泛甲殼動(dòng)物激素調(diào)控卵黃蛋白原合成的分子機(jī)制研究進(jìn)展

謝持真， 陸 穎， 邱高峰*

(1. 上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201306；2. 上海海洋大學(xué)，上海水產(chǎn)養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，水產(chǎn)科學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，上海 201306)

節(jié)肢動(dòng)物包括四大類(lèi)群∶六足動(dòng)物(Hexapoda) (昆蟲(chóng))、甲殼動(dòng)物(Crustacea) (如蝦和螃蟹)、多足動(dòng)物(Myriapoda) (如千足蟲(chóng)和蜈蚣)和螯肢動(dòng)物(Chelicerata) (如蜘蛛和馬蹄蟹)。系統(tǒng)發(fā)育分析與形態(tài)學(xué)分析表明，六足動(dòng)物與甲殼動(dòng)物在系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)上接近，故又被統(tǒng)稱(chēng)為泛甲殼動(dòng)物(Pancrustacea) (圖1)[1-2]。由于親緣關(guān)系接近，昆蟲(chóng)與甲殼動(dòng)物的許多生理調(diào)控機(jī)制也非常相似，但也存在各自的特異性，對(duì)其開(kāi)展生理過(guò)程調(diào)控的比較研究，不僅能夠解析調(diào)控機(jī)制的異同，還有助于更深入理解它們的進(jìn)化關(guān)系[3]。

卵黃發(fā)生是繁殖過(guò)程中重要的細(xì)胞生理學(xué)事件，直接關(guān)系到卵生動(dòng)物是否繁殖成功。大多數(shù)卵黃蛋白原(vitellogenin, Vg)是一類(lèi)由糖、磷、脂蛋白組成的雌性特異性蛋白，是卵黃蛋白(yolk protein)的前體[4]。已有研究表明，卵黃的發(fā)生主要通過(guò)兩種方式∶一是外源性卵黃合成，即由卵母細(xì)胞以外的器官或組織合成，然后進(jìn)入卵母細(xì)胞；二是內(nèi)源性卵黃合成或自動(dòng)合成，即由卵母細(xì)胞自身合成[5]。在卵巢中，組織蛋白酶D將Vg分解為各種卵黃蛋白成分。Vg作為卵黃蛋白的前體，為卵生動(dòng)物胚胎發(fā)育提供能源物質(zhì)，與卵生動(dòng)物的繁殖性能密不可分。除此之外，它還可以作為一些非極性分子的載體，轉(zhuǎn)運(yùn)脂類(lèi)、維生素等，并能夠作為離子載體向卵母細(xì)胞運(yùn)輸Ca2+、Zn2+[6]。另外，Vg還具有一定的免疫防御功能[7]。Chaverra-Rodriguez等[8]利用昆蟲(chóng)卵黃蛋白前體(yolk protein precursors , YPP)開(kāi)發(fā)了一種被稱(chēng)為受體介導(dǎo)的卵巢貨物轉(zhuǎn)導(dǎo)(receptor-mediated ovary transduction of cargo , ReMOT Control)的基因編輯技術(shù)，該技術(shù)利用卵母細(xì)胞通過(guò)受體介導(dǎo)內(nèi)吞卵黃蛋白原的特性，將Cas9核糖核蛋白(ribonucleoprotein , RNP)復(fù)合物等分子貨物與YPP結(jié)合，在卵黃發(fā)生時(shí)期注射到母體血淋巴，直接遞送入卵母細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)胚胎基因組編輯，從而繞過(guò)了通過(guò)胚胎顯微注射遞送基因編輯元件的繁瑣步驟。因此，卵黃蛋白原不僅僅對(duì)泛甲殼動(dòng)物的生殖起重要作用，也可為泛甲殼動(dòng)物基因編輯技術(shù)革新帶來(lái)突破。

昆蟲(chóng)卵黃蛋白原是由Telfer[9]首次于雌性刻克羅普斯蠶蛾 (Hyalophoracecropia) 的個(gè)體中發(fā)現(xiàn)，分子質(zhì)量約為200～800 ku。大多數(shù)昆蟲(chóng)Vg都是外源性合成的，由脂肪體合成并分泌到血淋巴中，運(yùn)送至卵巢，卵母細(xì)胞選擇性地?cái)z取而成為卵黃蛋白[10]。例如馬德拉蜚蠊(Leucophaeamaderae)、刻克羅普斯蠶蛾的Vg都是由脂肪體合成[11-12]。但近年來(lái)也有研究發(fā)現(xiàn)少數(shù)昆蟲(chóng)Vg是內(nèi)源性合成，如雙翅目的家蠅(Muscadomestica)、黑腹果蠅(Drosophilamelanogaster)[13]。昆蟲(chóng)Vg合成的調(diào)控機(jī)制已經(jīng)得到了較為廣泛、系統(tǒng)地研究。雌性Vg的合成受到保幼激素(juvenile hormone, JH)、蛻皮激素(molting hormone)、胰島素樣肽(insulinlike peptides, ILP)及其他神經(jīng)肽(neuroparsins,NPs)的調(diào)節(jié)[14-17]。其中保幼激素及蛻皮激素占主導(dǎo)地位，而高等昆蟲(chóng)，如黑腹果蠅和埃及伊蚊(Aedesaegypti)等雙翅目昆蟲(chóng)主要的調(diào)控因子并不是保幼激素，而是蛻皮激素[18]。

甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原的生化結(jié)構(gòu)與昆蟲(chóng)載脂蛋白(insect apoLp-II/I)及脊椎動(dòng)物載脂蛋白B-100(apolipoprotein B-100, B-100)極為接近[19]。卵黃蛋白原的發(fā)生方式既有內(nèi)源性方式，也有外源性方式，甚至有的物種兼具兩種發(fā)生方式。大部分物種的Vg合成場(chǎng)所是肝胰腺，如真蝦類(lèi)、螯蝦類(lèi)、短尾類(lèi)，卵巢起輔助作用；對(duì)蝦類(lèi)則以卵巢為主，特別是在卵黃發(fā)生早期，卵巢起到更重要的作用[20]。如凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)[21]等，但也有些蝦類(lèi)如羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)[22]、日本沼蝦(M.nipponense)[23]等Vg產(chǎn)生的主要場(chǎng)所是肝胰腺，而非卵巢。甲殼綱卵黃蛋白原的發(fā)生機(jī)制在一些物種中也得到了較為深入的研究，例如羅氏沼蝦的Vg在肝胰腺中合成后，被枯草桿菌蛋白酶切分為2個(gè)亞基∶VgA和VgproB，然后在血淋巴中proB進(jìn)一步被分為B和C/D 2個(gè)亞基[19]。以往研究認(rèn)為，卵黃蛋白原對(duì)雌性甲殼動(dòng)物的生殖發(fā)育起著十分重要的作用，并且只存在于雌性中[24]。但近年的研究表明，卵黃蛋白原基因也在雄性中表達(dá)[25]。甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原合成的調(diào)控機(jī)制尚不十分明確，目前研究的較為系統(tǒng)的是甲基法尼酯(methyl farnesoate，MF)[26]，一種未環(huán)氧化的JHⅢ，能夠作為保幼激素調(diào)節(jié)卵黃蛋白原的發(fā)生；眼柄神經(jīng)肽如甲殼動(dòng)物高血糖激素家族(crustacean hyperglycemic hormone，CHH)的蛻皮抑制激素(molt-inhibiting hormone，MIH)[27]、卵黃/性腺抑制激素(vitellogenesis-inhibiting hormone/gonad-inhibiting hormone, VIH/ GIH)[28-29]等也對(duì)Vg合成的調(diào)控十分重要；另外，甲殼動(dòng)物特有的促雄腺激素(insulin-like androgenic gland factor,IAG)可抑制Vg的合成[30]。

除了JH、蛻皮激素、胰島素樣肽以及神經(jīng)肽這些激素以外，還有許多其他因子也對(duì)泛甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原的合成起重要作用，譬如熱休克蛋白(heat shock protein，HSP)[31]、視黃醇X受體(retinoid X receptor，RXR)[32]、脂肪動(dòng)力激素(adipokinetic hormone，AKH)[33]、褪黑素(melatonin)[34]、視蛋白(opsin)[35]等。這些因子大多作為JH、蛻皮激素、胰島素樣肽或者神經(jīng)肽調(diào)控通路中的一員。昆蟲(chóng)及甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原合成的調(diào)控因子如表1和表2所示。

表1 昆蟲(chóng)卵黃蛋白原合成的調(diào)控因子Tab. 1 Types of regulation factors of vitellogenin synthesis in Insecta

