下丘腦能量信號(hào)通路通過(guò)調(diào)節(jié)Kiss1神經(jīng)元對(duì)青春期發(fā)育的影響研究進(jìn)展

楊晶晶，付景云

昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，昆明 650031

青春期是指以生殖器官發(fā)育成熟、伴隨著生長(zhǎng)突增和第二性征發(fā)育為標(biāo)志，并最終獲得生殖能力的時(shí)期。青春期的啟動(dòng)由下丘腦—垂體—性腺軸（HPG）驅(qū)動(dòng)，HPG 軸的激活標(biāo)志著青春期的開(kāi)始，此過(guò)程與能量代謝平衡密切相關(guān)，肥胖和重度營(yíng)養(yǎng)不良均可引起青春期發(fā)育障礙。下丘腦能量信號(hào)通路調(diào)節(jié)Kiss1 神經(jīng)元能夠促進(jìn)促性腺激素釋放激素（GnRH）的脈沖式釋放，促性腺激素分泌增加，啟動(dòng)青春期。青春期的啟動(dòng)是由多種神經(jīng)遞質(zhì)相互作用的結(jié)果，下丘腦能量信號(hào)通路瘦素、腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）、G蛋白偶聯(lián)受體54（GPR54）具有啟動(dòng)青春期發(fā)育和調(diào)控機(jī)體能量平衡的功能，這為預(yù)防青春期發(fā)育不良和機(jī)體能量失衡提供了新的靶點(diǎn)。Kiss1 是刺激性成熟的主要內(nèi)分泌因子，主要通過(guò)GPR54 參與調(diào)節(jié)青春期啟動(dòng)及發(fā)育。在人類(lèi)中，Kiss1 主要分布在下丘腦視前區(qū)和漏斗核［1］。GnRH神經(jīng)元是大腦控制生殖軸和青春期不可或缺的輸出途徑，HPG 軸主要受GnRH 神經(jīng)元調(diào)節(jié)，而Kiss1 基因?qū)nRH具有調(diào)控作用。Kiss1向GnRH神經(jīng)元傳遞代謝信號(hào)，調(diào)控GnRH 的脈沖式釋放，觸發(fā)性成熟，啟動(dòng)青春期［2］。GPR54 與Kiss1 結(jié)合，刺激下丘腦神經(jīng)元釋放GnRH，導(dǎo)致垂體促性腺激素和性類(lèi)固醇的分泌。瘦素是調(diào)節(jié)能量平衡的關(guān)鍵分子，它作用于腹側(cè)乳頭體前神經(jīng)元，向Kiss1神經(jīng)元發(fā)出信號(hào)，將有關(guān)能量狀態(tài)的信息傳遞到HPG 軸。AMPK是細(xì)胞的能量感受器，在能量缺乏的情況下被激活，抑制Kiss1表達(dá)，從而導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)不良情況下的青春期延遲?，F(xiàn)將下丘腦能量信號(hào)通路通過(guò)調(diào)節(jié)Kiss1 神經(jīng)元影響青春期發(fā)育的研究進(jìn)展綜述如下。

1 Kiss1通過(guò)調(diào)節(jié)GPR54對(duì)青春期發(fā)育的影響

Kiss1 是GPR54 的天 然 配體。GPR54 作為 青春期生殖發(fā)育的調(diào)節(jié)控制因子，作用于下丘腦GnRH神經(jīng)元，調(diào)節(jié)GnRH 合成和釋放，影響青春期的啟動(dòng)。Kiss1 對(duì)GnRH 神經(jīng)元的作用是由GPR54 介導(dǎo)的，Kiss1 與其受體GPR54 結(jié)合后，刺激GnRH 神經(jīng)元分泌GnRH，調(diào)節(jié)GnRH 合成和釋放，刺激黃體生成素（LH）和卵泡刺激素（FSH）分泌；反過(guò)來(lái)，GnRH又可調(diào)節(jié)GPR54 表達(dá)。Kiss1 與GPR54 結(jié)合可以有效傳導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)，發(fā)揮調(diào)節(jié)心血管系統(tǒng)收縮、刺激胰島分泌葡萄糖、抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移、調(diào)控機(jī)體生殖發(fā)育等作用［3］。

