Kisspeptin在青春发动时相中作用的研究进展

赵子君，马 薇

(西北民族大学 医学部, 甘肃 兰州 730000)

青春发育时相的启动标志着童年的结束，是个体经历生理和心理变化以实现性成熟和生育能力的时期。下丘脑-垂体-性腺轴(hypothalamic pituitary gonadal axis，HPGA)控制着青春发动时相和生殖功能的成熟，并受复杂的兴奋性和抑制性因子网络的严格调控。HPGA在胚胎和出生后的早期阶段活跃，随后在儿童时期受到抑制，青春发育时相启动时重新激活，最终达到高潮。这种重新激活背后的机制尚不完全清楚。

Kisspeptin是由Kiss1编码的从黑色素细胞瘤细胞系中分离出的一种蛋白，在体内可以被蛋白酶进一步水解为若干短肽，称为 Kisspeptin-54、Kisspeptin-14、Kisspeptin-13 和 Kisspeptin-10。这些小分子肽拥有相同的C端，可与相应的受体GPR-54(也称KISS1R)结合并激活该受体。GPR54是G蛋白偶联受体，其编码基因位于人19p13.3。Kisspeptin/GPR54系统通过调节GnRH的分泌来调控HPGA的功能，从而激活下游分子，促进促性腺激素分泌，启动青春发育时相[1]。HPGA的功能缺陷将直接导致正常性发育的失败和青春发动时相异常。本篇综述旨在通过阐述Kisspeptin对HPGA的调控作用，探寻Kisspeptin在青春期发动时相中启动的内在机制，为青春发育异常疾病的诊疗提供理论依据。

1 青春发动时相的启动

青春期控制着个体的生长发育和生理机能化， HPGA激活并释放促性腺激素释放激素(gonadotro-pin releasing hormone，GnRH)，进而分泌卵泡刺激素(follicular stimulating hormone，FSH)和黄体生成素(luteinizing hormone，LH)，LH与FSH则刺激卵巢分泌性激素(雌激素、孕激素等)，而性激素亦可通过正反馈或负反馈作用于下丘脑或垂体并调节相应激素的分泌，从而调控哺乳动物的青春期发育和性成熟[2]。除了GnRH神经元和腺垂体的作用，青春期的启动还由一个复杂的生理神经网络控制[3]，其主要可分为4个层面:第一层最高水平的调控主要通过抑制青春期相关的抑制性神经因子发挥作用；第二层的调控是由一些抑制因子在次中枢水平发挥作用；第三层的调控主要是抑制青春期诱发因子的激活；第四层在上层调节因素的影响下，位于最下层的内分泌调控因子(Kisspeptin/GPR54、瘦素、谷氨酸、内源性阿片肽和γ-氨基丁酸)将直接影响GnRH的分泌，调控青春期的发育。

2 Kisspeptin对HPGA的调控

位于下丘脑基底部正中隆起的GnRH神经元通过神经末梢冲动进入垂体前叶，它促进垂体合成和分泌LH 和 FSH，后者作用于性腺使其产生和释放性激素及配子[4]，提示Kisspeptin可能通过对下丘脑GnRH、垂体FSH/LH和性腺水平影响HPGA的整体功能状态。

2.1 KNDy神经元调控下丘脑GnRH的分泌

作为GnRH上游神经元，Kisspeptin及神经激肽B(neurokinin B，NKB) 和强啡肽(dynorphin，Dyn)可直接作用于GPR54， 促进GnRH释放至门静脉循环，从而促进LH和FSH 的分泌。基于3种肽协同作用GnRH分泌的这种方式，有学者提出KNDy神经元控制 GnRH的假说[5]： NKB作为刺激信号通过刺激NK3受体以激活KNDy 神经元活性， Dyn作为抑制信号通过与KOR结合抑制GnRH的活性，NKB/Dyn协同 Kisspeptin/GPR54系统共同促进GnRH脉冲式分泌。