1 JH在泛甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原合成調(diào)控中起主要作用

1.1 JH調(diào)控昆蟲(chóng)卵黃蛋白原合成

JH是昆蟲(chóng)咽側(cè)體分泌的激素，故又稱(chēng)咽側(cè)體激素、幼蟲(chóng)激素。JH在幼蟲(chóng)時(shí)期阻止昆蟲(chóng)的變態(tài)，在成蟲(chóng)時(shí)期能夠刺激生殖系統(tǒng)的發(fā)育，促進(jìn)卵黃生成[63]。昆蟲(chóng)體內(nèi)JH信號(hào)通路如圖1所示。JH能通過(guò)脂肪細(xì)胞內(nèi)的激活磷脂酶C (phospholipase C，PLC)和鈣/鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性蛋白激酶Ⅱ (calcium/calmodulin-dependent protein kinaseⅡ, CaMKⅡ)途徑，與胞內(nèi)受體耐甲氧丙烯(methoprene-tolerant, Met)結(jié)合，傳導(dǎo)給下游。JH可以通過(guò)調(diào)控該途徑的中間產(chǎn)物蛋白激酶C (protein kinase C，PKC)來(lái)影響卵母細(xì)胞對(duì)Vg 的吸收，因?yàn)槁腰S蛋白原受體(vitellogenin receptor，VgR)能夠響應(yīng)JHPKC 信號(hào)通路的誘導(dǎo)，并加強(qiáng)VgR質(zhì)-膜遷移以促進(jìn)卵母細(xì)胞對(duì)Vg的吸收，為胚胎的發(fā)育提供能量貯存[64-65,36]。一項(xiàng)關(guān)于亞洲飛蝗的研究表明，JH通過(guò)GPCR-PLC-PKC-ι信號(hào)級(jí)聯(lián)促進(jìn) VgR的Ser1361磷酸化，VgR磷酸化后在卵母細(xì)胞膜上與Vg結(jié)合[36]。而在JH與Met結(jié)合的同時(shí)，Met也能夠調(diào)控一種JH反應(yīng)性轉(zhuǎn)錄因子(JH-responsive transcription factor)∶Krüppel 同源物 1 (Krüppel homolog 1，Kr-h1)，進(jìn)一步傳遞JH信號(hào)[66]。

1.2 甲基法尼酯(MF)調(diào)控甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原合成

在甲殼動(dòng)物中，例如三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)[27,67]、中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)[52]體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了未環(huán)氧化的JHⅢ，即甲基法尼酯(methyl farnesoate, MF)，由大顎器(mandibular organ, MO)合成分泌，調(diào)控雌性卵黃蛋白原合成[68]。Hopkins等[69]研究表明，MF與視黃醇X受體(retinoid X receptor, RXR)結(jié)合具有較高的親和力，并證實(shí)MF與蛻皮激素能夠協(xié)同作用，增強(qiáng)RXR與蛻皮激素受體(ecdysteroid receptor, EcR)形成的異二聚體介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄作用。淡水蟹的MF和17α-羥基孕酮(17α-hydroxyprogesterone，17α-OHP)能夠通過(guò)刺激肝胰腺Vg基因的表達(dá)來(lái)促進(jìn)雌蟹的卵巢成熟。MF誘導(dǎo)的卵巢成熟速率快于眼柄摘除，縮短雌性個(gè)體的生殖周期；體外共培養(yǎng)雌性肝胰腺與MF，3～6 h肝胰腺Vg基因的表達(dá)量升高，表明MF直接影響雌蟹肝胰腺Vg合成[49]。在中華絨螯蟹中發(fā)現(xiàn)，法尼酸氧-甲基轉(zhuǎn)移酶(farnesoic acid O-methyltransferase, FAMeT)作為一種催化酶將法尼酸(farnesoic acid, FA)催化為MF，并參與卵黃蛋白原的合成[52]。三疣梭子蟹的胞內(nèi)受體耐甲氧丙烯(methoprene-tolerant, Met)可以作為MF的受體，并在Met與MF結(jié)合時(shí)，激活肝胰腺Vg基因的轉(zhuǎn)錄[26]。而另一項(xiàng)研究表明，Met下游的Kr-h1因子在三疣梭子蟹MF介導(dǎo)的卵黃發(fā)生中起重要作用。RNA干擾敲降Met和Krh1基因均導(dǎo)致Vg基因表達(dá)量減少，表明MF對(duì)卵黃原蛋白合成的調(diào)控可能通過(guò)與Met和Kr-h1的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)[67]。

由上述研究可知，甲殼動(dòng)物MF調(diào)控通路與昆蟲(chóng)JH通路大體類(lèi)似(圖2)，即由大顎器產(chǎn)生的MF前體FA，被催化酶FAMeT催化之后轉(zhuǎn)化為成熟的MF，MF與受體Met結(jié)合之后，刺激下游Kr-h1因子，Kr-h1的激活進(jìn)一步促進(jìn)卵黃蛋白原的合成(圖3)。相較于昆蟲(chóng)，MF在甲殼動(dòng)物的Vg調(diào)控通路相關(guān)研究較少，只在個(gè)別種類(lèi)如三疣梭子蟹中有較為系統(tǒng)的研究，在大部分物種中缺乏系統(tǒng)性、機(jī)制性探索，有待進(jìn)一步闡明。

圖2 昆蟲(chóng)JH調(diào)控卵黃蛋白原合成通路示意圖JH. 保幼激素，PLC. 磷脂酶C，GPCR. G蛋白偶聯(lián)受體，PKC. 蛋白激酶C，VgR. 卵黃蛋白原受體，P. 磷酸，CaMKII. 鈣/鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性蛋白激酶Ⅱ。Fig. 2 Schematic diagram of the vitellogenin synthesis pathway regulated by JH in insectsJH. juvenile hormone, PLC. phospholipase C, GPCR. G protein-coupled receptors, PKC. protein kinase C, VgR. vitellogenin receptor, P. phosphate,CaMKII. Calcium/Calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ.

