皮質(zhì)醇對魚類性別分化過程的影響及調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

高蕊，閆紅偉*，劉鷹，劉奇

(1.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.設(shè)施漁業(yè)教育部重點實驗室(大連海洋大學(xué))，遼寧 大連 116023；3.遼寧省河鲀良種繁育及健康養(yǎng)殖重點實驗室，遼寧 大連 116023；4.浙江大學(xué) 生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310058)

性別決定(sex determination)是性別形成的生物學(xué)過程，是指未分化的具有雙向潛能的性腺決定其向精巢或卵巢方向發(fā)育的過程[1]。性別分化(sex differentiation)以性別決定為前提，是未分化的性腺在性別確定后，發(fā)育為精巢或卵巢的過程[2]。魚類是脊椎動物中種類最大的類群，在脊椎動物系統(tǒng)演化過程中具有承前啟后的地位。與鳥類、哺乳動物等脊椎動物相比，魚類的性別決定與分化過程更為復(fù)雜，其具有原始性、多樣性和易變性的特點，既受到遺傳因素的作用，又受某些外部環(huán)境因素如溫度[3]、光照[4]、pH[5]和種群密度[6]等的影響。因此，揭示魚類的性別決定與分化機(jī)制對理解脊椎動物性別形成過程具有重要的理論意義。更為重要的是，許多魚類在生長、繁殖和形態(tài)上存在雌雄差異。在養(yǎng)殖生產(chǎn)上，如果對某些魚類開展性別控制和單性養(yǎng)殖，可大幅提高經(jīng)濟(jì)效益，故闡明魚類性別決定及分化機(jī)制在育種方面具有重要的應(yīng)用價值。

性類固醇激素在鳥類、爬行動物、兩棲類動物及魚類等的性別分化中扮演著重要角色。1953年，Yamamoto等[7]首次用雌激素處理青鳉(Oryziaslatipes)，獲得了性反轉(zhuǎn)的功能性雌性個體。自此，國內(nèi)外研究人員逐步開展了激素誘導(dǎo)魚類性別轉(zhuǎn)變的研究。17β-雌二醇(17β-estradiol，E2)是硬骨魚類卵巢發(fā)育和雌性性別維持所必需的雌激素，在性別決定期間，經(jīng)E2處理能造成斑馬魚(Daniorerio)[8]、尼羅羅非魚(Oreochromisniloticus)[9]等許多魚類雌性化。11-酮基睪酮(11-ketotestosterone，11-KT)是魚類最主要的雄激素，經(jīng)11-KT處理會造成蜂巢石斑魚(Epinephelusmerra)[10]、條紋鋸鮨(Centropristisstriata)[11]等許多魚類雄性化。皮質(zhì)醇(cortisol)既是魚類主要的糖皮質(zhì)激素(glucocorticoid，GC)，也是一種類固醇激素，其被認(rèn)為是連接外部環(huán)境刺激與內(nèi)部生理反應(yīng)的關(guān)鍵因子[12]。當(dāng)魚體受到外界應(yīng)激因子刺激后，下丘腦-垂體-腎間組織(hypothalamus-pituitary-interrenal，HPI)軸會迅速做出反應(yīng)，由下丘腦釋放促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(corticotropin-release hormone，CRH)作用于垂體，刺激垂體前葉促腎上腺皮質(zhì)激素細(xì)胞分泌促腎上腺皮質(zhì)激素(adrenocorticotropic hormone，ACTH)，ACTH刺激腎間細(xì)胞分泌皮質(zhì)醇激素，并作用于全身各個靶器官[13]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，皮質(zhì)醇可能介導(dǎo)了環(huán)境因素影響魚類性別分化的過程。在一些魚類中，外源皮質(zhì)醇處理會造成基因型為雌性的個體雄性化，而在皮質(zhì)醇處理時，使用雌激素或皮質(zhì)醇合成抑制劑在一定程度上能回救上述皮質(zhì)醇所造成的雄性化[14-15]。研究還發(fā)現(xiàn)，高溫、高密度養(yǎng)殖等環(huán)境因素會造成一些魚類皮質(zhì)醇水平增加，進(jìn)而導(dǎo)致魚類個體雄性化[16-17]。在雌雄同體的魚類中，由于種群社會結(jié)構(gòu)變化所造成的性轉(zhuǎn)變往往伴隨著皮質(zhì)醇水平的改變。目前，皮質(zhì)醇作用于魚類性別分化與性轉(zhuǎn)變的具體機(jī)制尚不明確，故探討皮質(zhì)醇對魚類性別分化的影響并厘清其調(diào)控機(jī)制，有助于認(rèn)知外部環(huán)境因素影響魚類性別的作用途徑及性別分化的內(nèi)分泌機(jī)制。本研究中，綜述了外源皮質(zhì)醇處理對魚類性別分化的作用規(guī)律，魚類性別分化或性轉(zhuǎn)變期環(huán)境因素對魚類內(nèi)源皮質(zhì)醇水平的影響規(guī)律，以及皮質(zhì)醇調(diào)控魚類性別分化與性轉(zhuǎn)變的分子機(jī)制，以期為研究魚類性別形成的調(diào)控機(jī)制提供科學(xué)參考。

