甲基法尼酯在甲殼動(dòng)物中的生理作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展

邱錫爾， 朱冬發(fā)， 湯 潔， 崔曉雨， 周彥琦， 柳志業(yè)

(寧波大學(xué) 海洋學(xué)院， 浙江 寧波 315211)

甲基法尼酯在甲殼動(dòng)物中的生理作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展

邱錫爾， 朱冬發(fā)， 湯 潔， 崔曉雨， 周彥琦， 柳志業(yè)

(寧波大學(xué) 海洋學(xué)院， 浙江 寧波 315211)

甲基法尼酯是一種類(lèi)倍半萜烯激素，與昆蟲(chóng)的保幼激素在結(jié)構(gòu)和功能上相似，是重要的內(nèi)分泌調(diào)控因子。MF與甲殼動(dòng)物的蛻皮、形態(tài)建成、滲透壓調(diào)節(jié)、卵巢發(fā)育等生理活動(dòng)的調(diào)控密切相關(guān)。主要就甲基法尼酯在甲殼動(dòng)物中的生理功能、分子作用機(jī)制及其合成代謝等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為進(jìn)一步深入探討甲基法尼酯的作用機(jī)制和解決蝦蟹類(lèi)養(yǎng)殖實(shí)踐中的性早熟與親本發(fā)育不良等難題奠定基礎(chǔ)。

甲基法尼酯；生理功能；作用機(jī)制；甲殼動(dòng)物

甲基法尼酯(Methyl farnesoate, MF)首先發(fā)現(xiàn)于蜘蛛蟹(Libiniaemarginata)的血淋巴。研究者通過(guò)GC(gas chromatography, 氣相色譜)和SIM(selected ion monitoring，選擇性離子檢測(cè))技術(shù)對(duì)甲殼動(dòng)物血淋巴進(jìn)行檢測(cè)，確定了MF的存在；隨后的研究顯示MF是由大顎器(mandibular organ, MO)合成和分泌的[1]。目前已經(jīng)在多種十足目甲殼動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)MO和MF的存在，例如蜘蛛蟹(L.emarginata)、克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)、美洲海鰲蝦(Homarusamericanus)、色拉淡水蟹(Oziotelphusasenex)等。不同物種MO合成MF的速率和血淋巴中的MF濃度各不相同[2]。但是，到目前為止還未曾在非十足類(lèi)甲殼動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)MO的存在。

雖然近幾年對(duì)于甲殼動(dòng)物的神經(jīng)內(nèi)分泌研究發(fā)展迅速，但是相比于昆蟲(chóng)仍有不足，且研究物種也較單一。由于甲殼綱和昆蟲(chóng)綱的近緣關(guān)系使它們?cè)谛螒B(tài)結(jié)構(gòu)和生理特征上具有極高的相似性，可以借鑒昆蟲(chóng)學(xué)上的研究進(jìn)展來(lái)補(bǔ)足。甲殼動(dòng)物分泌的MF與昆蟲(chóng)保幼激素(juvenile hormone, JH)在結(jié)構(gòu)和功能上有極高的相似性[3-4]。JH由昆蟲(chóng)咽側(cè)體(corpora allata,CA)分泌，調(diào)控著昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)變態(tài)、繁殖和級(jí)型分化，決定了昆蟲(chóng)由幼體到蛹再到成蟲(chóng)的生長(zhǎng)周期變化[3]。而甲殼動(dòng)物的大顎器(mandibular organ, MO)一般為橢圓形獨(dú)立組織，呈乳白色或淡黃色，位于大顎與幾丁質(zhì)腱相連的外側(cè)基部，呈左右對(duì)稱(chēng)分布,是甲殼動(dòng)物合成和分泌MF的唯一組織[4]。幾十年來(lái)的研究已證明MF是一種類(lèi)倍半萜烯激素，受眼柄中多肽類(lèi)激素大顎器抑制激素(mandibular organ inhibiting hormone, MOIH)的負(fù)調(diào)控，與甲殼動(dòng)物生殖繁育、蛻皮、幼體發(fā)育、形態(tài)建成、滲透壓調(diào)節(jié)等生理活動(dòng)的調(diào)控有關(guān)[1-2, 4]。

