Kisspeptin研究进展

Kisspeptin研究进展雷治海2008年11月Kisspeptin是2001年发现的一种肽类激素，由KiSS-1基因编码，可水解产生Kisspeptin-54，Kisspeptin-14、Kisspeptin-13和Kisspeptin-10等不同长度的酰胺化短肽，C端具有精氨酸和苯丙氨酸。GPR54为Kisspeptin的受体，属G蛋白耦联受体。Kisspeptin及其受体在脑和多种组织器官分布，具有影响癌细胞的生长和转移、调节生殖功能和影响内分泌等作用。引言1、Kisspeptin及其受体的发现2、Kisspeptin生物学特性3、Kisspeptin分布定位4、Kisspeptin受体5、Kisspeptin受体的分布定位6、Kisspeptin的作用机制7、Kisspeptin的生理功能8、研究展望内容恶性肿瘤细胞从原始病灶向附近或远处转移是导致大多数癌症患者死亡的重要原因，肿瘤转移控制基因的研究是一个热点。Jeong-HyungLee等人发现，通过微细胞介导染色体转移技术（microcell-mediatedchromosometransfer）将人的6号染色体导入转移性黑色素瘤细胞系C8161或MelJuSo，至少可抑制95％的转移，但不影响肿瘤的产生。1Kisspeptin及其受体的发现⑴1996年，他们应用改良的差减杂交技术（modifiedsubtractivehybridizationtechnique）寻找6号染色体/黑色素瘤细胞杂交系的转移抑制基因，筛选了几个候选转移抑制cDNA，其中一个克隆仅在非转移的neo6/C8161.1细胞表达，在转移的黑色素瘤细胞系不表达，命名为KiSS-1。1Kisspeptin及其受体的发现⑵KiSS-1中的“SS”表示抑制物序列（suppres-sorsequence），“Ki”为一个前缀，表示该基因发现于Hershey巧克力“Kiss”的家乡宾夕法尼亚州Hershey。KiSS-1cDNA具有一个开放阅读框，编码含164个氨基酸的蛋白质，预计分子质量为18kd。将全长的KiSS-1cDNA转入C8161黑色素瘤细胞，能以表达依赖的方式抑制转移。1Kisspeptin及其受体的发现⑶1999年，Lee等人在大鼠发现了一个G蛋白藕联受体，命名为GPR54。2001年，MasatoKotani等人在寻找GPR54的内源性配体。他们发现三个分别含有54、14和13个氨基酸的多肽，其C端具有RF酰胺，为黑色素瘤细胞转移抑制基因KiSS-1的产物，命名为Kisspeptin，相应的肽分别称为Kisspeptin-54、Kisspeptin-14和Kisspep-tin-13。这些Kisspeptin与GPR54均有较高的亲和力。1Kisspeptin及其受体的发现⑷同年TetsuyaOhtaki等人从人胎盘分离了由KiSS-1基因编码的含有54个氨基酸残基的多肽，为人孤儿G蛋白耦联受体（hOT7T175）的内源性配体，因为他抑制黑色素瘤和乳腺癌细胞的转移metastasis，命名为metastin。Metastin抑制表达hOT7T175细胞的趋化现象、入侵和转移。2001年，Muir等人报道，他们克隆了一个人的孤儿G蛋白耦联受体，命名为AXOR12，与大鼠的孤儿受体GPR54有81％的同源性。1Kisspeptin及其受体的发现⑸该受体可被KiSS-1基因编码的前体肽的一些分泌片段激活。由此可见，Metastin和Kisspep-tin均为KiSS-1基因的表达产物，Metastin只是其中的一种，即Kisspeptin-54；hOT7T175、AXOR12和GPR54均为Kisspeptin／Metastin的受体，只是不同研究者在人和动物上采用的名称不同而已。现在文献中多采用Kisspeptin和GPR54。1Kisspeptin及其受体的发现⑹Kisspeptin是由KiSS-1基因编码的肽类激素。