硬骨鱼脑芳香化酶的表达调节、功能推测以及类固醇合成酶的研究进展

相福生 ，黄天晴 ，谷伟 ，王炳谦 ，胡朝 ，徐革锋

（1.中国水产科学研究院黑龙江水产研究所，黑龙江 哈尔滨 150070;2.上海海洋大学水产与生命学院，上海 201306;3.四川省都江堰管理局，四川 都江堰 611830）

芳香化酶（aromatase,Cyp19）是细胞色素P450酶系中一种雌激素生物合成的限速酶。它能够催化雄烯二酮、睾酮脱去19位碳，使A环芳构化，分别形成雌二醇（E2）和雌酮。芳香化酶分为脑芳香化酶（Cyp19a1b）和性腺芳香化酶（Cyp19a1a）分别在脑和性腺中表达。芳香化酶只能催化雄激素转化为雌激素，该过程不可逆。雌激素是公认的与生殖发育密切相关的关键调控因子。最初认为雌激素只由性腺产生，后来研究发现，它能够在其它组织中产生，这是因为芳香化酶基因能在性腺以外的组织中表达；芳香化酶对许多E2靶组织的发育和功能具有重要调节作用，尤其是大脑。

早在20世纪相关研究就指出鱼类产前类固醇[1]对脑组织的影响，能够调控成鱼对性类固醇的生理响应。这个重大研究结果具有深远的影响，最终催生了“芳香化假说”，而该假说正是依据睾酮来源于胚胎睾丸，并在脑中特定区域产生不可逆性芳香化[2]的结果提出。现在普遍认为，虽然雌激素在脑中产生，并具有多元性功能，但其中部分功能未必与繁殖有关。

脑芳香化酶见于所有脊椎动物中，在硬骨鱼类[3,4]中辐鳍鱼纲占非常大的数量（近3 000种）。硬骨鱼的脑芳香化酶的功能和作用较为特殊，本文综述了硬骨鱼脑芳香化酶的活性、表达、调节和功能[3,5]。

1 鱼脑中芳香化酶活性

1.1 硬骨鱼中芳香化酶活性较高

1978年，Callard G等[6]首次揭示了芳香化酶和5α还原酶的活性。之后，在金鱼Carassius auratus和蟾鱼Opsanus tau的研究中发现，用[3H]-雄烯二酮孵化的脑匀浆产生了大量特殊雌激素，芳香化酶活性在垂体和部分前脑区域特别高，尤其在下丘脑和视前叶区[7]。芳香化酶在鱼类神经内分泌组织中同样具有高表达特性。

1.2 脑芳香化酶活性的分布

用显微解剖或穿孔技术研究大脑芳香化酶活性分布发现[8,9]，三刺鱼Gasterosteus aculeatus间脑中芳香化酶的活性最高，尤其是在下丘脑室周区域，包括视束前核结节外侧核和垂体[8]。而非洲鲇Clarias gariepinu大脑视前区的芳香化酶活性最高，下丘脑腹侧包括结节外侧核和隐窝外侧核的活性较低。同样，欧洲海鲈Dicentrarchus labrax嗅球、中脑和下丘脑中的芳香化酶活性与脑垂体的接近，而视顶盖、小脑和髓质的活性较低[10]。

1.3 芳香化酶活性的季节变化

对金鱼繁殖周期中芳香化酶活性自然变化的研究发现，性类固醇能够调节芳香化酶活性，4月、5月雌鱼下丘脑前区/视前区达到高峰，是非繁殖期的6倍，而垂体的芳香化酶活性与繁殖周期无关[11]。在大西洋鲑Salmo salar、三刺鱼Gasterosteus aculeatus和欧洲海鲈中也发现，类固醇与芳香化酶活性强度密切相关，特别是睾酮和芳香化酶活性之间的关系尤为密切[12]。