研究认为，Kisspeptin主要通过结合下丘脑GnRH神经元上的GPR54，从而刺激GnRH脉冲发生器分泌GnRH来调控生殖功能。“GnRH 脉冲发生器”是一种产生负责LH脉冲释放的间歇性 GnRH分泌的神经集合[5]，其脉冲的频率和幅度均可影响促性腺激素的释放，并使个体的生殖功能发生综合性改变，这种分泌也是个体向垂体发出GnRH 信号的主要方式。较高频的GnRH脉冲有利于垂体释放LH，而较低频的GnRH脉冲促进FSH的分泌[6]。FSH主要促进卵泡的发育，而LH主要在排卵和卵泡膜细胞产生雄激素的过程中起作用。GnRH的释放受到复杂的神经内分泌网络影响，并对性激素的负反馈作出反应。值得注意的是，GnRH神经元缺乏性激素的受体介导负反馈[6]。性激素主要通过负反馈抑制Kisspeptin的释放，进而抑制GnRH的神经系统活动。另外，Kisspeptin可以介导雌激素的正反馈，促进LH峰的形成。从整体来看，Kisspeptin促进GnRH神经元的分泌，而GnRH的分泌是启动青春期的关键，提示Kisspeptin是启动青春发育时相的触发器。

在GnRH释放中，NKB通过其受体NK3R(由TACR3编码)发挥生物学作用，而TACR3的失活突变将导致人类促性腺功能的减退[7]，提示NK3R是致使青春期发育异常的关键因素。研究人员给予雌性大鼠侧脑室注射NKB溶液，发现NKB通过分泌性激素作用于大鼠的卵泡膜细胞和颗粒细胞，调节Kisspeptin水平[8]。NKB通过表达KNDy活性使发育异常的哺乳动物顺利进入青春期，KNDy神经元作为该信号传导的作用靶点，可为人类相关疾病的诊治提供新的干预思路。

Dyn是抑制个体生殖功能的内源性阿片肽，与其受体k-阿片受体(KOR，由OPRK1编码)已被证实参与抑制GnRH/ LH的脉冲式分泌。Dyn与Kisspeptin 和 NKB 共同表达在小鼠、大鼠、绵羊和山羊的下丘脑中。通过在小鼠下丘脑前腹侧室周核(AVPV)内输注nor-BNI(KOR拮抗剂)，发现nor-BNI可以促进LH的脉冲式分泌[9]。GnRH 脉冲的发生以多单元放电活动(MUA)波动增加为代表，对山羊的中枢注射Dyn可显著抑制KNDy神经元上的MUA波动，减少LH脉冲分泌，提示中枢注射KOR拮抗剂可加快MUA波动频率，并促进LH脉冲分泌[10]。

现有大量证据表明KNDy神经元作为GnRH脉冲式分泌的控制中枢，在青春期启动过程中起重要作用[11]，可以介导性激素的正负反馈来分泌GnRH，说明KNDy对HPGA的调控贯穿机体活动的始终。

2.2 Kisspeptin刺激垂体LH的分泌

Kisspeptin与其受体GPR54结合可直接刺激垂体分泌LH，LH具有调节卵母细胞的发育、卵泡的成熟和维持卵巢内类固醇激素的合成功能。通过分离雌猪垂体前叶细胞并以Kisspeptin培养基孵育，可发现LH分泌显著增加[12]，提示Kisspeptin可通过垂体调控LH，进一步影响雌猪的性腺功能和生殖行为。Kisspeptin还能够促进生长激素和促乳素水平的升高，并在硬骨鱼[13]和大鼠[14]中得到了证实，但与山羊[15]的结果截然不同。这表明Kisspeptin在垂体水平直接调控个体功能的结果仍存在矛盾，可能存在物种差异。

2.3 Kisspeptin促进卵巢卵泡的发育和排卵

许多啮齿动物的卵巢内均有KISS1 mRNA表达，提示Kisspeptin/GPR54系统可能调控卵巢功能。Kisspeptin可能通过上调卵巢中的抗缪勒氏管激素和下调FSH受体表达来调控窦前卵泡的发育[16]。研究人员构建了卵巢特定GPR54缺失小鼠，小鼠先后表现为排卵障碍和卵巢功能不全，伴随血中雌二醇(estradiol，E2)和LH水平下降[17]，提示小鼠的正常排卵离不开Kisspeptin/GPR54信号传导作用。

