鱼和两栖动物类中的芳香化酶、雌激素受体以及脑发育外文翻译资料

 2023-01-10 16:15:17

鱼和两栖动物类中的芳香化酶、雌激素受体以及脑发育

原文作者 Pascal Coumailleau a,1 , Elisabeth Pellegrinia,1 , Faacute;tima Adriob , Nicolas Diotelc, Joel Cano-Nicolau Ahmed Nasria, Colette Vaillant a, Olivier Kaha

摘要：雌激素对脊椎动物脑发育的影响，不仅通过影响神经环路的活性和形态，而且还通过调节胚胎和成熟神经元的产生。这个过程是相当复杂的，雌激素不仅可以来源于外周组织，而且可在通过雄激素的芳构化在大脑局部产生。在这方面，硬骨鱼类是相当独特的，放射状胶质细胞是一种存在于所有脊椎动物大脑中的多能干细胞，而芳香化酶只在放射状胶质细胞中表达。类固醇或雄激素可以刺激芳香化酶在鱼脑的表达水平升高。在性成熟鱼中，升高的类固醇可以正向调节芳香化酶的表达升高。雌激素或抗雌激素在成年斑马鱼脑中的作用研究表明雌激素具有抑制细胞增殖和新生细胞迁移的作用。但其功能和意义尚不清楚，但这些数据表明，在循环激素和脑源性神经类固醇的影响下，鱼的大脑经历一个稳定的重塑过程，可能会导致性别的分化，特别是雌性同体。最近在青蛙中的研究数据表明，芳香化酶仅表达在神经元中，在放射状胶质细胞中不表达。因此，到现在为止，脊椎动物中还没有其它关于芳香化酶在放射状胶质细胞中表达的例子。这就提出了一个问题，什么时候以及为什么得到这些新功能，同时他们的作用是什么？这篇文章是专刊的一部分，题为：动物发育过程中的核受体。

关键词：雌激素受体、芳香化酶、神经发生、放射状胶质细胞、斑马鱼、非洲爪蟾

1绪论

在1943年，爱德华A.多伊西（1893–1986）发现了维生素K的化学性质，获得了诺贝尔奖，但多伊西和他的同事们还应该被记住因为他们是雌三醇的发现者，雌酮和雌二醇。最著名发现是，雌二醇是一种胆固醇衍生物，在发情周期的行为以及维护女性性特征。竟然在当时，雌二醇最初被认为是雌性激素，直到E2在马的尿液中被发现。这一发现及发现的阶段：由于细胞色素P450芳香化酶的作用发现雌激素实际上来自雄激素。，唯一的一个环化酶能够将C19雄激素转化成雌激素C18。与猪科动物异常，其中有5类芳香化酶基因（也叫CYP19A1），大多数的脊椎动物有一个单一的CYP19A1基因，其组织特异性表达是由多个芳香启动子驱动的。除了性腺，芳香化酶是在各种组织如骨骼、皮肤、肾上腺、脂肪组织、胎肝、胎盘和一些乳腺癌上表达，。此外，在所有的脊椎动物中，芳香化酶也在中枢神经系统中表达的，它应该发挥复杂的和仍然知之甚少的角色。

自从约斯特艾尔弗雷德开创性工作以来，约斯特对哺乳类胎儿性别分化的激素调控和芳构化假说的发展以及我们对脑中的芳香和雌激素功能的看法，主要受哺乳动物文学的影响。在啮齿类动物中，有相当多的证据表明，睾酮对男性特有的电路组织男性化的影响所造成的芳构化，实际上是由雌激素介导的。分子相关的雌激素的影响已进行了深入的研究，涉及到复杂的年龄和细胞机制、性别和区域的细胞增殖，凋亡和分化具体行动，这些都提供了证据，至少在这种情况下，雌激素能调节神经发生导致大脑结构的不可逆性差。此外，在过去的十年中，大量的研究报道，在胚胎神经和在海马成熟的神经发生中，雌激素和异种雌激素的潜在影响，尤其是双酚A。已经有几次优秀的评论处理假定的芳香功能，在哺乳动物或鸟类中的雌激素在调节脑功能中的作用，在另一方面，许多报告显示，在机械或化学病变方面，如鸟在反应性星形胶质细胞病变周围或放射状胶质细胞（RGC）面对病变，发现有一个上调的芳香表达，这表明芳香化酶的表达在星形胶质细胞谱系的细胞，将部分机制用于支持脑损伤后修复。因此，在某些情况下，芳香化酶可以在星形胶质细胞系的细胞中表达，值得注意的是，在大脑修复的情况下，在哺乳动物和鸟类中芳香化酶主要是在神经元中表达是被承认，