1 外源皮質(zhì)醇處理對魚類性別分化的影響

1985年，Van den Hurk等[18]分別用皮質(zhì)醇、皮質(zhì)醇代謝物可的松(cortisone)處理性別未分化的虹鱒(Oncorhynchusmykiss)均能獲得性反轉(zhuǎn)的雄性個體，表明糖皮質(zhì)激素會影響魚類的性別分化，這意味著魚類的性別分化受HPI軸調(diào)控。上述發(fā)現(xiàn)引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。隨后，研究人員陸續(xù)在雌雄異體魚類如博納里牙漢魚(Odontesthesbonariensis)[19]、漠斑牙鲆(Paralichthyslethostigma)[20]，以及雌雄同體魚類如條紋鋸鮨[21]、斜帶石斑魚(Epinepheluscoioides)[22]中發(fā)現(xiàn)了皮質(zhì)醇類似的作用效果。

1.1 皮質(zhì)醇處理對雌雄異體魚類性別分化的影響

在雌雄異體魚類中，皮質(zhì)醇處理會造成斑馬魚[14]、尼羅羅非魚[15]等模式魚類，以及黃顙魚(Tachysurusfulvidraco)[23]、褐牙鲆(Paralichthysolivaceus)[24]等經(jīng)濟(jì)魚類的雄性化，且皮質(zhì)醇誘導(dǎo)的雄性化具有劑量依賴性(表1)。如對孵化后7 d的博納里牙漢魚分別投喂皮質(zhì)醇含量為400、800 mg/kg的飼料63 d，產(chǎn)生的雄性比例分別為95%和100%[19]。對孵化后60 d的漠斑牙鲆分別投喂皮質(zhì)醇含量為100、300 mg/kg的飼料28 d，產(chǎn)生的偽雄魚比例分別為71%和87%[20]。皮質(zhì)醇處理的起始時期不同，影響的效果也不同。如在尼羅羅非魚中，對孵化后5 d且基因型為雌性的幼魚投喂皮質(zhì)醇含量為1 000 mg/kg的飼料25 d，會造成幼魚性腺中卵母細(xì)胞的缺失，而在孵化后40 d開始用皮質(zhì)醇處理，處理50 d后幼魚性腺中仍具卵母細(xì)胞[15]。此外，經(jīng)皮質(zhì)醇處理所產(chǎn)生的偽雄魚可能具有生殖功能。如采用皮質(zhì)醇含量為300 mg/kg的飼料投喂孵化后12 d的黃顙魚24 d，所產(chǎn)生的偽雄魚具有精小葉結(jié)構(gòu)和生理性雄魚特有的生殖突[23]。

上述經(jīng)外源皮質(zhì)醇處理造成魚類的雄性化，在一定程度上可被雌激素或皮質(zhì)醇合成抑制劑回救。如對孵化后30 d且基因型為雌性的褐牙鲆研究發(fā)現(xiàn)，對照組(正常飼料)、皮質(zhì)醇組(100 mg/kg飼料)、聯(lián)合使用皮質(zhì)醇(100 mg/kg飼料)與E2(1 mg/kg飼料)飼喂組所產(chǎn)生的雄性比例分別為3.3%、50%和0%[24]。而分別用皮質(zhì)醇(50 mg/kg飼料)、皮質(zhì)醇合成抑制劑美替拉酮(500 mg/kg飼料)、聯(lián)合使用皮質(zhì)醇(50 mg/kg飼料)與美替拉酮(metyrapone)(500 mg/kg)飼料對15日齡的斑馬魚進(jìn)行為期1個月的飼喂，所產(chǎn)生的雄性比例分別為100%、61.9%和48.6%[14]。