女性外周血中LH水平在排卵前呈现周期性地增加5～10倍提示排卵，LH缺乏会导致女性青春期发育缺失或发育不全。FSH可调节卵巢颗粒细胞中E2的产生，促进卵泡生长。卵泡发育晚期，FSH与LH协同作用，诱发排卵。研究显示：血清和尿液样本的Kisspeptin水平在正常月经周期中显示出独有的规律性。 在月经周期前5 d较低，第11天出现第1次高峰(检测优势卵泡直径接近1.2 cm)，月经第14天左右出现第2次较小高峰，两种样本中Kisspeptin变化规律相同。同时发现， 血清 Kisspeptin水平与17β雌二醇(E2)水平升高正相关，提示血清和尿液中Kisspeptin水平激增可作为优势卵泡发育和排卵预测的标志物[18]。Kisspeptin可能促进E2的分泌，同时E2又通过正反馈作用于排卵前Kisspeptin，使LH激增，说明Kisspeptin作为信号交通枢纽可能调节着E2和LH的水平，提示Kisspeptin可能促进卵泡发生，进而调控青春发动时相。

3 Kisspeptin与青春发动时相异常

很多青春期疾病如青春发育延迟和中枢性性早熟(central precocious puberty，CPP)都与Kisspeptin的异常表达有关。

3.1 青春发育延迟

青春发育延迟是指女孩在13岁或男孩在14岁没有呈现青春期发育的体征，其中一部分属于青春期体质性延迟，其余为促性腺素激素性性腺功能减退症[19]。当 GnRH分泌不足或缺失时会导致低促性腺激素性性腺功能减退症(hypogonado-tropic hypogonadism，HH)，HH是一种以青春期发育受损和不孕为特征的疾病。研究人员对患有HH的近亲家庭及家族中HH疾病相关的遗传因素进行调查，结果表明GPR54 纯合子功能的丧失损害了儿童的青春期发育和生殖功能[20]。对患有特发性低促性腺激素性性腺功能减退症(idiopathic hypogonadotropic hypogonadism，IHH)的非近亲家庭进行遗传分析[21]，发现3个兄弟姐妹的KISS1R均失活突变，表现为第二性征的发育不良(无阴毛腋毛、性器官发育不全)。GnRH脉冲式分泌促进青春发育时相的启动，临床应用GnRH泵皮下脉冲输注戈那瑞林对青少年HH安全有效[19]。对于IHH发生的相关基因研究发现，至少有17种基因影响GnRH神经网络和垂体促性腺激素细胞的正确调节，青春发动时相启动过程中发挥重要门控作用的Kisspeptin及其受体GPR54同样受到遗传因素的调控。KISS-1会在GnRH脉冲发生器的水平上调节青春发动时相；当GnRH的含量在青春期内保持相对恒定，下丘脑内的Kisspeptin水平就会上升。而GPR54的突变会导致先天性性腺功能减退症的发生；其过度表达则会导致青春发育提前，提示Kisspeptin/GPR54系统调控青春发动时相的启动。

3.2 中枢性性早熟

CPP主要表现为青春期的异常提前, 定义为女童在8岁之前、男童在9岁之前的一种以生殖器官快速发育及第二性征呈现的内分泌疾病。 KISS1、KISS1R及makorin 环指蛋白3( makorin ring finger protein 3，MKRN3)基因是明确的CPP致病基因，且MKRN3突变是 CPP的常见病因。CPP的女孩与青春期正常女孩相比，MKRN3水平更低，青春期启动后血清中MKRN3水平较青春发动时相启动前下降了15%[22]，且CPP女孩的血清Kisspeptin水平与LH/FSH水平呈正相关[23]，提示MKRN3和Kisspeptin血清水平具有辅助预测CPP的价值。MKRN3是抑制青春期启动的关键因素，而Kisspeptin作为青春发育时相启动的“看门人”，和MKRN3之间可能存在某种平衡机制并相互作用，从而调控内分泌的稳态，使机体正常进入青春期。

4 问题与展望

青春发动时相的启动是非常复杂的，受遗传、环境和内分泌等诸多因素影响。除此之外，Kisspeptin 还活跃在能量代谢、肿瘤形成、骨骼生长、妊娠和生殖等一系列内分泌过程中。在这个过程中，Kisspeptin与其他神经肽共同作用于HPGA，在下丘脑、垂体和卵巢水平调节GnRH的脉冲式分泌，但涉及垂体水平的实验结果有较大差异，推测可能存在物种差异。尽管Kisspeptin 在生殖医学领域已经用于临床[24]，但对于青春发动时相的研究目前多属于临床前研究。作为青春发动时相的一种临床可能诊断因子，Kisspeptin还需要特定的诊断学方法对其敏感性、特异性和预测价值进行评估。对于Kisspeptin及其异构体的药物作用与疾病之间的相互关系和发病机制应给予更多研究和循证依据，为青春期疾病的治疗提供新的思路。