11-酮基睾酮在鲟鱼性腺发育中的功能及研究进展

文/胡红霞 常贝贝 王巍 吴立新

鲟鱼是现存最古老的鱼类之一，也是大型的经济鱼类，无论是其肉制品还是鱼子酱均具有较高的经济价值。研究发现，雄激素11-酮基睾酮（11-KT）在雌性鲟鱼性腺发育早期（卵黄生成前期）血清中含量较低，但到卵黄开始沉积时期浓度升高直至雌鱼血清中11-KT浓度不低于雄鱼，这与11-KT在绝大多数脊椎动物中的研究结果不同。那么，作为雄激素的11-KT在雌性鲟鱼性腺发育中究竟有怎样的作用就非常值得探究。

一、鱼类雄激素的种类、来源及主要作用

雄激素与脊椎动物生殖系统的发育、分化、成熟和维持密切相关，并在不同的发育阶段发挥着不同的作用，是脊椎动物精子发生的主要调节激素。天然雄激素是一类含有19个碳原子的甾体化合物，主要有睾酮（testosterone, T）、雄烯二酮（androstenedione, ADSD）、双氢睾酮（dihydrotestosterone, DHT）等。其中睾酮分泌量最大，活性最高。在雄鱼中雄激素主要是睾酮（T）和11-酮基睾酮（11-KT），而后者是对精巢发育起作用的主要雄性激素。

和哺乳类一样，鱼类雄激素的来源主要是精巢的间质（leydig）细胞，其合成是以胆固醇为原料，首先转变为孕烯醇酮（pregnenolone），然后由不同的酶进一步催化形成各种激素。

二、11-酮基睾酮（11-KT）的合成及主要功能

11-KT是由T转化而来，其过程经历两次酶促反应。T在11β-羟化酶（11β-hydroxylase）作用下转化为11-β羟基睾酮，然后在11β-羟基类固醇脱氢酶2（11β-HSD2）作用下，去羟基转化为11-KT。11-KT的合成途径见图1所示。

用鲤鱼的精巢组织在体外培养时，孕烯醇酮和雄烯二酮主要转变成11β-羟雄烯二酮(11β-hydroxyandrostenedione, 11β-OHAD)，而检测鱼体内的雄激素主要是11-KT。这些结果说明，11β-羟雄烯二酮在一系列脱氢酶的作用下转变成11-KT，而且这些脱氢酶的作用至少发生在局部没有精巢组织的地方，如血液中。

图1 11-KT的合成途径

雄鱼血液中11-KT含量高于雌鱼，而T的含量通常雌雄没有显著差异，并且11-KT在刺激雄鱼第二性征、繁殖行为和精子发生的作用通常比T更有效，是主要的雄激素。在双带锦鱼（Thalassoma duperrey）血浆中11-KT水平随着精母细胞和精细胞数量增加而增高。在能够发生天然性逆转的巨石斑鱼（Epinephelus tauvina）中，睾酮在雌性阶段主要产生5β-还原型雄激素，而在雄性阶段主要产生11氧化型雄激素（11-KT和11-βT）。在虹鳟精巢中11-KT的主要合成酶11β-羟化酶的mRNA表达水平是卵巢中的大约100倍，而且在雄性性腺发育的早期就可检测到，并先于精巢的分化，而同期的卵巢中检测不到11β-羟化酶的表达，表明这种酶及其酶促反应合成的11-KT对雄性性别分化在早期就起到重要的作用。

三、11-酮基睾酮在鲟鱼性别鉴定中的应用

很多学者运用雄性发育与11-KT的正相关，对一些外观比较难分辨的鱼类进行性别鉴定，他们认为11-KT可用来在鱼类精母细胞期和后来的精巢发育阶段或卵母细胞发育早期进行雌雄鉴定。鲟鱼从外形上不易分辨雌雄，性腺发育到II-III期后才有可能通过超声波、内窥镜或者活体穿刺等手段辨别雌雄，此阶段养殖时间至少需要2年以上，尽早地判定鲟鱼的性别对降低养殖成本和养殖风险非常有益。Cuisset等对3龄和18月龄的西伯利亚鲟用放射免疫方法测定11-KT和T，联合进行性别鉴定。利用11-KT含量鉴别18月龄准确率74%；3龄100%。用鲤鱼脑垂体提取物刺激后准确率提高到86%；用T鉴别准确率为84%，而在脑垂体提取物刺激后准确率下降到82%。Cuisset等用EIA再次测定了同一种鲟鱼血清中11-KT，结果指出11-KT水平在雌雄鱼差别很大，可以用来作为雌雄鉴别的依据。但是在野生闪光鲟、俄罗斯鲟和欧洲鳇迁移繁殖过程中，雌鱼血液中也检测到较高的11-KT。在对施氏鲟的研究中发现，在卵黄沉积开始时雌性施氏鲟血清中11-KT浓度不低于雄鱼。因此，利用11-KT含量来辨别鲟鱼的性别一定要在雌性发育的早期。

