动物胃肠肽的研究进展

动物胃肠肽的研究进展胃肠肽(gutpeptideorgastrointestinalpeptide)是指神经组织及内分泌组织所产生和释放，并起着循环激素及（或）局部调节肽和（或）神经递质作用的活性肽类物质[1]。胃肠肽主要由胃肠道的物理或营养刺激而产生，起自分泌、旁分泌和神经分泌调节信号的作用。多种胃肠肽同时在中枢神经系统内起作用，被称为脑肠肽，是中枢神经系统和胃肠道代谢信息反馈的通道[2]。近年来的研究发现，胃肠肽不仅参与动物机体对摄食和营养摄取等活动的调控，而且还参与胃肠酶分泌，消化道运动，胰腺等消化腺体的生长及分泌，血糖调节，免疫活动调节，休克保护，癌症细胞的发育调节等一系列重要功能的调节和控制，因而已成为动物生理代谢及信号传递途径领域新的研究热点，本文就动物胃肠肽的研究历史、主要类型、结构、功能及对性成熟影响等方面的研究进展进行综述。1胃肠肽的研究历史及其概述1.1胃肠肽的定义和发现促胰腺素(secretin)是第一种被发现的胃肠肽，于1902年由BaylissWM和StarlingEH于胰腺中发现[3]。YehudaHandelsman和DanielPortel指出此发现不仅是胃肠肽研究的起点，同时也是整个内分泌学的开端[4]。随着技术的不断进步，二十世纪六十年代以来，大量胃肠肽先后被发现。二十世纪六十年代，胃泌素[5]和分泌素[6]几乎同时被纯化，开启了内分泌生化时代的大门。到目前为止，已经发现了40余种胃肠肽[4]，胃肠肽的研究在内分泌学研究方面占据了重要地位。1.2胃肠肽的基本特征胃肠肽由胃肠道不同细胞分泌，相互之间结构和功能差异较大。但是大多数胃肠肽都有一些共同的特征：(1)胃肠肽的生化基础不随组织变化而变化，因此胃肠肽在不同部位的受体及作用机制都是相同的；(2)胃肠肽往往以多种形式存在，更小、更有活性的形式包含在更大且更稳定但活性更低的形式之内。不同胃肠肽可能具有相同的肽链特征，但是却不能说明其是否有相同的起源或者只是趋同演化的效应；(3)所有胃肠肽基底水平都很低(100pg/mL)，通常是由大分子前体形态存在。其前体浓度较高，活性较低，在相关刺激的作用下胃肠肽活性浓度可从基底水平提高1-4倍；(4)局部旁分泌剂可以影响胃肠肽的释放(如铃蟾肽刺激胃泌素、胆囊收缩素、胰多肽和胰高血糖素分泌；而生长激素抑制素能抑制几乎所有种类的胃肠肽释放)，这些旁分泌剂也可以以同样的方式直接作用于目标组织；(5)胃肠道内分泌细胞既分泌胃肠肽入血，也分泌其进入肠道，肠道分泌的作用不甚明了，可能是用来调节黏膜发育；(6)不同胃肠肽往往对中枢或外周神经系统或者胃肠道受体起相同类型的作用，用以增效彼此的反应。此时阻断某一个胃肠肽的反应即可阻断所有其他激素的反应。胃肠肽的作用分神经介导的反应和体液介导的反应，其中神经介导的反应随作用对象不同而有很大差别，对肠道的刺激作用相当明显，而对肝脏则几乎没有任何作用；(7)尽管肾脏内有某些使特定胃肠肽失活的酶，但大多数的胃肠肽是在毛细血管床上非特异性分解而失活的；(8)很多胃肠肽也作为神经递质而存在，如脑啡肽，血管活性肠肽和胃泌素[7]。1.3胃肠肽的主要种类胃肠肽主要由胃肠道(主要是胃和小肠)及其附属腺体分泌。已知的胃肠肽主要有胆囊收缩素(cholecystokinin,CCK)、胃促生长素(ghrelin,GRL)、胃泌瘦素(gastriclep-tin,gastricLPT)、酪酪肽(peptidetyrosine-tyrosine,PYY)、胰高血糖素样肽-1(glucagon-likepeptide-1,GLP-1)、血管活性肠肽(vasoactiveintestinalpeptide,VIP)、胃泌素(gastrin)、淀粉不溶素(amylin)、胃泌酸调节素(oxyntomodulin)[4]、胰多肽(pancreaticpoly-peptide,PP)[8]、胃泌素抑制素(gastricinhibitorypeptide,GIP)[9]、以及胃泌素释放素(gastricreleasingpeptide,GRP)[10]等。