2024年小林奖：鱼类生殖神经内分泌系统的周期性调控——以洄游鱼类为模型

《General and Comparative Endocrinology》：Kobayashi Award 2024: Cyclic regulation of the reproductive neuroendocrine system in fish: Using migratory fish as a model

迁徙鱼类生殖神经内分泌系统周期调节研究，以太平洋鲑和草牙鱼为模型，探讨GnRH、kisspeptin和GnIH在性成熟与迁徙行为中的协同作用，揭示环境周期（光周期、月相潮汐）通过复杂神经内分泌网络调控繁殖策略的机制。

　　

安藤宏典

新潟大学佐渡岛生态可持续性研究中心海洋生物站，日本新潟县佐渡岛952-2135

摘要

迁徙涉及多种生理功能和行为的协调调节，以适应野外的复杂环境因素。由于迁徙鱼类的年度和季节性繁殖周期独特且与变化的环境因素紧密同步，它们成为研究生殖神经内分泌系统周期性调节的宝贵模型。本文综述了两种迁徙鱼类的生殖神经内分泌系统的周期性调节机制，重点关注促性腺激素释放激素（GnRH）、亲吻肽（kisspeptin）和促性腺激素抑制激素（GnIH）：一种是北太平洋进行长距离产卵迁徙的太平洋鲑鱼，另一种是随着月相和潮汐周期反复迁移到沿海区域产卵的草鲀。我们对太平洋鲑鱼的研究表明，无论物种或地理位置如何，性成熟的时序可能存在共性。在产卵迁徙过程中，GnRH3与IGF-I和E2共同在性腺成熟和迁徙行为中起核心作用，其对促黄体生成激素（GTH）分泌的影响因性成熟阶段和季节而异。在草鲀中，两种不同的生物钟——潮汐钟和昼夜钟——可能产生半月周期的波动，褪黑素可能在同步这些生物钟以及生殖神经内分泌系统与月相方面发挥作用。我们对这两种迁徙鱼类的研究为野生动物如何根据多变环境中的周期性变化调节其生殖功能提供了宝贵的见解。

引言

同步繁殖对大多数脊椎动物的繁殖成功至关重要，将繁殖与周期性环境信号联系起来被认为是它们生命周期中的重要适应功能。许多生物利用光（如日光和月光）和非光（如时间、温度、营养和潮汐变化）环境信号来将其性成熟和产卵与特定季节、月相和一天中的特定时间同步。这些信号被整合起来以调节生殖神经内分泌系统的活动，该系统包括下丘脑神经激素（如促性腺激素释放激素GnRH、亲吻肽和促性腺激素抑制激素GnIH）、垂体促卵泡激素（FSH）和黄体生成激素（LH）以及性腺。生殖神经内分泌系统的周期性调节被认为是通过尚未完全确定的、依赖于光和非光信号的复杂控制网络实现的。

许多动物在其生命周期的某些阶段会为了生长和/或繁殖而迁徙，例如鱼类和鸟类的迁徙，以及昆虫和哺乳动物的移动。迁徙是一种生物现象，涉及多种生理功能和行为的协调调节，以适应野外的复杂环境因素（Ramenofsky和Wingfield，2007）。由于迁徙鱼类的年度和季节性繁殖周期独特且与变化的环境因素（如光照、时间、潮汐、温度和盐度）紧密同步，它们成为研究生殖神经内分泌系统周期性调节的宝贵模型（Ando和Urano，2005；Makino等人，2007；McCormick，2009；Ueda，2011；Ando等人，2013；Sudo和Yada，2022）。在过去的二十年里，我们的团队专注于两种进行海洋迁徙以进行繁殖的鱼类作为模型系统：一种是在北太平洋进行长距离产卵迁徙的太平洋鲑鱼，另一种是随着月相和潮汐周期反复迁移到沿海区域产卵的草鲀（Takifugu alboplumbeus），以阐明环境和内部信号如何整合到中枢神经系统中，从而协调产卵所需的复杂生理和行为相互作用。本文综述了这两种迁徙鱼类的生殖神经内分泌系统的周期性调节机制，重点关注GnRH、亲吻肽和GnIH。

章节摘录

促性腺激素释放激素

下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴是脊椎动物繁殖的中心调节途径。下丘脑接收各种内部和外部环境信息，并分泌GnRH来调节垂体中的生殖激素。GnRH长期以来被认为是一种关键的下丘脑神经激素，它刺激垂体合成和释放促性腺激素（GTHs）、FSH和LH。FSH主要促进性腺的早期发育和成熟。

大马哈鱼的生活周期和长距离迁徙

迁徙鱼类是优秀的模型，因为它们在迁徙和产卵过程中表现出显著的生理变化。这为理解迁徙期间可预测的生命史转变和生理适应提供了宝贵的见解。太平洋鲑鱼的迁徙分为三个阶段：从河流向海洋的下游迁徙、在海洋中的觅食迁徙以及从海洋返回的产卵（归巢）迁徙。

海洋生物的月相和潮汐周期同步繁殖

关于迁徙鱼类生殖神经内分泌系统的另一个研究对象是草鲀，它们根据月相和潮汐周期在沿海区域进行短距离产卵迁徙。多种海洋和沿海生物，如珊瑚、蠕虫、昆虫和鱼类，表现出与月相和/或潮汐周期同步的节律（Andretta等人，2020；Kaiser和Neumann，2021；Rock等人，2022）。例如，一些

结论与展望

我们对在野外表现出壮观迁徙行为的迁徙鲑鱼和草鲀的生殖神经内分泌系统周期性调节的研究揭示了生殖神经激素及其受体基因表达根据其迁徙和生命周期发生的显著变化。这些变化被认为是调节它们在野外特定繁殖策略的关键生物机制。太平洋鲑鱼进行长距离

披露声明

作者无需披露任何信息。本文作为2024年日本比较内分泌学会Kobayashi奖的获奖作品提交。

未引用的参考文献

Andreatta和Tessmar-Raible，2020；Kitahashi等人，1998b。

CRediT作者贡献声明

安藤宏典：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、监督、数据管理、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢北海道大学的浦野昭久博士、日本环境部的北桥隆博士和鹿儿岛大学的大沼武博士长期以来在太平洋鲑鱼研究方面的合作。作者还感谢孟加拉国农业大学的Md. Shahjahan博士和查塔戈姆兽医与动物科学大学的Md. Mahiuddin Zahangir博士在草鲀研究方面的合作。