四、11-酮基睾酮对鲟鱼等部分鱼类有促进雌鱼性腺发育的作用

11-氧化雄酮，包括11-KT，在几种硬骨鱼类的雌鱼血清中含量较高，有代表性的包括鲟形目Acipenseridae，鲑形目Salmonidae和鳗鲡目Anguillidae。起初推测这种现象与鱼类的洄游有关，但对10目22科31种鱼研究结果否定了这一推断。尽用。Kohn通过对卵黄生成前期的雌性尖颌多锯鲈（Polyprion oxygeneios）进行11-KT埋植研究发现，卵细胞大小没有受到影响，肝和卵巢中的脂肪含量也没有差异，fshr和lhr的基因表达明显降低，cAMP水平也显著低于对照组，表明11-KT在调节卵黄生成前期的性腺发育并没有重要功能。这些研究表明11-KT只是对少数鱼类卵黄生成前期卵巢的生长发育具有重要作用。

在鲟鱼中的研究也发现了11-酮基睾酮对雌性性腺发育有促进作用。在西伯利亚鲟的卵巢组织能够离体合成11-KT，而且血清中11-KT的含量和卵巢发育状况有相关性。Hamlin对7龄的养殖西伯利亚鲟的T，E2和11-KT进行周年检测，发现雌鱼随着性腺发育，E2水平逐渐升高，IV和V期水平最高，11-KT的水平与E2相似。Cuisset通过五年时间连续检测大西洋鲟的性激素变化发现在卵成熟前期11-KT含量会显著增加。胡红霞在对施氏鲟的周年繁殖内分泌调控研究中发现，在卵黄沉积开始时雌性施氏鲟血清中11-KT浓度不低于雄鱼，雌鱼11-KT分泌高峰期与直接反映Vtg生成的E2和GtH分泌高峰期互补，且先于E2和GtH的分泌高峰期，而卵黄生成前期的雌鱼11-KT含管在鲑鱼和鲻鱼的雌鱼中11-KT含量较高，但只有鳗鲡、鲟鱼雌鱼11-氧化雄酮（主要是11-KT）的含量与T同样甚至超过T的含量，预示11-KT是作用于这类雌鱼的主要雄激素。在没达到性成熟的银鳗卵巢中有雄激素和11-氧化衍生物的合成，而且银鳗的卵巢组织能够离体合成11-KT。对银鳗埋殖11-KT结果显示，这种不能被芳香化的雄激素与能够芳香化为雌激素的睾酮T和甲基睾酮MT一样，能够促进银鳗发生类似洄游前的外观的改变（如：眼睛变大）和性腺及肾脏的增大。在日本鳗鲡的在体实验中发现，11-KT在由极低密度脂蛋白介导的卵黄生成前期卵细胞油滴的积累过程中起着必要的作用，并影响卵细胞大小。体外培养实验表明11-KT可直接促进短鳍鳗鲡核仁外周晚期（late perinucleolar）卵母细胞的生长，增加滤泡细胞大小。Kortner等在体内和体外研究中都发现，用11-KT对雌性大西洋鳕（Gadus morhua L.）进行处理时，其卵细胞生长与雄激素效应相关基因的表达呈现正相关。在银鲑（Oncorhynchus kisutch）中，11-KT促进核仁外周晚期卵细胞的生长，其作用明显高于T的作用，而E2对这时期的卵细胞不起作量始终较低。

五、11-酮基睾酮促进鲟鱼雌鱼性腺发育的作用机理初探

人工养殖鲟鱼雌性在II-III期发育往往受阻，可以持续1年甚至几年。雌性鲟鱼中先于E2和GtH的分泌高峰而出现的高水平11-KT是否是诱导雌鱼卵黄开始沉积的启动因子？胡红霞团队（Wang等，2020）通过埋植雄激素11-KT缓释胶条以及11-KT与性腺和肝脏的离体孵育实验，进行了外源性11-KT对小体鲟卵巢早期发育的作用研究。研究结果表明雄激素11-KT不能诱导雌性鲟鱼雄性化或者性逆转，而是通过提高肝脏中雄激素受体ar、卵黄蛋白原基因vtg和脂质分解基因lpl的表达，诱导肝脏卵黄蛋白原的合成，从而促进小体鲟卵巢的发育。同时可以检测到卵巢中卵黄蛋白原受体vtgr的表达也显著提高，血清中的Vtg和T的含量显著上升，组织培养液中Vtg、T和E2含量也显著上升。

从目前研究结果可以确定，11-KT对雌性鲟鱼性腺发育有非常重要的作用，这对人工养殖鲟鱼的性腺发育调控具有重要意义。但是11-KT促进鲟鱼卵巢发育的作用机理仍然有许多未解之谜值得探究。