圖3 甲殼動(dòng)物MF調(diào)控卵黃蛋白原合成通路示意圖FA. 法尼酸，F(xiàn)AMeT. 法尼酸氧-甲基轉(zhuǎn)移酶。Fig. 3 Schematic diagram of the vitellogenin synthesis pathway regulated by MF in CrustaceaFA. farnesoic acid, FAMeT. farnesoic acid O-methyltransferase.

2 蛻皮激素調(diào)控泛甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原的合成

2.1 蛻皮激素調(diào)控昆蟲(chóng)卵黃蛋白原的合成

蛻皮激素是一種類(lèi)固醇激素，由昆蟲(chóng)的前胸腺合成，在昆蟲(chóng)的變態(tài)發(fā)育、蛻皮生長(zhǎng)以及生殖中有不可或缺的作用。蛻皮激素調(diào)控昆蟲(chóng)卵黃蛋白原合成通路如圖4所示。其活化形式20-羥基蛻皮酮(20-hydroxyecdysone，20E)是調(diào)節(jié)生殖功能的甾體激素，對(duì)卵黃蛋白原的合成起重要作用[70]。20E一般通過(guò)與其受體EcR與視黃醇受體RXR或其同源物超氣門(mén)蛋白(ultraspiracle protein, Usp)一起構(gòu)成的異源二聚體相互結(jié)合，刺激Vg合成[71]。Usp/20E二聚體形成后，蛻皮激素受體與其一起組成復(fù)合物，調(diào)控Vg的合成。Usp還能與其他的核轉(zhuǎn)錄因子，例如Svp (seven-up)結(jié)合形成二聚體，促進(jìn)蛻皮激素的調(diào)控作用。細(xì)胞色素P450酶作為蛻皮激素的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，對(duì)蛻皮激素的合成起重要作用，也間接作用于Vg合成[42]。

圖4 昆蟲(chóng)中蛻皮激素調(diào)控卵黃蛋白原合成通路示意圖Fig. 4 Schematic diagram of the vitellogenin synthesis pathway regulated by ecdysterone in insects

2.2 蛻皮激素調(diào)控甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原的合成

甲殼動(dòng)物的蛻皮貫穿整個(gè)生活史，并且與繁殖密切相關(guān)。當(dāng)雌性完成最后一次蛻皮(生殖蛻皮)后，生長(zhǎng)終止，卵巢發(fā)育迅速加快，攝入的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與能量由滿(mǎn)足于生長(zhǎng)需要轉(zhuǎn)向滿(mǎn)足于生殖需要。蛻皮激素尤其是其活性形式20E，對(duì)蛻皮發(fā)生和卵巢發(fā)育都起到了重要的調(diào)控作用[72]。甲殼動(dòng)物蛻皮激素由Y器官分泌，是昆蟲(chóng)前胸腺的同源器官[73]。與昆蟲(chóng)EcR/Usp/20E調(diào)控通路相似，甲殼動(dòng)物也存在EcR/RXR/20E調(diào)控卵黃蛋白原合成的通路，但與EcR形成異二聚體的是Usp的同系物RXR。例如，通過(guò)原位雜交(in situhybridization)實(shí)驗(yàn)和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(high performance liquid chromatography-mass spe，HPLC-MS)，證實(shí)了擬穴青蟹EcR與20E共同調(diào)節(jié)卵黃蛋白原的合成[34]。另一項(xiàng)研究證明，褪黑素處理后，擬穴青蟹的血淋巴中MF和20E水平顯著增加，肝胰腺和卵巢中RXR和EcR的mRNA水平也同樣升高。由此推斷，褪黑素能夠通過(guò)刺激YO產(chǎn)生更多的蛻皮激素并促進(jìn)MO產(chǎn)生MF，作為一種促進(jìn)因子將MF與蛻皮激素兩條調(diào)控通路聯(lián)系起來(lái)，共同促進(jìn)卵黃蛋白原的合成[54]。此外，一種與蛻皮有關(guān)的因子(核受體Ftz-f1)，以及催化蛻皮激素成為20E的上游因子P450酶(Spook和Phantom)，能夠協(xié)同促進(jìn)日本沼蝦卵黃蛋白原的合成[74]。綜上，蛻皮激素調(diào)節(jié)卵黃蛋白原的通路是由褪黑素促進(jìn)蛻皮激素的生成，P450酶催化蛻皮激素形成20E起始的，隨后再由20E與RXR形成二聚體，與EcR結(jié)合，向下游促進(jìn)卵黃蛋白原的生成(圖5)。至于EcR/RXR/20E復(fù)合物形成后又作用于哪些下游基因，最終刺激卵黃蛋白原生成，仍然不明確。

