瘦素對水生動物代謝、生長發育和繁殖的影響及機理

■許友卿 王利香 韓進華 劉曉麗 丁兆坤

（廣西大學水產科學研究所廣西高校水生生物健康養殖和營養調控重點實驗室，廣西南寧530004）

瘦素(1eptin)是蛋白激素。在魚類，瘦素主要由肝合成分泌，參與調節攝食、代謝、生長、神經及造血細胞發育、免疫、繁殖等[1]。

瘦素前體由167個氨基酸組成，于分泌入血時，被修飾除掉其中由21個氨基酸組成的N-端信號肽，形成有生物學功能的成熟瘦素，并以單體形式存于血液中，其分子量是16 kD，由146個氨基酸組成[1-3]。瘦素在機體內發揮多種生物學功能，如參與調節攝食、能量代謝、生長發育和繁殖等[4-5]。瘦素能顯著提高團頭魴(Megalobrama amblycephala)的繁殖能力[6]。性成熟的大西洋鮭(Salmo salar)肝瘦素mRNA水平和血清瘦素含量均顯著高于未成熟者[7]。然而，水生動物的瘦素研究尚處起步階段，亟待深入探究。

本文綜述了瘦素對水生動物代謝、生長發育和繁殖的影響及其機理研究進展，旨在深入理解和研究之，以便更好地利用瘦素，調控水生動物代謝、生長發育和繁殖，促進養殖漁業的健康快速發展，提高經濟效益和社會效益。

1 瘦素對水生動物能量(糖)代謝的影響

能量是進行生命活動的基礎。細微(持久的)的能量攝入和支出平衡失調，均可導致嚴重的病態[8]。Gorissen等[9]報道，禁食一周后，斑馬魚(Danio rerio)肝瘦素A的mRNA水平升高，而瘦素B的mRNA水平顯著降低。2016年，Yuan等[10]指出，瘦素A參與桂魚(Siniperca chuatsi)能量代謝的主要調節，在調節攝食和能量代謝中發揮重要作用；而瘦素B調控特殊中樞神經系統的能量交換。瘦素A在石斑魚(Epinephelus coioides)調節攝食和能量代謝中發揮重要作用[11]。

注射瘦素可增加尼羅羅非魚(Tilapia nilotica)血漿中的葡萄糖水平[12]。Jorgensen等[13]研究發現，瘦素長期調節代謝能量的穩態。在虹鱒(Oncorhynchus mykiss)腦室注射瘦素后，可提高糖合成和分解過程中相關酶的含量、半乳糖激酶(GK)活性及與糖代謝反應有關基因的mRNA水平，還會引起血糖濃度升高[14]。饑餓3周的虹鱒瘦素的表達水平顯著升高[15]。然而，饑餓3周的鱸(Epinephelus coioides)肝瘦素mRNA水平顯著減少，再投喂3周后瘦素mRNA水平則回升[16]。

魚瘦素表達水平與其營養狀態相關[17]。經過一段時間饑餓后，魚類瘦素表達水平增加[18]。瘦素與魚類代謝相關[19-21]。魚類瘦素通過調節糖(血糖)和脂類代謝而調節魚類的攝食及能量代謝平衡[14，22-23]。

2 瘦素對水生動物脂肪代謝的影響

瘦素可以調節脂肪代謝，抑制脂肪沉積，促進脂肪降解。Salmerón等[24]研究表明，瘦素刺激脂肪分解，減少脂肪細胞對脂肪酸的攝取和儲存，該結果支持假說——瘦素抗虹鱒生脂作用。腹腔注射瘦素可降低黃顙魚(Pelteobagrus fulvidraco)肝內脂肪含量及脂類合成相關酶——6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(6PGD)、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PD)、蘋果酸酶(ME)、異檸檬酸脫氫酶(ICDH)和脂肪酸合成酶(FAS)的活性，而上調肉堿棕櫚酰轉移酶-I(CPT-I)的活性。用瘦素孵育細胞，顯著降低細胞內甘油三酯(TG)含量、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PD)和過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)的mRNA表達水平，而上調過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)、CPT-I和固定調節元件結合蛋白-1(SREBP-1)的mRNA表達水平[25]。給金魚體內注射人類瘦素蛋白后導致其肝脂含量降低[26]。給藍太陽魚(Lepomis cyanellus)體內注射鼠瘦素蛋白，可致其脂肪酸結合蛋白和肉毒堿棕櫚酰轉移酶增加[27]。