与雌二醇相比，睾酮通常被认为是一种雄性激素，但这不是所有脊椎动物的情况。以鱼为例，一个丰富的数据已经表明，睾酮是存在于男性和女性的血液中，这鱼有一些特定的非aromatizable雄激素，如11酮睾酮在男性中发现，引发男性的第二性征和性行为。鱼类也有独特的情况，他们表现出惊人的性可塑性。它们是唯一能完全性变化的脊椎动物，无论是自然或是激素治疗。因此，上述的芳构化假设可能不适用于硬骨鱼类，这种性可塑性与在硬骨鱼类中芳香化酶的一些显著特点的表达和功能是可能的。这些特点将在这篇文章中进行检验。

硬骨鱼类，提供一种替代模式，其中脑与神经发生的雌激素生成一个明确的神经联系在。的确，在硬骨鱼类中，桡神经胶质细胞强烈表达芳香化酶和问题是要了解什么时候以及为什么在进化过程中出现此功能。无论怎样的特殊情况下，只有鱼或是基底四足动物观察不清。最近发布的信息，青蛙也将检查进化和比较目的。

2 鱼脑中雌激素受体、芳香化酶和放射状胶质细胞

硬骨鱼（鱼类）代表三个亚类的辐鳍鱼类与所谓的射线鳍鱼相对应。这是一个高度多样化的群体，在280年前就出现了250次，包括大约26000个物种，包括大部分的活鱼，包括经济相关的物种，是激烈的研究课题。这些动物的一个主要特点是，相比于四足动物，在早期的群体中他们经历了一个额外的全基因组重复复制。由于这种重复，称为3R，硬骨鱼的基因比其他脊椎动物多两倍（2:4:8规则）。虽然这些复制的基因在进化过程中已经失去了，但其中一些是保守的，发展新的或夸大的功能。

2.1 真骨鱼类雌激素受体

在鱼中克隆的第一个ERalpha;是彩虹鳟鱼, 不久后，人的ERalpha;被克隆（ESR1）。与哺乳动物ERalpha;相比，这彩虹鳟鱼（RT二alpha;）为65kDa,称为短ERalpha;，表现在对应的N端缺失45个氨基酸残基。然而，随后从卵巢库检索到更长的雌性激素受体形式的71 kDa。通过S1核酸酶保护分析，它表明，通过替代使用的mRNA所产生这2种异构体来自2个类的表达。这些mRNA的物种在5′非翻译区不同，而在外显子2个ATG允许在alpha;N-末端长添加45残基的存在。在酵母细胞系中的这些亚型的转录活性的分析表明，与alpha;长器对比，器alpha;短具有配体依赖的转录能力占全长受体活的15–25%。AF1功能的结构分析表明，在哺乳动物的二alpha;案例，配位体的情况下，这一领域的器alpha;长与配位体的情况下C端区，造成的AF1活动位于B区的抑制作。虹彩鱼的研究表明，在肝脏、脑、垂体、卵巢中均表达了全长雌性激素，而ERalpha;的表达仅限于肝脏，展示了这2个ER亚型的组织特异性表达。