研究还发现，繁殖期欧洲海鲈脑芳香化酶的活性变化显著，最大值出现在产卵季节，而脑芳香化酶活性在血清睾酮浓度和性腺指数达到最大时的前1～2个月达到高峰[11]。4月产卵前斜齿鳊Rutilus rutilus Cyp19a1b mRNA的表达量最高，产卵之后迅速下降，5月水平最低，7月脑垂体中Cyp19a1b的表达显著增加，此时正值其性腺再次发育，8月进一步增加；而雄激素受体mRNA的表达也在8月最大，但esr1、esr2a以及esr2b没有明显的季节变化[12]。

2 硬骨鱼类的两种芳香化酶基因

2.1 鱼类的两种Cyp19a1基因和两种P450芳香化酶蛋白

第三轮全基因组复制硬骨鱼谱系中显示出基因组结构的巨大变化[13]，这被称为“3R复制”。鱼类存在许多复制基因，这些基因变化巨大。许多硬骨鱼中存在两个芳香化酶基因Cyp19a1a和Cyp19a1b，这与3R复制学说相吻合。

目前，硬骨鱼的这两个基因被统一命名为Cyp19a1a（卵巢芳香化酶）和Cyp19a1b（脑芳香化酶）。它们生成两种结构和功能不同的亚型，大部分各自在卵巢和脑中表达。这两个基因存在于许多种类中，包括虹鳟Oncorhynchus mykiss、斑马鱼Danio rerio、尼罗罗非鱼Oreochromis niloticus、欧洲海鲈、细棘海猪鱼Halichoeres tenuispinis、底鳉Fundulus heteroclitus、点带石斑鱼Epinephelus coioides和黄鳝Monopterus albus。然而，目前在欧洲鳗鲡Anguilla anguilla和日本鳗鲡Anguilla japonica中只找到一个基因，这个基因在性腺和脑中都有表达，其表达受不同启动子调控[14,15]。

2.2 Cyp19a1a和Cyp19a1b的特性差异

由于芳香化酶活性的研究是在这两种基因被发现之前，因此这两种基因间的比对资料甚少。但在对金鱼与中国仓鼠Cricetulus barabensis Pallas的脑型和卵巢型芳香化酶性能比较研究发现，尽管雄烯二酮和睾酮的Km值相近，分别为2.5nM和1.1nM，但脑型Vm值比卵巢型要高。用β[3H]-雄烯二酮氚化水技术分析表明，水温10～30℃时，海鲈匀浆和微粒体中芳香化酶活性呈线性变化。产卵期海鲈脑和卵巢匀浆的Km值分别为7.3nM和4.6nM，两者差异不明显，最大反应速率是卵巢的4倍，与微粒体分析结果一致。由此得出，海鲈和金鱼一样，芳香化酶对雄烯二酮的亲和力较高，比其他鱼类和哺乳类高。

3 鱼脑中芳香化酶的表达

3.1 鱼脑中Cyp19a1b的表达

使用芳香化酶抗体技术首次确定了金鱼Cyp19a1b的表达细胞。此研究在与繁殖有关的控制区域（视前区、下丘脑）对细胞进行了标记，发现标记的细胞具有神经元外表[16]。然而只有少数的芳香化酶免疫活性细胞被标记，这与在金鱼脑中较高的芳香化酶活性和转录水平的研究结果不同。大量研究表明，芳香化酶B免疫活性细胞存在于后脑、中脑、间脑和前脑，广泛分布于室周区域，尤其沿着下丘脑的第三脑室、视前区的视周层嗅球腹面中侧、腹侧核和端脑半球外缘较为丰富[15]。Forlano等[17]的研究还发现，芳香化酶B在特有的细胞中表达，如放射性胶质细胞。

原位杂交结果表明，虹鳟Cyp19a1b在前脑的视周层、端脑、间脑和中脑表达较高，在某种程度上与珍蟾鱼Porichthys notatus相似，下丘脑、视前区和脑垂体杂交信号较强[17]，而在视周层的半规隆凸、视顶盖和第四脑室的杂交信号较弱。用芳香化酶B检测抗体法发现，虹鳟垂体脑叶和细胞边缘端脑脑室以及间脑腹侧有丰富的芳香化酶B免疫活性细胞，在视前区和下丘脑表达较高[18]。