瘦素對水生動物脂類代謝的影響非常復雜，既可發揮短期作用，也可長期作用。給草魚(Ctenopharynogodon iddla)注射重組表達瘦素蛋白一天之后，發現其瘦素mRNA水平提高5.76倍，解偶聯蛋白2(UCP2)、膽鹽活化脂肪酶(BSAL)和脂肪酸延長酶(ELO)顯著升高，而神經肽Y(NPY)、硬脂酰輔酶A去飽和酶1(SCD1)和脂蛋白脂肪酶(LPL)的mRNA水平顯著降低，說明瘦素對草魚攝食、能量消耗和脂類代謝調控存在急性效應[23]。在冬、春及夏季，北極紅點鮭(Salvelinus alpinus)的肝瘦素mRNA水平都較低，隨后逐漸上升，至十月增至低水平的7倍。9～10月，當北極紅點鮭生長停止，體脂質水平開啟下降時，瘦素mRNA表達維持高水平，這可能與該魚在10月性成熟有關。這提示北極紅點鮭整體脂質儲存與肝瘦素mRNA表達存在季節性變化，表明瘦素對脂類代謝有長期調控作用[28]。

3 瘦素對水生動物蛋白質代謝的影響

瘦素可通過調節水生動物體內蛋白質激素的合成和分泌，進而影響水生動物的代謝和生長。Douros等[29]研究發現，尼羅羅非魚瘦素A可增強羅非魚垂體催乳素(PRL)的合成和釋放，而PRL反過來也可抑制肝瘦素蛋白的合成和分泌。盡管在體外，羅非魚重組LepA能降低其垂體生長激素(GH)的表達，然而在體內，瘦素A不影響羅非魚的基礎GH分泌[30]。瘦素可能是影響胰島素樣生長因子-1(IGF-1)和IGF-2產生的直接刺激因子，并通過其上調生長激素受體轉錄的能力來促進GH的敏感性[31]。Peyon等[32]報道，重組鼠瘦素對舌齒鱸(Dicentrarchus labrax)腦垂體中促黃體生成素(Luteinizing hormone，LH)的產生有直接作用。

瘦素還可以影響水生動物體內多種酶的含量及活性。在虹鱒腦室注射瘦素后，可提高其糖合成和分解過程中相關酶的含量和活性，來調節魚體血糖濃度[14]。用人重組瘦素孵育分離出的黃顙魚卵巢細胞，能顯著降低細胞內甘油三酯(TG)、脂肪酸合成酶(FAS)、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PD)、6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(6PGD)、固定調節元件結合蛋白-1(SREBP-1)和過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)的活性和mRNA水平，但增強肉堿棕櫚酰轉移酶-I(CPT-I)、過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)和乙酰輔酶A羧化酶α(ACCα)的活性和mRNA水平[33]。

4 瘦素對水生動物核酸代謝的影響

瘦素可以通過改變其他基因的表達來影響水生動物的生長發育。用不同濃度的人重組瘦素對新鮮分離的復鰕虎魚(Synechogobius hasta)肝細胞進行體外培養，可降低細胞內甘油三酯含量和脂肪生成基因的表達，并增加幾種Janus激酶(JAK)和脂解基因mRNA的表達[34]。莫桑比克羅非魚(Oreochromis mossambicus)垂體轉錄組分析顯示，羅非魚重組瘦素A刺激糖酵解酶3-磷酸甘油醛脫氫酶(GAPDH)mRNA表達，瘦素還增加糖酵解限速酶——磷酸果糖激酶(PFK)mRNA表達[35]。

5 瘦素對水生動物生長發育和繁殖的影響

目前研究發現，大多數魚類瘦素具有抑制攝食的作用[14，22-23]。瘦素似乎作為一種使魚類食欲減退的因素而存在[36-37]。向魚腹腔或腦室內注射同源或異種瘦素蛋白后，結果始終都是食物攝入量減少[22，38]。在金魚(Carassius auratus)腹腔和側腦室注射哺乳動物瘦素后，發現其攝食減少、體重下降以及調控攝食和能量代謝相關基因表達水平改變[26]。向鱸腹腔注射人瘦素也可抑制其攝食[16]。

然而，用哺乳動物瘦素處理銀大馬哈魚(Oncorhynchus kisutch)[39]、鯰(Ictalurus punctatus)[40]和綠海魴(Lepomis cyanellus)[27]，卻不改變它們的攝食行為或能量代謝。

Murashita等[22]用重組瘦素處理虹鱒后，發現可顯著抑制其攝食行為，刺激抑制食欲因子——阿片促黑色素原A1/A2(proopiomelanocorein-A1/A2，POMC-A1/A2)基因表達，并降低促食欲因子神經肽Y(neuropeptide Y，NPY)基因的表達水平。重組鮭瘦素也可顯著抑制大西洋鮭的生長[38]。

