瘦素对水生动物代谢、生长发育和繁殖的影响及机理

■许友卿 王利香 韩进华 刘晓丽 丁兆坤

（广西大学水产科学研究所广西高校水生生物健康养殖和营养调控重点实验室，广西南宁530004）

瘦素(1eptin)是蛋白激素。在鱼类，瘦素主要由肝合成分泌，参与调节摄食、代谢、生长、神经及造血细胞发育、免疫、繁殖等[1]。

瘦素前体由167个氨基酸组成，于分泌入血时，被修饰除掉其中由21个氨基酸组成的N-端信号肽，形成有生物学功能的成熟瘦素，并以单体形式存于血液中，其分子量是16 kD，由146个氨基酸组成[1-3]。瘦素在机体内发挥多种生物学功能，如参与调节摄食、能量代谢、生长发育和繁殖等[4-5]。瘦素能显著提高团头鲂(Megalobrama amblycephala)的繁殖能力[6]。性成熟的大西洋鲑(Salmo salar)肝瘦素mRNA水平和血清瘦素含量均显著高于未成熟者[7]。然而，水生动物的瘦素研究尚处起步阶段，亟待深入探究。

本文综述了瘦素对水生动物代谢、生长发育和繁殖的影响及其机理研究进展，旨在深入理解和研究之，以便更好地利用瘦素，调控水生动物代谢、生长发育和繁殖，促进养殖渔业的健康快速发展，提高经济效益和社会效益。

1 瘦素对水生动物能量(糖)代谢的影响

能量是进行生命活动的基础。细微(持久的)的能量摄入和支出平衡失调，均可导致严重的病态[8]。Gorissen等[9]报道，禁食一周后，斑马鱼(Danio rerio)肝瘦素A的mRNA水平升高，而瘦素B的mRNA水平显著降低。2016年，Yuan等[10]指出，瘦素A参与桂鱼(Siniperca chuatsi)能量代谢的主要调节，在调节摄食和能量代谢中发挥重要作用；而瘦素B调控特殊中枢神经系统的能量交换。瘦素A在石斑鱼(Epinephelus coioides)调节摄食和能量代谢中发挥重要作用[11]。

注射瘦素可增加尼罗罗非鱼(Tilapia nilotica)血浆中的葡萄糖水平[12]。Jorgensen等[13]研究发现，瘦素长期调节代谢能量的稳态。在虹鳟(Oncorhynchus mykiss)脑室注射瘦素后，可提高糖合成和分解过程中相关酶的含量、半乳糖激酶(GK)活性及与糖代谢反应有关基因的mRNA水平，还会引起血糖浓度升高[14]。饥饿3周的虹鳟瘦素的表达水平显著升高[15]。然而，饥饿3周的鲈(Epinephelus coioides)肝瘦素mRNA水平显著减少，再投喂3周后瘦素mRNA水平则回升[16]。

鱼瘦素表达水平与其营养状态相关[17]。经过一段时间饥饿后，鱼类瘦素表达水平增加[18]。瘦素与鱼类代谢相关[19-21]。鱼类瘦素通过调节糖(血糖)和脂类代谢而调节鱼类的摄食及能量代谢平衡[14，22-23]。

2 瘦素对水生动物脂肪代谢的影响

瘦素可以调节脂肪代谢，抑制脂肪沉积，促进脂肪降解。Salmerón等[24]研究表明，瘦素刺激脂肪分解，减少脂肪细胞对脂肪酸的摄取和储存，该结果支持假说——瘦素抗虹鳟生脂作用。腹腔注射瘦素可降低黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)肝内脂肪含量及脂类合成相关酶——6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6PGD)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)、苹果酸酶(ME)、异柠檬酸脱氢酶(ICDH)和脂肪酸合成酶(FAS)的活性，而上调肉碱棕榈酰转移酶-I(CPT-I)的活性。用瘦素孵育细胞，显著降低细胞内甘油三酯(TG)含量、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)的mRNA表达水平，而上调过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)、CPT-I和固定调节元件结合蛋白-1(SREBP-1)的mRNA表达水平[25]。给金鱼体内注射人类瘦素蛋白后导致其肝脂含量降低[26]。给蓝太阳鱼(Lepomis cyanellus)体内注射鼠瘦素蛋白，可致其脂肪酸结合蛋白和肉毒碱棕榈酰转移酶增加[27]。