LEKA-EMIRI 等［4］報(bào)道，相較于兒童期和成年期，青春期GPR54 表達(dá)顯著升高，呈倍數(shù)增長(zhǎng)，且與Kiss1同步增長(zhǎng)。研究表明，GPR54基因缺失或突變與青春期發(fā)育異常有關(guān)。在中樞性性早熟患者中，血清和血漿Kiss1 水平較正常兒童升高，表明Kiss1基因激活突變對(duì)青春期啟動(dòng)起促進(jìn)作用，導(dǎo)致青春期提前［5］。GPR54 基因失活會(huì)導(dǎo)致人類(lèi)和小鼠常染色體隱性遺傳的特發(fā)性低促性腺激素性腺功能減退［6］，其特征性表現(xiàn)是垂體GnRH 受體功能受損，黃體生成素和卵泡刺激素分泌不足引起睪丸萎縮、陰莖較小，精子功能受損和性成熟異常［7］，采用激素代替療法可恢復(fù)其生殖功能。反過(guò)來(lái)，GPR54 基因的激活突變與性早熟有關(guān)［8］。因此，GPR54 基因在青春期促進(jìn)促性腺激素分泌和啟動(dòng)生殖功能過(guò)程中起主導(dǎo)地位，這為未來(lái)改善青春期發(fā)育延遲或性早熟提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

能量穩(wěn)態(tài)與生殖系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)的。在能量缺乏狀態(tài)下，老鼠和綿羊下丘腦中Kiss1 mRNA表達(dá)減少，促性腺激素分泌減少，青春期發(fā)育停滯［9］。在青春期發(fā)育過(guò)程中，Kiss1、GPR54 mRNA 表達(dá)顯著升高，二者主要通過(guò)刺激GnRH 神經(jīng)元誘導(dǎo)促性腺激素 分泌 垂體 前 葉 釋 放FSH 和LH 驅(qū)動(dòng)HPG 軸［10］。ZHOU 等［11］在GPR54 基因缺陷小鼠中觀察到，Kiss1對(duì)GnRH 神經(jīng)元的刺激無(wú)反應(yīng)，促性腺激素釋放缺乏，導(dǎo)致小鼠性腺發(fā)育低下，表現(xiàn)為雄性小鼠睪丸較小、雌性小鼠陰道開(kāi)放延遲，乳腺發(fā)育不良，卵泡發(fā)育未成熟。向GPR54突變小鼠體內(nèi)注入Kiss1，突變型小鼠并未發(fā)生變化。進(jìn)一步說(shuō)明Kiss1 是通過(guò)GPR54 受體對(duì)促性腺激素發(fā)揮效應(yīng)的。在敲除GPR54 基因的小鼠中，雄性表現(xiàn)為睪丸、陰莖較小，雌性表現(xiàn)為陰道開(kāi)放延遲導(dǎo)致不孕［12］。使用BAC轉(zhuǎn)基因技術(shù)將GPR54 信號(hào)選擇性重新導(dǎo)入GPR54突變小鼠的GnRH 神經(jīng)元中，可使小鼠恢復(fù)繁殖能力［11］。以上研究表明，Kiss1 神經(jīng)元能直接作用于GnRH 神經(jīng)元 上 的GPR54 受體，Kiss1/GPR54 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是哺乳動(dòng)物青春期開(kāi)始和促性腺激素釋放的關(guān)鍵調(diào)節(jié)通路。

2 瘦素通過(guò)調(diào)節(jié)Kiss1對(duì)青春期發(fā)育的影響

瘦素是由肥胖基因編碼的多肽激素，是一種能量代謝的負(fù)反饋調(diào)節(jié)激素。青春期啟動(dòng)最重要的決定因素是營(yíng)養(yǎng)和能量代謝，能量?jī)?chǔ)存過(guò)剩（如肥胖）誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞因子和氧化應(yīng)激影響生殖功能，可引起青春期提前或不孕［13］。同時(shí)，體內(nèi)脂肪含量與性發(fā)育密切相關(guān)，低體脂的人FSH 和LH 分泌不足，導(dǎo)致青春期延遲［14］，故青春期的啟動(dòng)還需體內(nèi)儲(chǔ)存一定的體脂量。瘦素不僅誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞的增殖與分化，促進(jìn)軀體生長(zhǎng)發(fā)育，還參與調(diào)控神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)，介導(dǎo)GnRH 的釋放，促進(jìn)機(jī)體排卵［15］。當(dāng)機(jī)體營(yíng)養(yǎng)充足時(shí)，瘦素水平升高，HPG 軸被激活，啟動(dòng)青春期。