表1.1是目前发现的主要胃肠肽的种类及其分泌部位：表1.1几种常见的胃肠肽及其分1.4胃肠肽分泌与摄食及营养的关系胃肠肽的基本职能是调节食物摄取，从而达到体内营养与能量的平衡。其基本过程是食物与胃肠道接触后，引起胃肠肽类激素释放，通过血液循环进入脑内，通过调节脑内相关摄食中枢活动影响摄食。在脑内，下丘脑弓状核是外围代谢信号调控中枢，而脑干孤束核则是这些信号的主要通路[11]。脑内本身就有调节食欲行为的相关激素，如神经肽Y(melanocytestimulatinghormone,NPY)、刺鼠基因相关蛋白(agoutigene-relatedprotein,AgRP)及食欲素(orexin)等刺激信号，阿黑皮素原(pro-opiomelanocortin,POMC)及α-黑素皮质激素(α-melanocytestimulatinghor-mone,α-MSN)等抑制信号，这些激素都能接受胃肠肽信号，从而调节摄食带来的满足感[11]。在接受刺激分泌胃肠肽过程中，胃主要是接受机械刺激，通过食物对胃的扩张作用促使相关激素的分泌[12]，在胃内放置气球等非营养物质也能达到类似的效果。原因可能是胃本身是一个食物计量容器，靠食物与胃的机械作用最终确定食量，但是胃内压和胃的实际容积对食物摄取量几乎没有影响[13]。而肠道胃肠肽激素的分泌和满足信号的产生则主要是由营养物质的吸收而诱导的，且肠道释放的多肽激素大多可以延缓胃排空，形成长期满足，降低摄食[12]。如在肠道内有一种被称为“回肠刹车”的机制，即在远端小肠被浸入营养物质中时，将大大降低摄食量[14]。具体体现在在回肠中，脂肪和糖类刺激肠粘膜，激活“回肠刹车”，有效地抑制胃排空和小肠运输，抑制胃酸、胰腺酶和胆汁酸的分泌[12]，抑制摄食，从而降低能量摄入。“回肠刹车”是两种胃肠肽PYY和GLP-1共同介导的结果[15]。胃肠肽通过这种精确的调节控制机制，增加或者减少食物的摄取量，从而构成体内能量平衡调控的重要一环[12]。有一种被称为胃肠搭桥术的手术，由于其能降低体内ghrelin浓度，提高PYY浓度，因此能有效地降低食欲，减轻体重，而没有任何副作用[8]，胃肠肽的作用正是这种手术能够发挥其效果的根本原因。2主要胃肠肽的结构和功能2.1胆囊收缩素2.1.1定义胆囊收缩素(cholecystokinin,CCK)是Mutt和Jorpes于1968年发现的一种能促进胆囊收缩和胰腺酶分泌的肽类激素[16]。最早被发现的胆囊收缩素活性形态为CCK-33，随着研究的深入，人们逐渐发现了胆囊收缩素其他的活性形态。胆囊收缩素主要由小肠内分泌I-细胞合并分泌，另外在垂体中也有合成，肾上腺髓质中也有少量胆囊收缩素合成。在胃肠道中，胆囊收缩素主要是作为一种胃肠肽，而在脑内，胆囊收缩素作为一种神经递质而广泛分布，胆囊收缩素是脑中最为丰富的一种肽类激素[16]。2.1.2结构人类编码胆囊收缩素的基因位于3号染色体上，拥有一个较小的内含子和另一个较大的内含子；拥有三个外显子，但是第一个外显子不编码氨基酸序列。胆囊收缩素基因没有明显的特殊结构域。胆囊收缩素所有形态都是同一条mRNA翻译的产物。这条mRNA拥有750个碱基，其中348个碱基是多肽编码序列，编码115个氨基酸残基序列。这115个氨基酸残基组成了胆囊收缩素前体序列，其中前20个氨基酸残基组成其信号肽序列，紧接着信号肽的是一个在不同物种之间差异很大的区域，而从第58个氨基酸残基开始是具有生物活性的胆囊收缩素成熟肽序列，这一部分的序列变异较小，成熟肽序列之后是酰胺化信号等翻译后成熟信号。成熟的胆囊收缩素是一组拥有相同C-端末端的多肽，其末端为一个α-酰胺化和O-硫酸化的七肽保守序列。此序列在不同物种之间差异极小，在人类中，此序列是-Tyr(SO4)–Met–Gly–Trp–Met–Asp–Phe–NH2[16]。