高耐渗透压的莫桑比克罗非鱼（Oreochromis mossambicus）中的催乳素信号传导机制

《General and Comparative Endocrinology》：Prolactin signaling in the highly osmotolerant Mozambique tilapia, Oreochromis mossambicus

非洲莫桑比克鲈鱼在不同盐度下prolactin（Prl）信号传导研究。结果显示高盐条件下Prl188/Prl177和Prlr1/Prlr2受体比例显著下降，同时鳃部离子转运关键基因nkcc1a和cftr1表达上调，这种Prl异构体及受体比例的动态变化与鱼类渗透耐受性增强相关。

　　

安德烈·P·西尔（Andre P. Seale）| 曹可（Ke Cao）| 西姆兰·A·辛格（Simran A. Singh）| 布鲁克·斯卡拉姆布里诺（Brooke Scalambrino）| 瑞安·J·A·张（Ryan J.A. Chang）| 泰勒·R·古迪尔利（Tyler R. Goodearly）| 莱利·S·梅洛（Reilly S. Merlo）| 杰森·P·布雷维斯（Jason P. Breves）

夏威夷大学马诺阿分校热带农业与人类韧性学院人类营养、食品与动物科学系，檀香山，HI 96822，美国

摘要

硬骨鱼类通过激素调节上皮细胞离子转运来维持水盐平衡。在广盐性且具有显著耐渗透性的莫桑比克罗非鱼（Oreochromis mossambicus）中，当受到低渗刺激时，垂体会释放两种催乳素（Prl）异构体Prl₁₈₈和Prl₁₇₇，以促进鳃部的离子吸收。Prl₁₈₈和Prl₁₇₇与两种Prl受体（Prlrs，即Prlr1和Prlr2）结合，这两种受体在垂体及关键离子调节器官（包括鳃部）中表达。为了了解Prl信号传导在不同盐度下的作用机制，我们将莫桑比克罗非鱼置于从淡水（FW；< 0.1‰）到三倍海水（3x SW；105‰）的各种环境中进行实验。随着盐度的增加，垂体中的Prl₁₈₈/Prl₁₇₇比值和Prlr1/Prlr2比值均下降，在3x SW条件下的比值降至淡水条件下的10%以下。鳃部的Prlr1/Prlr2比值也随之下降，这与鳃部离子转运蛋白（如Na⁺/Cl^-共转运蛋白2和Na⁺/K⁺ ATP酶α1a）的表达变化一致。这些变化既反映了Prl₁₈₈和Prl₁₇₇表达量的减少，也体现了Prlr1表达下调和Prlr2表达上调的现象。在高盐环境下，编码离子转运相关基因（如Na⁺/K⁺/2Cl^-共转运蛋白1a和囊性纤维化跨膜传导调节因子1）的转录本水平升高。研究结果表明，当莫桑比克罗非鱼处于高盐环境中时，其Prl信号传导机制会偏向于Prl₁₇₇和Prlr2。

引言

广盐性鱼类能够在不同的环境盐度下维持水盐平衡，这使得它们能够适应多种栖息地。由于它们能够在从淡水到海水的各种盐度环境中生存，甚至在某些高盐条件下也能存活，因此研究这类鱼类有助于阐明其耐渗透性的生理机制（Gonzalez, 2012）。环境盐度变化时，渗透调节能力的调节通常由中枢和外周途径共同完成，涉及直接的渗透感知和内分泌信号传导（Evans and Kultz, 2020, Kültz, 2012, Sakamoto and McCormick, 2006, Seale et al., 2012c）。莫桑比克罗非鱼（Oreochromis mossambicus）是一种具有高度耐渗透性的硬骨鱼类，能够在高达120‰的盐度下存活（Stickney, 1986），是研究其对盐度挑战的激素反应的理想模型（Seale and Breves, 2022）。在罗非鱼及其他广盐性物种中，催乳素（Prl）对于适应淡水环境至关重要，因为它能促进离子的主动吸收并减少其被动流失（Hirano, 1986, Breves et al., 2014）。值得注意的是，罗非鱼的垂体Prl细胞具有直接的渗透敏感性，这使其成为研究渗透感知的细胞和分子机制的理想模型（Grau and Helms, 1990, Seale et al., 2005, Seale et al., 2020）。