圖5 甲殼動(dòng)物中蛻皮激素調(diào)控卵黃蛋白原合成通路示意圖Fig. 5 Schematic diagram of the vitellogenin synthesis pathway regulated by ecdysterone in Crustacea

3 神經(jīng)肽網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)卵黃蛋白原的合成

除了以上兩種激素，神經(jīng)肽(neuropeptide ,NP)對(duì)卵黃蛋白原合成的調(diào)控也十分重要。神經(jīng)肽是由神經(jīng)系統(tǒng)合成，儲(chǔ)存并釋放的多肽類(lèi)化學(xué)物質(zhì)[75]。多種神經(jīng)肽組成了一個(gè)廣泛多樣的分子群，對(duì)泛甲殼動(dòng)物的多種生理行為如蛻皮變態(tài)、滯育、代謝、生殖等都有影響[76]。

3.1 昆蟲(chóng)神經(jīng)肽對(duì)卵黃蛋白原合成的調(diào)控作用

Martin等[46]在德國(guó)小蠊中發(fā)現(xiàn)了一種小分子神經(jīng)肽，即抑咽側(cè)體神經(jīng)肽(allatostatin)，能夠抑制脂肪體卵黃蛋白原的釋放。它通過(guò)作用于甲羥戊酸(mevalonate)途徑和多萜醇(dolichol)的合成，抑制卵黃蛋白原的糖基化，從而阻止Vg的釋放。近年來(lái)又發(fā)現(xiàn)了OKs (orcokinins)，一種具有親肌活性的神經(jīng)肽，能夠促進(jìn)德國(guó)小蠊脂肪體內(nèi)Vg基因的表達(dá)[48]。在跳鐮猛蟻中也發(fā)現(xiàn)了一種與脊椎動(dòng)物促性腺激素釋放激素同源的神經(jīng)肽∶黑化誘導(dǎo)神經(jīng)肽(corazonin)，能夠抑制脂肪體Vg基因的表達(dá)，降低卵巢的活性[47]。此外，短神經(jīng)肽F(short neuropeptide F, sNPF)能夠抑制美洲大蠊(Periplanetaamericana)卵母細(xì)胞成熟和VgR基因轉(zhuǎn)錄，尤其是在卵母細(xì)胞攝取Vg的過(guò)程中，能夠抑制20E的合成。說(shuō)明sNPF也可以影響卵黃蛋白原的合成[17]。

脂肪動(dòng)力激素(adipokinetic hormone , AKH)作為一種神經(jīng)肽，不僅可以調(diào)動(dòng)昆蟲(chóng)體內(nèi)的脂質(zhì)和碳水化合物用于能量消耗，還能夠調(diào)控雌性卵黃蛋白原的合成。敲降雌性稻褐飛虱(Nilaparvata lugens)的脂肪動(dòng)力激素受體(adipokinetic hormone receptor, AKHR)基因后，卵巢的Vg水平顯著降低，表明在卵母細(xì)胞成熟過(guò)程中，AKHR是調(diào)控Vg進(jìn)入卵母細(xì)胞過(guò)程的關(guān)鍵因子[33]。

綜上表明，昆蟲(chóng)的神經(jīng)肽由于其種類(lèi)的多樣性而對(duì)卵黃蛋白原合成的調(diào)控作用不同，一些種類(lèi)能夠促進(jìn)卵巢成熟，刺激卵黃蛋白原的合成，而另一些種類(lèi)則相反，可能作為一種反饋機(jī)制，控制卵黃蛋白原的發(fā)生，在卵巢成熟前期起促進(jìn)作用，在卵黃蛋白原大量產(chǎn)生的后期，又對(duì)其進(jìn)行抑制。

