單環(huán)刺螠的分子生物學研究進展*

呂慧超 李秉鈞 焦緒棟

（1 煙臺大學海洋學院 山東煙臺 264005 2 中國科學院煙臺海岸帶研究所 山東煙臺 264003）

單環(huán)刺螠（Urechisunicinctus）俗名海腸，主要棲息于潮間帶下區(qū)及潮下帶淺水區(qū)的泥沙中，是一種經(jīng)濟類海生無脊椎動物。屬螠蟲動物門（Echiuroidea）、螠綱（Echiurida）、無管螠目（Xenopneusta）、刺螠科（Urechidae）、刺螠屬（Urechis），是無管螠目在我國沿海分布的唯一種類［1］。

單環(huán)刺螠肉質(zhì)細嫩、味道鮮美，含有人體必需氨基酸、多不飽和脂肪酸和多種微量元素，具有較高的營養(yǎng)保健價值［2］，自古以來就是沿海、特別是膠東地區(qū)的有名海鮮食材?！盁熍_海腸”也是我國地理標志農(nóng)產(chǎn)品之一。

近年來，關(guān)于單環(huán)刺螠的研究日益豐富。研究領(lǐng)域囊括了基礎(chǔ)生理生化分析、人工育苗和養(yǎng)殖技術(shù)、高附加值開發(fā)利用等各方面［3］。本文從分子生物學的角度，對螠蟲動物門的進化地位、生殖發(fā)育過程、生物活性物質(zhì)、硫化物代謝機制等方面進行綜述，為單環(huán)刺螠的基礎(chǔ)研究和開發(fā)利用提供參考。

1 螠蟲動物門進化地位的思考

傳統(tǒng)分類學將單環(huán)刺螠、美洲刺螠蟲為代表的螠蟲歸為獨立的螠蟲動物門。但關(guān)于螠蟲動物是否應(yīng)重新劃歸入環(huán)節(jié)動物門的爭議一直存在。分子生物學方面的研究為這一討論提供了新線索。

Kumazaki T.等［4］分析了環(huán)節(jié)動物羽毛管蟲（Sabellastartejaponica）、短角圍沙蠶（Perinereis brevicirris）及單環(huán)刺螠的5S rRNAs核苷酸序列，發(fā)現(xiàn)單環(huán)刺螠與羽毛管蟲和短角圍沙蠶的序列相似性分別為90%、92%，提示可能存在同一起源。Boore等［5］基于實驗結(jié)果提出以線粒體基因為工具，分析后生動物間分類地位和相互關(guān)系的可行性。吳志剛［6］對單環(huán)刺螠的線粒體全基因組序列進行了測定，發(fā)現(xiàn)其線粒體基因組上trnT、nad4L、nad4、nad1、trnI等基因的排列方式與環(huán)節(jié)動物一致，以此構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹顯示，代表螠蟲動物的進化分支完全落在環(huán)節(jié)動物門之內(nèi)。實驗數(shù)據(jù)支持螠蟲動物起源于環(huán)節(jié)動物的假說，并對螠蟲動物的歸屬提出了思考。

2 生殖、發(fā)育過程中關(guān)鍵基因及酶學的分析

vasa基因編碼的RNA解旋酶是影響動物生殖發(fā)育的重要調(diào)控因子?；衾^革［7］克隆并分析了單環(huán)刺螠的vasa基因，發(fā)現(xiàn)其在生殖細胞中高表達，并存在母源性表達與合子表達轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。王航寧［8］采用原位雜交技術(shù)對vasa基因在發(fā)育過程中表達的時空特異性分析發(fā)現(xiàn)，在發(fā)育的晚期蠕蟲狀幼蟲階段，該基因在生殖腺發(fā)生區(qū)域高表達，推斷單環(huán)刺螠的生殖細胞為后成模式，vasa基因可能參與發(fā)育過程中的組織細胞分化。

譚信等［9］采用蛋白免疫印跡法，研究了單環(huán)刺螠發(fā)育初期絲裂原激活的蛋白激酶MAPK活性的變化，發(fā)現(xiàn)MAPK不參與減數(shù)分裂的開始和結(jié)束，但不可或缺；鈣離子載體、蛋白磷酸酶抑制劑能激活卵母細胞的減數(shù)分裂，PKC激活劑可縮短受精卵排極和卵裂時間。陳宗濤［10］對幼蟲發(fā)育過程中同工酶及酶學特性進行分析，發(fā)現(xiàn)EST、MDH、ACP、ALP等同工酶的酶譜隨發(fā)育進程發(fā)生顯著變化。隨著幼蟲攝食行為的開始，消化酶活性和表達增強，在擔輪幼蟲期已具備了一定的對脂類的消化能力。