1.2 皮質(zhì)醇處理對雌雄同體魚類性別分化的影響

皮質(zhì)醇處理會誘導(dǎo)一些雌雄同體魚類的雄性化(表1)。分別用皮質(zhì)醇(300 mg/kg飼料)、皮質(zhì)醇受體拮抗劑米非司酮(mifepristone)(6.25 mg/kg飼料)飼喂性別未分化的雌雄同體雌性先熟的條紋鋸鮨幼魚，處理84 d后所產(chǎn)生具有精巢的個體比例分別為31.6%和50.9%，具有兼性性腺的個體比例分別為68.4%和32.0%[21]，推測皮質(zhì)醇通過與皮質(zhì)醇受體結(jié)合的方式對魚類性別進(jìn)行調(diào)控。而在某些雌雄同體魚類中，對成魚進(jìn)行皮質(zhì)醇處理也會造成雌性轉(zhuǎn)變?yōu)樾坌浴Ｈ鐚Υ菩匀吆Ｘi魚(Halichoerestrimaculatus)成魚進(jìn)行為期42 d的皮質(zhì)醇飼喂(1 000 mg/kg飼料)，可造成血漿E2水平下降，性腺中出現(xiàn)生精細(xì)胞[16]。通過腹腔注射讓雌性斜帶石斑魚成魚攝入皮質(zhì)醇(50 mg/kg體質(zhì)量)，可使其性別轉(zhuǎn)變?yōu)樾坌訹22]。然而在停止處理后，已經(jīng)發(fā)生性轉(zhuǎn)變的斜帶石斑魚精子停止性轉(zhuǎn)變，發(fā)育中的精子也消失了，這表明皮質(zhì)醇引起的性轉(zhuǎn)變具有暫時性。

以上研究表明，皮質(zhì)醇對魚類的性別分化具有重要作用，可在一定程度上造成魚類向雄性方向分化，并且進(jìn)行外源皮質(zhì)醇處理時，不同濃度、處理時間和處理方式對魚類性別分化的影響效果不同。皮質(zhì)醇可以通過皮質(zhì)醇受體發(fā)揮調(diào)控作用，皮質(zhì)醇合成抑制劑或雌激素在一定程度上可回救皮質(zhì)醇誘導(dǎo)的雄性化。值得注意的是，在一些魚類中，皮質(zhì)醇誘導(dǎo)所產(chǎn)生的偽雄魚具有生殖突，推測具有生殖功能。而在一些魚類中，皮質(zhì)醇處理造成的雄性化卻是暫時的，停止處理后性別的改變將不可持續(xù)。目前，大多數(shù)研究未將皮質(zhì)醇處理產(chǎn)生的偽雄魚飼養(yǎng)至性成熟，尚不能確定皮質(zhì)醇處理產(chǎn)生的偽雄魚是否真正具有生殖功能，未來尚需深入研究。

2 環(huán)境因素對魚類內(nèi)源皮質(zhì)醇水平的影響

魚類的性別分化與性轉(zhuǎn)變受到外部環(huán)境因素的影響，在多種環(huán)境因素介導(dǎo)的魚類性別分化與性轉(zhuǎn)變過程中，內(nèi)源皮質(zhì)醇水平往往發(fā)生了相應(yīng)的變化(表2)，故推斷皮質(zhì)醇可能是響應(yīng)外部環(huán)境信號與魚類性別分化及性轉(zhuǎn)變的重要因子[20，25]。

表2 環(huán)境因素誘導(dǎo)雄性化過程中魚類皮質(zhì)醇水平和性別比例的變化

2.1 溫度

在許多魚類、爬行動物和兩棲類生命早期階段，溫度對性別分化過程具有決定作用。1981年，Conover等[26]首次證明，溫度會影響大西洋銀漢魚(Menidiamenidia)的性別。此后，研究人員開展了一系列溫度對魚類性別分化的研究。如對孵化后9 d的奧利亞羅非魚(Oreochromisaureus)進(jìn)行為期25 d的溫度試驗，在27、37 ℃條件下產(chǎn)生的雄性后代比例分別為63.0%和97.8%，這表明高溫會使奧利亞羅非魚偏雄性化[27]。對孵化后15～25 d且基因型為雌性的斑馬魚進(jìn)行高溫(37 ℃)處理，可得到100%偽雄魚[28]。此外，高溫處理還會誘導(dǎo)金魚(Carassiusauratus)[29]、半滑舌鰨(Cynoglossussemilaevis)[30]和褐牙鲆[3]產(chǎn)生雄性化。

以上溫度誘導(dǎo)產(chǎn)生的雄性化可能是一種由皮質(zhì)醇介導(dǎo)的熱應(yīng)激結(jié)果。孵化后幾周的環(huán)境溫度決定了博納里牙漢魚幼魚的性別[31]，在17 ℃時雄性比例為0%，在24 ℃時為69.2%，在29 ℃時可達(dá)100%，且在29 ℃時飼育的幼魚體內(nèi)皮質(zhì)醇水平始終高于17 ℃[19]。24 ℃條件下對博納里牙漢魚幼魚投喂皮質(zhì)醇含量為800 mg/kg的飼料，可使雄性比例達(dá)到100%[32]。在褐牙鲆[24]和青鳉[25]中也存在類似現(xiàn)象，高溫條件下飼喂的幼魚皮質(zhì)醇水平往往較高，而雄性比例也相對較高。同時研究還發(fā)現(xiàn)，在一些魚類中，飼喂E2或美替拉酮可回救由高溫誘導(dǎo)的幼魚個體雄性化[24-25，33]。

