日本海参中胆囊收缩素神经肽信号传导的进化保守性与适应性

《BMC Biology》：Evolutionary conservation and adaptability of cholecystokinin neuropeptide signaling in the sea cucumber Apostichopus japonicus

　　

摘要

背景

食物摄入对动物的生存和生长至关重要，而当动物获得足够营养后停止进食这一过程则受到多种饱腹因子的严格调控。值得注意的是，硫胺素/胆囊收缩素（SK/CCK）型神经肽信号已被确认为在整个动物界中都能抑制食物摄入的因子。然而，它在后口无脊椎动物中的进食调控机制仍不清楚。在此，我们研究了后口无脊椎动物——海参Apostichopus japonicus（棘皮动物门）中的SK/CCK型信号传导机制。

结果

A. japonicus体内的一种SK/CCK型前体可生成两种成熟肽类（AjSK/CCK1、AjSK/CCK2），这两种肽类能激活相同的受体（AjSK/CCKR），进而通过Gαq依赖途径引发钙离子释放，并促使细胞外信号调节激酶1/2发生磷酸化反应。这两种肽类都会导致纵向肌肉出现剂量依赖性的收缩，而AjSK/CCK2还会使后部肠道持续收缩，这一效应在其他肠道区域并不存在。长期注射这两种肽类会降低动物的食物摄入量，同时显著减少口腔周围神经环及肠道中食欲促进型神经肽基因（AjOrexin1P、AjOrexin2P）的表达。

结论

与哺乳动物不同，哺乳动物的CCK是通过收缩幽门括约肌来延缓胃排空从而抑制进食，而海参中的SK/CCK型肽类则是通过选择性收缩后部肠道来抑制肠道排空，进而发挥抑制进食的作用。这种作用部位的差异体现了SK/CCK型信号传导作为双侧对称动物中普遍存在的进食抑制因子的进化适应性。阐明在具有重要经济价值的海参A. japonicus中存在的这些机制，有望为开发用于可持续水产养殖的食欲促进剂提供依据。

图形摘要

SK/CCK型神经肽的进食抑制机制：哺乳动物与海参的对比。

在哺乳动物（左侧）和海参（右侧）中，SK/CCK型神经肽都通过双重机制抑制进食：1）神经调控：降低中枢神经系统中能增强食欲的食欲素表达，以此减少食欲；从后口无脊椎动物到哺乳动物，SK/CCK与食欲素在进食调控中的相互作用始终存在，这体现了神经肽功能的进化保守性；2）机械调控：收缩幽门括约肌（哺乳动物）或后部肠道（海参），从而抑制胃或肠道的排空，这种作用部位的差异反映了神经肽功能的进化适应性。

此图片的替代文本可能是由人工智能生成的。

背景

食物摄入对动物的生存和生长至关重要，而当动物获得足够营养后停止进食这一过程则受到多种饱腹因子的严格调控。值得注意的是，硫胺素/胆囊收缩素（SK/CCK）型神经肽信号已被确认为在整个动物界中都能抑制食物摄入的因子。然而，它在后口无脊椎动物中的进食调控机制仍不清楚。在此，我们研究了后口无脊椎动物——海参Apostichopus japonicus（棘皮动物门）中的SK/CCK型信号传导机制。

结果

A. japonicus体内的一种SK/CCK型前体可生成两种成熟肽类（AjSK/CCK1、AjSK/CCK2），这两种肽类能激活相同的受体（AjSK/CCKR），进而通过Gαq依赖途径引发钙离子释放，并促使细胞外信号调节激酶1/2发生磷酸化反应。这两种肽类都会导致纵向肌肉出现剂量依赖性的收缩，而AjSK/CCK2还会使后部肠道持续收缩，这一效应在其他肠道区域并不存在。长期注射这两种肽类会降低动物的食物摄入量，同时显著减少口腔周围神经环及肠道中食欲促进型神经肽基因（AjOrexin1P、AjOrexin2P）的表达。

结论

与哺乳动物不同，哺乳动物的CCK是通过收缩幽门括约肌来延缓胃排空从而抑制进食，而海参中的SK/CCK型肽类则是通过选择性收缩后部肠道来抑制肠道排空，进而发挥抑制进食的作用。这种作用部位的差异体现了SK/CCK型信号传导作为双侧对称动物中普遍存在的进食抑制因子的进化适应性。阐明在具有重要经济价值的海参A. japonicus中存在的这些机制，有望为开发用于可持续水产养殖的食欲促进剂提供依据。

图形摘要

SK/CCK型神经肽的进食抑制机制：哺乳动物与海参的对比。

在哺乳动物（左侧）和海参（右侧）中，SK/CCK型神经肽都通过双重机制抑制进食：1）神经调控：降低中枢神经系统中能增强食欲的食欲素表达，以此减少食欲；从后口无脊椎动物到哺乳动物，SK/CCK与食欲素在进食调控中的相互作用始终存在，这体现了神经肽功能的进化保守性；2）机械调控：收缩幽门括约肌（哺乳动物）或后部肠道（海参），从而抑制胃或肠道的排空，这种作用部位的差异反映了神经肽功能的进化适应性。

此图片的替代文本可能是由人工智能生成的。