單環(huán)刺螠具有較高的經(jīng)濟價值，與之相關(guān)的生殖、發(fā)育基礎(chǔ)性研究和成果，為其人工育苗和養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展和成熟提供了很好的基礎(chǔ)和依據(jù)。

3 生物活性物質(zhì)的鑒定

單環(huán)刺螠不僅味道鮮美，還富含多種生物活性物質(zhì)。目前關(guān)于其活性多肽、多糖、功能蛋白方面均有報道，在抗凝血、溶栓、抗菌、抗腫瘤等方面具有較好的醫(yī)用開發(fā)價值。

1954年Maruyama［11］從單環(huán)刺螠的體壁肌肉中分離出一種ATP酶（腺苷三磷酸酶），揭開了單環(huán)刺螠體內(nèi)活性分子研究的序幕。Ikeda等［12］從單環(huán)刺螠的腹神經(jīng)索中提取了2種螠速激肽（urechistachykininⅠ，urechistachykininⅡ），隨后Kawada等［13］發(fā)現(xiàn)了5種類似多肽（螠速激肽Ⅲ～Ⅶ）。速激肽是一種小分子的神經(jīng)遞質(zhì)，具有控制疼痛、調(diào)節(jié)情緒、舒張血管、分泌唾液和促進胃腸道吸收等功能，部分分子具有一定的抗菌效果。

Oh H.Y.等［14］從單環(huán)刺螠體內(nèi)分離鑒定出一種溶菌酶，克隆、分析了其基因和蛋白結(jié)構(gòu)，并完成了重組制備，發(fā)現(xiàn)其具有抗菌效果。

Ozeki等［15］從單環(huán)刺螠中分離出一組分子量分別為3.6×104、4.0×104、1.4×104的D-半乳糖凝集素，具有抑制血液凝集的能力。Hee-Yeon等［16］分離純化出一種抗凝多肽UAP，具有抑制血凝因子FX轉(zhuǎn)化為FXa、延長活化部分凝血活酶時間的效果。劉萬順等［17］從單環(huán)刺螠的體腔液中分離得到了 一組纖溶酶（Ⅰ～Ⅳ），郭金明等［18－22］、韓寶芹等［23］、馮伊琳［24］、杜芳［25］、孫雪燕［26］分別對該組纖溶酶的基因進行了分析，利用體外重組表達和蛋白純化工藝，研究了重組纖溶酶的制備和純化工藝，發(fā)現(xiàn)均具有較好的抗凝活性和纖溶活性，且生物安全性較高。刁勇等［27］將單環(huán)刺螠粉碎、抽提、超濾、分級后，得到分子量為7 000～20 000的多肽組分ATCUU，經(jīng)體外、體內(nèi)實驗證實ATCUU具有纖溶活性，溶解血栓的效果。高劑量處理組（3 000 U／kg）的血栓抑制率分別達到54.3%和44.3%。

袁春營等［28］、焦緒棟等［29］分別從單環(huán)刺螠的體壁和廢棄內(nèi)臟中提取了活性多糖，分析其為糖胺聚糖。體外實驗證實該糖胺聚糖可明顯延長凝血時間，鈍化肝素輔因子Ⅱ抑制凝血酶的活性，顯著降低血漿凝血因子Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅺ、Ⅻ的活性（P<0.05），降低血液鈣離子濃度的作用明顯優(yōu)于肝素鈉（P<0.01）。苗飛等［30］發(fā)現(xiàn)單環(huán)刺螠糖胺聚糖能降低大鼠血小板的最大聚集率（P<0.01），降低血小板內(nèi)的鈣離子濃度（P<0.01），升高大鼠血小板cAMP濃度（P<0.01），降低血漿中的TXB2濃度（P<0.05），升高大鼠血漿中的六酮前列腺素F1α濃度（P<0.01）。

