神经肽Phoenixin的表达分布与功能机制的研究进展

李嘉悦 刘 立 何玲玲 侯悦晨

甘肃中医药大学中西医结合学院，甘肃兰州 730020

随着分子生物学、生物信息学的迅速发展，人类基因组计划提供了丰富的生物学信息，近10 a 来科学家运用这些技术不断发现新的神经因子，包括Nesfatin-1、Spexin、Kisspeptin以及Phoenixin等。人们也越发关注神经因子与脑功能之间复杂的作用机制。神经肽Phoenixin（PNX）作为其中的一种新型神经肽，目前科学界的研究和运用仍处于初步阶段。神经肽Phoenixin（PNX）有两种亚型PNX-14和PNX-20，虽然序列结构有差异，但具有相似的生物学活性。

神经肽PNX首先是从大鼠下丘脑和牛心脏中被分离出的，现已确认存在于众多哺乳动物与非哺乳动物中，PNX 通过激活G-蛋白偶联受体（GPR173），表达于生物体多种中枢及外周组织中。PNX在中枢系统中的下丘脑区表达最显著，推测PNX 可能在下丘脑-垂体-性腺（hypothalamus-pituitary-gonad，HPG）轴的多个水平发挥作用，通过激活GnRH 受体，对HPG轴进行调控，从而起到促进生殖功能和食欲、减少焦虑行为，改善记忆与认知等生理功能。表达在中枢系统其他部位的PNC有助于提升小鼠的运动能力、记忆力、调节体液电解质平衡，并与皮肤的瘙痒、温度及内脏的痛觉相关，PNX还有广泛的抗氧化、抗炎、保护线粒体、保护小胶质细胞和星形胶质细胞的作用。在外周组织中，作用最显著的是表达在胰腺细胞中的PNX，可调控胰岛素的分泌，参与机体代谢，另外，在心脏、胸腺、胃、食道、脾脏、肺、小肠、空肠回肠、卵巢等组织中也检测到了该肽与其受体的表达，但其作用尚不完全明确。

本文综合关于神经肽PNX 的研究，阐明其在动物及人体内的表达分布与作用机制，发现PNX 在医学领域具备颇有价值的运用潜能，为今后的研究方向理清思路。

1 PNX的概述

近10 a 来，随着神经分子生物学和生物信息学的快速发展，各种新技术被应用于发掘内源性神经肽［1］，加之隐马尔科夫模型（hidden markov model，HMM）的成功引入和人类基因组计划所提供的丰富信息［2］，一些新的内源性神经肽的基因序列已被鉴定和识别［3］，其在动物体内不仅有普遍的生理活性，并且发挥了各自独特的效能，其中包括Nesfatin-1、Spexin、Kisspeptin以及Phoenixin等［1］。

神经肽Phoenixin（PNX）是Smim20 蛋白的裂解产物［4］，其前体蛋白为C4orf52。C4orf52 含有一个可以被酰胺化的C-末端甘氨酸残基［5］。 C4orf52 蛋白裂解产生最多的是一个含有14 个氨基酸残基的肽，序列为DVQPPGLKVWSDPF-NH2，这就是PNX 的亚型之一PNX-14［6］。PNX的另一种亚型是PNX-20，其氨基酸序列为AGIVQEDVQPPGLKVWSDPF-NH2，是在与PNX-14 共表达的N-末端延伸出6 个氨基酸肽［7-8］，PNX-20 在不同物种中的氨基酸序列稍有差异［9］。虽然PNX-14和PNX-20的序列结构有差异，但具有相似的生物学活性［8］。

2 PNX的表达分布

神经肽PNX首先从大鼠下丘脑和牛心脏中分离出［5］，现已确认存在于众多哺乳动物与非哺乳动物中，包括人、鼠、犬、猪、鱼、虾等［2，8］，PNX通过激活G-蛋白偶联受体（GPR173）［4］，显著表达于生物体的各个组织中。科学家对鼠［10］、兔［1］等动物的多种器官采用了westernblot和免疫组织化学检测，以探索PNX的表达分布。相比较之下，PNX在中枢系统中的下丘脑外侧（LH）、下丘脑腹内侧（VMH）、穹窿周围区［5，10］、大脑中央内侧、杏仁核、三叉神经脊束、脊髓小脑束［11］、孤束核［4-5］中为高密度表达，在终纹床核、终纹后区、背侧运动核以及背侧迷走神经［12-13］中为中密度表达，而在弓状核、视上核和中缝苍白球［14-15］中则为低密度表达。有研究报道，该肽也表达于黑质网状部、房室核、垂体前叶和垂体后叶［1，13］、海马体［16］中。另外，在多种外周组织［17］如心脏、胸腺［10］、胃、食道、脾脏［5］、肺、小肠、空肠回肠、胰腺［11，13］、卵巢［14］中也检测到了该肽与其受体的表达。