研究發現，哺乳動物瘦素可以促進海鱸(Dicentrarchus labrax)合成、分泌黃體生成素和生長乳素[32，41]。人類瘦素可以促進雌性虹鱒魚中垂體釋放卵泡刺激素和黃體生成素[42]。雌性和雄性香魚(Plecoglossus altivelis)在排卵季節，血漿瘦素含量都有所升高[43]。在成熟大西洋鮭雄魚精子形成期間，其肝瘦素表達水平比不成熟者高。其他一些硬骨魚類性成熟時，瘦素水平也升高[44]。性腺成熟的大西洋鮭瘦素mRNA水平顯著升高，血漿瘦素含量也有所上升[44]。

在團頭魴受精卵卵裂至2細胞期時，瘦素基因表達量顯著升高(P＜0.05)；破膜第5 d后瘦素基因的表達量持續升高，至破膜后15d達峰值，表明瘦素基因可能調控胚胎發育早期的能量[6]。

6 瘦素影響水生動物代謝、生長發育和繁殖的機理

瘦素可直接調節下丘腦的kisspeptin神經元和垂體促性腺激素的分泌，從而調控機體代謝、生長發育和繁殖[45]。

瘦素通過受體而發揮作用。瘦素通過與其具有高親和力的受體結合而發揮作用，也有的在局部以旁分泌或自分泌的方式發揮作用。

瘦素通過與下丘腦相關的反饋環結合而反饋抑制攝食，增加能量消耗。

瘦素信號轉導主要有3個信號通路。①JAK/STAT信號通路。Janus家族蛋白酪氨酸激酶/轉錄信號傳導與激活物通路(Janus-family tyrosine kinase/signal transducers and activators of transcription，JAK/STAT)。Janus激酶是非受體酪氨酸激酶的一個家族，用各種生物過程參與從外環境到核的細胞因子信號轉導[34]。目前認為，JAK/STAT途徑是介導瘦素信號傳遞的主要途徑。Wu等[46]報道，瘦素激活JAK/STAT通路并增加靶基因的表達，這部分解釋了黃顙魚中瘦素誘導的脂質代謝變化。瘦素在復鰕虎魚體內通過JAK通路，調節肝脂肪代謝[34]。瘦素的脂解作用主要是通過STAT3成員發揮作用[47]。②RST-P13K信號通。瘦素能通過與胰島素信號級聯中的某些信號分子相互作用，參與調控胰島素介導的信號傳遞。胰島素受體亞型通過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)，引發PI3K依賴的絲/蘇氨酸激酶(receptor serine/threonine kinases，RSTK)被激活，同時活化另一蘇氨酸蛋白激酶，調節糖原合酶的磷酸化過程[1，48]。③其他信號通路。瘦素能激活其他神經元活性，產生一些神經遞質抑制促食神經肽Y(NPY)的作用。如瘦素能激活黑素細胞激素原(POMC)而產生α-促黑素細胞激素(α-MSH)，后者與黑皮質素-4(MCR-4)受體結合，進而封閉阻止NPY的作用。瘦素可通過降低NPY的合成來調控攝食。瘦素能通過影響動物下丘腦和后腦的葡萄糖感受性神經元的活性，激活厭食欲肽(POMC、CART、CCK)的表達和抑制促食神經肽Y(NPY、AgRP、Orexin)的表達，進而調控其攝食行為，并促進能量消耗[49]。瘦素還能通過改變下丘腦下行神經元的活性，提高胃神經元膽囊收縮素受體的活性，增強膽囊收縮素的作用而調節食欲[50]。

此外，還有其他一些假說或正在研究的信號通路[1]。

7 小結與展望

綜上所述，瘦素可通過多種途徑影響水生動物代謝、生長發育和繁殖，機理復雜。但目前我們對此研究和理解有限。今后應多學科結合，綜合運用現代分子生物學技術，深入研究瘦素對水生動物代謝、生長發育和繁殖的影響及其機理，同時應用瘦素調控水生動物代謝、生長發育和繁殖，促進水產業的高效生產，提高社會效益和經濟效益。今后特別應注意下述研究：①探討相關研究技術，為深入研究提供先進的技術保障。②進一步研究不同水生動物瘦素及其功能。③水生動物瘦素的作用機理，尤其是瘦素-受體復合體及其信號通路。④不同水生動物瘦素基因、受體的分布及克隆。⑤影響水生動物瘦素基因表達的因素及調控機制。⑥實際應用研究。