趙歡等［31］使用分級超濾的方法提取單環(huán)刺螠體腔液中分子量小于8 000的多肽，實驗證實該多肽對腫瘤有一定的抑制作用、對細胞免疫和非特異性免疫具有顯著促進作用。焦緒棟等［32］克隆了單環(huán)刺螠胰凝乳蛋白酶抑制劑基因，利用原核表達技術(shù)獲得了重組蛋白，體外抑瘤實驗表明重組蛋白對肝癌細胞、乳腺癌細胞具有一定抑制效果。

4 硫化物代謝機制研究

正常生物體對H2S的耐受濃度很低，但單環(huán)刺螠能在富硫環(huán)境中正常生存繁衍，因此，其耐硫機制備受關(guān)注。霍繼革等［33］發(fā)現(xiàn)MAPK可由硫化物刺激激活，進而調(diào)節(jié)下游生理反應(yīng)。馬玉彬［34］、譚志［35］等分析了線粒體中與硫代謝相關(guān)的硫醌氧化還原酶、交替氧化酶、硫氰酸酶、硫雙加氧酶等酶系的作用。 史曉麗［36］、張立濤［37］等通過差異表達技術(shù)解析了與硫化物代謝相關(guān)的基因和關(guān)鍵信號通路。李岳［38］獲得細胞調(diào)亡分子Caspase-3基因并利用重組蛋白制備了多克隆抗體。Ma X.等［39］克隆表達了抗凋亡因子Bcl-xL重組蛋白，制備了多克隆抗體，發(fā)現(xiàn)Bcl-xL在單環(huán)刺螠應(yīng)對低濃度硫化物暴露時發(fā)揮作用。此方面工作已有多篇綜述文章報道，在此不再贅述。

5 小結(jié)與討論

單環(huán)刺螠主要分布于俄羅斯、日本、朝鮮和我國黃渤海地區(qū)。由于其可隨海浪、潮汐等環(huán)境變化產(chǎn)生生境轉(zhuǎn)移，煙臺、大連、日本、韓國等地的單環(huán)刺螠不存在明顯的地理隔閡和種群分化［40］。

近年來我國學者對其人工育苗和養(yǎng)殖技術(shù)進行了廣泛探討，多項技術(shù)獲得突破，在山東煙臺、濰坊、威海及遼寧大連等地皆實現(xiàn)了人工育苗和小規(guī)模養(yǎng)殖。為這一自然資源的保護和開發(fā)利用奠定了基礎(chǔ)，有望形成新的養(yǎng)殖品種和增產(chǎn)、增收方式。

隨著分子生物學技術(shù)特別是高通量測序技術(shù)的普及和應(yīng)用，圍繞單環(huán)刺螠基礎(chǔ)生物學研究逐步深入，特別是在個體生殖發(fā)育過程、活性物質(zhì)鑒定、硫代謝機制等方面已取得較大進展。近幾年來，國內(nèi)科研人員對單環(huán)刺螠的關(guān)注度逐漸提升，研究單位也逐漸增多，研究深度不斷加強。在育苗、養(yǎng)殖、加工及高值利用領(lǐng)域有望形成系統(tǒng)性成果。

但總體來說仍存在較大改善空間：一方面，相對于研究工作開始較早的海參、牡蠣等海洋生物，單環(huán)刺螠的研究興起晚、基礎(chǔ)研究仍薄弱，關(guān)于單環(huán)刺螠的遺傳背景、功能基因、應(yīng)用基礎(chǔ)研究尚需時日，遺傳圖譜的構(gòu)建、高品質(zhì)品種選育等工作仍需投入較大精力；另一方面，雖然國內(nèi)對單環(huán)刺螠活性物質(zhì)提取工藝研究較多，但實際應(yīng)用方面仍嚴重不足。特別是在單環(huán)刺螠的潛在醫(yī)用價值開發(fā)方面，針對活性物質(zhì)制備關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品復(fù)配關(guān)鍵技術(shù)、規(guī)模生產(chǎn)關(guān)鍵工藝、功效評估等尚待開展，與之相關(guān)的科研—生產(chǎn)—應(yīng)用—測試—銷售渠道急需通暢。

通過高附加值產(chǎn)品的開發(fā)，帶動上游的單環(huán)刺螠育苗、養(yǎng)殖、加工、銷售等整個產(chǎn)業(yè)鏈的良性運轉(zhuǎn)，不僅可滿足人民群眾對單環(huán)刺螠的需求，也可解決資源可持續(xù)利用的問題。