原位杂交、免疫组化和GFP（绿色荧光蛋白）研究表明，斑马鱼脑中芳香化酶的分布与Cyp19a1b在放射性胶质细胞中的结果一致。斑马鱼脑芳香化酶mRNA的这种表达模式与珍蟾鱼一致，Cyp19a1b在视周层、近端嗅球的脑实质、腹侧端脑、视前区、下丘脑和垂体的前叶和后叶中都有转录[19]。

3.2 Cyp19a1b蛋白主要在放射性胶质细胞中表达

鱼类的脑芳香化酶位于放射性胶质细胞中表达，而鸟类和哺乳类的则主要在神经细胞中表达[20,21]。哺乳类的放射性胶质细胞在胚胎形成后消失，但随着小鼠的不断发育，在其皮层的放射性胶质细胞中发现了芳香化酶[22]。鸟类的放射性胶质细胞存在于成体脑的许多部分，它们通常不表达芳香化酶，但在受损的斑胸草雀Poephila guttata皮层中检测到了芳香化酶免疫活性，而在其身体的相关部位却没有出现[23]。鱼类的脑芳香化酶几乎只在放射性胶质细胞中表达，这说明此细胞作为硬骨鱼中的祖细胞很可能参与神经形成[24]。

4 鱼脑中Cyp19a1b表达的调节

4.1 Cyp19a1b启动子转录调节

Yang Zhang 等发现[25]，黄鳝 Monopterus albus中存在两种组织特异性启动子I和II，分别影响脑和垂体。启动子I包含一个非识别雌激素反应元件（ERE），不能对E2产生响应；启动子II包含一个雄激素反应元件（ARE），能够对 DHT（Dihydrotestosterone，二氢睾酮）产生响应。因此，雌激素无法上调黄鳝下丘脑和垂体中Cyp19a1b的表达，而雄激素也仅在脑垂体中上调Cyp19a1b的表达。由于启动子的细胞特异性，在启动子水平上研究Cyp19a1b基因调节的实验较少。尽管斑马鱼体内Cyp19a1b基因在放射性胶质细胞中高度特异性表达，但在体外神经胶质细胞中同样能表达[26]。

其他硬骨鱼如点带石斑鱼Epinephelus coioides的Cyp19a1b基因近端区域包含一个保守的结合位点，用于与雌激素反应组件ERE结合。Stat1（信号转导和转录激活1 signal transducer and activator of transcription 1）和Rfx（X蛋白调节因子regulatory factor X protein）在近端启动子区域同样高度保守，这说明它们调节硬骨鱼Cyp19a1b的表达同样保守。斑马鱼中E2介导ERE来上调Cyp19a1b转录活性，可能存在一个能够自动调节的正反馈途径，调节脑芳香化酶的高表达。

4.1.1 类固醇激素对Cyp19a1b的调节

在雌激素受体存在的情况下，多数细胞系的Cyp19a1b荧光素酶无法被E2所激活，说明E2对Cyp19a1b的调节取决于细胞环境。如黄鳝脑和垂体中Cyp19a1b的表达受组织特异性启动子的调控，但体外环境中E2对脑特异性Cyp19a1b启动子的活性没有影响，也就不能刺激Cyp19a1b的表达。这说明除E2外可能还存在其他调节硬骨鱼脑Cyp19a1b表达的因子[27]。Joel Cano-Nicolau等发现，雌激素依赖型Cyp19a1b基因的上调必须在功能性雌激素受体ERs和神经胶质X因子的存在下才能奏效[28]。