这些先驱在哺乳动物中研究雌激素受体发现，它迅速的出现，不仅有一个ERalpha;, 而且还从一个古老的复制产生的ERbeta;。斑马鱼，可能是最好的有记录的鱼，有三个，两个ERbeta;, ERbeta;1 (esr2b),，和ERbeta;2 (esr2a) 和一个 ERalpha; (esr1)（ESR1）。三雌激素受体结合SEM雌二醇在0.5–0.7 nm范围的亲和性高，类似于哺乳动物的观察。含雌激素反应元件的基因报道他们也有反式激活能力，从10minus;12–10minus;11米，ERbeta;2比其他两受体表现出一点效率。所有ERs都在各种各样的组织包括脑内表达。

ERalpha;的一个特点是，至少在肝脏中，它是由它自己的配位体进行调节的。这种现象被第一次破译在虹鳟分子水平并依据肝脏中卵黄蛋白原表达的强烈诱导雌激素调制。在脑中也观察到了这样一个上调的雌激素受体，但其诱导的肝细胞比在肝脏中观察到的要低得多。

2.2 硬骨鱼类的大脑雌激素受体

在数量有限的物种中，雌激素受体的表达已被详细研究, 特别是彩虹鳟鱼,,斑马鱼，欧洲鲈鱼，和青鳉都已经有记录在。ERalpha;在大脑中的神经内分泌区域中有很好的表达,例如在视前区和下丘脑内侧基底部和尾部，而ERbeta;的分部更广泛，特别是在端脑和间脑脑室。在视前区和下丘脑的内侧基底部，三个受体在相同的细胞中表达这是非常有可能的。对鱼雌激素受体的抗体已经开发出来，只有在虹彩鱼，他们是有限的ERalpha;。尽管这些抗体可获得良好的染色体与它们的分布RNA，由于低滴度和必要的净化浓缩步骤，他们被迅速排出。由于缺乏良好的抗体，细胞含雌激素受体表达的身份并不完全清楚。然而，也有证据表明，ERalpha;中主要在神经元中表达。特别是在视前区的多巴胺能神经元，GABA的神经元，促性腺激素释放激素神经元的，肽类激素神经元。因为表达的cyp19a1b，在鱼中编码芳香乙，如此强烈地受E2通过ER依赖的机制，它将在RGC观察ER。事实上，通过提高原位杂交技术的敏感性，通过对信号进行放大或使用放射性探针，较长时间暴露，看来，ERbeta;很可能是在大脑中表达的，特别是在端脑、下丘脑视前区和下丘脑内侧基底部，但远低于在下丘脑视前区和下丘脑神经元。

2.3 在硬骨鱼类中放射状胶质细胞表达的芳香化酶

硬骨鱼类大脑中的一个显著特点：脑中的芳香化酶在成年动物的放射状祖细胞中大量表达的事实。在脊椎动物中，鱼类有两种独特芳香化酶基因，这显然在硬骨鱼的血统出现发生的全基因组复制。其中的一个基因，cyp19a1a，编码芳香化酶，它主要在性腺芳香化酶表达，芳香乙，cyp19a1b基因的产物，不仅在大脑中主要表达，还在在性腺表达。引人注目的是，它第一次是在鱼中被发现，然后在彩虹鳟鱼和斑马鱼的细胞中仅表达于类似放射状胶质细胞的细胞。这样的细胞是存在于所有脊椎动物的胚胎脑中，但在哺乳动物中，他们往往会在出生时消失，成为星形胶质细胞。相反，这种细胞在成年鱼类、两栖动物、鸟类和爬行动物的大脑中保持丰富。令人惊奇的发现芳香化酶表达的视网膜神经节细胞，因为曾经没有人在任何其他脊椎动物中报告这样的表达模式。相反，在鸟类和哺乳动物它被承认，芳香的表达是严格限制在生理条件下的神经元。