2.2 種群密度

種群密度也會對魚類性別分化產(chǎn)生一定影響。高密度會造成擁擠脅迫，使幼魚向雄性化轉(zhuǎn)變[34]。早期研究發(fā)現(xiàn)，歐洲鰻鱺(Anguillaanguilla)在800、1 600、3 200 g/m3養(yǎng)殖密度下，雄性比例分別為69%、78%和96%[35]。此外，種群密度還會影響歐洲舌齒鱸(Dicentrarchuslabrax)[36]、斑馬魚[14]和博納里牙漢魚[17]等魚類性別分化。

研究發(fā)現(xiàn)，在魚類早期發(fā)育階段，高密度養(yǎng)殖造成的個體雄性化可能也與皮質(zhì)醇水平有關(guān)。在日本鰻鱺(Anguillajaponica)性別分化期間，成群飼養(yǎng)個體的血清皮質(zhì)醇水平顯著高于單獨飼養(yǎng)個體(P<0.05)，推斷這是造成鰻鱺高密度養(yǎng)殖個體雄性偏多的原因[37]。在斑馬魚的性別分化期也發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖密度越高，體內(nèi)皮質(zhì)醇水平越高，雄性比例也就越高[14]。在對XX基因型博納里牙漢魚的研究中也得出類似結(jié)論，用四周均為鏡面的水槽飼養(yǎng)博納里牙漢魚比無反射光水槽飼養(yǎng)時雄性比率更高[17]。推斷由環(huán)境擁擠引起的魚類個體雄性化過程中，負(fù)責(zé)處理視覺信息的大腦具有重要作用。

綜上，在魚類性別分化期，高密度養(yǎng)殖造成的擁擠脅迫能促使魚類體內(nèi)皮質(zhì)醇水平升高，而高皮質(zhì)醇水平是造成魚類雄性化的一個重要原因。

2.3 種群社會關(guān)系

種群中的社會關(guān)系變化會造成雌雄同體魚類，如黑雙鋸魚(Amphiprionmelanopus)[38]、雙帶錦魚(Thalassomabifasciatum)[39]和藍(lán)帶血蝦虎魚(Lythyrpnusdalli)[12]等的性轉(zhuǎn)變，期間也往往伴隨著皮質(zhì)醇水平的變化。

目前，在皮質(zhì)醇作用于雌雄同體魚類性別轉(zhuǎn)變的假設(shè)中，Perry等[39]認(rèn)為，在雌雄同體雌性先熟的雙帶錦魚中，功能性雄性通過攻擊雌性來提高雌性體內(nèi)的皮質(zhì)醇水平，從而抑制雌性11-KT合成，進(jìn)而阻止雙帶錦魚雌魚的雄性化。如果將功能性雄性從社會群體中移除，雌性的壓力降低，體內(nèi)皮質(zhì)醇水平會下降，雌魚便會出現(xiàn)雄性化。然而與Perry等[39]假設(shè)所矛盾的是，當(dāng)去除同樣為雌雄同體雌性先熟的圓擬鱸(Paraperciscylindrica)功能性雄性后，完成皮質(zhì)醇植入的功能性雌性仍可性轉(zhuǎn)變?yōu)樾坌?，這表明高皮質(zhì)醇水平并不能阻止圓擬鱸的雄性化[40]。藍(lán)帶血蝦虎魚是一種具有一夫多妻制種群社會關(guān)系且雌雄同體雌雄同步成熟的魚類，研究發(fā)現(xiàn)，通常藍(lán)帶血蝦虎魚雄性體內(nèi)皮質(zhì)醇水平較低，反而體型較大的雌性體內(nèi)皮質(zhì)醇水平較高，但在移除種群中功能性雄性后，體型較大的雌魚皮質(zhì)醇水平開始上升，并在移除雄性后的1～3 d時達(dá)到峰值，后逐漸降低[12]。這表明，在性別轉(zhuǎn)變初期，高濃度的皮質(zhì)醇對魚類性轉(zhuǎn)變?yōu)樾坌云鹬龠M(jìn)作用，這與Perry等[39]的假設(shè)不同。而對于雌雄同體雄性先熟的黑雙鋸魚，雄性和雌性皮質(zhì)醇水平并無差異，但當(dāng)功能性雌性去除后，種群內(nèi)各個體的皮質(zhì)醇水平不斷升高，并逐漸有個體性轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌墓δ苄源菩訹38]。由此可見，皮質(zhì)醇的升高不僅能促進(jìn)雌雄同體魚類性轉(zhuǎn)變?yōu)樾坌?，還可能在雌雄同體魚類性轉(zhuǎn)變?yōu)榇菩缘倪^程中發(fā)揮作用。