斑马鱼和鲶的雄激素通过雌激素受体将其转化成雌激素来上调Cyp19a1b的表达。Cyp 19a1b基因在体内同样受某些雄激素的调节，尤其是睾酮（T）。黄鳝Cyp19a1b的脑垂体特异性启动子包含一个ARE组件，该组件能通过雄激素直接刺激Cyp19a1b的表达。因此，硬骨鱼类固醇上调垂体Cyp19a1b的表达至少存在两种形式：一是黄鳝中的雄激素正反馈调节，另一种是其他硬骨鱼中的雌激素正反馈调节[27]。尽管雄激素反应元件（ARE）参与调节Cyp19ab的表达，但转染实验说明，雄激素受体或ARE都不是刺激Cyp19a1b表达的必要条件。事实上，最近的研究显示，雄性化受位于-348bp上的ER与ERE的结合介导。睾酮通过自身的芳香化转化成E2影响ER，而DHT则通过自身代谢转化成5α-androstan-3β,17β-diol，直接影响和激活 ERs[28]。哺乳类中DHT能够变为5α-雄甾烷-3α-17β-二醇或5α-雄烷二醇中的任何一种[29]。雄鱼的主要雄激素11-睾酮不可能转化成雌激素类化合物，也就不能在体内或体外上调Cyp19a1b启动子活性[28]。这就解释了为什么体内或体外T和DHT不可能通过纯抗雌激素ICI的方式上调Cyp19a1b[29]。

4.1.2 放射性胶质细胞中Cyp19a1b表达的细胞特异性控制

通过ER调节，Cyp19a1b的表达局限于放射性胶质细胞，在脑实质的神经细胞中脑芳香化酶都不表达[30]。存在雌激素时，ER不能有效调控鱼脑中Cyp19a1b的表达。斑马鱼Cyp19a1b启动子包含一个复杂的调节组件，位于起始位点-277和-257之间。其序列有20个碱基，被称为GxRE，在细胞特异性和Cyp19a1b基因的E2调节中起重要作用[31]。敲除GxRE序列或其突变会造成E2-依赖型基因诱导率减少80%，说明ERE的必要性，但是，并不能有效地调节神经胶质环境中的雌激素来激活Cyp19a1b。这同样说明GxRE可启用特异性转录因子，与ERs协同作用。在ER和其他核受体或转录因子之间存在相关联的因子（cross-talk）[32]。ER和其他转录因子之间的cross-talk的共同特性是能够影响ER结构，决定ER亚型。GxRE和ER协同增强了特异性ER亚型或ER-磷酸化位点的E2刺激独立性。重要的是，GxRE能够作为自发的顺式元件，在胶质细胞环境中提高E2的刺激性[31]。与之相对，在非胶质细胞系中加入GxRE不能增强ERE-reporter基因的作用。如果在诱导期间GxRE区域启用转录因子能够与E2-依赖型的ER共同作用，这与胶质细胞特异性因子类似。为测试这种假说，用凝胶迁移分析法，将GxRE作为探针和不同细胞系提取物进行试验。相关数据显示，DNA边界转录因子能够与ER共同调节Cyp19a1b基因。GxRE包含的核心序列AGGTCA能够启用不同类型的核受体，肝脏受体同系物1（LRH-1）和孤儿核受体能够介导睾丸中包含AGGTCA序列的Cyp19a1的表达[33]。

4.2 发育期间的Cyp19a1b的早期表达

Callard G V等[34]研究发现，斑马鱼的未受精卵Cyp19a1a和Cyp19a1b基因即开始转录，但是从受精后1.5h（hpf）到12hpf（原肠胚）Cyp19a1b的转录一直降低，这可能是由于母本mRNA的转移和退化所致。斑马鱼受精卵3h开始转录芳香化酶，细胞分裂期（12～24hpf）开始缓慢增加；之后，在 24～48hpf Cyp19a1b mRNA快速增加，直至累积到120hpf[34]。受精后20d（dpf）左右性腺尚未分化，此时Cyp19a1b的表达分成两个部分，这说明其表达与性腺分化相关。30～50dpf性腺分化期间，脑芳香化酶的表达与性腺芳香化酶不存在相关性[35]。需要指出的是，其他研究已经证实双峰模式的存在，但除青鳉属和斑马鱼外的大多数鱼类[36]没有已知的性别决定基因，所以不可能知道双峰群体是否与雌性和雄性相符。Denise Vizziano-Cantonnet等[37]研究发现，在 35dpf时，虹鳟性腺未分化，雄性Cyp19a1b mRNA水平比雌性高，这种差异在50dpf后消失。