1 MF的分子結(jié)構(gòu)與合成途徑

圖1 MF和JHⅢ的分子結(jié)構(gòu)

現(xiàn)已知昆蟲(chóng)JH與甲殼動(dòng)物的MF在結(jié)構(gòu)和功能具有相似性。MF經(jīng)氧環(huán)化就可以生成JHⅢ，是JHⅢ的前體物質(zhì)之一[3-4]。MF的生物合成遵循甲羥戊酸途徑[5]，可簡(jiǎn)要概括為：乙酰輔酶A → 甲羥戊酸 → 法尼焦磷酸 → 法尼醇→ 法尼酸 → MF，戊二酰輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A reductase, HMGR)和法尼酸轉(zhuǎn)甲基酶(farnesoic acid O-methyl transferase, FAMeT)是MF合成途徑中兩個(gè)最重要的關(guān)鍵限速酶[6]。HMGR是MF生物合成途徑最初始階段的限速酶，它的主要功能是催化乙酰輔酶A生成甲羥戊酸，在甲殼動(dòng)物中僅見(jiàn)于美洲海鰲蝦(H.americanus)、凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)(NCBI登錄號(hào)：GU969105.1)和三疣梭子蟹(NCBI登錄號(hào)：KF280756)。HMGR氨基酸序列含兩個(gè)HMG-CoA 結(jié)合基序和兩個(gè) NADP(H) 結(jié)合基序，是HMGR家族的保守功能域[7]。Li等人研究表明美洲海鰲蝦MO中存在兩種構(gòu)型的HMGR；HMGR轉(zhuǎn)錄水平在美洲螯龍蝦MO中最高[6]。FAMeT是MF的合成路線(xiàn)中最后階段的關(guān)鍵酶，催化法尼酸向MF轉(zhuǎn)化[8]。FAMeT在甲殼動(dòng)物各組織中分布廣泛，存在多種亞型；FAMeT氨基酸序列存在兩個(gè)CF(CPAMD8/FAMeT)域，是甲殼動(dòng)物FAMeT序列的標(biāo)志性特征區(qū)域[9]。

2 MF的主要生理功能

2.1 調(diào)控蛻皮

蛻皮是甲殼動(dòng)物蛻去舊的外骨骼并長(zhǎng)出新的外骨骼的過(guò)程，受神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)共同調(diào)節(jié)。甲殼動(dòng)物的蛻皮激素是由Y器合成分泌的，但是在早期研究中，就已經(jīng)有證據(jù)顯示MO與甲殼動(dòng)物的蛻皮周期有關(guān)。將黃道蟹(Cancermagister)的Y器與MF在體外孵育24 h，發(fā)現(xiàn)其蛻皮激素的分泌量顯著增多[10]。這就說(shuō)明MO可能是作用于Y器，通過(guò)促進(jìn)Y器蛻皮激素分泌的增加來(lái)誘導(dǎo)蛻皮的發(fā)生。注射MO勻漿或其提取液均可以促進(jìn)蛻皮發(fā)生，縮短蛻皮周期，在Abdu等人的研究中，發(fā)現(xiàn)注射外源MF也能夠促進(jìn)雌性越冬克氏原螯蝦(P.clarkii)蛻皮[11]。隨后，Laufer等人也發(fā)現(xiàn)MF處理可以促進(jìn)小龍蝦(P.clarkii)蛻皮，并且發(fā)現(xiàn)血淋巴中的MF濃度在蛻皮前期上升，在蛻皮后期下降，與蛻皮激素的分泌周期趨于一致[12]。以上研究結(jié)果說(shuō)明MF在甲殼動(dòng)物蛻皮過(guò)程中具有重要作用，但是也有與之結(jié)論相反的研究，例如Felterman等人證明外源MF對(duì)招潮蟹(Ucapugilator)表皮組織蛻皮激素信號(hào)的啟動(dòng)無(wú)影響[13]。MF對(duì)甲殼動(dòng)物蛻皮的調(diào)控可能因物種、蛻皮階段和MF劑量的不同存在一定差異，有待進(jìn)一步深入研究。