3.2 甲殼動(dòng)物眼柄神經(jīng)肽對(duì)卵黃蛋白原合成的調(diào)控作用

對(duì)甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原合成起主要調(diào)控作用的神經(jīng)肽是眼柄神經(jīng)肽，這些眼柄神經(jīng)肽主要由眼柄的XO-SG分泌。目前已經(jīng)純化并進(jìn)行氨基酸序列結(jié)構(gòu)分析和功能鑒定的甲殼動(dòng)物眼柄神經(jīng)肽類(lèi)激素主要有6種，分子質(zhì)量較小的為一類(lèi)紅色素聚集激素(red-pigment concentrating hormone,RPCH)以及色素分散激素 (pigment-dispersing hormone, PDH)[77]；另一類(lèi)分子質(zhì)量較大的激素為甲殼動(dòng)物高血糖激素(crustacean hyperglycemic hormone, CHH)家族，包括CHH、MIH、VIH/GIH以及大顎器抑制激素(mandibular organ inhibiting hormone, MOIH)[78-79]。研究表明，摘除雌性的眼柄能夠促進(jìn)個(gè)體生長(zhǎng)及卵巢成熟，如在切除沼蝦屬中M.lanchesteri的雌性個(gè)體單側(cè)眼柄之后，能夠使其成熟期提前[80]，說(shuō)明眼柄因子對(duì)卵巢發(fā)育起抑制作用。

眾多研究表明，CHH家族對(duì)甲殼動(dòng)物卵巢發(fā)育的抑制主要體現(xiàn)在對(duì)卵黃蛋白原合成的抑制作用。在尋常球鼠婦中發(fā)現(xiàn)，VIH對(duì)卵黃合成產(chǎn)生有效抑制[57]。同樣，凡納濱對(duì)蝦的VIH也能夠抑制卵黃發(fā)生，雌蝦在經(jīng)過(guò)眼柄摘除后，卵巢的生長(zhǎng)速率加快，而繼續(xù)注射重組VIH蛋白后，卵巢的生長(zhǎng)發(fā)育又重新受到抑制；在體外用重組VIH蛋白處理雌蝦的肝胰腺能有效抑制Vg基因的轉(zhuǎn)錄，說(shuō)明VIH能夠抑制卵巢和肝胰腺Vg的合成[28]。通過(guò)RNA干擾敲降斑節(jié)對(duì)蝦的GIH基因后，雌蝦卵巢中卵黃蛋白原基因的轉(zhuǎn)錄水平顯著增加，說(shuō)明GIH對(duì)Vg基因表達(dá)有抑制作用[29]。除此之外，MIH對(duì)卵黃蛋白原的合成也有可能起促進(jìn)作用，在凡納濱對(duì)蝦中發(fā)現(xiàn)一種蛻皮抑制激素(LivMIH2)，在體外與肝胰腺共同培養(yǎng)能夠提高Vg基因的表達(dá)水平[27]。

小分子神經(jīng)肽AKH家族的RPCH和GnRH也能夠影響甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原的合成。注射RPCH和PDH后，中華絨螯蟹卵母細(xì)胞平均直徑及Vg基因表達(dá)量顯著降低，說(shuō)明RPCH和PDH能夠抑制Vg合成[58]。而對(duì)雌性擬穴青蟹注射合成的RPCH時(shí)，Vg水平提高[81]，說(shuō)明RPCH在不同物種中對(duì)卵黃蛋白原合成的作用可能不同。鑒于RPCH主要產(chǎn)生于眼柄，而去除眼柄能夠促進(jìn)Vg合成，更傾向于認(rèn)為RPCH對(duì)卵黃蛋白原合成有抑制作用。凡納濱對(duì)蝦注射GnRH之后，雌性各時(shí)期的卵母細(xì)胞平均直徑顯著增加，卵巢成熟期縮短，血淋巴Vg水平也明顯提高[59]。說(shuō)明GnRH也可以促進(jìn)Vg的合成和卵巢的成熟。

3.3 其他神經(jīng)肽調(diào)控甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原合成

除了眼柄神經(jīng)肽，還有其他一些神經(jīng)肽也能夠調(diào)節(jié)甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原合成。例如羅氏沼蝦的NPF可以促進(jìn)雌性卵巢發(fā)育以及早期產(chǎn)卵[61]。另一項(xiàng)研究表明，敲降羅氏沼蝦神經(jīng)肽基因MrNP1和MrNP2，可以顯著降低VgR基因的表達(dá)，而RNA干擾敲降MrNP1和MrNP2的體外實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有降低肝胰腺中的Vg水平。因此，MrNP1和MrNP2可能在Vg從肝胰腺到卵巢的轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮重要作用[82]。而擬穴青蟹的NP1因子，作為神經(jīng)肽家族的一員，能夠釋放至血淋巴中抑制肝胰腺Vg的合成[60]。