West等人通过辐射杂交标记和荧光原位杂交分析确定人KiSS-1基因定位于1号染色体长臂的1q32区，其基因结构包括4个外显子和3个内含子，前两个外显子基因不被翻译，后两个外显子部分翻译，第1个外显子含109个未编码碱基，第2个外显子含91个未编码碱基，第3个外显子含有38个未编码碱基和103个翻译碱基，第4个外显子最大，含有335个翻译碱基和121个未翻译碱基。2Kisspeptin生物学特性⑴West等人报道的开放阅读框比Jeong-HyungLee等人的短，长145个氨基酸。在105～112个氨基酸位置具有酪氨酸激酶磷酸化位点和REKDLPNY序列，在118～123个氨基酸位置具有N-myristoylation肉豆蔻酰化位点和GLRFGK序列，在54～56和61～63个氨基酸位置有共同的PKC磷酸化位点[S/T]-X-[R/K]，在66～69个氨基酸位置具有共同的PKA磷酸化位点[R/K]2-X-[S/T]。据文献报道，大鼠的Kiss-1基因定位于13q13，小鼠的定位于1E4。2Kisspeptin生物学特性⑵在结构上，KiSS-1基因具有分泌神经肽的所有特点，具有公认的信号肽序列、几个可分裂位点，包括酰胺化和分裂位点，可产生许多不同长度的酰胺化肽片断。其编码的145个氨基酸中，前19个为信号肽，56～57位的RK和66～67位的RR为潜在的双碱基分裂位点，122～124位的GKR为分裂/酰胺化位点，分泌肽位于68～121位之间，分泌肽可水解形成不同大小的肽片段，C端具有精氨酸和苯丙氨酸，总称Kisspeptins，包括Kisspeptin-54[KiSS-1-(68-121)或metastin]，Kisspeptin-14，Kisspeptin-13，Kisspeptin-10[KiSS-1-(112-121)或metastin(45-54)]，等等。2Kisspeptin生物学特性⑶Kiss-1肽序列显示信号肽序列和分泌肽序列，信号肽序列用下划线表示，分泌肽用下划线和黑体表示，蛋白双碱基分裂位点（RK）和分裂/酰胺化位点（GKR）用箭头表示。不同大小的Kisspeptin序列Kiss-1基因及其不同大小的Kisspeptin氨基酸序列KisspeptinN端部分对受体的结合是非必需的，可能与其他的生物学功能有关，如稳定、保护其免受水解消化等。C端部分与受体的高效结合及激活受体有关；C端酰胺化的序列主要与受体的相互作用有关，未酰胺化的形式活性很低。N端截断的肽如Kisspeptin-10[metastin(45-54)]和metastin(40-54)，其活性比全长的Kisspeptin/metastin高3～10倍，但长度减至最后8肽KiSS-1-(114-121)其功能活性大大降低，2Kisspeptin生物学特性⑷推测第112位的酪氨酸Tyr和第113位的天冬酰胺Asn均在受体相互作用和激活方面起重要作用。肽链延长活性降低较小，提示最有关的药理学位点在C端第112～121个氨基酸。Kisspeptin-54、Kisspeptin-14、Kisspeptin-13和Kisspeptin-10等与GPR54有相同的亲和力和效力。非洲蟾蜍属KisspeptinC端十肽与鱼类的Kisspeptin-10氨基酸的同源性比哺乳类的高。2Kisspeptin生物学特性⑸Biran等人报道，班马鱼的KiSS-1基因定位于11号染色体，由2个外显子和1个内含子组成，外显子1长115bp，含30个非编码碱基、翻译起始点和85个编码碱基；外显子2长487bp，含265个编码碱基、翻译终止密码和多聚腺苷化polyadenylation信号；内含子长1168bp，Kiss-1cDNA开放阅读框长342bp（116个氨基酸），信号肽长17个氨基酸；班马鱼的Kiss-1cDNA蛋白质编码序列与负鼠和非洲蟾蜍属Kiss-1蛋白序列同源性为53～65％，与哺乳动物Kiss-1蛋白的仅为37～47％。