斑马鱼发育早期，雌激素受体和Cyp19a1b的表达存在时空关系。原位杂交和RT-PCR技术研究显示，在24～48hpf斑马鱼雌激素受体esr1、esr2a,和esr2b的表达显著性增加，这与Cyp19a1b基因的结果一致。这可能是胚胎暴露于纯抗雌激素ICI 182 780下导致24～120hpf之间的Cyp19a1b的表达显著下降。在视前区和下丘脑（24～48hpf时Cyp19a1b mRNA首次出现的区域），雌激素受体esr2b和esr2a的表达存在空间相关性。功能性雌激素受体在24～48hpf之间早已出现，这是由于此阶段胚胎暴露于雌激素或外来雌激素下，Cyp19a1b mRNA显著增加，以及脑芳香化酶蛋白和Cyp19a1b-GFP在脑中的表达上调。

5 鱼脑中芳香化酶表达的显著性功能

Cyp19a1b在鱼类中枢神经系统中的表达仅限于放射性胶质细胞，芳香化酶活性异常是由于雌激素（或芳香化雄激素）对Cyp19a1b基因的高效诱导产生。正因为如此，雌激素（芳香化产物）刺激了该酶的表达。现在仍未确认的是，这些雌激素潜在的功能是否只在大脑局部产生，尽管膜介导受体现已应用到esr1和esr2的基因组效应，但这些膜介导效应可能参与到GPR30、神经递质受体等膜雌激素受体与生长因子的相互作用，以及这些膜效应在硬骨鱼中的普遍性仍未得到全面证实。

5.1 芳香化酶在性别分化中的作用

一般认为，芳香化酶是性腺分化的关键因子，上调Cyp19a1a是触发和维持卵巢分化的必需条件，其下调是诱导睾丸分化的有效条件。脑芳香化酶在性别分化中也起作用。越来越多的研究表明，Cyp19a1b在早期发育和性腺、性别分化阶段的表达呈性别二态型模式[38]。20日龄时，斑马鱼性别未分化，性腺组织的Cyp19a1b表达为双峰模式，尽管发育后期逐渐消失，但是明确反映出性别二态性特征。高温影响硬骨鱼性别分化过程中的分子通路，进而影响性别比例。银汉鱼Odontesthes bonariensis的性别由温度决定，随着水温不断提升雄性脑芳香化酶的表达提高。Li等[39]研究发现，高温能够显著下调Cyp19a1a在尼罗罗非鱼性腺中的表达。在黑鲷Acanthopagrus schlegeli中发现类固醇合成酶包括脑芳香化酶是在60dpf时表达，离睾丸分化期较远。类固醇合成酶表达量的增加说明在脑的很多区域都存在雌二醇。这说明黑鲷的脑芳香化酶对雄性性别分化有重要作用[40]。在虹鳟中也有类似研究，性腺形态学分化之前雄性脑中神经类固醇含量较高。许多研究揭示，神经类固醇，尤其是神经雌激素可能参与雄性脑分化。对欧洲海鲈的研究也发现，Cyp19a1b在雄性与雌性中的表达水平明显不同。许多物种在生活史中改变性别，这种性别可塑性是一种进化策略——动物改变性别有助于繁殖[41]。这意味着如果性腺是双向的，脑也必须显示出两性潜势。哺乳动物中在发育临界期对睾丸进行脑芳香化，致使其脑向雄性化发展，最终产生雄性化个体，而且不可逆。鱼类脑能够调控雌雄异体物种的性别分化，但在后期发育中仍可借助激素诱导使其性别发生改变。Kobayashi等[42]认为，脑两性潜势呈永久性，但用激素改变性别非常快。这是因为激素能够激活已有的分子调控机制，这种改变的机制尚不清楚。然而，芳香化酶在放射性胶质细胞中的表达始于鱼脑，且受性类固醇介导，为雄激素和雌激素调节神经活性提供底物。