当芳香化酶在RGC的表达被首次报道，在任何成年非哺乳类脊椎动物的大脑中，这种特殊的细胞类型，几乎没有什么是已知的。在70年代和80年代初众所周知由凯莱卡拉尔集团先锋研究，与其他脊椎动物相比鱼的大脑表现出非常高的芳香化酶。后来报道了其他种类的鱼的如此高的芳香，但是精确位置的表达不明。有趣的是，只有在2001年，芳香基因和蛋白被报道在GFAP，而不是在蟾酥的神经元。这一发现后来被证实在其他几个物种，如彩虹鳟鱼，斑马鱼，pejerrey，日本鳗鱼，和青鳉。在所有这些物种中，芳香化酶的表达仅限于视网膜神经节细胞，根据早期神经解剖学的原始定义，被定义为在心室肌层附近有一个小的核的细胞和长的进程，通过径向运行的实质，和在脑的边缘终止突触小结。这些细胞最初被认为是作为一个新的神经元在神经上皮区支架迁移出生，然而，自那时以来，大量的研究已经证明的事实是这些细胞是星形胶质细胞谱系，实际上是多能干细胞。

同样，斑马鱼可能是最好的记录的物种，它涉及到的脑中的芳香的表达和调控。在这个物种在视网膜神经节细胞芳香化酶的表达的证据是基于mRNA原位杂交，免疫组化法检测斑马鱼2种不同抗体, 和GFP表达启动子驱动的cyp19a1b。所有这些技术相互印证和在斑马鱼脑中视网膜神经节细胞芳香酶表达独特的细胞类型。前脑的所有区域的细胞特别丰富，各级视前区，在丘脑和下丘脑，在视顶盖，圆环半圆形。他们也发现在第四脑室周围在脊髓一路到尾。非常有趣，在斑马鱼cyp19a1b使者的观察，不仅在胞体衬心室，而且在径向过程和终足衬脑膜，他们似乎在那里积累。令人惊讶的是，彩虹鳟鱼的大脑中，信使积聚在细胞核周围，并没有出现大量出口的径向过程。这些物种差异的原因目前还不清楚。而发现相比与男性斑马鱼在芳香化酶的表达没有两性异形，这是没有的情况下，大部分地区，女性有更大程度的表达在心室肌层，视顶盖在女性表现出最明显的优势。必须指出的是，在欧洲鲈鱼的研究主要的两性异形的芳香化酶活性中并没有证据。这可能是性别差异更明显的是青，一种具有强烈的遗传性决定的物种，不像斑马鱼和鲈鱼。

2.4 雌激素受体在斑马鱼脑中的表达强烈上调

在哺乳动物中，至少在啮齿类动物中，在胚胎发育过程中，芳香化酶的表达的活性是最高的，然后在成长中减少, 据认为至少在啮齿类动物，这一峰值对应于大脑性分化的时期是依赖于由XY胚胎产生睾酮芳构化。与之相反，斑马鱼脑中的芳香活性和表达以及许多其他鱼类的种类，在胚胎期保持低水平，并开始增加期间的性成熟相应的高水平的循环性类固醇激素，如雌二醇和睾酮。在胚胎中，芳香化酶的表达可以暴露动物任何雌激素化合物的急剧增加，包括在非常低的剂量。事实上，cyp19a1b基因对雌激素有非常敏感的，它已被提出作为雌激素暴露的生物标志物。例如，EC50计算，分别从转基因cyp19a1b GFP胚胎GFP诱导剂量–响应曲线0.48和0.013 nm的17beta;-雌二醇和17alpha;炔雌醇。这种关系的性别类固醇的水平和芳香的活动在以前已经建立了很长一段时间，但在2005年的cyp19a1b基因启动子的分子解剖表明，雌激素反应元件（ERE）位于转录起始位点上游是绝对受雌激素强制性的调控芳香化酶的表达。在体外和体内研究的功能性雌激素受体的存在也强制调控。令人惊讶的是，任何种类的鱼的所有的神经元表达雌激素受体，芳香的表达是没有观察到，说明在鱼脑中有严格的细胞特异性表

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