负鼠与非洲蟾蜍属的相似性为60.2％，而负鼠与班马鱼的为47.5％。但他们C端10个氨基酸残基的相似性高达80％。2Kisspeptin生物学特性⑹已对人、鼠、绵羊、猕猴、medaka、鱼等Kisspeptin的分布定位做了研究。Ohtaki等人用RT-PCR研究发现，KiSS-1基因在人的胎盘表达水平最高，其次为睾丸，在胰、肝、小肠表达水平中等。Muir等人报导，KiSS-1mRNA主要在人胎盘表达，在整个中枢神经系统也广泛表达（在壳表达最高，在尾状核、苍白球、下丘脑、伏隔核和小脑表达较高，在额上回、杏仁核、扣带回、海马、旁海马回、丘脑、黑质、蓝斑、延髓表达较低，在脊髓表达非常少）。3Kisspeptin分布定位⑴Kisspeptin神经元在小鼠主要位于弓状核、室周核和前腹侧室周核AVPV，前背侧视前区和终纹床核的一些神经元也表达KiSS-1mRNA。尽管雌、雄小鼠均在这5个区域表达Kiss1mRNA，但在AVPV的表达是性二态sexuallydimorphic，即母小鼠的表达高于雄小鼠。除性成熟变化外，Kisspep-tin在下丘脑不同核团也呈现不同的表达。性腺摘除增加Kiss1在弓状核的表达，性腺类固醇处理减少在弓状核的表达，恢复至完整动物的水平，这提示弓状核的Kisspeptin调节性腺类固醇对GnRH分泌的负反馈。3Kisspeptin分布定位⑵相反，性腺摘除减少Kiss1在AVPV的表达，性腺类固醇处理恢复其表达，提示在AVPV，Kisspe-ptin介导正反馈。在羊，Kiss-1表达细胞主要位于弓状核，少数细胞位于视前区（POA）。Kanda等人报道，Medaka（非哺乳动物）Kiss-1基因在下丘脑后室周核和腹侧结节核（NVT）神经元表达；NVT的Kiss-1神经元呈现性二态，在繁殖条件下，雄性神经元的数目大于雌性；NVT神经元的数目而不是后室周核神经元的数目受卵巢雌激素的正反馈条件。3Kisspeptin分布定位⑶班马鱼的Kiss-1mRNA在间脑和中脑高表达，在后脑中等表达，在端脑和垂体低表达，在胰和肠前部也有表达。Ramaswamy等人报导，猕猴Kisspeptin神经元胞体仅位于下丘脑内侧基底部（MBH），主要在弓状核的后2/3。在MBH，Kisspetin轴突与GnRH神经元接触。Kisspetin神经元的性二态及其与GnRH和性激素受体的密切关系，均为其参与生殖调控提供了形态学资料。3Kisspeptin分布定位⑷1999年，Lee等人在大鼠发现了一个孤儿G蛋白藕联受体，命名为GPR54，具有7个跨膜结构域。大鼠的GPR54蛋白与甘丙肽受体（GALR）家族有较高的同源性，与GALR1和GALR3的同源性为45％，与GALR2的为44％。但GPR54与甘丙肽和甘丙肽样肽无亲和力。2001年发现了人GPR54的同源受体，命名为hOT7T175和AXOR12，并发现Kisspeptin/metastin为GPR54内源性配体。4Kisspeptin受体⑴人的hOT7T175和AXOR12与大鼠的GPR54氨基酸的同源性为81％，与小鼠的为85％，与人GALR1、GALR2和GALR3氨基酸的同源性分别为28％、30％和30％。人GPR54基因定位于染色体19p13.3，包括5个外显子和4个内含子，开放阅读框长1197bp，编码398个氨基酸。牛蛙的GPR54（bfGPR54）cDNA编码379个氨基酸的G蛋白藕联受体，bfGPR54与哺乳动物的GPR54氨基酸有45～46％的同源性，与鱼类的有70～74％的同源性。4Kisspeptin受体⑵Biran等人报道，班马鱼有2种Kisspeptin受体（Kiss1r），即Kiss1ra和Kiss1rb。Kiss1ra和Kiss1rbcDNA的开放阅读框分别为1068和1095bp，编码355和364个氨基酸。Kiss1r属于甘丙肽受体家族，与相关的甘丙肽受体（GALR1、GALR2和GALR3）同源性为45％。