5.2 芳香化酶和性行为

改变芳香化酶活性能够影响雄性性行为。雄激素或雌激素处理导致许多鱼产生典型的雄性性行为，但其机制尚不清楚。type I雄性珍蟾鱼通过声音运动核控制鱼鳔产生声音吸引雌性进入巢穴完成繁殖[17]。而type II雄性声音运动核的芳香化酶mRNA水平比type I雄性和雌性高，不需要产生声音来吸引雌性，而是直接攻入雌性巢穴完成受精。与这种运动核里的芳香化酶表达一样，雌激素处理能够快速改变声音产生的时间。睾酮对雌性和typeII雄性的效应一样，而在雌性中的作用完全取决于睾酮在雌二醇中的快速芳香化[43]。

Moulik等[44]研究发现，许多硬骨鱼在繁殖期间卵母细胞的发育和Cyp19a1b的表达量达最高水平，血清中E2水平也达到峰值，而野鲮Labeo rohita在整个繁殖期Cyp19a1b的表达水平没有改变，这说明野鲮脑中Cyp19a1b对发育、繁殖和行为的作用很小或者没有作用，至少成体如此。

5.3 神经发生中的芳香化酶和雌激素以及脑修复

雌激素能够促进神经发生、分化和迁移或提高繁殖能力。斑马鱼大脑皮质的机械损伤导致芳香化酶在放射性胶质细胞中表达以应对损伤；这种表达与损伤部位的细胞增殖密切相关[23]。进一步研究显示，雌激素直接参与应对脑损伤，可能为其再生提供较好的环境以及保护新细胞。大鼠雌激素通过降低活性氧水平以及促进脑源性神经营养因子（BDNF）和胰岛素生长因子（IGF-1）等与生长有关因子的分泌来减少氧化损伤。但是，斑马鱼中的结果与此并不一致[45]。Diotel等[46]发现，抑制斑马鱼神经发生的雌激素和雌激素受体的作用并不能影响其细胞增殖。

鱼脑具有较强的损伤修复能力。如斑马鱼能修复神经损伤、脊髓横断、光照损伤、刺伤或化学损伤的中枢神经系统[47]。放射性胶质细胞的扩增聚集在损伤部位说明，此细胞能够帮助新生的细胞迁移。这些结果进一步说明，芳香化酶具有很强的促进损伤部位细胞增殖的作用。雌激素和芳香化酶在保护和修复神经中具有重要作用，损伤部位的芳香化酶表达上调，而且能够提高细胞增殖活性和加强脑修复。

6 斑马鱼脑中的神经类固醇的生物合成

鱼脑是芳香化酶表达和发挥活性的主要部位[5]。哺乳类的神经甾体完全产生于脑内的假说促使科学家用孕烯醇酮和脱氢表雄酮（DHEA）的方法抑制雄性化或将实验动物的肾上腺切除。结果发现，这两种方法并不能改变脑内某些类固醇激素的水平。研究发现，脑部海马体能合成雌二醇，这说明类固醇合成酶能够在大脑中表达。鸟类类固醇合成酶同样在脑发育期间的脑室区域表达[4]。

6.1 细胞色素P450侧链裂解酶

类固醇合成酶促反应的第一步是将胆固醇前体转化成C21-类固醇、孕烯醇酮（△5p）。该反应由细胞色素P450scc催化，是一种线粒体酶，由Cyp11a1基因编码。P450scc在大脑中的表达证据最早在小鼠中发现。P450scc和新生的以及成体鼠类[4,48]的海马神经元一样都是在胶质细胞中表达。斑马鱼14hpf时，Cyp11a1 mRNA开始在卵黄合胞体中出现，成体时Cyp11a1 mRNA出现在性腺、肾上腺皮质腺和脑中。用原位杂交和RT-PCR技术发现，成体斑马鱼Cyp11a1基因同样在端脑、肾小球和下丘脑中表达[14]。

