单环刺螠的分子生物学研究进展*

吕慧超 李秉钧 焦绪栋

（1 烟台大学海洋学院 山东烟台 264005 2 中国科学院烟台海岸带研究所 山东烟台 264003）

单环刺螠（Urechisunicinctus）俗名海肠，主要栖息于潮间带下区及潮下带浅水区的泥沙中，是一种经济类海生无脊椎动物。属螠虫动物门（Echiuroidea）、螠纲（Echiurida）、无管螠目（Xenopneusta）、刺螠科（Urechidae）、刺螠属（Urechis），是无管螠目在我国沿海分布的唯一种类［1］。

单环刺螠肉质细嫩、味道鲜美，含有人体必需氨基酸、多不饱和脂肪酸和多种微量元素，具有较高的营养保健价值［2］，自古以来就是沿海、特别是胶东地区的有名海鲜食材。“烟台海肠”也是我国地理标志农产品之一。

近年来，关于单环刺螠的研究日益丰富。研究领域囊括了基础生理生化分析、人工育苗和养殖技术、高附加值开发利用等各方面［3］。本文从分子生物学的角度，对螠虫动物门的进化地位、生殖发育过程、生物活性物质、硫化物代谢机制等方面进行综述，为单环刺螠的基础研究和开发利用提供参考。

1 螠虫动物门进化地位的思考

传统分类学将单环刺螠、美洲刺螠虫为代表的螠虫归为独立的螠虫动物门。但关于螠虫动物是否应重新划归入环节动物门的争议一直存在。分子生物学方面的研究为这一讨论提供了新线索。

Kumazaki T.等［4］分析了环节动物羽毛管虫（Sabellastartejaponica）、短角围沙蚕（Perinereis brevicirris）及单环刺螠的5S rRNAs核苷酸序列，发现单环刺螠与羽毛管虫和短角围沙蚕的序列相似性分别为90%、92%，提示可能存在同一起源。Boore等［5］基于实验结果提出以线粒体基因为工具，分析后生动物间分类地位和相互关系的可行性。吴志刚［6］对单环刺螠的线粒体全基因组序列进行了测定，发现其线粒体基因组上trnT、nad4L、nad4、nad1、trnI等基因的排列方式与环节动物一致，以此构建的系统发育树显示，代表螠虫动物的进化分支完全落在环节动物门之内。实验数据支持螠虫动物起源于环节动物的假说，并对螠虫动物的归属提出了思考。

2 生殖、发育过程中关键基因及酶学的分析

vasa基因编码的RNA解旋酶是影响动物生殖发育的重要调控因子。霍继革［7］克隆并分析了单环刺螠的vasa基因，发现其在生殖细胞中高表达，并存在母源性表达与合子表达转换的现象。王航宁［8］采用原位杂交技术对vasa基因在发育过程中表达的时空特异性分析发现，在发育的晚期蠕虫状幼虫阶段，该基因在生殖腺发生区域高表达，推断单环刺螠的生殖细胞为后成模式，vasa基因可能参与发育过程中的组织细胞分化。

谭信等［9］采用蛋白免疫印迹法，研究了单环刺螠发育初期丝裂原激活的蛋白激酶MAPK活性的变化，发现MAPK不参与减数分裂的开始和结束，但不可或缺；钙离子载体、蛋白磷酸酶抑制剂能激活卵母细胞的减数分裂，PKC激活剂可缩短受精卵排极和卵裂时间。陈宗涛［10］对幼虫发育过程中同工酶及酶学特性进行分析，发现EST、MDH、ACP、ALP等同工酶的酶谱随发育进程发生显著变化。随着幼虫摄食行为的开始，消化酶活性和表达增强，在担轮幼虫期已具备了一定的对脂类的消化能力。

单环刺螠具有较高的经济价值，与之相关的生殖、发育基础性研究和成果，为其人工育苗和养殖技术的发展和成熟提供了很好的基础和依据。

3 生物活性物质的鉴定

单环刺螠不仅味道鲜美，还富含多种生物活性物质。目前关于其活性多肽、多糖、功能蛋白方面均有报道，在抗凝血、溶栓、抗菌、抗肿瘤等方面具有较好的医用开发价值。

1954年Maruyama［11］从单环刺螠的体壁肌肉中分离出一种ATP酶（腺苷三磷酸酶），揭开了单环刺螠体内活性分子研究的序幕。Ikeda等［12］从单环刺螠的腹神经索中提取了2种螠速激肽（urechistachykininⅠ，urechistachykininⅡ），随后Kawada等［13］发现了5种类似多肽（螠速激肽Ⅲ～Ⅶ）。速激肽是一种小分子的神经递质，具有控制疼痛、调节情绪、舒张血管、分泌唾液和促进胃肠道吸收等功能，部分分子具有一定的抗菌效果。

