论文推送——海洋动物中褪黑素信号系统的研究进展

摘要

褪黑素是神经内分泌调控的关键激素之一, 具有重要的生理功能, 在改善睡眠、调节生殖、延缓衰老等生理过程中起到不可或缺的作用, 其功能机制研究亦较为成熟。本文综述了褪黑素和褪黑素受体的基本特征, 特别关注褪黑素受体介导的信号转导特征; 总结了其海洋生物中的褪黑素信号系统研究现状和面临的挑战, 并对海洋生物开展该信号系统研究的理论价值及应用前景进行展望, 以期为进一步探明海洋鱼类及无脊椎动物中褪黑素及其受体的信号转导特征和生理功能提供一定的线索, 为褪黑素信号系统进化演变的探讨提供一定的理论参考。

关键词： 褪黑素; 褪黑素受体; 信号转导; 信号系统; 海洋动物

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论文框架

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1  褪黑素概况

1.1  褪黑素的分泌与合成

1.2  褪黑素的生物学特征

1.2.1  褪黑素的生理特性

1.2.2  褪黑素的分子特性

2  褪黑素受体基本特征

2.1  褪黑素受体类型及表达分布

2.2  褪黑素受体基因序列基本特征

3  褪黑素受体介导的细胞信号转导特征

3.1  Mel1a 细胞信号转导特征

3.2  Mel1b 细胞信号转导特征

3.3  Mel1c 细胞信号转导特征

4  褪黑素信号系统功能的研究进展

4.1  褪黑素信号系统参与调节昼夜节律

4.2  褪黑素受体信号系统参与调控生殖系统

4.3  褪黑素信号系统参与衰老调控

5  展望

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褪黑素对生物机体各种生理活动调控广泛、作用明显, 其与受体组成的信号系统是重要的神经内分泌信号系统, 参与调控各类下游信号因子。目前有关褪黑素信号系统的研究以及相关调控模型的建立, 主要围绕脊椎动物开展; 有关无脊椎动物的褪黑素信号系统生理调控理论发展相对缓慢, 相关调控网络和调控机制至今仍未深入解析。同时, 由于海洋生物的基础研究相对薄弱, 目前关于海洋动物(特别是海洋无脊椎动物)褪黑素信号系统特征及其生理调控作用机制研究仍然是零碎的, 可参考的研究成果报道也较少。因此, 开展海洋无脊椎动物褪黑素信号系统活性鉴定及功能机制研究具有一定挑战。海洋动物中开展褪黑素受体信号系统的研究, 可以深入了解其生理过程及生理生态适应机制, 为揭示其基础生物学过程的内在调控机制提供重要证据, 为目标经济物种的人工繁育、资源增殖和养殖育种等实际应用技术研发提供参考依据。随着近年来海洋生物基因组、转录组、蛋白组等高通量测序成果的不断积累, 相关基础生物学研究获得一定进展, 开展海洋动物褪黑素信号系统有关的研究工作已经具备一定条件。根据前文综述, 褪黑素信号系统在进化上具有一定的保守性, 不同动物褪黑素合成分泌的生化过程基本一致, 不同类型褪黑素受体介导的信号转导机制具有明显特征。利用这些特点, 通过生物信息学等技术方法, 查找和筛选褪黑素合成分泌相关功能基因, 分析褪黑素合成及组织分布特征, 是探究该信号系统功能机制的重要内容; 查找和筛选褪黑素受体基因, 并进一步分析受体介导的细胞信号转导通路, 可明确受体类型, 并以此为基础开发激动剂和拮抗剂等, 将为深入解析该信号系统特征及功能机制提供关键支持; 同时也为不同进化地位的海洋无脊椎动物(如棘皮动物和头足类等)褪黑素信号系统查找和鉴定提供参考。

图 1  从视网膜到松果体细胞的神经通路及褪黑素的合成路径

注: SCN: 视交叉上核; PVN: 室旁核; SCG: 颈上神经节; NE: 去甲肾上腺素; α-adrenergic receptor: α-肾上腺素受体; β-adrenergic receptor: β-肾上腺素受体; ATP: 三磷酸腺苷(adenosine triphosphate); cAMP: 环腺苷酸(cyclic adenosine monophosphate); AC: 腺苷酸环化酶 (adenylate cyclase); Aminoacids: 氨基酸; Protein Synthesis: 蛋白质合成; AANAT: 芳烷基胺 N-乙酰转移酶; Tryptophan: 色氨酸; 5-hydroxytryptophan: 5-羟基色氨酸; Serotonin: 五羟色胺; N-acetylserotonin: N-乙酰 5-羟色胺; Melatonin: 褪黑素; Photosignal: 光信号; Pinealocyte: 松果腺细胞