綜上所述，皮質(zhì)醇水平的高低一定程度上反映了一些雌雄同體魚類在種群中的社會地位。皮質(zhì)醇參與了雌雄同體魚類性轉(zhuǎn)變的過程，而高水平皮質(zhì)醇水平可能促進(jìn)了一些雌雄同體魚類的性轉(zhuǎn)變。但目前相關(guān)研究還較少，尚需進(jìn)一步探究皮質(zhì)醇在雌雄同體魚類性轉(zhuǎn)變中的作用機(jī)制。

2.4 其他環(huán)境因素

光照、養(yǎng)殖水槽顏色也會對魚類的性別分化造成影響。研究發(fā)現(xiàn)，這些環(huán)境因素可通過影響魚體皮質(zhì)醇水平對魚類性別分化進(jìn)行調(diào)控，如將剛孵化的基因型為雌性的青鳉在綠光環(huán)境下飼養(yǎng)60 d，可誘導(dǎo)產(chǎn)生偽雄魚且偽雄魚具有生殖功能，所產(chǎn)生的精子可與正常卵子結(jié)合孵育全雌子代，推測綠光造成青鳉雄性化是由皮質(zhì)醇水平變化引起的[4]。在探究養(yǎng)殖水箱對漠斑牙鲆性別分化影響時發(fā)現(xiàn)，藍(lán)色水箱中飼養(yǎng)的魚皮質(zhì)醇水平較高，相應(yīng)的雄性比例也較高，推測背景顏色影響了漠斑牙鲆的性別，表明環(huán)境因素在性別決定期間充當(dāng)壓力源，并最終造成雄性偏向性[20]。

總之，外部環(huán)境因素影響著魚類的性別分化與性轉(zhuǎn)變，而皮質(zhì)醇可能是連接外部環(huán)境因素與魚類性別調(diào)控的重要紐帶，在魚類的性別分化與性轉(zhuǎn)變中起到了重要作用。

3 皮質(zhì)醇調(diào)控性別分化與性轉(zhuǎn)變的分子機(jī)制

研究認(rèn)為，皮質(zhì)醇可能通過3種方式介導(dǎo)硬骨魚類性別分化與性轉(zhuǎn)變[41-42]：一是通過HPI軸與下丘腦-垂體-性腺(hypothalamus-pituitary-gonadal，HPG)軸相互作用，調(diào)控魚類的性別變化；二是通過皮質(zhì)醇和雄激素合成通路的交互作用，共同調(diào)控魚類的性別變化；三是通過控制魚類性別相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄來調(diào)控魚類性別變化。

3.1 HPG軸與HPI軸的相互作用

HPG和HPI軸的相互作用共同調(diào)控魚類的性別分化、發(fā)育和繁殖等重要生理過程[41](圖1)。腦內(nèi)一些神經(jīng)遞質(zhì)通過影響體內(nèi)皮質(zhì)醇水平，間接調(diào)控著性別分化與性轉(zhuǎn)變過程[43]。

ACTH—促腎上腺皮質(zhì)激素；AVT—精氨酸催產(chǎn)素；CRF—促腎上腺皮質(zhì)激素的釋放因子；DA—多巴胺；E2—17β-雌二醇；FSH—促卵泡激素；FSHR—促卵泡激素受體；GnIH—促性腺激素抑制激素；GnRH—促性腺激素釋放激素；GR—皮質(zhì)醇激素受體；Kisspeptin—親吻素；LH—促黃體生成素；LHR—促黃體生成素受體；MEL—褪黑素；NE—去甲腎上腺素；T—睪酮；5-HT—血清素；11-KT—11-酮基睪酮。ACTH—adrenocorticotropic hormone；AVT—arginine vasotocin；CRF—corticotropin-releasing factor；DA—dopamine；E2—17β-estradiol；FSH—follicle-stimulating-hormone；FSHR—follicle-stimulating hormone receptor；GnIH—gonadotropin-inhibitory hormone；GnRH—gonadotropin-releasing hormone；GR—glucocorticoid receptor；LH—luteinizing hormones；LHR—luteinizing hormones receptor；MEL—melatonin；NE—norepinephrine；T—testosterone；5-HT—serotonin；11-KT—11-ketotestosterone.圖1 下丘腦-垂體-性腺軸與下丘腦-垂體-腎間組織軸的關(guān)系[41]Fig.1 Diagram of the relationship between hypothalamus-pituitary-gonadal (HPG)axis and hypothalamus-pituitary-interrenal (HPI)axis[41]

