摘要从基因结构、合成代谢、神经元分布、生物学功能及生产应用等方面对哺乳动物促性腺激素释放激素(GnRH)进行简要综述。
关键词GnRH;合成代谢;分布定位;应用
中图分类号 Q57 文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)11-0220-02
促性腺激素释放激素(gonadotropin releasing hormone,GnRH)是下丘脑分泌产生的十肽神经激素,它与位于垂体前叶的促性腺激素细胞上的特异性受体(GnRH-R)结合,从而刺激促性腺激素(GTH)的产生和释放,起着调节生殖活动的重要作用,是“下丘脑-垂体-性腺轴(hypothalamic-pituitary-gonadal axis,HPG)”系的原动力。目前,随着分子生物学发展和免疫酶标定位技术的广泛应用,研究学者对传统的GnRH分布定位、生物学功能与其生产应用等观念有了进一步深入地研究认识。笔者主要从GnRH的基因结构、合成代谢、神经元分布、生物学功能及生产应用等方面进行综述。
1GnRH多肽的种类及基因结构
目前GnRH家族至少已经有24个类型,哺乳类具有同一化学结构[1](pGlu·His·Try·Ser·Tyr·Gly·Leu·Arg·Pro·Gly·NH2。其中pGlu为末端带1个磷酸基的谷氨酸)。每种哺乳动物的脑至少合成2种GnRH类型,一种出现在下丘脑而作用于脑垂体,称为GnRH-I;其他1～2种出现在下丘脑以外的脑区,起神经递质作用,间接参与生殖活动的调节,称为GnRH-Ⅱ或GnRH-Ⅲ。
GnRH基因内有3个内含子和4个外显子,由第2、第3外显子和第4外显子的一部分共同编码GnRH前体,该前体包含一段21～23个氨基酸的信号肽、10个氨基酸的GnRH、1个断裂位点和40～60个氨基酸的相关肽(GAP)。信号肽和GnRHs非常保守,但磷酸核糖基甘氨酰胺合成酶(GAPs)在不同物种间同源性很低[2]。
2GnRH的合成与代谢
GnRH首先在下丘脑视前区的神经内分泌细胞内的核糖体合成一个92个氨基酸的前体,然后被下丘脑的肽酶降解为具有生物活性的激素[3],这与其他多肽类激素极其相似。Maurer等[4]将大鼠视前区/下丘脑组织块在视交叉处均分为嘴侧和尾侧两部分,发现嘴侧虽为GnRH神经元胞体的主要分布区域,但它的GnRH含量只占1/4,其余3/4存在于尾侧。因此,他们认为合成后的GnRH存在于GnRH的释放部位或邻近释放的部位。
GnRH的分泌有一个精确的图线,在胎儿和婴儿早期GnRH发挥短暂的机能作用,婴儿期后期和儿童期其活动被压制到低水平,到青春期被再次激活达成人水平。在青春期初期,GnRH的分泌是在睡眠时,以后是在夜间,但随后昼夜分泌基本一样。在女性,GnRH的脉冲频率以月经周期的不同阶段而不同。已证实,GnRH分泌呈间歇脉冲式,这种脉冲方式受Ca2+、IP3-DAG途径、PKC和DG信号级联等调控,每次间隔30～70min,峰值在10～24min衰退。GnRH这种脉冲式分泌对维持垂体性腺功能和排卵前期LH峰至关重要。连续或高频率的GnRH脉冲会导致GTH细胞的GnRH受体脱敏[5],而导致LH和FSH的分泌量降低;而较高频率的GnRH脉冲有利于LH合成分泌,而较低频率有利于FSH合成分泌[6]。但GnRH轴突末梢能如此同步地、协调地将GnRH释放入初级毛细血管网的机理以及调控GnRH分泌的解剖定位还不很清楚。
GnRH在血液中被迅速降解,其生物半衰期约为2～4min。有关GnRH的降解作用主要来自下丘脑和垂体,其机理可能有2个方面[7]:一是通过丘脑下部和垂体的GnRH降解酶使之灭活;二是GnRH被内切酶从分子内段裂解为GnRH 1～6肽和GnRH 7～10肽2个片段,然后再通过氨基肽酶和羧基肽酶的作用使之灭活。