瘦素对水生动物脂类代谢的影响非常复杂，既可发挥短期作用，也可长期作用。给草鱼(Ctenopharynogodon iddla)注射重组表达瘦素蛋白一天之后，发现其瘦素mRNA水平提高5.76倍，解偶联蛋白2(UCP2)、胆盐活化脂肪酶(BSAL)和脂肪酸延长酶(ELO)显著升高，而神经肽Y(NPY)、硬脂酰辅酶A去饱和酶1(SCD1)和脂蛋白脂肪酶(LPL)的mRNA水平显著降低，说明瘦素对草鱼摄食、能量消耗和脂类代谢调控存在急性效应[23]。在冬、春及夏季，北极红点鲑(Salvelinus alpinus)的肝瘦素mRNA水平都较低，随后逐渐上升，至十月增至低水平的7倍。9～10月，当北极红点鲑生长停止，体脂质水平开启下降时，瘦素mRNA表达维持高水平，这可能与该鱼在10月性成熟有关。这提示北极红点鲑整体脂质储存与肝瘦素mRNA表达存在季节性变化，表明瘦素对脂类代谢有长期调控作用[28]。

3 瘦素对水生动物蛋白质代谢的影响

瘦素可通过调节水生动物体内蛋白质激素的合成和分泌，进而影响水生动物的代谢和生长。Douros等[29]研究发现，尼罗罗非鱼瘦素A可增强罗非鱼垂体催乳素(PRL)的合成和释放，而PRL反过来也可抑制肝瘦素蛋白的合成和分泌。尽管在体外，罗非鱼重组LepA能降低其垂体生长激素(GH)的表达，然而在体内，瘦素A不影响罗非鱼的基础GH分泌[30]。瘦素可能是影响胰岛素样生长因子-1(IGF-1)和IGF-2产生的直接刺激因子，并通过其上调生长激素受体转录的能力来促进GH的敏感性[31]。Peyon等[32]报道，重组鼠瘦素对舌齿鲈(Dicentrarchus labrax)脑垂体中促黄体生成素(Luteinizing hormone，LH)的产生有直接作用。

瘦素还可以影响水生动物体内多种酶的含量及活性。在虹鳟脑室注射瘦素后，可提高其糖合成和分解过程中相关酶的含量和活性，来调节鱼体血糖浓度[14]。用人重组瘦素孵育分离出的黄颡鱼卵巢细胞，能显著降低细胞内甘油三酯(TG)、脂肪酸合成酶(FAS)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6PGD)、固定调节元件结合蛋白-1(SREBP-1)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)的活性和mRNA水平，但增强肉碱棕榈酰转移酶-I(CPT-I)、过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)和乙酰辅酶A羧化酶α(ACCα)的活性和mRNA水平[33]。

4 瘦素对水生动物核酸代谢的影响

瘦素可以通过改变其他基因的表达来影响水生动物的生长发育。用不同浓度的人重组瘦素对新鲜分离的复鰕虎鱼(Synechogobius hasta)肝细胞进行体外培养，可降低细胞内甘油三酯含量和脂肪生成基因的表达，并增加几种Janus激酶(JAK)和脂解基因mRNA的表达[34]。莫桑比克罗非鱼(Oreochromis mossambicus)垂体转录组分析显示，罗非鱼重组瘦素A刺激糖酵解酶3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)mRNA表达，瘦素还增加糖酵解限速酶——磷酸果糖激酶(PFK)mRNA表达[35]。

5 瘦素对水生动物生长发育和繁殖的影响

目前研究发现，大多数鱼类瘦素具有抑制摄食的作用[14，22-23]。瘦素似乎作为一种使鱼类食欲减退的因素而存在[36-37]。向鱼腹腔或脑室内注射同源或异种瘦素蛋白后，结果始终都是食物摄入量减少[22，38]。在金鱼(Carassius auratus)腹腔和侧脑室注射哺乳动物瘦素后，发现其摄食减少、体重下降以及调控摄食和能量代谢相关基因表达水平改变[26]。向鲈腹腔注射人瘦素也可抑制其摄食[16]。

然而，用哺乳动物瘦素处理银大马哈鱼(Oncorhynchus kisutch)[39]、鲶(Ictalurus punctatus)[40]和绿海鲂(Lepomis cyanellus)[27]，却不改变它们的摄食行为或能量代谢。

Murashita等[22]用重组瘦素处理虹鳟后，发现可显著抑制其摄食行为，刺激抑制食欲因子——阿片促黑色素原A1/A2(proopiomelanocorein-A1/A2，POMC-A1/A2)基因表达，并降低促食欲因子神经肽Y(neuropeptide Y，NPY)基因的表达水平。重组鲑瘦素也可显著抑制大西洋鲑的生长[38]。