2.2 控制幼體發(fā)育與形態(tài)建成

對(duì)于昆蟲(chóng)，已證明JHⅢ與幼蟲(chóng)變態(tài)發(fā)育到成蟲(chóng)的過(guò)程有關(guān)。那么與之相似的MF是否也調(diào)控著甲殼動(dòng)物的幼體發(fā)育和形態(tài)建成。雖然MF調(diào)控變態(tài)發(fā)育的機(jī)制還沒(méi)有完全弄清楚，但是已經(jīng)研究證明兩者是有關(guān)系的。用含MF的飼料喂食對(duì)蝦幼體，發(fā)現(xiàn)幼體后期的變態(tài)發(fā)育階段明顯被延遲，而MF對(duì)成熟個(gè)體的形態(tài)沒(méi)有明顯影響[14]。

雄性甲殼動(dòng)物通常具有多種形態(tài)，在不同的形態(tài)特征期會(huì)出現(xiàn)不同的繁殖行為。例如雄性成年克氏原螯蝦(P.Clarkii)存在兩種形態(tài)，形態(tài)Ⅰ為初始繁殖形態(tài)，有較大的鉗爪，在第3對(duì)和第4對(duì)步行足的坐肢節(jié)上有突起物；形態(tài)Ⅱ?yàn)榉欠敝承螒B(tài)，鉗爪較小且無(wú)突起物。Laufer等人通過(guò)眼柄切除和MF處理對(duì)其進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)眼柄切除和外源MF處理都會(huì)抑制形態(tài)Ⅱ到形態(tài)Ⅰ轉(zhuǎn)換[12]。說(shuō)明低濃度的MF會(huì)促進(jìn)形態(tài)Ⅰ的形成，抑制蛻皮發(fā)生；而高濃度的MF則會(huì)促進(jìn)形態(tài)Ⅱ的發(fā)生，證明MF調(diào)控著甲殼動(dòng)物的形態(tài)轉(zhuǎn)換。

2.3 應(yīng)激性調(diào)節(jié)

甲殼動(dòng)物生活的水生環(huán)境很不穩(wěn)定，如溶解氧、溫度和鹽度等因子變動(dòng)較大。甲殼動(dòng)物就需要較大適應(yīng)性來(lái)應(yīng)對(duì)這些外界壓力。已有研究表明在面對(duì)高滲透壓、鹽度降低、缺氧、低溫這些外界壓力下，血淋巴中MF含量也會(huì)上升。例如，在Lovett等人的研究中，發(fā)現(xiàn)青蟹(Carcinusmaenas)在鹽度較低的低滲溶液中，血淋巴內(nèi)MF含量顯著上升[15]。隨后，又發(fā)現(xiàn)處于Ca2+和Mg2+含量較低的等滲海水中，青蟹血淋巴中MF濃度上升[16]。MF可能是通過(guò)調(diào)控鈉鉀泵作用來(lái)維持體內(nèi)的滲透壓和離子平衡，但具體調(diào)節(jié)機(jī)制仍未研究清楚。

2.4 調(diào)控性腺發(fā)育

在甲殼動(dòng)物性腺發(fā)育和繁殖方面的大量研究表明，MF能夠刺激性腺發(fā)育成熟，促進(jìn)繁殖的進(jìn)行。Paran等發(fā)現(xiàn)注射MF能明顯促進(jìn)銳脊單肢蝦(Sicyoniaingentis)的卵巢生長(zhǎng)[17]。色拉淡水蟹(O.senex)血淋巴MF水平在卵黃發(fā)生前及早期最高[1]，MF合成與促卵黃發(fā)生密切相關(guān)。MF能提高離體培養(yǎng)的羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)卵黃發(fā)生前卵巢中卵黃蛋白原(vitellogenin, Vg)基因的表達(dá)水平，并促進(jìn)卵巢總蛋白的合成[18]；將MF與中華絨螯蟹卵母細(xì)胞共同進(jìn)行離體培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)Vg表達(dá)顯著上升[19]。