神經(jīng)肽對(duì)卵黃蛋白原的調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，甲殼動(dòng)物與昆蟲(chóng)的不同在于其獨(dú)特的眼柄神經(jīng)肽能夠抑制卵黃蛋白原的發(fā)生，但總體而言，神經(jīng)肽對(duì)卵黃蛋白原發(fā)生的調(diào)控通路尚未解明，因種類(lèi)的不同，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不盡相同，甚至相互矛盾，有待更深入的研究。

4 胰島素樣肽通過(guò)20E、JH通路協(xié)同調(diào)控卵黃蛋白原的合成

4.1 胰島素樣肽對(duì)昆蟲(chóng)卵黃蛋白原的合成起促進(jìn)作用

胰島素是一類(lèi)調(diào)控生物體生殖、發(fā)育、代謝等多種功能的肽類(lèi)激素。它在進(jìn)化上十分保守，ILP與脊椎動(dòng)物的胰島素在結(jié)構(gòu)上同源，也具有調(diào)控生殖發(fā)育與生長(zhǎng)代謝的作用。昆蟲(chóng)的腦、脂肪體、卵巢、唾液腺和中腸等組織和器官均能產(chǎn)生胰島素類(lèi)肽，其中腦部的MNCs是主要的合成場(chǎng)所[83]?？碳y棱胸切葉蟻(Pristomyrmexpunctatus)2個(gè)不同的ILP同源物PripuILP1和PripuILP2a之間可能存在由JH信號(hào)轉(zhuǎn)換控制的平衡，并且這種相互作用對(duì)于調(diào)控Vg合成很重要，其中PripuILP2a可以促進(jìn)Vg的合成[84]。另一項(xiàng)關(guān)于埃及伊蚊的研究表明，20E和胰島素同時(shí)作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的協(xié)同效應(yīng)[85]。而InR同樣能夠影響卵黃蛋白原的發(fā)生。對(duì)德國(guó)小蠊進(jìn)行饑餓實(shí)驗(yàn)和RNA干擾敲降InR基因，都能夠顯著減少雌性個(gè)體JH和Vg的合成[43,86]，說(shuō)明InR能夠促進(jìn)JH合成和Vg表達(dá)。而InR途徑主要的轉(zhuǎn)錄效應(yīng)子FoxO基因的敲降，能夠使饑餓雌性個(gè)體的JH和Vg水平重新升高[87]。由此可知，胰島素樣肽對(duì)于昆蟲(chóng)卵黃蛋白原的調(diào)控可能通過(guò)與20E、JH通路協(xié)同完成。胰島素樣肽作為橋梁，在昆蟲(chóng)20E、JH調(diào)控通路中起連接作用。

4.2 胰島素樣促雄性激素對(duì)甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原合成的調(diào)控作用

甲殼動(dòng)物雄性特有的IAG，由AG合成分泌，對(duì)雄性性別分化和第二性征的維持發(fā)揮重要作用。IAG除了參與雄性生殖過(guò)程，也可能抑制雌性生殖[30]。RNA干擾敲降紅螯光殼螯蝦雄蝦的IAG基因后，除了精巢出現(xiàn)退化、精子數(shù)量減少之外，Vg基因也開(kāi)始表達(dá)，并且卵母細(xì)胞的卵黃蛋白也開(kāi)始積累[56]，表明IAG對(duì)于Vg基因的表達(dá)有抑制作用。