研究发现，哺乳动物瘦素可以促进海鲈(Dicentrarchus labrax)合成、分泌黄体生成素和生长乳素[32，41]。人类瘦素可以促进雌性虹鳟鱼中垂体释放卵泡刺激素和黄体生成素[42]。雌性和雄性香鱼(Plecoglossus altivelis)在排卵季节，血浆瘦素含量都有所升高[43]。在成熟大西洋鲑雄鱼精子形成期间，其肝瘦素表达水平比不成熟者高。其他一些硬骨鱼类性成熟时，瘦素水平也升高[44]。性腺成熟的大西洋鲑瘦素mRNA水平显著升高，血浆瘦素含量也有所上升[44]。

在团头鲂受精卵卵裂至2细胞期时，瘦素基因表达量显著升高(P＜0.05)；破膜第5 d后瘦素基因的表达量持续升高，至破膜后15d达峰值，表明瘦素基因可能调控胚胎发育早期的能量[6]。

6 瘦素影响水生动物代谢、生长发育和繁殖的机理

瘦素可直接调节下丘脑的kisspeptin神经元和垂体促性腺激素的分泌，从而调控机体代谢、生长发育和繁殖[45]。

瘦素通过受体而发挥作用。瘦素通过与其具有高亲和力的受体结合而发挥作用，也有的在局部以旁分泌或自分泌的方式发挥作用。

瘦素通过与下丘脑相关的反馈环结合而反馈抑制摄食，增加能量消耗。

瘦素信号转导主要有3个信号通路。①JAK/STAT信号通路。Janus家族蛋白酪氨酸激酶/转录信号传导与激活物通路(Janus-family tyrosine kinase/signal transducers and activators of transcription，JAK/STAT)。Janus激酶是非受体酪氨酸激酶的一个家族，用各种生物过程参与从外环境到核的细胞因子信号转导[34]。目前认为，JAK/STAT途径是介导瘦素信号传递的主要途径。Wu等[46]报道，瘦素激活JAK/STAT通路并增加靶基因的表达，这部分解释了黄颡鱼中瘦素诱导的脂质代谢变化。瘦素在复鰕虎鱼体内通过JAK通路，调节肝脂肪代谢[34]。瘦素的脂解作用主要是通过STAT3成员发挥作用[47]。②RST-P13K信号通。瘦素能通过与胰岛素信号级联中的某些信号分子相互作用，参与调控胰岛素介导的信号传递。胰岛素受体亚型通过本身的激酶引起酪氨酸(tyrosine)磷酸化而被激活，其重要靶蛋白是磷脂酰肌醇232激酶(phosphatidylinositol 232 kinase，PI3K)，引发PI3K依赖的丝/苏氨酸激酶(receptor serine/threonine kinases，RSTK)被激活，同时活化另一苏氨酸蛋白激酶，调节糖原合酶的磷酸化过程[1，48]。③其他信号通路。瘦素能激活其他神经元活性，产生一些神经递质抑制促食神经肽Y(NPY)的作用。如瘦素能激活黑素细胞激素原(POMC)而产生α-促黑素细胞激素(α-MSH)，后者与黑皮质素-4(MCR-4)受体结合，进而封闭阻止NPY的作用。瘦素可通过降低NPY的合成来调控摄食。瘦素能通过影响动物下丘脑和后脑的葡萄糖感受性神经元的活性，激活厌食欲肽(POMC、CART、CCK)的表达和抑制促食神经肽Y(NPY、AgRP、Orexin)的表达，进而调控其摄食行为，并促进能量消耗[49]。瘦素还能通过改变下丘脑下行神经元的活性，提高胃神经元胆囊收缩素受体的活性，增强胆囊收缩素的作用而调节食欲[50]。

此外，还有其他一些假说或正在研究的信号通路[1]。

7 小结与展望

综上所述，瘦素可通过多种途径影响水生动物代谢、生长发育和繁殖，机理复杂。但目前我们对此研究和理解有限。今后应多学科结合，综合运用现代分子生物学技术，深入研究瘦素对水生动物代谢、生长发育和繁殖的影响及其机理，同时应用瘦素调控水生动物代谢、生长发育和繁殖，促进水产业的高效生产，提高社会效益和经济效益。今后特别应注意下述研究：①探讨相关研究技术，为深入研究提供先进的技术保障。②进一步研究不同水生动物瘦素及其功能。③水生动物瘦素的作用机理，尤其是瘦素-受体复合体及其信号通路。④不同水生动物瘦素基因、受体的分布及克隆。⑤影响水生动物瘦素基因表达的因素及调控机制。⑥实际应用研究。