MF對(duì)于雄性甲殼動(dòng)物精巢發(fā)育和繁殖行為的發(fā)生同樣具有促進(jìn)作用。頭胸甲和螯足較大的雄性個(gè)體一般在繁殖中處于優(yōu)勢(shì)，其體內(nèi)合成MF的速率高于繁殖能力低的個(gè)體，且性成熟雄性個(gè)體的MO體積、MF合成速率和血淋巴中MF含量都要高于未成熟個(gè)體[2]，說(shuō)明MF很可能與雄性甲殼動(dòng)物的性腺發(fā)育和繁殖行為關(guān)系密切。

趙維信等發(fā)現(xiàn)早熟中華絨螯蟹(Eriocheirsinesis)大顎器合成MF的速率高于正常發(fā)育個(gè)體，且早熟蟹MO較正常發(fā)育個(gè)體提早一年[20]，說(shuō)明早熟蟹的MO提前發(fā)育導(dǎo)致MF的大量合成和分泌，刺激性腺提早發(fā)育成熟，這很可能導(dǎo)致河蟹性早熟的主要因素。因此，MF作為一種內(nèi)分泌類(lèi)萜激素，被認(rèn)為與性激素[21]一起協(xié)同調(diào)控甲殼動(dòng)物性腺的生長(zhǎng)發(fā)育。

也有一些研究報(bào)道與以上結(jié)論相反。Abdu等人在研究中并沒(méi)有證實(shí)外源MF對(duì)小龍蝦(C.quadricarinatus)有促進(jìn)其生殖及產(chǎn)卵作用，反而發(fā)現(xiàn)高濃度MF會(huì)導(dǎo)致小龍蝦死亡率上升，且持續(xù)接觸低濃度的MF會(huì)抑制其生長(zhǎng)和繁殖[11]。Mak等發(fā)現(xiàn)MF只有在高濃度時(shí)才能促進(jìn)卵巢發(fā)育早期階段肝胰腺Vg表達(dá)，而且在卵巢發(fā)育晚期對(duì)肝胰腺Vg表達(dá)無(wú)影響[22]。Tiu等人的研究結(jié)果也表明MF對(duì)肝胰腺中Vg的表達(dá)沒(méi)有顯著的影響[23]?？傊?，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)證明MF對(duì)甲殼動(dòng)物卵巢發(fā)育和卵黃發(fā)生起著重要的調(diào)控作用，但其作用方式可由于物種不同、個(gè)體所處的卵巢發(fā)育階段不同、MF使用劑量不同而存在一定差異，也有待進(jìn)一步深入闡明。

3 MF的作用機(jī)制

MF的調(diào)控機(jī)制極其復(fù)雜，還未完全研究透徹，最大原因在于受到外界的環(huán)境訊號(hào)影響太大，直接影響體內(nèi)的激素調(diào)節(jié)。目前多數(shù)的經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖種在人工飼養(yǎng)的環(huán)境下無(wú)法自然成熟進(jìn)行繁殖，也給研究帶來(lái)了困難。

JH是一種非極性的類(lèi)脂分子，但研究顯示它在昆蟲(chóng)體內(nèi)的細(xì)胞水平上有核作用和膜作用兩種形式。核作用形式是JH與核內(nèi)親合力高的受體結(jié)合；膜作用形式是JH與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合后激活磷脂酰肌醇介導(dǎo)的第二信使系統(tǒng)[24]。保幼激素可能通過(guò)膜受體與蛋白激酶 C( PKC) 發(fā)揮作用[25]，例如JH在昆蟲(chóng)的成蟲(chóng)期促進(jìn)生殖腺發(fā)育成熟，主要是通過(guò)與細(xì)胞膜上的受體作用，引起PKC和Ca2+等信息傳遞而實(shí)現(xiàn)。與保幼激素Ⅲ類(lèi)似，甲基法尼酯很可能也有膜和核兩種作用方式，但是現(xiàn)有的研究還不足以具體闡明MF的信號(hào)通路。Tsukimura等研究發(fā)現(xiàn)cGMP和cAMP的類(lèi)似物能在體外抑制美洲螯龍蝦大顎器合成甲基法尼酯[26]。但是，Wainwright等人有不同的研究結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)只有cAMP的類(lèi)似物才能抑制黃道蟹(C.Pagurus)大顎器中MF的合成，而Ca2+，cGMP和PKC對(duì)MF的合成并無(wú)明顯影響[27]。這些結(jié)果表明MF的調(diào)控可能有多種信號(hào)途徑，即存在物種差異性，但是環(huán)核苷酸類(lèi)化合物在MF的調(diào)控中肯定具有重要的作用。

