。Ma等[19]对18胚龄鸡胚检测发现，Ghrelin mRNA主要表达部位在胃肠道，其次是肾、十二指肠、腿肌、胸肌、心脏、肝脏、肺、空肠、卵黄囊、下丘脑；而皮下脂肪、回肠以及法氏囊表达量最低。Wang等[20-21]在鸵鸟的胃肠道和胰腺中发现了Ghrelin免疫阳性细胞的表达。

3 Ghrelin受体

激素通过受体发挥作用，脑肠肽激素Ghrelin受体在哺乳动物中有GHS-R1a和GHS-R1b 2种形式：GHS-R1a具有典型的G蛋白偶联受体的特征，为哺乳动物Ghrelin功能性受体；可变剪切体GHS-R1b为其非活性形式，因而被认为没有功能[22]。GHS-R1a mRNA主要分布于下丘脑、脑垂体、海马区、大脑皮层、束旁核、中缝核、腹内侧核及黑质，在甲状腺、肾上腺、心脏表达量较少，在胃肠道、脂肪组织等没有表达，GHS-R1b mRNA在所有的组织均有表达[22]。

禽类Ghrelin受体已在鸡和日本鹌鹑体内成功分离出来。鸡体内Ghrelin受体包括GHS-R1a、GHSR1b、GHS-R1c及GHS-Rtv[23]。近几年，有研究通过在人HEK293细胞表达鸡的重组GHS-R1a蛋白可以提高细胞内Ca2+浓度，证实鸡GHS-R1a为功能性受体，其他类型受体的功能性有待研究[23]。Geelissen等[24]报道，10日龄肉鸡GHS-R1a mRNA在脑垂体和下丘脑表达水平最高，其次在卵巢、心脏、肾上腺、小脑、视神经叶表达，在脑干、肺、肾脏、腺胃、十二指肠、结肠表达量较低，在皮肤、肌肉中表达量甚少。

4 Ghrelin的生理功能

目前，禽类和哺乳类Ghrelin功能研究主要集中于GH的分泌、胃肠功能、摄食、能量代谢以及对生殖和免疫系统的调节等方面。

4.1 Ghrelin对GH分泌的调节 Ghrelin与生长激素促释放激素（GHRH）和生长抑素（SS）共同参与调节GH的分泌，这一点在哺乳动物和禽类上均得到论证。研究表明，给大鼠腹腔或静脉注射Ghrelin，血浆GH水平均出现显著升高并表现对注射剂量的依赖性；给大鼠脑室注射Ghrelin，血浆GH水平也呈剂量依赖性上升，但垂体GH mRNA表达量并未增加，暗示Ghrelin对GH的合成不起作用[10]。引起的人血浆中GH增加研究表明，Ghrelin添加远高于GHRH的作用[25]。Baudet等[26]研究表明，禽类静脉注射Ghrelin，血浆中GH含量也显著升高，4～5周龄来航鸡体内GH浓度的升高与Ghrelin注射量的多少及注射后时间长短有关。以上表明，禽类和哺乳类Ghrelin均能促进机体内GH浓度升高且呈剂量依赖性。

4.2 Ghrelin对胃肠功能的调节 就哺乳动物鼠类而言，Ghrelin可通过中枢和外周途径参与胃肠功能的调节，给大鼠脑室或静脉注射Ghrelin均可以促进其胃肠蠕动，促进胃酸分泌，加快胃排空，并发现此种作用可被阿托品和迷走神经切断所阻断，推测迷走神经依赖性的胆碱能途径参与了Ghrelin对胃肠运动的调节[27]。除此之外，Ghrelin对鼠类消化道黏膜有保护作用，如Ghrelin可以减轻由酒精引起的大鼠胃黏膜损伤[28]。Ghrelin还能通过加强大鼠小肠的运输功能来降低其肠梗阻的发病率[29]。Ghrelin对禽类胃肠运动的调节与哺乳动物相似。Kitazawa等[8]研究发现，Ghrelin可以促进鸡胃肠道（食道、嗉囊、腺胃、十二指肠、空肠和结肠）平滑肌收缩，并且随着鸡日龄的增大Ghrelin对其腺胃收缩的诱导作用逐渐下降[8,30]，而关于Ghrelin促进禽类胃肠运动的作用机制尚不清楚。

