斑马鱼生殖的调控机制：GnRH3与GABAergic神经元的作用

包括人类在内的所有脊椎动物的生殖活动受到由脑、垂体和性腺组成的生殖轴的调控。脑部的神经元接收环境信号后分泌神经肽或神经递质，神经肽和神经递质作用于垂体细胞刺激其分泌促性腺激素，促性腺激素通过血液循环到达性腺促使卵细胞和精子发育成熟。斑马鱼脑结构和神经内分泌调控机制与人类非常相似，胚胎透明且体外发育，遗传操作方法和检测手段成熟。因而，斑马鱼被广泛用于开展神经内分泌研究。

促性腺激素释放激素（GnRH）是脊椎动物脑部调控生殖活动最重要的一类神经肽。1977年，Guillemin和Schally因首次在猪下丘脑中发现和分离出促性腺激素释放激素荣获诺贝尔生理学或医学奖，开启了生殖内分泌研究的新时代。GnRH是十个氨基酸组成的蛋白类激素，由脑部的神经细胞合成和分泌，因此这类神经细胞也被命名为GnRH神经元。GnRH神经元网络的形成是一个动态过程。哺乳动物中的研究表明，发挥生殖调控功能的GnRH1神经元起源于嗅基板（olfactory placode），随着脑部发育GnRH1神经元迁移达到下丘脑底端并分泌GnRH十肽。由于哺乳动物胚胎体内发育，人们对于GnRH1神经元发育迁移的过程一直不甚了解。斑马鱼中存在两种促性腺激素释放激素（GnRH2和GnRH3），其中GnRH3发挥生殖调控功能。我们通过转基因技术使得GnRH3神经元特异表达绿色荧光蛋白（EGFP）。通过活体观察，发现斑马鱼GnRH3神经元的起源与哺乳类相同，最初形成于大脑前端的嗅球，随着胚胎发育的进程，嗅球内的GnRH3神经元开始分裂增殖并向脑部迁移，经过端脑腹侧、视前区到达下丘脑区域。与哺乳动物不同的是，视前区和下丘脑内的GnRH3神经元伸发出纤维状的神经轴突，这些轴突可以通过脑部和垂体连接的垂体柄侵入垂体内部。垂体内部的GnRH3神经轴突末梢与促性腺激素分泌细胞接触。GnRH3神经元在接收到外界指令时促使轴突末梢分泌出GnRH3十肽，刺激垂体内的分泌细胞释放出促性腺激素，进而调控生殖。

GnRH神经元的分裂增殖、迁移以及分泌过程都受到多种信号分子的精确调控，其中伽马-氨基丁酸（GABA）是调控GnRH神经元的重要神经递质。脑部合成和分泌GABA神经递质的细胞也被称为GABAergic神经元，GABAergic神经元是脑部最丰富的神经元之一，约占脊椎动物中枢神经系统总神经元数目的10-30%。由于GABAergic神经元和GnRH神经元弥散分布于脑部多个区域，GABAergic神经元与GnRH神经元的相互关系一直不为人所知，而且GABA如何调控GnRH神经元一直存在争议。多数哺乳动物中的研究表明，GABA负调控GnRH神经元抑制GnRH的分泌；但也有研究显示GABA具有刺激GnRH分泌的功能。

我们利用斑马鱼模型的研究发现，GABAergic神经元广泛分布于前脑、下丘脑和垂体。前脑中，许多GABAergic神经元直接与GnRH3神经元接触，少量的神经细胞甚至同时合成GABA和GnRH3。下丘脑和垂体内，GABAergic神经元也与GnRH3神经元相互接触，参与促性腺激素的调控过程。GnRH3神经元分裂和迁移时期，端脑中的GABAergic神经元负责调节GnRH3神经元。GABA作用于GnRH3神经元时延缓其分裂和迁移，GABA对GnRH3神经元具有抑制作用。生殖成熟阶段，下丘脑和垂体中的GABAergic神经元负责调节GnRH3神经元的分泌活动。GABA作用于GnRH3神经元加速GnRH3十肽的合成和释放，GABA对GnRH3神经元具有促进作用。因此，GABAergic神经元对GnRH3神经元呈正负双向的调控作用，调控方式与两者的位置和发育时期密切相关。

鱼类生殖神经内分泌学属于非常年轻的学科，许多问题还有待于进一步探索。例如，嗅球、视网膜和脊柱中也存在丰富的GABAergic神经细胞，这些GABAergic神经元是否与嗅觉和视觉信号的接收和传导有关，这些信号又是如何传送到GnRH3神经元。斑马鱼模型的研究发现将有助于揭开神经内分泌调控网络的神秘面纱。

斑马鱼脑部GnRH3神经元与GABAergic神经元相互接触。EGFP（绿色）标记GnRH3神经元，mCherry（红色）标记GABAergic神经元，DAPI（蓝色）标记细胞核。（A，A’，A’’），端脑内某些GnRH3神经元也是GABAergic神经元。（B），端脑腹侧GABAergic神经元直接与GnRH3神经元细胞体接触。（C），端脑腹侧GABAergic神经元直接与GnRH3神经元轴突接触。（D），下丘脑内GABAergic神经元直接作用于GnRH3神经元。

作者宋焱龙，系中国科学院水生生物研究所博士

作者胡炜，系中国科学院水生生物研究所研究员