近年來(lái)對(duì)昆蟲(chóng)保幼激素受體研究較多，一般認(rèn)為Met(methoprene tolerant)很可能是保幼激素核受體。但是甲殼動(dòng)物MF核受體的研究尚存在爭(zhēng)議，自從研究證明維甲類(lèi)x受體(Retinoid X Receptor, RXR)可能是果蠅(Drosophilamagna)JH的核受體，越來(lái)越多的研究猜測(cè)RXR很可能也是MF信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的核受體。RXR是一類(lèi)核受體，具有3種亞型，即RXRα、RXRβ和RXRγ，RXR的配體為9-順式維甲酸(9-cis-RA)，9-cis-RA能與RXR直接結(jié)合并激活后者[28-29]。

目前對(duì)RXR的研究多集中于哺乳類(lèi)、魚(yú)類(lèi)、昆蟲(chóng)等，在甲殼動(dòng)物方面只有日本沼蝦(Macrobrachiumnipponense)、斑節(jié)對(duì)蝦(Penaeusmonodon)、陸地蟹(Gecarcinusruricola)、招潮蟹(U.pugilator)等物種的RXR全長(zhǎng)cDNA序列已獲得，研究物種較為單一。RXR能與多種核受體形成異源二聚體后調(diào)節(jié)基因表達(dá)，也可以作為一個(gè)獨(dú)立的配體激活的轉(zhuǎn)錄因子參與相關(guān)基因的調(diào)控，推測(cè)RXR很可能參與多個(gè)信號(hào)傳導(dǎo)途徑，具有多種重要作用。例如，RXR與蛻皮激素受體(eedysone receptor，EcR)形成二聚體復(fù)合物EcR/RXR，與激素應(yīng)答元件(response element，RE)結(jié)合后調(diào)控下游相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá),從而調(diào)節(jié)生長(zhǎng)和蛻皮過(guò)程[30]。在日本沼蝦(M.nipponense)卵巢中存在多種構(gòu)型的RXR，說(shuō)明RXR還可能在日本沼蝦(M.nipponense)的生殖及性腺發(fā)育過(guò)程中起著重要的作用[29]。RXR在美洲螯龍蝦MO中表達(dá)量高于其它組織；在卵巢發(fā)育后期的MO中表達(dá)量達(dá)到最高值，說(shuō)明RXR很可能在MO中參與了MF的合成并進(jìn)而調(diào)控卵巢發(fā)育的進(jìn)行[31]。MF可以促進(jìn)招潮蟹(U.pugilator)體內(nèi)蛻化類(lèi)固醇與RXR/EcR異質(zhì)二聚體復(fù)合物的結(jié)合[32]，熒光素酶實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大型蚤(Daphniamagna)RXR可以與MF結(jié)合，但隨后是否激活RXR基因尚不明確[33]。甲殼動(dòng)物MF的確切核受體及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑有待更深入地研究來(lái)闡明。

4 MF合成與分泌的調(diào)控

昆蟲(chóng)JH受到咽側(cè)體促進(jìn)激素(allatotropin, AT)和咽側(cè)體抑制激素(allatostain, AST)的共同調(diào)控，甲殼動(dòng)物MF不僅受眼柄中多肽類(lèi)激素大顎器抑制激素 MOIH的負(fù)調(diào)控，也受到AST的正調(diào)控，而大顎器促進(jìn)激素(mandibular organ stimulating hormone, MOSH)是否存在尚需進(jìn)一步確認(rèn)。

