研究目的:烟碱型乙酰胆碱受体（nAChRs）属于五聚体配体门控离子通道或半胱氨酸环受体,传导快速突触信号在中枢和外周神经系统。它们可以被内源性神经递质乙酰胆碱和外源性配体如尼古丁激活。它们还与多种神经系统疾病如肌无力、精神分裂症、帕金森病、阿尔茨海默病和尼古丁成瘾等有密切关系。现在对nAChRs亚基及受体在神经系统作用的分子机制及其与各种疾病的关系还不完全理解。随着基因组学的快速发展和相关数据的积累,通过对nAChRs基因家族进行进化分析探究其功能分化成为可能。在本研究中,通过系统发育和最大似然分析方法,研究脊椎动物神经型nAChRs基因家族的进化,并分析其进化特征,和与亚基功能分化相关的位点,确定受体功能特异性的位点。研究方法:1.本研究选取了十二种包括人在内的脊椎动物,收集其神经型nAChRs基因家族同源蛋白质编码区的核酸序列。2.对所有基因的核苷酸序列进行处理。去掉每条序列中信号肽片段对应的核苷酸。对处理好的数据进行多序列比对和构建系统发育进化树;3.通过系统发育分析和最大似然法,根据系统发育树,计算每个亚基和每个部落的选择压力,即dN/dS;4.分析每个亚基在脊椎动物和位点间的进化率变化;5.nAChRs亚基间和部落间具有功能分化相关的位点,映射到蛋白质3D结构,分析结构与功能之间的关系。研究结果:1.通过同源比对收集了十二种脊椎动物九个烟碱型神经型乙酰胆碱受体亚基（α2-α7,β2-β4）,筛选共得到105条核酸序列。2.基于核苷酸序列的多序列比对后的翻译的氨基酸序列,观察到变构耦合区域高度的序列一致性,特别是M2-M3环、β1-β2环、Cys-loop和β10-M1螺旋连接处,不包括β8-β9环。它们既有在旁系高度保守的位点,又有在直系高度保守位点,发生在脊椎动物发散之前。也观察到在ICD区域重要基序（motif）的进化保守和变化。3.烟碱型乙酰胆碱受体基因家族的ML发育树显示了亚基之间的进化关系。每个分支是每个亚基基因的聚类。拓扑关系显示基因序列在物种之间比在物种内部更紧密地联系在一起。4.每个亚基和每个部落相对于其余部分有不同的选择压力。在α4、α7和β2亚基没有检测到正向选择。在其他亚基检测到正向选择,并且共测得的60个正向选择位点,大部分位点的后验概率<0.95,有两个位点簇分别在N末端α-螺旋和β8链附近。每个部落都检测到正向选择,共测得54个正向选择的位点,且后验概率>0.95。α2α4、α3α6和β2β4部落的功能分化区是胞外区域。α5β3部落的分化区是跨膜区域。异五聚体中α亚基的β9链是功能分化区。α3α6部落的β2链（D-loop）和α2α4部落的β5链（E-loop）以及β4-β5环也集中了一部分正向选择位点。这些位点可以作为研究功能分化的基础。5.每个亚基在脊椎动物间和不同位点间有不同的进化率。每个亚基的脊椎动物进化分析显示每个亚基的ICD是最大分歧区域,并且每个亚基的ICD的ω值变化趋势各有不同。在脊椎动物的进化过程中,α7、α4和β2亚基的每个位点的进化率变化不大,除去α4和β2亚基的ICD,意味着这三个亚基强的功能或结构约束力。一些亚基在TM4区域位点的ω值变化比较明显如α6、β3和β4,表明这些亚基的TM4有功能或结构约束力放松。在α5和β2亚基中测得正向选择,和其正向选择位点分别存在于N末端和ICD。在此需说明β2亚基的ICD比较大的进化变化。研究结论:在脊椎动物中,神经型亚基的耦合区域是高度保守的,除了β8-β9环。这个区域对信号转导有重要作用,和这区域支持亚基功能分化,发生在脊椎动物发散之前。每个亚基和每个部落测得的正向选择位点支持亚基功能特异性。这些位点可作为功能研究的分子基础。本文推断异五聚体的α亚基的β9链与激动剂特异性结合相关,也和烟碱型受体的脱敏速率有关。β4-β5环可能与Ca²⁺渗透性和变构调节相关。在脊椎动物的进化过程中,α7、α4和β2是强烈适应性的亚基。α7、α4和β2亚基,在脊椎动物发散之前,它们的功能和结构进化相对成熟。