水生所研究发现增强的孕酮信号可独立于雄激素信号维护斑马鱼精巢正常发育

2022-03-02 08:50:16 来源：今日健康网作者：分享：

编辑推荐：

　　文章在 Endocrinology 上发表后，成为该杂志当年度 top10% 的高被引文章

　　这是一段有关性类固醇激素信号对斑马鱼精巢发育调控作用的神奇探索！

　　CYP17A1是一种通过2步氧化反应，催化孕酮类化合物生成雄激素类化合物的酶。第一步反应是通过其羟化反应基团，羟基化C21的孕酮类化合物形成17α羟基孕酮类物质，第二步是通过其17碳链裂解酶基团，将C21的17α羟化孕酮类化合物转变为C19的雄激素类化合物，其后产物可在其他酶的作用下，还可继续生成雌激素类化合物。因此，CYP17A1是动物体内生成雌、雄激素的关键酶。小鼠中将其敲除，会导致纯合突变体在胚胎期死亡(Bair & Mellon, 2004)。前期将雄激素受体敲除的报道，都表明缺乏雄激素受体的斑马鱼精巢发育和生精作用受阻（Yong et al., 2017; Crowder et al., 2018; Yu et al., 2018）。

　　中国科学院水生生物研究所殷战研究员团队获得的CYP17A1敲除的斑马鱼，不同于小鼠同样基因的突变，可以存活至成年。让人惊奇的是全部成年突变鱼性腺都发育成精巢，且均能产生成熟精子。更让人不解的是，CYP17A1缺失的斑马鱼还能较野生对照雄鱼出现精巢增生，产生更多具有活力的精子，只是雄性第二性征缺失，不与雌鱼交配，失去了天然的交配能力。但采自突变鱼的精子，却能与采集的斑马鱼卵子进行正常的人工授精，发育成正常的子代。

　　没有了雄激素的斑马鱼，却都出现精巢增生，并产生更多成熟精子。这给研究带来了困惑：①CYP17A1纯合突变斑马鱼中雄激素还有吗？科研人员采用常见的雄激素ELISA试剂盒检测，发现与对照雄鱼相比，突变鱼中的雄激素含量巨降。但也不确定是ELISA检测总有痕量读值的原因，还是因为在斑马鱼摄食中，通过活体的饵料摄入，在ELISA检测中总能发现微量的雄激素读值。②由于鱼类的基因组加倍过程，斑马鱼中是否还具有另一个功能相似的CYP17A酶存在？前人报道的确斑马鱼还有一个CYP17A2蛋白的存在，但因其不具有如CYP17A1一样的17碳链裂解酶基团，应该不能形成C19的雄激素类的类固醇化合物。

　　另外，科研人员发现由于CYP17A1的缺失，其催化反应的前体底物孕酮类化合物在体内出现了大量的富集，且cyp17a1-/-鱼的垂体促卵泡激素(follicle-stimulating hormone β, tshβ)表达显著升高。通过构建cyp17a1-/-;fshβ-/-双敲除斑马鱼，科研人员发现该升高的tshβ表达，是导致在CYP17A1中出现精巢增生和产精增多的原因，但即使缺失tshβ,正常的精巢和精子依然能在cyp17a1-/-鱼中形成。于是，科研人员推测：CYP17A1纯合突变斑马鱼出现成熟精巢的发育，可能是因为微量雄激素随活饵料摄入导致；亦或由鱼类中常出现的配体-受体特异性不强，使突变鱼中高量孕酮类物质与雄激素受体发生了非特异性激活而导致的(Zhai et al., 2018)。文章在Endocrinology上发表后，成为该杂志当年度top10%的高被引文章。

　　通过与水生所肖武汉研究员团队合作，科研人员获得了cyp17a1-/-;ar-/-双敲除鱼，结果令人惊喜，该双敲除的鱼表现出和cyp17a1单敲除一模一样的表型，在ar-/-鱼群中还能出现的雌鱼, 在cyp17a1-/-;ar-/-鱼群中消失了，而ar-/-鱼精巢发育的缺陷，也在cyp17a1-/-;ar-/-鱼中变为增强发育的表型。这表明，在cyp17a1-/-中，科研人员所见的精巢表型是由独立于雄激素信号通路的原因而导致的。由于在ar-/-斑马鱼中未发现孕酮升高的现象，而以孕酮类化合物体外处理，可部分地挽救ar-/-的精巢障碍表型。通过与中山大学刘晓春团队合作，科研人员获得了孕酮核受体(npgr)缺失的斑马鱼品系。当同时获得cyp17a1-/-;npgr-/-双敲和cyp17a1-/-;ar-/-;npgr-/-叁敲的斑马鱼时，科研人员发现高量的孕酮，此刻再也不能使CYP17A1缺失的斑马鱼获得正常发育的精巢（图1）。后续大量数据分析表明，调控与促进精巢组织增殖的关键基因insl3可能是高量孕酮/NPGR信号和雄激素信号通路的交汇点。

图1. 斑马鱼精巢组织在CYP17A1缺失背景下NPGR再敲除导致的解剖组织学观察　

　　该系列工作首次发现动物体内增强的孕酮/NPGR信号，可以发挥不依赖于雄激素信号通路，促进和维持斑马鱼精巢发育和生精活动的功能（图2）。过去斑马鱼孕酮核受体的缺失，并没出现精巢发育缺陷，这一发现，对在类固醇激素生成途径中，先期演化形成的孕酮/NPGR信号对动物性腺发育的调控作用，提供了新的思考和视角。

图2. 斑马鱼性类固醇激素对精巢发育与生精活动的调控途径

　　有关孕酮/ NPGR信号对斑马鱼精巢发育的调控作用的研究结果，于2月28日由eLife网上发表（eLife 2022;11:e66118 DOI: 10.7554/eLife.66118）。该研究获得科技部蓝色粮仓项目（2018YFD0900205）和中国科学院先导项目（XDA24010206）等支持。