4.1 肽類(lèi)激素MOIH的調(diào)控

MOIH基因的相關(guān)研究較為缺乏，僅見(jiàn)于蜘蛛蟹(L.emarginata)和黃道蟹(C.pagurus)。切除眼柄(ESA)，即去除MOIH對(duì)MF的影響可以促進(jìn)甲殼動(dòng)物的MF水平上升，為了研究其中的作用機(jī)制，Li等人切除雄性美洲螯龍蝦(H.americanus)的眼柄后檢測(cè)到HMGR與FAO-MeT酶活性與表達(dá)水平均顯著上升；將切除眼柄的龍蝦用提純后的MOIH處理后，血淋巴中MF水平下降，且MOIH只對(duì)FAMeT有調(diào)控作用，對(duì)HMGR并無(wú)影響；但是竇腺提取混合物卻能抑制HMGR的表達(dá)[6]，說(shuō)明眼柄中不只有單一的MOIH多肽調(diào)控，很可能還具有其他的調(diào)控途徑調(diào)控MO合成MF。

4.2 AST多肽調(diào)控

AST多肽是一類(lèi)由腦神經(jīng)細(xì)胞分泌的AST 多肽前體水解生成的幾個(gè)至幾十個(gè)氨基酸構(gòu)成的神經(jīng)肽, 通過(guò)神經(jīng)或體液途徑到達(dá)CA，抑制咽側(cè)體的活性, 參與調(diào)節(jié)保幼激素的合成與釋放, 在昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中具有重要地位。目前在甲殼動(dòng)物中也分離提取到多種AST 多肽, 包括三葉真蟹(Carcinusmaenas)、斑節(jié)對(duì)蝦(P.monodon)等，AST 多肽被證明在甲殼類(lèi)動(dòng)物體內(nèi)參與刺激MO合成MF的過(guò)程，調(diào)節(jié)神經(jīng)和肌肉的收縮活動(dòng)，影響甲殼動(dòng)物的蛻皮和生殖[34]。例如，蟑螂的咽側(cè)體抑制素在克氏原螯蝦(P.clarkii)體內(nèi)可以促進(jìn)MF的合成[35]，所以AST可能通過(guò)調(diào)控MF來(lái)促進(jìn)蛻皮以及性腺發(fā)育等生理功能的發(fā)生。目前有關(guān)甲殼動(dòng)物AST基因的研究?jī)H見(jiàn)于克氏螯蝦(P.clarkii)、斷溝龍蝦(Panulirusinterruptus)、羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)和日本沼蝦(M.nipponense)。開(kāi)展AST的研究對(duì)于了解甲殼動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育機(jī)制具有重要意義。羅氏沼蝦(M.rosenbergii)ASTcDNA全長(zhǎng)為2855 bp，預(yù)測(cè)編碼的701個(gè)氨基酸可形成35個(gè)AST多肽；在神經(jīng)組織(腦、胸部神經(jīng)節(jié)、腹部神經(jīng)節(jié))和內(nèi)分泌組織(腸)中表達(dá)較高，而在其它組織(心臟、腮、卵巢、肝臟或肌肉組織中)均不表達(dá)。雌性羅氏沼蝦(M.rosenbergii)MF在卵巢發(fā)育階段逐漸上升，在第一次生殖蛻皮時(shí)MF出現(xiàn)下降趨勢(shì)；在卵巢從未成熟階段向生殖成熟階段發(fā)育的過(guò)程中，咽側(cè)體抑制素基因的表達(dá)量增加，而在生殖蛻皮后一天開(kāi)始下降[36]。羅氏沼蝦(M.rosenbergii)AST表達(dá)變化與甲基法尼酯含量的變化基本一致[36]，暗示咽側(cè)體抑制素也可能在羅氏沼蝦體內(nèi)對(duì)甲基法尼酯的合成與釋放起著重要的調(diào)節(jié)作用。

日本沼蝦(M.nipponense)ASTcDNA全長(zhǎng)2995 bp，ORF編碼701個(gè)氨基酸, 經(jīng)蛋白酶水解能夠轉(zhuǎn)錄并翻譯出35個(gè)AST多肽，在C末端都具有相同的 Y/FXFGL-amide 結(jié)構(gòu), 屬于A 型-AST；組織表達(dá)分析顯示，AST表達(dá)水平由高到低依次為: 肝胰臟>腸道>精巢>腦>心臟>卵巢[37]，這與羅氏沼蝦(M.rosenbergii)組織表達(dá)結(jié)果部分不一致，推測(cè)AST表達(dá)水平因物種不同存在一定差異，有待更多的研究來(lái)證明。