參與HPG和HPI軸相互作用的神經(jīng)遞質(zhì)主要包括去甲腎上腺素(norepinephrine，NE)、精氨酸催產(chǎn)素(arginine vasotocin，AVT)、多巴胺(dopamine，DA)、血清素(serotonin，5-HT)、親吻素(kisspeptin)和褪黑素(melatonin，MEL)等。其中，NE能影響促性腺激素釋放激素(gonadotropin-releasing hormone，GnRH)的釋放和促性腺激素(gonadotropins，GtHs)的產(chǎn)生[44]，且對促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(corticotropin-releasing factor，CRF)具有調(diào)控作用[45]。AVT與哺乳動物精氨酸加壓素(arginine vasopressin，AVP)同源，是研究魚類行為及性轉(zhuǎn)變所關(guān)注的主要激素[46]。對于群居性雌雄同體的魚類，一個社會群體中功能性雄性死亡后，可能會使體型較大的雌魚下丘腦中的AVT和NE水平上升，造成雌魚性轉(zhuǎn)變?yōu)樾坌訹47]。這些快速的神經(jīng)化學(xué)變化反過來也影響了GnRH和促黃體生成素(luteinizing hormones，LH)的釋放，促進(jìn)魚類卵巢細(xì)胞凋亡并提高皮質(zhì)醇水平[43]。一般認(rèn)為，腦中NE活動增加會導(dǎo)致血清皮質(zhì)醇水平快速上升，而5-HT的減少會消除NE對AVT信號的抑制，使魚類在性腺改變的第一階段維持高皮質(zhì)醇水平[43]。Kisspeptin是一種下丘腦神經(jīng)肽，研究發(fā)現(xiàn)，在雌性大鼠中，位于下丘腦弓狀核區(qū)的Kisspetin細(xì)胞和糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor，GR)共表達(dá)[48]，推測GR是HPI和HPG軸間聯(lián)系的紐帶，環(huán)境信號因子能通過HPI軸作用于GR來影響HPG軸[49]。MEL對魚類的晝夜節(jié)律、血壓和季節(jié)性繁殖具有調(diào)控作用。研究發(fā)現(xiàn)，MEL和NE能瞬時調(diào)節(jié)GnRH產(chǎn)生，以促進(jìn)LH的生成，啟動性轉(zhuǎn)變[50]。隨后皮質(zhì)醇和促性腺激素抑制激素(gonadotropin-inhibitory hormone，GnIH)增加，進(jìn)而抑制GnRH和GtHs信號傳導(dǎo)。在這些因素的共同作用下，魚體內(nèi)皮質(zhì)醇水平增加。皮質(zhì)醇通過抑制E2合成所必需的cyp19a1a(cytochrome P450，family 19，subfamily A，polypeptide 1a)基因轉(zhuǎn)錄，來調(diào)控E2的合成和雌性相關(guān)基因的表達(dá)，導(dǎo)致卵巢退變?yōu)榫瞇42-43]。

3.2 皮質(zhì)醇和雄激素合成通路間的交互作用

與哺乳動物不同的是，硬骨魚類最主要的雄激素不是睪酮(testosterone)，而是11-KT。11-KT的合成與皮質(zhì)醇的合成、代謝過程間存在交互關(guān)系，兩過程均有11β-羥化酶(11β-hydroxylase，Cyp11b)和11β-羥基類固醇脫氫酶(11β-hydroxysteroid dehydrogenase，Hsd11b)參與催化(圖2)。睪酮在Cyp11b催化下轉(zhuǎn)化為11β-羥基睪酮(11β-OH-testosterone)，11β-羥基睪酮在Hsd11b催化下轉(zhuǎn)化為11-KT[42，51-52]。同樣，11-脫氧皮質(zhì)醇(11-deoxycortisol)在Cyp11b催化下轉(zhuǎn)化為皮質(zhì)醇，后皮質(zhì)醇在Hsd11b催化下代謝為可的松[32，42]。

DHEA—dehydroepiandrosteron；OH—hydoxy.圖2 硬骨魚類類固醇激素合成[42，52]Fig.2 Schematic representation of steroidogenesis in teleost fishes[42，52]

皮質(zhì)醇也可通過調(diào)節(jié)編碼Hsd11b的hsd11b2(hydroxysteroid 11-beta dehydrogenase 2)基因表達(dá)，調(diào)控魚類11-KT的生成，進(jìn)而影響魚類性別分化與性轉(zhuǎn)變。有研究發(fā)現(xiàn)，在皮質(zhì)醇誘導(dǎo)博納里牙漢魚雄性化的過程中，hsd11b2表達(dá)上調(diào)。有趣的是，睪酮和11-KT的升高要先于cyp19a1a基因表達(dá)量的下降[32]。對斜帶石斑魚的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象，腹腔注射皮質(zhì)醇(50 mg/kg體質(zhì)量)能夠使hsd11b2表達(dá)迅速上調(diào)，11-KT水平隨之升高，編碼Cyp11b的cyp11b2(cytochrome P450 family 11 subfamily B member 2)基因表達(dá)上調(diào)和cyp19a1a基因表達(dá)下調(diào)均發(fā)生在11-KT升高之后[22]。由此推測，在一些魚類性別分化與性別轉(zhuǎn)變過程中，皮質(zhì)醇可通過直接調(diào)控雄激素合成相關(guān)基因表達(dá)的方式來提高11-KT水平，進(jìn)而激活雄性化通路。在雄性通路被激活后，雌激素合成相關(guān)的通路則被抑制。