尽管C-端序列类似，胆囊收缩素却因其拼接长度不同而有CCK-5、CCK-22、CCK-33、CCK-58、CCK-83等不同活性形式。其中CCK-8、CCK-22、CCK-33、CCK-58是人体内胆囊收缩素主要的活性形式，其他形式或存在于其他物种中[16]。不同的多肽序列之间的功能差异较小，主要是活性大小和半衰期的差异。其中在人体内以CCK-8的活性更高，而CCK-33及CCK-58的半衰期更长。这些差异的原因可能是由于较短的序列更有利于活性中心与受体结合，而较长的序列则由于形成了稳定的三级结构等因素的影响而在生物体内有更高的稳定性[17]。图2.1胆囊收缩素及其相近多台的保守区域在生物体内，类似胆囊收缩素C-端结构的多肽还有很多，它们属于一个被称为胃泌素/胆囊收缩素超家族的多肽家族中，如上图2.1是此超家族的一些代表性多肽[16]。2.1.3受体一般来说，胆囊收缩素在生物体内主要有两种类型的受体，分别被称为CCKA和CCKB。CCKA受体，又被称为食欲的胆囊收缩素受体，介导胆囊收缩，奥狄括约肌松弛，胰腺的生长和胰腺的酶分泌，延迟胃排空以及抑制胃酸分泌。其通过结合酰胺化的位点和硫酸化的位点识别胆囊收缩素，选择性较强，只与胆囊收缩素结合[16]。CCKA主要分布在肠神经元，迷走神经传入单元，脑区和胰腺上[18]。而CCKB受体，被称为大脑的胆囊收缩素受体，主要在脑中表达，其选择性较差，会结合非硫酸化的胆囊收缩素受体以及胃泌素以及其他同族多肽的C-端片段，因此是胆囊收缩素和胃泌素的共同受体[16]。CCKB受体主要分布在脑内，迷走神经传入神经单元，同时，在胃内也有发现[18]，主要在胆囊收缩素的神经递质作用中发挥受体作用。2.1.4主要功能调节摄食胆囊收缩素与食欲调节的研究开始于1973年，Gibbsetal.发现外源注入胆囊收缩素可以剂量依赖性地抑制食物获取[16]，此后随着研究的不断深入，人们逐渐认识到胆囊收缩素是一种典型的抑制食欲多肽，也被称为满足肽[18]。胆囊收缩素对食欲的调控是在生理剂量内发生的，远远小于药理剂量[18]。作为一种典型的满足肽，胆囊收缩素既可以产生短期饱腹感，又可以产生长期效应，降低食物获取，以此来平衡食物获取和体重稳定之间的矛盾[18]。胆囊收缩素降低食欲的作用依赖于完整的迷走神经系统[19]，迷走神经传入神经被阻断后，胆囊收缩素对食欲的抑制作用消失。胆囊收缩素介导的抑制食欲信号通过胃内的受体传入迷走神经传入纤维，通过孤束核和最后区，作用于下丘脑的食欲调节中枢，从而起到抑制食欲的作用[16]。在整个调节过程中有中枢皮质素系统的参与和调节[18]。胆囊收缩素对食欲的影响在使用竞争性抑制剂处理后消失[20]。胆囊收缩素受体缺乏的OLETF(OtsukaLong-EvansTokushimaFatty)大鼠表现出明显的贪食和肥胖症状，且对外源的胆囊收缩素注入不敏感[20]。研究表明，胆囊收缩素和瘦素都能降低动物对甜味的口感[20]，另外胆囊收缩素还能引发条件性味觉厌恶，甚至引起胃部不适[21]。这些作用都能增强其对摄食的抑制效果。在鱼体内，胆囊收缩素同样可以发挥抑制食欲的作用。如在硬骨鱼中胆囊收缩素能够诱导胆囊收缩，延缓胃排空以及增加肠蠕动[22]。摄食后金鱼脑内胆囊收缩素含量升高，在黄鳍短须石首鱼幽门盲囊中也出现类似的现象[23]。无论是在脑内还是在外周注射胆囊收缩素都能降低金鱼摄食量，投喂胆囊收缩素降低黑鲈的食量[22]。刺激消化道肌肉运动胆囊收缩素对消化道很多肌肉运动都有调节作用。首先，胆囊收缩素对胆囊排空有刺激作用，是刺激胆囊排空和胆汁分泌的最强信号。胆囊肌肉中有CCKA受体，能根据血浆中胆囊收缩素的浓度介导胆囊肌肉收缩的力度[16]。由胆囊收缩素引发的胆囊不正常收缩可能引发胆囊结石[24]。此外，胆囊收缩素还能通过松弛总胆管括约肌和奥狄括约肌介导胆汁进入十二指肠[16]。除了对胆囊肌肉的支配，胆囊收缩素还能通过对胃、小肠、结肠运动神经的支