npy分泌调控机制的研究进展

npy分泌调控机制的研究进展

动物的大量食用是一个人更关心的问题，但食物和人类控制的非常复杂，包括多个区域和各种信号材料。现在认为摄食是由一个复杂的神经网络所调控的,除了“古典”的下丘脑侧部(LH)和腹正中核(VMH)外,还涉及下丘脑弓状核(ARC)、室旁核(PVN)和背中核(DMH)(Bernardis等,1987;Bernard等,1993)。这些区域的神经元产生多种神经递质,它们包括神经肽Y(NPY)、刺鼠相关肽(AGRP)、苯基二氢咪唑啉(orexin)、MCH、胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、可卡因和苯丙胺调节的转录物(CART)等(Bernardis等,1987;Bernard等,1993)。此外,一些外周物质也对摄食调控起着重要作用,如Leptin、CCK、Ghrelin等。然而NPY是目前发现的唯一能使动物摄食过多的神经肽(Kalra等,1999;Schwartz,1997),并且它是Leptin、苯基二氢咪唑啉和Ghrelin3种摄食调控因子的直接作用对象,是这些摄食调控因子发挥作用的重要桥梁(Daisuke等,2003)。NPY是1982年由Tatemoto首次从猪脑中分离得到,现在知道它普遍存在于哺乳动物的大脑中。在中枢的NPY具有促摄食功能,近年来对NPY促摄食的直接作用过程已有一定的研究。作者就NPY的组成和结构、NPY促摄食作用和作用过程以及调节NPY分泌的因素作一综述。1营养成分及结构特点NPY是由36个氨基酸组成的活性单链多肽,由于结构中富含酪氨酸,故称为神经肽酪氨酸(NPY)(Prankish,1995;Franciszek,1999)。该肽链折叠成发夹结构,使分子的两端靠拢以利于与受体结合。“Y”指的就是分子两端的酪氨酸残基(Jose,2000)。它的结构与同是36个氨基酸的胰多肽(pp)和肽YY(PYY)极其相似,故认为同属胰多肽家族,NPY与PYY有70%的同源序列,与PP有50%的同源序列(Zukowska,1997)。从分子结构看,人、鼠、兔NPY序列完全一致,而猪、牛、羊NPY序列与人的序列只相差1个氨基酸,即在第17位上人的为蛋氨酸,而猪、牛、羊的为亮氨酸(Prankish,1995)。NPY有2个相互逆平行的螺旋区,1个富含脯氨酸的螺旋和1个α螺旋,2个螺旋区都有两性电离的特点,2个螺旋之间借疏水键维持其稳定的三级结构。当某种因素造成分子三级结构发生改变时,NPY的生物活性便消失。2动物的食性和学习记忆NPY广泛分布于中枢神经系统和外周组织,具有多种功能,但NPY的促进摄食功能引起了人们的关注。NPY可能不能通过血脑屏障,因而在中枢神经系统水平上调节动物采食,且特异性刺激动物对碳水化合物的采食(Miner等,1989;Leibowitz,1995;Palmiter等,1998)。在中枢神经系统中,NPY具有促进动物采食,影响激素分泌、性行为、呼吸系统、电解质平衡、体温调节、生物节律、学习记忆及情绪等各种生物功能(Franciszek,1999)。外周血液中的NPY大多起源于交感神经元,它能引起血管收缩和促进血细胞有丝分裂,并涉及心血管功能。动物中枢注射NPY可提高采食量在鼠、鸡、羊、猪中得到证实(Leibowitz等,1984;Leibowitz,1986;Clark等,1988;Kyrkouli,1989)。将NPY注射到大鼠与绵羊大脑脑室和室旁核内,其采食量、饮水量大大提高且进食时间缩短(Leibowitz,1986;Clark等,1988)。在猪脑室中注射NPY结果相同,而皮下相同剂量注射NPY,其采食量不受影响,这就证明NPY不能通过血脑屏障(Kalra等,1991)。G1enn等(1985)给鼠下丘脑室旁核注射NPY发现:动物采食量的增加与NPY剂量在一定范围内呈线性关系,且NPY注射后4h内促采食效果明显,4h后减弱。Clark等(1984)研究结果表明无论动物在饱腹或饥饿状态下,NPY注射到脑室均可刺激动物采食。Sahu等(1992)测出在鼠禁食期间,下丘脑NPY浓度增加3倍,且室旁核内NPY量在采食前大量增加,采食后下降。动物的食欲能够被NPY的反义核苷酸或NPY的抗体所抑制(Shibasaki等,1993;Akabayashi等,1994)。上述试验结果说明,NPY是一种很强的促摄食因子。3npy的促摄食作用研究研究者们用放射性免疫技术和原位杂交等技术,结合一些非正常的动物模型(如:ob/ob鼠、db/db鼠、fa/fa鼠)进一步研究NPY的促摄食的作用过程。