3 PNX在外周组织中的功能机制

科学家们根据PNX及其受体的表达分布情况，进行了多种动物及临床实验，以明确其生物学作用。

近期实验表明，PNX在大鼠胰腺的α和β细胞［18］、胰岛外侧的朗格汉斯细胞中皆有所表达，并且PNX与胰高血糖素共定位［11］。推测胰高血糖素阳性细胞可产生PNX［11］。PNX 与胰腺相互作用，通过影响胰岛细胞的功能，调控胰岛素的产生和分泌，有助于脂质代谢［18］和能量平衡［4］。其次，PNX对心脏能产生保护作用［18-19］，研究显示PNX可直接作用于心肌细胞，在对冠状动脉压和心率无影响的情况下改变其收缩和舒张能力［4，19］。另外，PNX是胃肠道功能的关键调控因子，是一种重要的脑肠肽［14-15］。

4 PNX在中枢系统中的功能机制

4.1 PNX 在非下丘脑的中枢部位在中枢神经系统中，phoenixin 的广泛分布提示其具有多效性［11］。动物的体外实验将PNX-14直接注入小鼠海马体，观察到小鼠的运动能力、记忆力均有所提升［12，16］，且海马区内的PNX-14 被证实在持续癫痫样活动中起到了调节作用［20-21］。

视上核（SON）和室旁核（PVN）的PNX 受体信号提示PNX 可能有刺激精氨酸加压素（AVP）、催产素（OT）释放的作用［1，22］，相关的动物体外实验将Phoenixin 注入脑室验证了此假设，推测Phoenixin 通过对AVP、OT 释放的影响，在控制体液和电解质稳态方面起到潜在的重要作用［22］。另外，PNX 在SON与PVN 中的表达与焦虑信号的调控相关［11］，OT 与AVP是公认的压力调节素，作用于下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA），可影响室旁核细胞合成促肾上腺皮质激素释放激素（CRF）［1］，并能将室旁核的激活信号投射到大脑调节焦虑和压力的区域，如杏仁核［12］中。而在孤束核（NST）这一脑区中较高表达的PNX 也与HPA轴的压力调节相关［4］，实验表明其能向弓状体发出广泛的肾上腺素能投射信号［23］。总之，PNX 经上述脑区的作用，影响了肾上腺素的合成和释放［1］，对压力情绪进行调节。另外，科学家根据在中缝苍白球的Phoenixin-14免疫反应性，推测该肽也参与了抑郁症的调解［11］。

研究显示PNX在背根神经节、三叉神经节、结节状神经节、肌间神经等感觉神经中有所表达，并且在背角浅层的细胞突起和三叉神经脊束中有较高密度的表达，提示PNX可能是大脑-皮肤、大脑-肠道连接中的神经因子［1］。相关的动物实验结果证实了此推测：在动物皮肤中检测到了PNX 的表达，追踪鉴定PNX 发出的信号投射到了脊髓背角细胞，且皮下注射PNX-14 会导致小鼠进行抓挠行为［3］。提示PNX在感觉纤维中起作用，并将信号从皮肤传到脊髓。其次，PNX 与三叉神经脊核发出的温度信号以及内脏的痛觉相关［11］。

另外，近年来PNX被发现在大脑的多个区域中，有抗氧化、抗炎、保护线粒体的作用，具有治疗神经损伤的潜力［24］。首先，实验表明PNX-14能通过降低NO 从而减轻氧化应激；通过抑制OGD/R 诱导HMGB1 的表达，减轻急性炎症级联反应［25］；通过显著降低ROS、维持SOD水平，抑制LPS诱导的神经损伤［24］。其次，PNX-20 可以刺激线粒体的表达基因，从而增加线粒体的DNA 含量和细胞内ATP 含量［26］，并且减轻小胶质细胞的炎症损伤［27］，对星形胶质细胞也能起到保护作用［4］。