瘦素是介導(dǎo)生殖代謝調(diào)控的關(guān)鍵分子，當(dāng)瘦素缺乏時(shí)，GnRH 分泌明顯減少，機(jī)體會(huì)出現(xiàn)內(nèi)分泌紊亂引起青春期發(fā)育異常，造成生殖功能障礙。最近研究發(fā)現(xiàn)，低瘦素血癥會(huì)導(dǎo)致下丘腦閉經(jīng)，引起促性腺功能減退。對(duì)患有下丘腦性閉經(jīng)的婦女給予瘦素治療，可以恢復(fù)其生殖軸的功能［16］。而高瘦素血癥患者會(huì)出現(xiàn)肥胖、生育力低下，同時(shí)高水平的瘦素會(huì)持續(xù)性刺激GnRH 神經(jīng)元產(chǎn)生過(guò)多的雄性激素，引起多囊卵巢綜合征［17］。研究顯示，Kiss1神經(jīng)元介導(dǎo)瘦素對(duì)生殖系統(tǒng)產(chǎn)生影響，瘦素通過(guò)Kiss1在生理上刺激GnRH 分泌。在高脂飲食的成年肥胖男性中，脂肪組織Kiss1 mRNA表達(dá)顯著降低，推測(cè)肥胖可能與瘦素抵抗和抑制下丘腦Kiss1 基因表達(dá)有關(guān)［18］。瘦素-Kiss1 信號(hào)通路失調(diào)引起機(jī)體代謝紊亂（閉經(jīng)、不孕），而在能量攝入減少的條件下，主要通過(guò)抑制下丘腦HPG 軸，減少促性腺激素釋放，延遲青春期啟動(dòng)。PETRINE 等［19］對(duì)大鼠禁食后，大鼠下丘腦Kiss1 mRNA 水平顯著下降，同時(shí)伴有血瘦素水平降低。這些研究表明，在負(fù)能量平衡狀態(tài)下，機(jī)體Kiss1 mRNA 水平降低，這為今后研究身體能量/代謝狀況與青春期發(fā)育之間相互作用的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。

進(jìn)入青春期后，男性與女性的瘦素表達(dá)存在顯著差異。在男性中，睪酮與瘦素呈負(fù)相關(guān)，睪酮水平升高達(dá)到峰值，而瘦素水平逐步降低，這是因?yàn)楦咝奂に乜梢砸种浦炯?xì)胞中瘦素基因表達(dá)，但并不影響男性青春期發(fā)育的進(jìn)程［20］。在維持男性青春期發(fā)育過(guò)程中，瘦素為非決定性因素。而在女性中，血清瘦素水平與雌二醇呈正相關(guān)［21］，提示瘦素水平在啟動(dòng)女性青春期發(fā)育時(shí)可能發(fā)揮了作用。而在青春期發(fā)育后期，瘦素通過(guò)快速增長(zhǎng)抑制生長(zhǎng)激素表達(dá)，預(yù)示青春期發(fā)育結(jié)束。

瘦素作為性成熟的代謝因子，間接刺激下丘腦分泌并釋放GnRH，調(diào)節(jié)HPG 軸向神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)傳遞代謝信息的外周信號(hào)，觸發(fā)青春期開(kāi)始［22］。在促性腺功能減退的小鼠中注射外源性瘦素，小鼠下丘腦弓狀核Kiss1基因表達(dá)恢復(fù)正常［23］。我們推測(cè)，瘦素整合代謝和營(yíng)養(yǎng)信號(hào)并將它們傳遞給下丘腦Kiss1 神經(jīng)元，調(diào)控Kiss1 分泌，間接調(diào)節(jié)GnRH 分泌。下丘腦瘦素-Kiss1 將能量平衡的信號(hào)傳遞給生殖軸，促進(jìn)青春期的啟動(dòng)和生殖器官的發(fā)育。這為今后瘦素在臨床中的應(yīng)用提供了新的方向。