莫桑比克罗非鱼的垂体中产生并释放两种Prl异构体Prl₁₈₈和Prl₁₇₇（Specker et al., 1985, Specker et al., 1993）。这两种蛋白质能够促进高渗调节作用，当鱼类从海水转移到淡水环境时其循环水平会上升，而从淡水转移到海水环境时则会下降（Yada et al., 1994）。在体外实验中，Prl的释放与细胞外渗透压呈负相关，并受细胞外Ca²⁺进入的影响（Seale et al., 2003, Seale et al., 2012b）。无论是体内还是体外实验，低渗条件都能刺激Prl₁₈₈和Prl₁₇₇的基因表达。虽然最初认为Prl₁₈₈和Prl₁₇₇具有相似的渗透调节作用（Specker et al., 1985），但后续研究表明它们在渗透敏感性上存在差异。适应淡水或海水的罗非鱼中，Prl₁₈₈与Prl₁₇₇的相对比例不同：适应淡水的鱼类中Prl₁₈₈的比例大于1，而适应海水的鱼类中该比例小于1（Borski et al., 1992）。这一现象不仅在经历盐度变化的鱼类血浆中得到验证，也在不同渗透压培养基中培养的垂体细胞中得到证实（Seale et al., 2012a）。体外实验还显示，Prl₁₈₈对低渗刺激的反应更为敏感（Malintha et al., 2023b）。因此，结合Prl信号传导的异构体特异性反应有助于解释莫桑比克罗非鱼的广盐性和卓越的耐渗透性。

方法

实验中使用的莫桑比克罗非鱼在夏威夷大学马诺阿分校的Tuahine水产研究与教育中心（TAREC; Seale et al., 2025）中饲养了7个月，期间处于淡水环境中。鱼被饲养在400升的户外水箱中，接受自然光照周期，并每天喂食1.5毫米厚的钢头鱼饵（Skretting, Tooele, UT），饲料量为初始体重的1%。所有实验均遵循机构动物护理和使用委员会的规范进行。

高盐度对血浆渗透压的影响

适应盐度的过程显著影响了血浆渗透压（图1）。虽然适应淡水的鱼类与适应海水的鱼类的血浆渗透压没有差异（约300 mOsm/kg），但适应2倍海水或3倍海水的鱼类的血浆渗透压分别上升至约340 mOsm/kg和约440 mOsm/kg。

高盐度对垂体Prl和Prlr基因表达的影响

图2A–C展示了适应高盐环境的莫桑比克罗非鱼中Prl₁₈₈、Prl₁₇₇及其比值的表达情况。适应淡水的鱼类中Prl₁₈₈的表达量最高。

讨论

本研究探讨了高盐环境对莫桑比克罗非鱼中Prl、Prlr基因及其离子转运相关蛋白表达的影响。采用逐步适应盐度的方法来研究Prl异构体、其受体及关键离子调节因子在高盐条件下的反应。鉴于Prl₁₈₈、Prl₁₇₇、Prlr1和Prlr2在应对盐度挑战时的复杂反应机制（Fiol et al., 2009, Seale et al., 2020, Specker et al., 2012），...

CRediT作者贡献声明

安德烈·P·西尔（Andre P. Seale）：负责撰写初稿、数据可视化、项目监督、资源管理、方法设计、实验实施、资金申请、数据分析、概念构建。曹可（Ke Cao）：负责撰写、审稿与编辑、方法设计、数据分析、概念构建。西姆兰·A·辛格（Simran A. Singh）：负责撰写、审稿与编辑、方法设计、数据分析。布鲁克·斯卡拉姆布里诺（Brooke Scalambrino）：负责撰写、审稿与编辑、方法设计。瑞安·J·A·张（Ryan J.A. Chang）：

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究部分得到了以下机构的资助：国家科学基金会（IOS-1755016）、国家海洋和大气管理局（NA18OAR4170347）、国家卫生研究院（1R21DK111775-01）以及国家食品与农业研究所（HAW02051-H）对A.P.S.的支持。