5 MF的運(yùn)輸與代謝

根據(jù)現(xiàn)有的研究，MF在MO中合成后與MF結(jié)合蛋白(MF-binding protein, MFBP)結(jié)合，通過(guò)血淋巴運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)靶組織。目前已在多種甲殼動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)MFBP的存在[2]，Takac在蜘蛛蟹(L.emarginata)血淋巴中發(fā)現(xiàn)97 kDa的MFBP[38]；隨后他們又在蜘蛛蟹(L.emarginata)血淋巴中發(fā)現(xiàn)29、35、66和116 kDa 4種MFBP，在精巢中發(fā)現(xiàn)29、35和 116 kDa 3種MFBP，在卵巢中有97 和 70 kDa 2種MFBP[39]；Prestwich等在美洲螯龍蝦(H.americanus)血淋巴發(fā)現(xiàn)1種特異性MFBP，分子量為44 kDa[40]；King等在克氏原螯蝦(P.clarkii)血淋巴中發(fā)現(xiàn)93 kDa 的MFBP[41]；Tamone等人在雄性黃道蟹(C.magister)血淋巴中發(fā)現(xiàn)兩種特異性MFBP，分子量分別為34 kDa和44 kDa[42]。但是Li在蜘蛛蟹中發(fā)現(xiàn)的特定MFBP蛋白與MF的親和能力高于FA和類(lèi)JH化合物，其分子量為650 kDa[43]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上述MFBP的平均分子量。由于檢測(cè)手段的不同，在同一個(gè)物種蜘蛛蟹中(Takac等人測(cè)得數(shù)據(jù)為97 kDa)檢測(cè)到差異極大的MFBP，推測(cè)MFBP可能在血淋巴中會(huì)裂解成小分子量的亞基，與MF特異性結(jié)合后運(yùn)輸?shù)桨衅鞴佟FBP類(lèi)似于昆蟲(chóng)血淋巴中的JHBP，研究其功能結(jié)構(gòu)是了解MF作用機(jī)制的一條重要途徑，有待進(jìn)一步深入研究。

甲殼動(dòng)物體內(nèi)并沒(méi)有檢測(cè)到JH的存在，MF的去向不會(huì)是經(jīng)環(huán)氧化形成JH。一般認(rèn)為MF的代謝途徑通過(guò)酯酶降解形成法尼酸(Farnesoic acid, FA)。研究表明蜘蛛蟹(L.emarginata)不同組織中脂酶活性具有差異性，MF酯酶活性最高的在肝胰腺、卵巢和精巢；而同一組織中的脂酶活性存在季節(jié)性變化[44]。在甲殼動(dòng)物血淋巴中尚未檢測(cè)到FA和MF酯酶，說(shuō)明MF的降解很可能發(fā)生在肝胰腺等組織。

在昆蟲(chóng)體內(nèi)關(guān)于JH的降解酶類(lèi)，研究較多的主要有3種：保幼激素酯酶(juvenile hormone esterase, JHE)、保幼激素環(huán)氧化物水解酶(juvenile hormone epoxide hydrolase, JHEH)和保幼激素二醇激酶(juvenilehormone diol kinase, JHDK)。JHE屬于羧基酯酶(carboxylesrerases)家族，在昆蟲(chóng)中研究較為完全，后兩者研究相對(duì)較少。JHE是大多數(shù)昆蟲(chóng)中最主要的一種可降解保幼激素的酯酶，主要存在于昆蟲(chóng)血淋巴中和一些組織細(xì)胞中，主要作用是降解JH生成保幼激素酸(juvenile hormone acid，JHA )[45]。近年來(lái)在甲殼動(dòng)物體內(nèi)檢測(cè)到JHE和JHEH的存在，但未發(fā)現(xiàn)JH存在，JHE和JHEH可能用于降解MF。