5 其他因子參與卵黃蛋白原的合成

除了JH、20E、神經(jīng)肽、胰島素類(lèi)肽這些激素調(diào)控雌性卵黃蛋白原的合成之外，還有很多其他因子也能參與調(diào)控。日本沼蝦性別相關(guān)基因DMRT11E的敲降能夠顯著降低Vg基因的表達(dá)，說(shuō)明其對(duì)卵黃蛋白原的合成有促進(jìn)作用[88]。RNA干擾敲降日本沼蝦的視蛋白(Opsin)基因，MnLW能夠顯著降低Vg基因的表達(dá)，表明MnLW可能對(duì)卵巢成熟過(guò)程中Vg的合成和積累發(fā)揮重要作用[35]。由此可見(jiàn)，與蛻皮相關(guān)的因子，性別決定或性腺發(fā)育相關(guān)因子，以及眼柄內(nèi)高度表達(dá)的因子都有可能參與卵黃蛋白原的合成。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，昆蟲(chóng)JH、20E、神經(jīng)肽及胰島素樣激素對(duì)卵黃蛋白原合成的調(diào)控通路的研究較為系統(tǒng)且全面，并且每一種信號(hào)通路并不是獨(dú)立的，而是相互作用的，如JH能夠抑制20E的作用，MIH能夠抑制蛻皮激素的生成等。一些因子對(duì)兩種通路都存在影響，譬如胰島素樣肽和褪黑素都能夠作用于JH通路和20E通路。甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原合成的調(diào)控通路的研究雖然起步較晚，但也在參考昆蟲(chóng)Vg合成調(diào)控機(jī)制的研究基礎(chǔ)上得以逐步完善，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多因子與卵黃蛋白原的合成相關(guān)，圖6與圖7分別總結(jié)了歷年來(lái)蝦蟹類(lèi)與昆蟲(chóng)卵黃蛋白原合成調(diào)控通路的研究結(jié)果∶①昆蟲(chóng)的卵黃蛋白原主要是由脂肪體產(chǎn)生，然后運(yùn)輸至卵母細(xì)胞中。故大部分調(diào)控因子都是通過(guò)促進(jìn)或抑制脂肪體中卵黃蛋白原的生成來(lái)作用的，Vg合成的主要調(diào)控激素是JH和20E。然而對(duì)卵黃蛋白原從脂肪體運(yùn)輸?shù)铰涯讣?xì)胞過(guò)程的相關(guān)因子沒(méi)有太多的研究，除了JH能夠通過(guò)促進(jìn)卵母細(xì)胞上VgR的磷酸化來(lái)轉(zhuǎn)運(yùn)Vg之外，其他的相關(guān)研究很少。②甲殼動(dòng)物的VgR主要是由肝胰腺產(chǎn)生的，卵巢也能夠合成，但產(chǎn)生VgR的量一般遠(yuǎn)低于肝胰腺，主要調(diào)控甲殼動(dòng)物VgR合成的激素是MF和眼柄激素。幾乎所有的調(diào)控因子都能對(duì)肝胰腺中VgR的發(fā)生產(chǎn)生影響，但不是所有的因子都能影響卵巢中VgR的發(fā)生。例如MF在紅螯螯蝦和三疣梭子蟹[26]中只能促進(jìn)肝胰腺VgR的合成，而對(duì)卵巢沒(méi)有刺激作用。擬穴青蟹[60]的神經(jīng)肽能夠降低肝胰腺的VgR水平，而對(duì)卵巢的VgR沒(méi)有顯著影響。目前對(duì)甲殼動(dòng)物Vg合成的調(diào)控機(jī)制研究的較為透徹的為外源性分泌器官肝胰腺的VgR合成的調(diào)控機(jī)制，而對(duì)于卵巢內(nèi)源性發(fā)生的研究較少。

圖6 昆蟲(chóng)卵黃蛋白原合成的調(diào)控機(jī)制示意圖AKH. 脂肪動(dòng)力激素；Vg. 卵黃蛋白原；JH. 保幼激素?！?+)”表示促進(jìn)作用，“(–)”表示抑制作用，“(±)”表示可能有促進(jìn)作用也可能有抑制作用，下同。Fig. 6 Regulation mechanism of vitellogenin synthesis in insectsAKH. adipokinetic hormone; Vg. vitellogenin; JH. juvenile hormone. "(+)" indicates the promotion effect, "(–)" indicates the inhibition effect,"(±)" indicates that there may be promotion or inhibition effect, the same below.

圖7 甲殼動(dòng)物卵黃蛋白原合成調(diào)控機(jī)制示意圖藍(lán)色箭頭表示ILP可能影響MF對(duì)卵黃蛋白原合成的調(diào)控作用，但在甲殼動(dòng)物中尚未得到驗(yàn)證。Fig. 7 Regulation mechanism of vitellogenin synthesis in CrustaceaThe blue arrow indicates that ILP may affect the regulation of MF on vitellogenin synthesis, but it has not been verified in Crustacea.

VgR對(duì)生殖起著十分重要的作用，泛甲殼動(dòng)物血淋巴VgR含量是判斷母體成熟的重要參考指標(biāo)[89]。水產(chǎn)類(lèi)甲殼綱動(dòng)物種類(lèi)十分豐富，如十足目的蝦蟹類(lèi)等。這些水產(chǎn)物種經(jīng)過(guò)養(yǎng)殖馴化，脫離了野生環(huán)境，且由于養(yǎng)殖密度大，導(dǎo)致環(huán)境脅迫，常常由于卵黃蛋白積累不夠而難以繁育成功，需要采取人工干預(yù)[90]。例如摘除眼柄促進(jìn)母蝦成熟，但眼柄摘除不僅去除了VIH，同時(shí)也去除了其他必需的眼柄激素，從而降低個(gè)體的存活率和產(chǎn)卵量。因此，激素對(duì)VgR合成的調(diào)控機(jī)制的研究可為養(yǎng)殖甲殼動(dòng)物的人工繁殖提供重要理論參考，以期提高育苗成活率和生產(chǎn)量。

（作者聲明本文無(wú)實(shí)際或潛在的利益沖突）