6.2 P450 17α 羟化酶/c17-20 lyase（P450c17）

细胞色素P450 17α羟化裂解酶（P450c17）是微粒体酶，具有两种作用：羟化和裂解。P450c17首次在胖头Pimephales promelas中发现。用RT-PCR和DNA杂交检测发现，P450c17在雌和雄性大脑中都有表达。在黑鲷中发现关键类固醇合成酶的转录（即 P450c 17），在 60dpf、120dpf和 150dpf时脑中表达，这说明鱼脑是类固醇合成的起始部位[49]。

6.3 3-β-羟化类固醇脱氢酶/D-5-4异构酶（3β-HSD）

3β-HSD是一种类固醇合成关键酶，通过氧化和异构作用催化孕烯醇酮转化成黄体酮，17-羟基孕烯醇酮转化成17-羟孕酮，以及脱氢表雄酮转化成雄烯二酮（DHEA）。斑马鱼的3β-HSD-样免疫反应出现在端脑背部、丘脑核中央后侧、视前区核和结节核后侧等的神经样细胞中。高效液相色谱法显示，成体斑马鱼脑能够将孕烯醇酮转化成黄体酮，说明3β-HSD酶活性较高。研究发现，90dah（孵化后天数days after hatching）时石斑鱼前、中、后脑的Hsd3b1 mRNA表达水平较低，之后在110dah时前、中、后脑表达量明显增加，相比于110dah 150dah时除中脑外前脑和后脑的表达水平显著性降低。孵出和不同发育阶段下丘脑Hsd3b1的mRNA表达水平没有显著性差异。90dah时前脑、下丘脑和后脑Hsd3b1的表达水平相似，而中脑的表达水平是其他部位的5倍。110dah时中脑和后脑的Hsd3b1 mRNA表达水平分别是前脑和下丘脑的14倍和3.2倍[50]。

3β显示出明显的性别二态性。雄性成体鲶中脑3β-HSD总体转录丰度比雌性高，分布的季节性变化说明雌雄之间存在差异。产卵前雄性延脑、端脑、下丘脑的3β-HSD活性最高，雌性下丘脑、嗅球和延脑3β-HSD活性最高，但无论雌雄，3β-HSD在脑垂体中的表达量都最低[51]。

6.4 17β-羟化类固醇脱氢酶（17β-HSD）

17β-羟化类固醇脱氢酶（17β-HSD）是催化类固醇生物合成最后一步的一组酶。这些酶将雌激素酮转化成雌二醇（反之亦然），是催化哺乳类和非哺乳类脊椎动物减少雄烯二酮转化成睾酮的关键酶。鱼类有多达9种类型的17β-HSD，只有4种具有催化活性和表达模式。斑马鱼17β-HSD在精巢和卵泡中表达，但是RT-PCR显示，17β-HSD 1,2,3型同样能够在雌鱼和雄鱼的脑中表达,但斑马鱼缺少 17β-HSD-2 型酶[52]。

6.5 5α还原酶

5α-还原酶也是一种微粒体酶，能够减少某些类固醇底物的C4-C5双键，能显著催化睾酮向更强势的5α二氢睾酮转化（或将黄体酮转化成二氢孕酮以及将11-脱氧皮质酮转化成5α-二羟去氧皮质酮）[4]。研究发现，早期硬骨鱼脑中5α-还原酶活性较高[6]，随后的研究证实，金鱼和蟾鱼脑中5α-还原酶活性也较高。最近发现，非洲肺鱼Protopterus annectens具有5α-还原酶免疫反应性，但是未发现5α还原酶在硬骨鱼中细胞定位的相关信息。

6.6 Foxl2基因

Foxl2是fox家族中一员，在发育过程中起转录调节作用，包括调节卵巢和睾丸的分化、发育和维持[53]。Foxl2在尼罗罗非鱼、牙鲆Paralichthys olivaceus、欧洲海鲈 Dicentrarchus labrax、虹鳟、青鳉Oryzias latipes和尖齿胡鲶Clarias gariepinus中能够与性腺特异性Cyp19基因启动子结合，抑制雄性的性别分化通路而促进卵巢的分化和发育。其另一个结合位点在芳香化酶外显子的5’-侧翼区。鱼类Foxl2a在性腺中显示出明确的性别二态性，在卵巢中的表达水平比精巢高[54]。