3 AMPK通過(guò)調(diào)節(jié)Kiss1對(duì)青春期發(fā)育的影響

AMPK 是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，也是細(xì)胞內(nèi)的能量感受器。AMPK 通過(guò)調(diào)控能量穩(wěn)態(tài)影響細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)代謝，維持細(xì)胞的正常生理活動(dòng)。AMPK 被激活可減少FSH 刺激支持細(xì)胞生長(zhǎng)與增殖［24］，同時(shí)還可抑制ATP 的合成，啟動(dòng)分解代謝途徑，AMPK 在能量代謝平衡和調(diào)控生殖方面起關(guān)鍵作用［25］。

物種的生殖功能與能量穩(wěn)態(tài)保持著同步關(guān)系，青春期發(fā)育需要一定的能量?jī)?chǔ)存。當(dāng)脂肪量增加時(shí)，下丘腦將瘦素代謝信號(hào)傳遞給AMPK，刺激脂肪酸氧化供能抑制蛋白質(zhì)合成，維持機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育。當(dāng)青春期營(yíng)養(yǎng)不良時(shí)，瘦素信號(hào)受抑制，LH 和FSH減少，青春期延遲［26］。FRANSSEN 等［27］切除雌性小鼠GnRH 神經(jīng)元中的α1-AMPK 亞單位誘導(dǎo)性腺激素 分泌，青春期提前。TORSONI 等［28］證 明 了 在Kiss1 神經(jīng)元中α2-AMPK 亞單位可以刺激小鼠對(duì)生殖發(fā)育的急性應(yīng)激能力，表明α1-AMPK 和α2-AMPK 催化亞單位在Kiss1 神經(jīng)元細(xì)胞中對(duì)小鼠的生殖發(fā)育是必不可缺的。

AMPK 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在青春期代謝調(diào)控中的具體發(fā)生機(jī)制尚未定論。研究證實(shí)，在下丘腦弓狀核中，存在著大量的Kiss1 神經(jīng)元群體，而在下丘腦視前區(qū)GnRH 神經(jīng)元中表達(dá)AMPK［29］。在能量缺乏的狀態(tài)下，循環(huán)瘦素水平降低，AMPK 信號(hào)被激活，抑制了下丘腦GnRH 神經(jīng)元對(duì)Kiss1 的表達(dá)，青春期延遲。相反營(yíng)養(yǎng)充足情況下，AMPK 無(wú)活性瘦素水平增加，Kiss1 基因表達(dá)增強(qiáng)，促進(jìn)青春期發(fā)育。因此，AMPK 與青春期激活基因Kiss1 相互作用來(lái)調(diào)控青春期發(fā)育，瘦素-AMPK-Kiss1 信號(hào)通路介導(dǎo)負(fù)能量平衡狀況對(duì)青春期發(fā)育起調(diào)節(jié)作用。

Kiss1 是調(diào)控生殖的“分子閥門(mén)”，Kiss1 可與下丘腦神經(jīng)元上的GPR54 結(jié)合，刺激GnRH 神經(jīng)元分泌。GPR54 基因突變可引起小鼠和人類(lèi)出現(xiàn)低促性腺激素性性腺功能減退和性早熟。瘦素作為能量代謝因子，介導(dǎo)機(jī)體生殖調(diào)控，高瘦素水平會(huì)導(dǎo)致成年女性出現(xiàn)PCOS、肥胖，而低瘦素血癥則引起下丘腦閉經(jīng)。同時(shí)瘦素影響kiss1的表達(dá)，在負(fù)能量平衡狀態(tài)下Kiss1 mRNA水平降低，給予外源性瘦素治療Kiss1 基因表達(dá)恢復(fù)正常。AMPK 作為下丘腦能量感受器，在能量缺乏的條件下，抑制Kiss1 的表達(dá)。不同能量信號(hào)通路和能量狀況（負(fù)能量平衡和營(yíng)養(yǎng)充足）下，下丘腦Kiss1 的表達(dá)可減少或增加。這說(shuō)明機(jī)體能量代謝與青春期啟動(dòng)信號(hào)通路之間關(guān)系密切，肥胖、營(yíng)養(yǎng)不良、消瘦等能量代謝失衡均會(huì)影響青春期啟動(dòng)。研究青春期啟動(dòng)過(guò)程中調(diào)節(jié)能量平衡的復(fù)雜而基礎(chǔ)的信號(hào)通路，可能成為未來(lái)神經(jīng)生殖內(nèi)分泌研究領(lǐng)域的新方向，也為我們今后臨床工作中治療青春期發(fā)育異常和能量代謝失衡提供了新的治療靶點(diǎn)。