已有研究在克氏原螯蝦(P.clarkii)和美洲螯龍蝦(H.americanus)肝胰腺和性腺中檢測(cè)到JHE活性[41, 46]。Lee等人獲得日本仿長(zhǎng)額蝦(Pandalopsisjaponica)類(lèi)保幼激素酯酶基因Pj-CXE1(2084 bp)和Pj-CXE2(1985 bp)的cDNA全長(zhǎng)，Pj-CXE1在性腺中顯著表達(dá)，在肝胰腺和后腸表達(dá)次之， 但是Pj-CXE2 在肝胰腺和后腸中表達(dá)最高，性腺和腹神經(jīng)節(jié)次之[47]。該研究結(jié)果與在克氏原螯蝦和美洲螯龍蝦中酶活檢測(cè)結(jié)果基本一致，說(shuō)明甲殼動(dòng)物JHE的降解作用主要發(fā)生肝胰腺和性腺。

JHEH屬于環(huán)氧化合物水解酶，在節(jié)肢動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育、蛻皮等過(guò)程中起重要作用[45, 48]。已證明JHEH降解JH生成保幼激素二醇(juvenile hormone diol， JHD)，在JH的代謝途徑中起到重要作用，主要存在于某些昆蟲(chóng)的組織細(xì)胞中[48]。近期在日本沼蝦(M.nipponensis)體內(nèi)發(fā)現(xiàn)JHEH的存在[49]，研究發(fā)現(xiàn)日本沼蝦(M.nipponensis)JHEH在肝胰臟中表達(dá)量最高，與其他組織表達(dá)具有極顯著差異，推斷JHEH和JHE可能協(xié)同調(diào)控激素的合成與降解。

6 展望

近年來(lái)MF一直是甲殼動(dòng)物學(xué)者的熱點(diǎn)研究對(duì)象。MF是甲殼動(dòng)物體內(nèi)的一種重要內(nèi)分泌激素，與昆蟲(chóng)JH類(lèi)似，可以促進(jìn)蛻皮的發(fā)生，控制甲殼動(dòng)物的形態(tài)建成和性腺發(fā)育，調(diào)控對(duì)外界環(huán)境的應(yīng)激性調(diào)節(jié)等。MF合成受到眼柄多肽類(lèi)激素的調(diào)控，RXR是其可能受體，其作用方式可能因物種的不同而存在差異。目前的研究已成功揭示MF的合成路徑及其重要功能，但是關(guān)于MF的作用機(jī)制仍未完全明確，有待更多的物種和進(jìn)一步研究來(lái)完整闡明。MF的受體、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、降解途徑將是未來(lái)幾年的研究熱點(diǎn)，這些問(wèn)題的解決將有助于了解MF在甲殼動(dòng)物中的分子作用機(jī)制和解決在蝦蟹類(lèi)養(yǎng)殖實(shí)踐中遇到的性早熟與親本卵巢發(fā)育不良等難題。

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Review of the physiological functions and their mechanisms of methyl farnesoate in crustacean

QIU Xi-er, ZHU Dong-fa, TANG Jie, CUI Xiao-yu, ZHOU Yan-qi, LIU Zhi-ye

(School of Marine Sciences, Ningbo University, Ningbo 315211, China)

Methyl farnesoate (MF) is a sesquiterpenoid hormone, a crustacean juvenile hormone (JH) analog. MF has similar structure and functions with JH and appears to have several important roles in the regulation of physiological processes, including the influence on molting, metamorphosis, osmoregulation, ovarian maturation and so on. This review highlights the progresses of studies on the functions of MF, molecular mechanism synthesis and degradation in the crustaceans. It will help to understand the mechanism of methyl farnesoate and solve the problems of sexual precocity and maldevelopment in practice.

methyl farnesoate; physiological functions; molecular mechanisms; crustacean

2014-05-26；

2014-06-06

國(guó)家自然科學(xué)基金(No. 41376152)；浙江省自然科學(xué)基金(No. LY13C190006)

邱錫爾，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榧讱?dòng)物發(fā)育生物學(xué)， E-mail: qxe2013@yeah.net；

朱冬發(fā)，教授，主要研究方向?yàn)榘l(fā)育生物學(xué)和遺傳育種學(xué)， E-mail: zhudongfa@nbu.edu.cn。

S917.4

A

2095-1736(2015)01-0076-06

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.01.076