Cyp19a1a、Cyp19a1b和Foxl2并列表达，其他转录因子如Ad4BP和SF-1同样参与调节Cyp19a1a的表达，这可能是因为Foxl2基因不能单独激活芳香化酶的表达，需要其他因子共同调节。

6.7 Cyp11a和Cyp11b2酶

Cyp11a酶能够将胆固醇转化成孕烯醇酮，其表达模式受 Sf-1、Dax-1、TreP-132、LBP 和 GATA 等转录因子的调节。Cyp11a1是所有类固醇激素合成的限速酶。石斑鱼[51]的Cyp11a1 mRNA在110dah时表达，前脑、中脑和下丘脑表达量增加，之后逐渐降低，这与黑鲷类似。这些结果说明，硬骨鱼脑能够将胆固醇转化成孕烯醇酮。Cyp17a1 mRNA类似，黑鲷Cyp17a1自性腺分化期开始表达。虹鳟雄性脑中Cyp11a1、Hsd3b1、Cyp17a1和 Cyp19a1b基因的表达以及芳香化酶活性在性腺形态学分化（35～39dpf）之前较高，说明硬骨鱼脑中神经类固醇基因的表达较为强烈，很可能在早期发育阶段产生神经甾体。先前的研究发现，雄激素处理能降低虹鳟精巢Cyp11a基因的表达，而乙炔基雌二醇（EE2）能上调大西洋鲑卵母细胞中Cyp11a的表达。用17α甲基睾丸酮（MT）处理后的黄颡鱼Pelteobagrus fulvidraco卵巢Cyp11a的表达下降[55]（Cyp11b2酶能够催化11-酮睾的合成）。

7 总结和展望

成熟鱼中芳香化酶的活性较高是受雌激素和雄激素的影响，提高了放射性胶质细胞中Cyp19a1b基因的上调。然而，芳香化酶在这些细胞中的功能很大程度上源于推测。事实上放射性胶质细胞是成鱼中芳香化酶表达的起始细胞，这说明雌激素在神经发生中参与了经典的分子机制。越来越多的证据显示，芳香化酶在脑性别分化中起作用，参与影响了动物的性行为。硬骨鱼脑是产生芳香化酶底物的起始者。如果脑不需要性腺产生芳香化雄激素，那么就从根本上改变了脑芳香化的功能性意义。最近在对斑马鱼脑的研究中发现，激活关键类固醇合成酶是导致芳香化雄激素的原因。原位杂交发现了脑芳香化酶表达细胞的表达模式。这些结果进一步说明鱼脑确实是类固醇合成器官，在缺乏性腺雄激素的情况下能够在放射性胶质祖细胞中产生雌二醇。考虑到雌激素在增殖、分化和细胞凋亡上的作用，这种性能有助于提高脑神经活性和特殊的可塑性。放射性胶质祖细胞存在于许多区域和贯穿整个生活史说明神经发生能够在脑中发生并贯穿整个成体期。

成鱼脑的神经发生与其他模式生物类似，如存在侧迁移流。胚胎神经发生机制（放射性胶质细胞促进脑的生长）也与其他模式生物类似。考虑到芳香化酶的表达对雌激素和雄激素的高度敏感性，性腺活性有可能进一步调节某些区域的神经性活性和可塑性。如视前区和下丘脑内侧基底部芳香化酶表达活性最高。这些特性可能构建了贯穿整个生活史的性别特异性环路。对鸟类和小鼠中的研究发现，翻译后的机制能够快速调节芳香化酶活性，比如磷酸化作用[24]。这种快速的改变能够解释同步的雌雄同体中的雄性和雌性之间的转变。其精确机制有待研究，尤其是关于雌激素受体（ERα、ERβ和ERβ2）在鱼类神经发生中的作用[5]，以及GPR30的作用和其他膜介导效应。最近发现，在哺乳类中枢神经系统（CNS）中GPR30通过雌激素调节脑部的不同功能。尽管GPR30在卵母细胞和鱼类性腺中表达，其在大脑中的表达模式和功能尚待研究。

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