3.3 皮質(zhì)醇調(diào)控魚類性別相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄

皮質(zhì)醇可通過先與糖皮質(zhì)激素受體結(jié)合，再與應(yīng)答基因啟動子區(qū)域內(nèi)的糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件(glucocorticoid response elements，GRE)結(jié)合，直接控制性別相關(guān)靶基因轉(zhuǎn)錄進(jìn)而調(diào)控魚類性別轉(zhuǎn)變。一些硬骨魚類的cyp19a1a、fshr(follicle stimulating hormone receptor)和dmrt1(double-sex and mab-3-related transcription factor 1)基因啟動子區(qū)域存在GRE[25，53-54]，皮質(zhì)醇-糖皮質(zhì)激素受體復(fù)合物能通過與這些基因上的GRE作用，對魚類性別開展調(diào)控。除此之外，皮質(zhì)醇還能通過其他未知方式調(diào)控性別相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。盡管在魚類的抗苗勒氏管激素amh(anti-Müllerian hormone)基因上未發(fā)現(xiàn)GRE，但皮質(zhì)醇卻可以通過調(diào)控amh表達(dá)影響魚類性別。

3.3.1 皮質(zhì)醇抑制cyp19a1a的轉(zhuǎn)錄 在魚類中，睪酮是E2合成的原料[55]。睪酮可以在性腺芳香化酶P450aromA(由cyp19a1a基因編碼)和腦芳香化酶P450aromB(由cyp19a1b基因編碼)的作用下，轉(zhuǎn)化為E2。cyp19a1a的下調(diào)可啟動魚類雌性向雄性轉(zhuǎn)變[41]。有研究發(fā)現(xiàn)，皮質(zhì)醇-糖皮質(zhì)激素受體復(fù)合物能通過與cyp19a1a的啟動子區(qū)域GRE結(jié)合，抑制cyp19a1a的表達(dá)，進(jìn)而阻礙E2產(chǎn)生，造成睪酮在未分化的性腺中積累[56]。對處于性別分化過程中的青鳉進(jìn)行皮質(zhì)醇處理發(fā)現(xiàn)，皮質(zhì)醇通過抑制cyp19a1a的表達(dá)來阻礙E2合成，進(jìn)而阻礙性腺向卵巢分化[57]。在對褐牙鲆體外試驗中發(fā)現(xiàn)，皮質(zhì)醇通過與cyp19a1a基因啟動子區(qū)域的GRE結(jié)合，直接抑制該基因轉(zhuǎn)錄[3]。此外，在條紋鋸鮨[21]、蝦虎魚(Gobiodonhistrio)[53]的cyp19a1a上也發(fā)現(xiàn)了GRE。

3.3.2 皮質(zhì)醇調(diào)控fshr和dmrt1的轉(zhuǎn)錄 除cyp19a1a外，在青鳉fshr、dmrt1啟動子區(qū)域也發(fā)現(xiàn)了GRE序列，皮質(zhì)醇可能通過作用于這兩個基因?qū)π詣e分化產(chǎn)生影響。促卵泡激素(follicle-stimulating-hormone，F(xiàn)SH)是一種促性腺激素，通過與促卵泡激素受體(follicle-stimulating hormone receptor，F(xiàn)SHR)結(jié)合發(fā)揮作用。FSH與魚類的性別分化相關(guān)，對性別分化期間的斜帶石斑魚進(jìn)行FSH注射可加速性腺分化和發(fā)育，但長時間FSH注射會誘導(dǎo)性腺向雄性分化[58]。在對青鳉的研究中發(fā)現(xiàn)，高溫(33 ℃)誘導(dǎo)青鳉雄性化可能是由皮質(zhì)醇介導(dǎo)的，皮質(zhì)醇-糖皮質(zhì)激素受體復(fù)合物通過與負(fù)責(zé)編碼FSHR的fshr基因啟動子區(qū)域的GRE結(jié)合發(fā)揮作用[25]，導(dǎo)致青鳉雌雄激素失衡，產(chǎn)生雄性化[56]。

