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在脊椎动物中,大脑和垂体是机体内极其重要的器官。大脑可以通过合成与释放神经肽调节垂体激素的合成与分泌,进而参与机体生长、生殖、应激和免疫等生理过程的调控。与哺乳动物不同,鱼类的下丘脑-垂体轴缺失了门脉系统,因此调控垂体激素合成与分泌的上游神经肽变得更为庞大和复杂。基于此,本研究以草鱼（Ctenopharyngodon idellus）为研究对象,首先,通过组织切片技术分析草鱼不同大脑亚区及垂体的形态和显微结构,并结合生物信息学方法初步探究草鱼各脑区和垂体的功能及各脑区间的相互关系。接着,基于草鱼基因组数据库和草鱼大脑各亚区和垂体的转录组数据,挖掘草鱼大脑和垂体中的神经肽编码基因及其相关受体信息,并对它们在草鱼大脑不同亚区和垂体内的分布进行分析。最后,以挖掘出的速激肽家族的神经肽为切入点,分别研究了TAC3编码产物NKB和NKBRP以及TAC4编码产物HK1和HK2在草鱼垂体内的功能及其作用机制。主要研究结果如下:1、草鱼大脑和垂体的形态学和组织学H.E染色切片结果显示,草鱼大脑主要由6个亚区构成,包括嗅球、端脑、视顶盖、下丘脑、小脑和延脑。与软骨鱼类和哺乳类不同,草鱼大脑和垂体间无下丘脑-垂体门脉系统,下丘脑的神经元直接伸入并终止于前腺垂体内。通过分析草鱼不同脑区和垂体的转录组测序数据,本研究发现嗅球可能与生殖和免疫有关;端脑可能参与食欲和生殖的调控;视顶盖不仅在视觉系统中发挥重要功能,并可能涉及摄食行为的调控;下丘脑在摄食和生殖过程中扮演重要角色;延脑与听觉系统有关;垂体在能量代谢、器官发育和生殖过程中起关键作用。相关性分析结果显示,下丘脑和端脑不仅在结构上高度相关,其功能也存在重叠性,表明端脑和下丘脑可能是硬骨鱼类摄食和生殖的调控中心。2、结合草鱼基因组数据库和草鱼大脑各亚区及垂体的转录组数据,本研究系统地挖掘了来自23个家族共计91个神经肽前体编码基因,以及上述神经肽相对应的112个受体基因。基于RNA-seq数据,对上述基因在草鱼6个不同大脑亚区和垂体内的转录本表达水平进行分析。最后,结合已有研究和本研究的结果,对神经肽及其受体在草鱼大脑和垂体的主要合成区域和功能行使位置进行了预测。3、以草鱼垂体细胞为研究对象,转录组分析表明NKB能够诱导垂体内729个基因的差异表达,这些基因涉及了激素活性、食物摄入、信号转导和代谢等。体外细胞培养和RT-q PCR结果显示,NKB在草鱼垂体细胞中可以以时间和剂量依赖的方式诱导四种厌食肽（UTS1、CART、POMCb和NMB）m RNA的表达。受体选择性和受体后信号通路实验结果显示,NKB对草鱼垂体中UTS1、CART、POMCb和NMB表达的刺激作用均能由NK3R介导。这些反应激活了腺苷酸环化酶/蛋白激酶A（c AMP/PKA）通路、磷脂酶C/肌醇1,3,5-三磷酸/蛋白激酶C（PLC/IP3/PKC）通路和Ca2+/钙调蛋白/Ca M-依赖性蛋白激酶II(Ca2+/Ca M/Ca MK-II)通路。此外,腹腔注射NKBa能够显著诱导草鱼垂体内这四种厌食肽m RNA表达。此外,摄食实验结果显示,草鱼进食后下丘脑内的TAC3a和TAC3b m RNA表达显著提高。这些结果表明,NKB是一个饱感因子,它能够通过调节垂体中厌食肽的表达参与硬骨鱼类摄食调节。4、以草鱼为研究对象,本研究从草鱼大脑和垂体中克隆得到TAC4基因及其受体NK1Rb和NK3Ra1。序列分析显示草鱼TAC4能够编码HK1和HK2成熟肽。组织表达分析表明TAC4在下丘脑、嗅球和延脑中高表达,受体NK1Rb、NK3Ra2和NK3Rb等均在垂体中有较高的表达,预示TAC4在草鱼垂体中可能发挥重要功能。通过在HEK293T细胞膜上表达NKRs,HK2对6个NKRs均有较高的激活效率,其中对NK2R应是HK2的特异性受体;而HK1仅能微弱激活NK2R、NK3Ra2和NK3Rb。转录组测序和生物信息学分析结果显示,HK2能够诱导垂体细胞内1051个基因差异表达,这些基因主要涉及食欲的负调节、激素活性、受体配体结合和G蛋白偶联受体信号通路等。在草鱼垂体原代细胞中,HK2能够以时间依赖性和剂量依赖性的方式促进PRL、SLα、UTS1、NMB1、CART2和SN2 m RNA表达,而HK1对上述基因均无显著反应。为了解析HK1在草鱼垂体内的失活原因,本研究将含VFGLM基序的HK1修改为FFGLM基序的HK1突变体（HK1-M）。受体-配体反应表明,不同于HK1,HK1-M对6个NKRs展现了很高的激活效率。同时,HK1-M能够显著诱导草鱼垂体细胞内UTS1、PRL和SLαm RNA表达。此外,HK1和HK2共处理垂体细胞实验显示,HK1不能有效阻断HK2在垂体中的功能,表明HK1不是HK2的内源性拮抗剂。综上结果表明,HK2可以直接作用于草鱼垂体细胞,通过受体NKRs的介导,促进垂体内PRL、SLα、UTS1、CART2、NMB1和SN2的m RNA表达;而HK1因其FXGLM序列突变致使其功能丢失。综上所述,本研究建立了草鱼不同大脑亚区和垂体的解剖学和转录组数据库,对草鱼不同脑区以及垂体的结构和功能做出了初步分析,深入挖掘了草鱼大脑和垂体内的神经肽前体及其受体基因,并以速激肽家族为切入点,研究了TAC3编码产物和TAC4编码产物在垂体中的功能及作用机制。本研究有助于丰富我们对鱼类大脑不同亚区显微结构和功能的认识,为进一步深入研究鱼类神经肽的功能提供了基础。