這是一段有關(guān)性類固醇激素信號(hào)對(duì)斑馬魚精巢發(fā)育調(diào)控作用的神奇探索！ 

　　CYP17A1是一種通過2步氧化反應(yīng)，催化孕酮類化合物生成雄激素類化合物的酶。第一步反應(yīng)是通過其羥化反應(yīng)基團(tuán)，羥基化C21的孕酮類化合物形成17α羥基孕酮類物質(zhì)，第二步是通過其17碳鏈裂解酶基團(tuán)，將C21的17α羥化孕酮類化合物轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>C19的雄激素類化合物，其后產(chǎn)物可在其他酶的作用下，還可繼續(xù)生成雌激素類化合物。因此，CYP17A1是動(dòng)物體內(nèi)生成雌、雄激素的關(guān)鍵酶。小鼠中將其敲除，會(huì)導(dǎo)致純合突變體在胚胎期死亡(Bair & Mellon, 2004)。前期將雄激素受體敲除的報(bào)道，都表明缺乏雄激素受體的斑馬魚精巢發(fā)育和生精作用受阻（Yong et al., 2017; Crowder et al., 2018; Yu et al., 2018）。 

　　中國科學(xué)院水生生物研究所殷戰(zhàn)研究員團(tuán)隊(duì)獲得的CYP17A1敲除的斑馬魚，不同于小鼠同樣基因的突變，可以存活至成年。讓人驚奇的是全部成年突變魚性腺都發(fā)育成精巢，且均能產(chǎn)生成熟精子。更讓人不解的是，CYP17A1缺失的斑馬魚還能較野生對(duì)照雄魚出現(xiàn)精巢增生，產(chǎn)生更多具有活力的精子，只是雄性第二性征缺失，不與雌魚交配，失去了天然的交配能力。但采自突變魚的精子，卻能與采集的斑馬魚卵子進(jìn)行正常的人工授精，發(fā)育成正常的子代。 

　　沒有了雄激素的斑馬魚，卻都出現(xiàn)精巢增生，并產(chǎn)生更多成熟精子。這給研究帶來了困惑：①CYP17A1純合突變斑馬魚中雄激素還有嗎？科研人員采用常見的雄激素ELISA試劑盒檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照雄魚相比，突變魚中的雄激素含量巨降。但也不確定是ELISA檢測(cè)總有痕量讀值的原因，還是因?yàn)樵诎唏R魚攝食中，通過活體的餌料攝入，在ELISA檢測(cè)中總能發(fā)現(xiàn)微量的雄激素讀值。②由于魚類的基因組加倍過程，斑馬魚中是否還具有另一個(gè)功能相似的CYP17A酶存在？前人報(bào)道的確斑馬魚還有一個(gè)CYP17A2蛋白的存在，但因其不具有如CYP17A1一樣的17碳鏈裂解酶基團(tuán)，應(yīng)該不能形成C19的雄激素類的類固醇化合物。 

　　另外，科研人員發(fā)現(xiàn)由于CYP17A1的缺失，其催化反應(yīng)的前體底物孕酮類化合物在體內(nèi)出現(xiàn)了大量的富集，且cyp17a1-/-魚的垂體促卵泡激素(follicle-stimulating hormone β, tshβ)表達(dá)顯著升高。通過構(gòu)建cyp17a1-/-;fshβ-/-雙敲除斑馬魚，科研人員發(fā)現(xiàn)該升高的tshβ表達(dá)，是導(dǎo)致在CYP17A1中出現(xiàn)精巢增生和產(chǎn)精增多的原因，但即使缺失tshβ,正常的精巢和精子依然能在cyp17a1-/-魚中形成。于是，科研人員推測(cè)：CYP17A1純合突變斑馬魚出現(xiàn)成熟精巢的發(fā)育，可能是因?yàn)槲⒘啃奂に仉S活餌料攝入導(dǎo)致；亦或由魚類中常出現(xiàn)的配體-受體特異性不強(qiáng)，使突變魚中高量孕酮類物質(zhì)與雄激素受體發(fā)生了非特異性激活而導(dǎo)致的(Zhai et al., 2018)。文章在Endocrinology上發(fā)表后，成為該雜志當(dāng)年度top10%的高被引文章。 

　　通過與水生所肖武漢研究員團(tuán)隊(duì)合作，科研人員獲得了cyp17a1-/-;ar-/-雙敲除魚，結(jié)果令人驚喜，該雙敲除的魚表現(xiàn)出和cyp17a1單敲除一模一樣的表型，在ar-/-魚群中還能出現(xiàn)的雌魚, 在cyp17a1-/-;ar-/-魚群中消失了，而ar-/-魚精巢發(fā)育的缺陷，也在cyp17a1-/-;ar-/-魚中變?yōu)樵鰪?qiáng)發(fā)育的表型。這表明，在cyp17a1-/-中，科研人員所見的精巢表型是由獨(dú)立于雄激素信號(hào)通路的原因而導(dǎo)致的。由于在ar-/-斑馬魚中未發(fā)現(xiàn)孕酮升高的現(xiàn)象，而以孕酮類化合物體外處理，可部分地挽救ar-/-的精巢障礙表型。通過與中山大學(xué)劉曉春團(tuán)隊(duì)合作，科研人員獲得了孕酮核受體(npgr)缺失的斑馬魚品系。當(dāng)同時(shí)獲得cyp17a1-/-;npgr-/-雙敲和cyp17a1-/-;ar-/-;npgr-/-叁敲的斑馬魚時(shí)，科研人員發(fā)現(xiàn)高量的孕酮，此刻再也不能使CYP17A1缺失的斑馬魚獲得正常發(fā)育的精巢（圖1）。后續(xù)大量數(shù)據(jù)分析表明，調(diào)控與促進(jìn)精巢組織增殖的關(guān)鍵基因insl3可能是高量孕酮/NPGR信號(hào)和雄激素信號(hào)通路的交匯點(diǎn)。 

圖1. 斑馬魚精巢組織在CYP17A1缺失背景下NPGR再敲除導(dǎo)致的解剖組織學(xué)觀察 　  

　　該系列工作首次發(fā)現(xiàn)動(dòng)物體內(nèi)增強(qiáng)的孕酮/NPGR信號(hào)，可以發(fā)揮不依賴于雄激素信號(hào)通路，促進(jìn)和維持斑馬魚精巢發(fā)育和生精活動(dòng)的功能（圖2）。過去斑馬魚孕酮核受體的缺失，并沒出現(xiàn)精巢發(fā)育缺陷，這一發(fā)現(xiàn)，對(duì)在類固醇激素生成途徑中，先期演化形成的孕酮/NPGR信號(hào)對(duì)動(dòng)物性腺發(fā)育的調(diào)控作用，提供了新的思考和視角。 

圖2. 斑馬魚性類固醇激素對(duì)精巢發(fā)育與生精活動(dòng)的調(diào)控途徑 

　　有關(guān)孕酮/ NPGR信號(hào)對(duì)斑馬魚精巢發(fā)育的調(diào)控作用的研究結(jié)果，于2月28日由eLife網(wǎng)上發(fā)表（eLife 2022;11:e66118 DOI: 10.7554/eLife.66118）。該研究獲得科技部藍(lán)色糧倉項(xiàng)目（2018YFD0900205）和中國科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目（XDA24010206）等支持。