促摄食的NPY神经元起源于弓状核,投射到室旁核,释放的NPY在室旁核与NPY的Y1和Y5受体结合,引发强的摄食反应,并影响能量支出,这种作用在外周可能是通过调节交感神经和副交感神经完成的。3.1npy的arc-pvnap神经元轴在摄食中的作用NPY神经元从ARC投射到PVN、DMH和VMH,形成了密集的NPY网络(Bai等,1985)。禁食和再次饲喂引起正常动物的NPY在ARC和PVN的变化,而没有引起VMH和DMH的NPY变化(Beck等,1990c;Tomaszuk,1996;Kalra等,1991)。说明NPY的ARC-PVN(AP)神经元轴在摄食调控中起着重要的作用(Kalra,1996;Tomaszuk,1996;Kalra等,1991;Billington等,1994)。3.2y1和y5受体的促进摄食功能Y1受体要求完整的N端和C端酰胺化物,但允许中间的和C端部分分子被取代。Y1受体受激活的顺序:NPY>PYY>[Pro34]-被取代的类似物≪C-末端碎片>PP(Michel等,1998)。Y5受体要求有完整的C端酰胺化物,受激活的顺序是:NPY>PYY>[Pro34]-被取代的类似物=NPY2-36=PYY3-36≫NPY13-36(Michel等,1998)。用原位杂交观察得到:Y1和Y5受体mRNA分布于室旁核、弓状核和下丘脑侧部(Dumontn,1993),这可能就是NPY的促摄食功能受到区域限制的因素之一。NPY调节摄食的功能可能与Y1和Y5受体相关。最初用Y1受体激动剂[Leu31,Pro34]NPY研究结果表明NPY的促摄食作用是由Y1受体介导的(Zukowska,1997)。然而,[Leu31,Pro34]NPY对Y5受体也有高的亲和力,而且Y1受体与激动剂[Pro34]NPY结合仅引发了最大摄食(由NPY和所有受体产生)的50%。所以人们进一步研究结果表明:NPY在去除N端的1个或2个氨基酸后(如NPY3-36),它与Y1受体的亲和力很弱,而与Y5受体的亲和力很高,但它也能刺激动物摄食(Flynn,1998)。由此说明Y5受体同Y1受体一起参与介导NPY的促摄食作用。但Iyengar等(1999)报道,用NPY受体的激动剂或颉颃物不能证明各种受体在调节摄食行为中的作用,这种作用有可能是由几个受体联合完成的,还有可能是由一种还没发现的受体介导的。所以在这方面需要进一步的研究。3.3npy在促摄食过程中的作用NE也有一定的促摄食功能,而且与NPY一样都刺激碳水化合物摄入的增加(Leibowitz等,1985;Morley等,1987),所以有人就推测NPY的促摄食功能在外周可能是依赖刺激NE的释放来实现的(Leibowitz等,1984;Leibowitz,1986)。但是Miner(1992)的试验结果显示,NE的颉颃物能够阻断NE的促摄食功能,但是不能阻断NPY的促摄食功能,同样的结果在许多研究中得出(Clark等,1988;Kyrkouli,1989)。由此说明NPY的促摄食路径与NE的可能是2个独立的路径。NPY促摄食作用过程为:室旁核中的NPY与Y1或Y5受体结合并引发传出信号,抑制交感神经,兴奋副交感神经,增加食欲和采食量,促进消化,加强同化作用(Dryden,1994)。在分子水平上,棕色脂肪中的解偶联蛋白水平下降,白色脂肪组织中的生脂作用增强,增加体脂含量(Bernard,1993)。在这个过程中,NPY也间接地促进胰岛素的分泌,从而增加肝糖原、甘油三酯的合成,增加葡萄糖和脂肪酸在脂肪中的沉积(Dryden,1994;Franciszek,1999)。此外,还伴有体温下降、脉搏和血压降低等症状(Franciszek,1999)。整个过程都有利于能量在体内的贮存,对于恢复能量平衡和生存都具有重要的意义。4能量平衡状态NPY通过调节摄食,减少能量支出,增加脂肪酸和糖原的沉积来影响机体能量的平衡,而机体的能量平衡状况又反馈影响下丘脑NPY的合成和分泌。能量平衡状态是影响NPY的决定因素,它可通过一些外周和下丘脑的摄食调控因子来介导。下面介绍一下机体能量平衡状态及其它的摄食调控因子对NPY的影响。4.1身体处于正能量平衡状态4.1.1leptin主要作用在于抑制nby神经元血中Leptin通过下丘脑受体抑制食欲和进食量,目前认为Leptin的作用主要是通过2条途径来抑制NPY的促摄食作用:①通过降低NPY的合成来抑制摄食(Ahima,1996)。