強化孕酮信號維護斑馬魚精巢正常發育可產生更多成熟精子

來源：中國科學報時間：2022-03-02 14:08:35

近日，中國科學院水生生物研究所一項研究發現，揭示了孕酮/ NPGR信號對斑馬魚精巢發育的調控作用。研究發現，動物體內增強的孕酮/NPGR信號，可以發揮不依賴于雄激素信號通路，促進和維持斑馬魚精巢發育和生精活動的功能。相關研究成果2月28日由eLife在線發表。

CYP17A1是動物體內生成雌、雄激素的關鍵酶。小鼠中將其敲除，會導致純合突變體在胚胎期死亡。前期將雄激素受體敲除的報道，都表明缺乏雄激素受體的斑馬魚精巢發育和生精作用受阻。

然而，水生所研究員殷戰團隊獲得的CYP17A1敲除的斑馬魚，不同于小鼠同樣基因的突變，可以存活至成年。全部成年突變魚性腺都發育成精巢，且均能產生成熟精子。同時，CYP17A1缺失的斑馬魚還能較野生對照雄魚出現精巢增生，產生更多具有活力的精子，只是雄性第二性征缺失，不與雌魚交配，失去了天然的交配能力。但采自突變魚的精子，卻能與采集的斑馬魚卵子進行正常的人工授精，發育成正常的子代。

沒有了雄激素的斑馬魚，卻都出現精巢增生，并產生更多成熟精子。這給研究帶來了困惑：CYP17A1純合突變斑馬魚中雄激素還有嗎?科研人員采用常見的雄激素ELISA試劑盒檢測，發現與對照雄魚相比，突變魚中的雄激素含量巨降。但也不確定是ELISA檢測總有痕量讀值的原因，還是因為在斑馬魚攝食中，通過活體的餌料攝入，在ELISA檢測中總能發現微量的雄激素讀值。

由于魚類的基因組加倍過程，斑馬魚中是否還具有另一個功能相似的CYP17A酶存在?前人報道的確斑馬魚還有一個CYP17A2蛋白的存在，但因其不具有如CYP17A1一樣的17碳鏈裂解酶基團，應該不能形成C19的雄激素類的類固醇化合物。

另外，科研人員發現由于CYP17A1的缺失，其催化反應的前體底物孕酮類化合物在體內出現了大量的富集，且cyp17a1-/-魚的垂體促卵泡激素(tshβ)表達顯著升高。通過構建cyp17a1-/-;fshβ-/-雙敲除斑馬魚，科研人員發現該升高的tshβ表達，是導致在CYP17A1中出現精巢增生和產精增多的原因，但即使缺失tshβ,正常的精巢和精子依然能在cyp17a1-/-魚中形成。

科研人員據此推測，CYP17A1純合突變斑馬魚出現成熟精巢的發育，可能是因為微量雄激素隨活餌料攝入導致;亦或由魚類中常出現的配體-受體特異性不強，使突變魚中高量孕酮類物質與雄激素受體發生了非特異性激活而導致的。

通過與水生所研究員肖武漢團隊合作，科研人員獲得了cyp17a1-/-;ar-/-雙敲除魚。該雙敲除的魚表現出和cyp17a1單敲除一模一樣的表型，在ar-/-魚群中還能出現的雌魚, 在cyp17a1-/-;ar-/-魚群中消失了，而ar-/-魚精巢發育的缺陷，也在cyp17a1-/-;ar-/-魚中變為增強發育的表型。

“這表明，在cyp17a1-/-中，所見的精巢表型是由獨立于雄激素信號通路的原因而導致的。”研究人員介紹，由于在ar-/-斑馬魚中未發現孕酮升高的現象，而以孕酮類化合物體外處理，可部分地挽救ar-/-的精巢障礙表型。隨后，通過與中山大學劉曉春團隊合作，水生所科研人員獲得了孕酮核受體(npgr)缺失的斑馬魚品系。

同時獲得cyp17a1-/-;npgr-/-雙敲和cyp17a1-/-;ar-/-;npgr-/-叁敲的斑馬魚后，科研人員發現高量的孕酮，此刻再也不能使CYP17A1缺失的斑馬魚獲得正常發育的精巢。后續大量數據分析表明，調控與促進精巢組織增殖的關鍵基因insl3可能是高量孕酮/NPGR信號和雄激素信號通路的交匯點。

該系列工作首次發現動物體內增強的孕酮/NPGR信號，可以發揮不依賴于雄激素信號通路，促進和維持斑馬魚精巢發育和生精活動的功能。過去斑馬魚孕酮核受體的缺失，并沒出現精巢發育缺陷，這一發現，對在類固醇激素生成途徑中，先期演化形成的孕酮/NPGR信號對動物性腺發育的調控作用，提供了新的思考和視角。

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