3GnRH神经元的形态及分布
GnRH 神经元多为单极,胞体呈椭圆形或梭形,根据细胞表面棘样结构的有无将神经元分为光滑型和棘型。一般认为,棘样结构是传入纤维末梢与GnRH 细胞发生突触联系的部位。随着动物年龄的增长,棘样结构也逐渐减少[8]。脑内GnRH神经元在分布上具有种属差异,人和灵长类GnRH神经元主要分布于隔、视前区、斜角带、边缘叶、室周核、弓状核和漏斗核[9]。利用放射免疫和免疫酶标定位技术,已基本确定了下丘脑神经分泌细胞中GnRH的分布,下丘脑内GnRH总含量的85%左右集中在正中隆起的弓状核区,在视前区及第3脑室周围都有GnRH的分布。除下丘脑外,松果体、海马体、嗅球、Cingulate、脑皮层等也有GnRH[10]。研究发现,投射到正中隆起的GnRH纤维占70%,参与GTH合成和释放的管理,其余30%投射到脑内的其他区域,如嗅区、杏仁体和中脑的中央灰质区域。它们有可能作为神经递质,调节正常的生殖行为。另外,脑外组织,包括肠、胃、胰脏、卵巢、子宫内膜、胎盘的滋养细胞、输卵管上皮细胞及交感神经节等器官和组织中也发现有GnRH类似物存在[11]。此外,在脑脊液、乳汁、视网膜以及人的肿瘤组织中也有高水平的GnRH分布。可见,GnRH广泛分布于神经、内分泌、生殖、消化系统和免疫系统,通过传递信息,使各系统达到协调统一。
4GnRH受体
GnRH受体(GnRH mRNA,GnRH-R)是由327个氨基酸构成的糖蛋白,相对分子量37 684,含7个跨膜区,是典型的G蛋白(protein G)偶联受体。其结构上与其他G蛋白受体显著不同在于缺少细胞内C-末端的氨基酸尾巴[12]。研究证明,细胞内第2和第3环及C-末端尾巴对于受体与G蛋白结合、受体专一性决定和脱敏很重要[13]。其作用机制为:GnRH—GnRH-R—G蛋白(Gq/11,Gs,and Gi)—磷脂酶C(phospholipase C,PLC)—第2信使(肌醇、DG)—蛋白激酶(protein kinase,PKC,PKA,MAPK)和细胞内Ca2+流动;GnRH还激活PLA、PLD、MAP激酶途径,对细胞膜外信号传导至核内及GTH的转录调节发挥作用。
从众多相关定位研究显示GnRH-R除主要分布在垂体促性腺细胞外,在卵巢、睾丸、中枢海马、胃、肠道、乳腺、前列腺等组织细胞上也存在着GnRH特异结合位点[14]。
5GnRH的临床及生产应用
GnRH及其激活剂类似物[15]已广泛用于内分泌科、妇科、儿科和部分肿瘤疾病的治疗,并取得较好的较果。在神经外科方面,GnRH试验有判断预后的价值。GnRH的临床应用主要包括评价垂体GTH细胞功能和辅助生育技术及性激素相关疾病的治疗,如特发性低促性腺激素型性功能减退症、男性不孕症、下丘脑闭经、多囊卵巢综合症(polycystic ovary syndrome,PCOS);GnRH-A已应用于前列腺和前列腺增生、内膜异位症、子宫肌瘤和多毛症等的治疗。
在动物生产繁殖方面[7],外源性的注射GnRH后,通过HPG轴引起垂体释放LH和FSH,在LH与FSH的协同作用下促进性腺中的类固醇激素合成与释放量的变化,从而可以提高发情期受胎率、缩短产后发情时间、提高家畜超排效果和产仔率;也能在一定程度上提早家畜的性成熟、治疗母畜卵巢疾病;还能应用于提高公畜精液品质、提高瘦肉率、治疗少精无精症等。
GnRH是神经-免疫-内分泌三大调节系统之间互相联系的信使之一,在哺乳动物生殖神经内分泌调控中特别是在刺激GTH的合成和释放方面具有至关重要的调节作用。而GnRH类似物的应用及受体在分子水平上的调控将成为神经内分泌和生殖生物学研究的热点之一。
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