Leptin可能抑制下丘脑NPYmRNA的转录并促进NPY的分解释放,从而降低NPY的作用(Ahima,1996);Leptin还可能通过抑制NPY神经元上的cAMP-蛋白激酶A,来减少细胞内的Ca2+浓度,从而直接抑制NPY神经元的活性(Zhao等,2002)。②Leptin能激活其它神经元,产生一些神经递质,来抑制NPY的作用。如Leptin能激活黑素细胞激素原(POMC),POMC产生的α-促黑素细胞激素(α-MSH)可以与其MCR-4受体结合来封闭NPY的作用(Campfield,1996),Leptin能增加α-MSH和MCR-4受体的表达,并增加它们对NPY的抑制作用(Kask,2000)。此外,Leptin可通过激活产生CART、CRH等来抑制NPY的合成(Miyoung,1998;Matteri1,2001)。4.1.2胰岛素对非营利社会的影响4.2物体处于负能量平衡状态4.2.1糖皮质激素对epy的影响4.2.2格林威治林和苯二羟氯仿对epy的影响4.2.3agrp对非营利公司的影响5防止nby神经元的释放或激活动物采食饲料的多少影响其生产性能,采食量过低,饲料中能量用于维持体能的比例增加,其生产水平就会下降,特别是引起泌乳母畜产奶量下降,种畜繁殖性能降低,仔猪生长受阻等(Matteri,2001)。NPY能够增加动物的食欲,提高采食量,充分发挥动物的生产潜力。目前许多动物的NPY已经被克隆出来,但一般用在研究和医疗方面,还没有应用到畜牧业中。近年来虽然对NPY的研究已取得一定的进展,但仍需进一步研究的是:①NPY的作用机理,如它在PVN中通过怎样的途径引起副交感神经兴奋,抑制交感神经的;②进一步发现和研究介导NPY促摄食功能的受体;③NPY与其它的摄食调控因子间的关系;④外源性的NPY是否引起正常的动物体内激素分泌的变化,以及对机体胴体品质是否有影响;⑤验证在啮齿类动物上得到的关于NPY的试验结果是否适合于其它动物,特别是在人和家畜上。研究者发现在肥胖的Zucker大鼠(一种Leptin受体缺损的大鼠)的ARC中,NPYmRNA比正常鼠多,同时释放NPY也增多(Bernard等,1993),相同的现象发现于ob/ob鼠中(Simon,1999);正常动物在采食前和采食后其ARC中的NPYmRNA变化比较大(Grove,2001),由此说明与摄食调节相关的NPY大多产生于ARC中。在弓状核(ARC)的NPY神经元延伸到室旁核(PVN),释放的NPY与特定的受体Y1或Y5结合,引发强的摄食反应,并降低能量支出。近年来,已经发现NPY有6种异类的受体亚型,Y1-Y6受体(Zukowska,1997;Akio,1999),其中Y1和Y5受体与摄食密切相关。NPY受体与G蛋白偶联(Gi/o),与其他G蛋白偶联的受体相比,NPY受体表现出的序列同源性相对较低。NPY的受体的多样性可能解释NPY功能的多样性。NPY的促摄食作用在最初被认为是与去甲肾上腺素(NE)相关联,后来又经大量的试验结果证明,NPY可能是通过激活副交感神经,抑制交感神经来完成在外周的作用(Prankish,1995;Franciszek,1999)。NPY增加摄食量,增加脂肪沉积,从而间接地促使Leptin和胰岛素合成增加,它们穿过血脑屏障,进入下丘脑的ARC,特异地结合到NPY神经元的受体上,直接或间接地抑制NPY的合成、分泌及其作用。机体在饥饿、血糖浓度下降时,Leptin和胰岛素分泌减少,糖皮质激素、Ghrelin和苯基二氢咪唑啉的分泌增加,它们能激活NPY神经元,促进NPY的基因表达或释放,同时促进促采食的因子AGRP的协同表达。Leptin是脂肪细胞产生的一种激素,又称瘦素,是ob基因产物,该基因只在白色脂肪中表达。Leptin作为体脂贮量的一个信号,正常情况下随体脂贮存的增加而增加,它主要通过抑制NPY神经元起作用。血循环中胰岛素的平均水平与体内脂肪和血糖含量成正比,所以长期以来认为胰岛素是机体能量贮存的信号。将胰岛素注入第三脑室会抑制NPYmRNA的表达,从而抑制摄食、刺激棕色脂肪产热,并引起体重减少(Sainsbury等,2002)。另外,在人体和动物模型上都已证实胰岛素是激活Leptin基因表达的重要因素之一(Segal等,1996)。所以胰岛素可能通过它的直接和间接作用来抑制NPY的产生及其作用。糖皮质激素是在机体处于能量负平衡时分泌增加,在外周促进分解代谢。体外和体内研究结果表明,糖皮质激素能够激活NPY神经元的ARC-PVN路径,使NPY合成增加,并对ARC神经元表达NPYY1受体起正调节作用(Ur等,1996;Zakrzewska等,1997;Matteri,2001)