4.3 Ghrelin对摄食的调节 Ghrelin调节摄食具有种属差异性。Ghrelin具有增强哺乳动物摄食行为的功能。研究发现，给大鼠脑室及腹腔注射Ghrelin均会增加其对食物的需求，表现明显的摄食行为，人血清中Ghrelin含量在进餐前后呈现前高后低的变化趋势，也说明了Ghrelin具有促进摄食功能[25,31]。Ghrelin对禽类摄食的调节较哺乳动物复杂，主要受注射剂量和注射方式等影响。有研究证实，给雏鸡脑室注射Ghrelin，或者给预先空腹几小时后的雏鸡脑室注射Ghrelin，均可抑制雏鸡对食物的摄入[32]，这与哺乳动物完全不同。Ghrelin对鹌鹑摄食的影响表明，腹腔注射低剂量的Ghrelin可以引起其摄食行为；无论是腹腔注射还是脑室注射高剂量Ghrelin，均表现为抑制摄食[33]。导致此种结果可能是由于腹腔注射高剂量Ghrelin时，Ghrelin通过血脑屏障进入中枢神经系统，导致采食量下降；腹腔注射低剂量Ghrelin时，Ghrelin只能通过外周神经系统来调节食欲，导致采食量增加。

4.4 Ghrelin对能量代谢的调节 体重稳定是食物摄入和能量消耗之间保持平衡的动态结果。哺乳动物Ghrelin能够激活下丘脑中其他促进食欲的多肽活性，例如神经肽Y（NPY）、刺鼠基因相关蛋白（AGRP）、食欲素（Orexin）等，通过与中枢食欲调节网络相互作用，引起明显的开胃效应。Ghrelin通过刺激采食，特别是高脂类物质摄入，促进脂化，抑制脂肪利用和减少能量消耗[34]，从而引起哺乳动物体重增加和肥胖。研究发现，雌性肉鸡侧脑室注射Ghrelin能降低血浆中甘油三酯和胆固醇浓度，7日龄雏鸡静脉注射Ghrelin会降低肉鸡的呼吸熵，即注射后增加肉鸡对脂质或蛋白质的利用，揭示Ghrelin可能会降低禽类脂肪的生成[35]，但体外添加Ghrelin是否会引起鸡肉品质和风味的改变尚未见报道。

4.5 Ghrelin对生殖系统的调节 近几年，研究表明Ghrelin对哺乳动物和禽类的生殖均有调控作用。据报道，Ghrelin阳性细胞在小鼠卵巢整个发情周期中呈规律性变化，发情前期及间期主要集中于生长卵泡，发情期在成熟卵泡和黄体表达，发情后期在成熟卵泡表达增强，发情间期在黄体中表达最强[36]。杜晨光等[37]研究发现，Ghrelin在绵羊不同卵泡发育阶段及黄体中均有表达，且在生长黄体中表达量多于退化黄体，可见Ghrelin对哺乳动物卵泡发育及生殖发挥调控。并且有文献报道，Ghrelin在下丘脑和垂体水平上抑制生殖激素（LH、FSH）的释放[38]。对于禽类而言，Ghrelin对其性腺发育也有作用。有研究就证实，Ghrelin可以调节鸡性腺细胞增生、凋亡，还能调控性腺激素的分泌[39]。除此之外，本实验室利用RT-PCR技术研究发现，禽类产蛋高峰期卵巢Ghrelin mRNA表达量显著高于其他各阶段[40]，推测蛋鸡卵巢Ghrelin可能协同其他激素，参与调节卵巢活动。日本鹌鹑Ghrelin免疫阳性细胞在排卵前期多分布于输卵管的漏斗部、膨大部黏膜皱褶中，而在未成熟的鹌鹑输卵管内无阳性表达，推测Ghrelin与日本鹌鹑输卵管的发育和分化有关[41]。

4.6 Ghrelin对免疫系统的调节 近年来，有关Ghrelin对哺乳动物免疫功能调节作用的研究也越来越多，如调节细胞因子的表达[42]、促进T淋巴细胞的增殖[43]、对受损器官的修复[44]、在炎症性疾病中的抗炎作用等，有关Ghrelin对禽类免疫功能调节作用的研究则相对较少。元艳[6]研究发现，Ghrelin可以调节天府肉鸭T淋巴细胞增殖与分化；梅宗香[45]认为，Ghrelin不但能促进鸡T淋巴细胞的增殖，还能促进IL-2的分泌。然而，无论是哺乳类还是禽类，在感染病毒后Ghrelin表达水平的变化以及Ghrelin是否对病毒的复制起作用则未见报道。

5 小 结

综上所述，禽类Ghrelin不仅在结构上与哺乳动物不同，而且在调控动物采食等功能方面也有差异。目前对哺乳动物Ghrelin的研究较禽类更透彻，禽类Ghrelin结构及功能研究目前只限于少数几种禽类，其大多数结构和功能都是未知。另外，Ghrelin促进大部分动物胃肠运动的作用机制尚不明确；Ghrelin对禽类免疫系统的调控作用，也需要今后加强研究。

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