孕激素受体系统的进化分化和表达动态：Spinibarbus hollandi对外源性孕激素的性别特异性反应

《The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology》：Evolutionary Divergence and Expression Dynamics of the Progestin Receptor System: Sex-Specific Responses to Exogenous Progestin in Spinibarbus hollandi

　　

周江伟|杨伟成|黄文伟|张敏|詹莉琳|韩冲|李强|黄建荣

中山大学生命科学学院，广州，510275，中国

摘要

在硬骨鱼类中，孕激素信号传导由多种受体介导，这些受体在基因组复制后进一步扩展。然而，这些受体在单一物种内的组织结构和对外源刺激的反应机制仍不清楚。本文通过全基因组鉴定、进化分析、基础表达谱分析、分子对接实验以及左旋炔诺孕酮（LNG）处理实验，研究了Spinibarbus hollandi中的孕激素受体系统（PRS）。我们发现了14个PRS基因，其中包括paqr5b的谱系特异性丢失和paqr6的重复保留，表明该受体家族在复制后的演化路径存在差异。基础表达谱分析进一步揭示了PRS成分在生殖腺、肝脏和大脑中的组织特异性分布。在LNG处理下，体细胞生长基本保持稳定，而生殖腺发育则表现出明显的性别差异：所有处理组中的雌性都出现了卵巢退化及生殖腺-体细胞指数下降，而雄性在低浓度和中浓度下仍能维持活跃的精子发生，在高浓度下则出现退行性病变。这些表型差异伴随着PRS整体表达模式在组织间的变化，以及选定PRS成员之间转录反应的不均匀性，例如paqr7a的普遍下调、paqr7b在雌性中的下降但在雄性中相对稳定、pgr1在肝脏中的诱导性表达以及pgrmc1在大脑中的上调。这些发现表明S. hollandi的PRS在受体组成和表达水平上均已发生分化，并且对外源孕激素的反应具有组织和性别依赖性。

引言

孕激素（包括内源性孕酮和合成孕激素）调节脊椎动物的多种生理过程，包括配子发生、排卵、神经保护和免疫调节[1]、[2]、[3]。这些作用涉及经典的孕激素受体（PRs）和膜相关孕激素信号传导成分。经典的核受体（nPRs/Pgr），如pgr1和pgr2，在配体结合后通过基因组途径调节目标基因的转录[4]、[5]、[6]。除了核受体外，非经典的膜相关孕激素信号传导还涉及膜孕激素受体（mPRs）和孕激素受体膜成分（PGRMCs）[7]。在硬骨鱼类中，mPRs属于孕激素和adipoQ受体（PAQR）家族的paqr5–paqr9分支，通过MAPK和cAMP等途径介导快速的非基因组信号传导[8]、[9]。这些受体家族及其膜相关成分参与了生殖、免疫反应和神经再生[10]、[11]、[12]。

尽管在个体受体家族的研究方面取得了显著进展[13]、[14]、[15]，但同一物种内基因组和非基因组孕激素信号传导的详细机制仍不明确。在本研究中，我们将这些受体家族及其膜相关成分统称为孕激素受体系统（PRS），以此作为研究受体组成、转录分布和反应模式的实用框架。

左旋炔诺孕酮（LNG）是一种强效的合成孕激素，已被证明能改变硬骨鱼类的生殖发育和性别相关结果[20]、[21]。因此，LNG是一种有用的外源孕激素刺激物，可用于检测PRS基因在生殖腺发育过程中是否表现出协调的、组织特异性的或性别偏向的转录反应。

在本研究中，我们首先鉴定了S. hollandi中的PRS组成，并绘制了其在生殖腺、肝脏和大脑中的基础表达图谱。然后通过分子对接评估了LNG与选定PRS蛋白的相互作用，并通过转录分析研究了LNG处理对PRS表达的剂量依赖性反应。通过将这些分子模式与生殖腺表型联系起来，我们进一步分析了S. hollandi的PRS如何分化、如何在不同组织中分布，以及它在雌性和雄性中的反应。

章节片段

全基因组鉴定和进化分析

使用Pfam的隐马尔可夫模型（HMM）轮廓（http://pfam-legacy.xfam.org）对S. hollandi的PRS进行了全基因组鉴定，以搜索蛋白质组。使用HMMER v3.3（E值截断值<1e-5）对斑马鱼（Danio rerio）的参考PRS蛋白（Pgr、Pgrmc1/2和Paqr5至9）进行了查询（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/），E值截断值为1e-10。

来自七种脊椎动物的PRS蛋白序列—S.

PRS的全基因组鉴定和谱系特异性分化

涉及代表性脊椎动物的系统发育分析表明，PRS大致分为四个古老且保守的亚家族（图1A）。这一宏观进化框架为在S. hollandi基因组中鉴定14个PRS基因提供了依据，这些基因被命名为pgr1、pgr2、paqr5a、paqr6-1、paqr6-2、paqr7a、paqr7b、paqr8、paqr9-1、paqr9-2、pgrmc1-1、pgrmc1-2、pgrmc2-1、pgrmc2-2。染色体图谱显示这些基因

S. hollandi中PRS组成的进化分化

全基因组复制（WGD）是硬骨鱼类中基因家族扩展的重要来源，也是保留的旁系同源基因分化的基础[25]、[26]。在S. hollandi中，14个PRS基因的鉴定以及它们在不同同源染色体上的保留，支持了这一受体家族的复制衍生扩展。然而，在受体组成层面，这种扩展并不均匀。特别是paqr5b缺失，而重复的paqr6拷贝则

结论

本研究对S. hollandi中的PRS进行了系统级别的特征分析。14个PRS基因的鉴定，加上谱系特异性的丢失和不对称的重复保留，表明该受体家族在复制后的分化是不均匀的。基础表达谱分析进一步显示，PRS成分在生殖腺、肝脏和大脑中的分布具有组织特异性。在LNG处理下，生殖反应表现出强烈的性别差异，而体细胞生长

CRediT作者贡献声明

周江伟：撰写——原始草稿、项目管理、方法学、正式分析、数据整理、概念构思。杨伟成：可视化、数据整理。黄文伟：验证、研究。张敏：可视化、研究。黄建荣：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取。李强：监督、资金获取、概念构思。韩冲：撰写——审稿与编辑、监督。詹莉琳：验证、研究。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

本研究得到了南方海洋科学与工程广东实验室（珠海）创新团队项目（编号311024004）、广东省专项环境基金（编号PM-zx555-202107-208、PM-zx555-202106-195）以及广东省教育厅特色创新计划（编号2025KTSCX092）的支持。

作者声明他们没有竞争性利益。