Dmrt1在魚類精巢分化中具有重要的作用。青鳉性別決定基因dmrt1bY是由位于常染色體的dmrt1經(jīng)復(fù)制、轉(zhuǎn)座到Y(jié)染色體形成的，是調(diào)控青鳉精巢發(fā)育的主導(dǎo)因子。最近，Adolfi等[54]對皮質(zhì)醇誘導(dǎo)青鳉雄性化機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，青鳉常染色體dmrt1啟動子區(qū)域存在GRE，推測在青鳉幼魚早期發(fā)育階段，皮質(zhì)醇激活了dmrt1基因，使dmrt1接管雄性決定基因dmrt1bY，造成雌魚的雄性化。

3.3.3 皮質(zhì)醇上調(diào)amh的表達(dá) 在哺乳動物胚胎形成時期，抗苗勒氏管激素通過與受體(anti-Müllerian hormone receptor type 2)結(jié)合，阻礙苗勒氏管發(fā)育為子宮和輸卵管[59]。硬骨魚(除鱘外)無抗苗勒氏管，但在性腺體細(xì)胞中仍能檢測到抗苗勒氏管激素amh基因的表達(dá)[60]。在硬骨魚(除青鳉外)中，amh參與雄性的性別分化和雌性的卵泡發(fā)育，且表達(dá)具有性別差異性，雄性生殖腺中amh的表達(dá)水平普遍較高[61]。amh主要作用于精巢分化的早期階段，通過抑制性腺中生殖細(xì)胞增殖和類固醇生成以促使魚體雄性化[41]。盡管未在硬骨魚類的amh上發(fā)現(xiàn)GRE結(jié)合位點，但發(fā)現(xiàn)高皮質(zhì)醇水平能造成一些魚類性腺中amh轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)，如博納里牙漢魚[19]、斜帶石斑魚[22]及新西蘭背唇隆頭魚(Notolabruscelidotus)[62]等。

性腺中生殖細(xì)胞與體細(xì)胞的數(shù)量比例與魚類的性別分化也相關(guān)，生殖細(xì)胞缺失能夠造成雌魚雄性化，性腺生殖細(xì)胞過量則會激活雌性相關(guān)通路[42]。在性別決定期間，環(huán)境壓力造成了一些魚類皮質(zhì)醇水平上升，隨后皮質(zhì)醇通過上調(diào)amh表達(dá)來抑制雌性性腺中生殖細(xì)胞增殖，最后造成魚類個體的雄性化轉(zhuǎn)變[63]。Goos等[64]研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動物精巢的生殖細(xì)胞上存在GR，這有助于揭示皮質(zhì)醇作用于生殖細(xì)胞的可能途徑，但在魚類生殖細(xì)胞中還未發(fā)現(xiàn)GR。有學(xué)者認(rèn)為，amh可能是cyp19a1a的抑制因子，在斑馬魚中高水平的amh往往伴隨著低水平的cyp19a1a[65]。如高溫(36 ℃)條件下，尼羅羅非魚中amh表達(dá)水平迅速升高，cyp19a1a表達(dá)下降[66]。由此推測，高皮質(zhì)醇水平可能通過上調(diào)amh抑制cyp19a1a表達(dá)或激活雄性特異性表達(dá)途徑，促進(jìn)一些魚類的雄性化轉(zhuǎn)變。

4 存在問題及展望

魚類的性別決定與分化具有多樣性和可塑性，是極為復(fù)雜的生物學(xué)過程，沒有完全一致的規(guī)律。近年來，隨著基因組學(xué)、表觀基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究的不斷深入，以及基因控制技術(shù)的進(jìn)步，魚類性別分化的研究已取得了一定進(jìn)展。皮質(zhì)醇是連接環(huán)境因素與魚類性別分化及性轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因素，對皮質(zhì)醇功能和作用機(jī)制的研究，已成為了解魚類環(huán)境性別調(diào)控機(jī)制不可或缺的部分，但目前在該方面的研究還不夠深入，未來應(yīng)圍繞以下問題重點開展研究。

1)深入開展皮質(zhì)醇誘導(dǎo)魚類雄性化的作用機(jī)制研究?？山Y(jié)合多組學(xué)聯(lián)合分析、離體或在體試驗及基因敲除等手段，深入探究皮質(zhì)醇調(diào)控魚類性別的信號通路及作用機(jī)制。

2)闡明皮質(zhì)醇與表觀遺傳因子間的相互關(guān)系。隨著不斷發(fā)現(xiàn)更多性別差異的非編碼RNA，未來可基于DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA調(diào)控等表觀遺傳手段，詳細(xì)探明皮質(zhì)醇與魚類的表觀遺傳互作模式。

3)充分解析皮質(zhì)醇影響魚類雌性化的作用機(jī)制。選擇雌雄同體雄性先熟的魚類開展相關(guān)研究，解析皮質(zhì)醇對卵巢分化的影響規(guī)律，最終闡明皮質(zhì)醇影響魚類雌性化的作用機(jī)制，全面地揭示皮質(zhì)醇在調(diào)控魚類性別分化與性轉(zhuǎn)變過程中的作用。