Oh H.Y.等［14］从单环刺螠体内分离鉴定出一种溶菌酶，克隆、分析了其基因和蛋白结构，并完成了重组制备，发现其具有抗菌效果。

Ozeki等［15］从单环刺螠中分离出一组分子量分别为3.6×104、4.0×104、1.4×104的D-半乳糖凝集素，具有抑制血液凝集的能力。Hee-Yeon等［16］分离纯化出一种抗凝多肽UAP，具有抑制血凝因子FX转化为FXa、延长活化部分凝血活酶时间的效果。刘万顺等［17］从单环刺螠的体腔液中分离得到了 一组纤溶酶（Ⅰ～Ⅳ），郭金明等［18－22］、韩宝芹等［23］、冯伊琳［24］、杜芳［25］、孙雪燕［26］分别对该组纤溶酶的基因进行了分析，利用体外重组表达和蛋白纯化工艺，研究了重组纤溶酶的制备和纯化工艺，发现均具有较好的抗凝活性和纤溶活性，且生物安全性较高。刁勇等［27］将单环刺螠粉碎、抽提、超滤、分级后，得到分子量为7 000～20 000的多肽组分ATCUU，经体外、体内实验证实ATCUU具有纤溶活性，溶解血栓的效果。高剂量处理组（3 000 U／kg）的血栓抑制率分别达到54.3%和44.3%。

袁春营等［28］、焦绪栋等［29］分别从单环刺螠的体壁和废弃内脏中提取了活性多糖，分析其为糖胺聚糖。体外实验证实该糖胺聚糖可明显延长凝血时间，钝化肝素辅因子Ⅱ抑制凝血酶的活性，显著降低血浆凝血因子Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅺ、Ⅻ的活性（P<0.05），降低血液钙离子浓度的作用明显优于肝素钠（P<0.01）。苗飞等［30］发现单环刺螠糖胺聚糖能降低大鼠血小板的最大聚集率（P<0.01），降低血小板内的钙离子浓度（P<0.01），升高大鼠血小板cAMP浓度（P<0.01），降低血浆中的TXB2浓度（P<0.05），升高大鼠血浆中的六酮前列腺素F1α浓度（P<0.01）。

赵欢等［31］使用分级超滤的方法提取单环刺螠体腔液中分子量小于8 000的多肽，实验证实该多肽对肿瘤有一定的抑制作用、对细胞免疫和非特异性免疫具有显著促进作用。焦绪栋等［32］克隆了单环刺螠胰凝乳蛋白酶抑制剂基因，利用原核表达技术获得了重组蛋白，体外抑瘤实验表明重组蛋白对肝癌细胞、乳腺癌细胞具有一定抑制效果。

4 硫化物代谢机制研究

正常生物体对H2S的耐受浓度很低，但单环刺螠能在富硫环境中正常生存繁衍，因此，其耐硫机制备受关注。霍继革等［33］发现MAPK可由硫化物刺激激活，进而调节下游生理反应。马玉彬［34］、谭志［35］等分析了线粒体中与硫代谢相关的硫醌氧化还原酶、交替氧化酶、硫氰酸酶、硫双加氧酶等酶系的作用。 史晓丽［36］、张立涛［37］等通过差异表达技术解析了与硫化物代谢相关的基因和关键信号通路。李岳［38］获得细胞调亡分子Caspase-3基因并利用重组蛋白制备了多克隆抗体。Ma X.等［39］克隆表达了抗凋亡因子Bcl-xL重组蛋白，制备了多克隆抗体，发现Bcl-xL在单环刺螠应对低浓度硫化物暴露时发挥作用。此方面工作已有多篇综述文章报道，在此不再赘述。

5 小结与讨论

单环刺螠主要分布于俄罗斯、日本、朝鲜和我国黄渤海地区。由于其可随海浪、潮汐等环境变化产生生境转移，烟台、大连、日本、韩国等地的单环刺螠不存在明显的地理隔阂和种群分化［40］。

近年来我国学者对其人工育苗和养殖技术进行了广泛探讨，多项技术获得突破，在山东烟台、潍坊、威海及辽宁大连等地皆实现了人工育苗和小规模养殖。为这一自然资源的保护和开发利用奠定了基础，有望形成新的养殖品种和增产、增收方式。

随着分子生物学技术特别是高通量测序技术的普及和应用，围绕单环刺螠基础生物学研究逐步深入，特别是在个体生殖发育过程、活性物质鉴定、硫代谢机制等方面已取得较大进展。近几年来，国内科研人员对单环刺螠的关注度逐渐提升，研究单位也逐渐增多，研究深度不断加强。在育苗、养殖、加工及高值利用领域有望形成系统性成果。

但总体来说仍存在较大改善空间：一方面，相对于研究工作开始较早的海参、牡蛎等海洋生物，单环刺螠的研究兴起晚、基础研究仍薄弱，关于单环刺螠的遗传背景、功能基因、应用基础研究尚需时日，遗传图谱的构建、高品质品种选育等工作仍需投入较大精力；另一方面，虽然国内对单环刺螠活性物质提取工艺研究较多，但实际应用方面仍严重不足。特别是在单环刺螠的潜在医用价值开发方面，针对活性物质制备关键技术、产品复配关键技术、规模生产关键工艺、功效评估等尚待开展，与之相关的科研—生产—应用—测试—销售渠道急需通畅。

通过高附加值产品的开发，带动上游的单环刺螠育苗、养殖、加工、销售等整个产业链的良性运转，不仅可满足人民群众对单环刺螠的需求，也可解决资源可持续利用的问题。