4.2 PNX 在下丘脑内的作用机制在动物体内有着最高水平PNX 表达的组织是下丘脑［1，5］。同一物种中，与周围组织相比，PNX在下丘脑中的表达至少高出5倍［5，11］。近年来有科学家在垂体中检测到了该肽的表达，推测PNX可能是通过下丘脑-垂体的内分泌轴起作用［28］。PNX 被视为促性腺激素轴刺激物，可调节类固醇的活性［12］，推测PNX可能在下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴的多个水平发挥作用［3，28］。外源性研究证实［1］，PNX与GPR173的结合可激活下丘脑内的特异性环磷酸腺苷-蛋白激酶A 通路［23］，刺激GnRH受体的mRNA表达［6］，调节GnRH分泌［16］，进而控制垂体中促性腺激素LH、FSH 的释放［13-14］。体外研究证明，PNX也可能直接作用于垂体［29］，上调垂体前叶细胞中促性腺激素的表达［30］。综合近几年的众多动物及临床实验，下丘脑内的PNX在调节生殖、抗焦虑［18］、调控体温［8］、影响进食［14］、形成记忆［16］和改善认知能力等方面都有潜在的作用。

4.2.1 对生殖系统的影响：雄性的GnRH分泌频率较为恒定［29］，LH、FSH 可激活睾丸间质细胞合成睾酮素［17］，PNX 的体外注射研究证明PNX 可增加雄性小鼠的血浆FSH、LH及睾酮素水平［17］，有助于改善生育能力低下、青春期迟滞等生殖功能障碍［28］。

相较于雄性，PNX 对雌性生殖系统调节的研究更为丰富、成熟。雌性的GnRH分泌的频率和程度与生殖周期密切相关。通过实验检测到PNX与其受体在性腺轴中的表达与月经周期相关［29］，结合对小鼠体外注射PNX［10］和体内siRNA敲除实验的结果—雌鼠的发情延迟和发情基因表达减少［1，5］、垂体GnRH受体表达降低［3］、LH分泌减少［30］，推测PNX是调节生殖激素分泌的重要肽类［28］。其次，PNX 表达于卵巢和卵泡［18］，可以促进雌二醇的生成［11］。PNX 也能刺激卵泡发育基因的表达，影响卵泡的成熟，从而增加卵母细胞的数量［4］。另外，研究发现患有多囊卵巢综合征（PCOS）的患者PNX 水平升高较明显［12，30］。PCOS患者存在神经内分泌的异常，包括GnRH脉冲式分泌频率过快［30］、血清中的LH、雄激素水平过高［13］等，这可能与PNX对GnRH的脉冲释放的调控有关。

需要指出的是，PNX 对HPG 轴的调节作用并不是单一的，而是与多种因素相互作用的结果。如PNX 与神经肽Nesfatin-1 在下丘脑中共表达，推测可共同诱导各种性激素的分泌［17］，并且弓状核含有一个可表达PNX的Kisspeptin核团神经元群，可将传出信号发送至下丘脑，参与调控GnRH 的分泌［3］。此外，性腺轴的功能会受肾上腺轴（HPA）功能的影响，且孤束核（NTS）作为后脑的自主神经整合中心，当机体承受一定水平的生理或心理压力时，NTS 会通过脑区的连通性激活HPA轴，改变下丘脑内PNX 的水平，从而影响HPG轴的激素分泌。

4.2.2 调节焦虑行为：PNX 在下丘脑内的抗焦虑作用是经过多项实验证实的。GnRH 激动剂可在大鼠体内产生抗焦虑作用［8］，且选择性GnRH 受体治疗拮抗剂（Cetrorelix）能部分消除PNX-14 的抗焦虑作用［12］，推测下丘脑中的PNX 是通过调节GnRH 的分泌起到抗焦虑作用的。

动物的体外实验将PNX-14 以不同剂量注射到小鼠的下丘脑前区，观测到小鼠出现剂量相关性的抗焦虑行为改变，表现为在旷场实验和高架十字迷宫实验中的焦虑行为减少［8］，而将PNX-14 注射到掌控情绪的中央杏仁核并未产生抗焦虑作用［3］，进一步证实PNX 是在下丘脑中起到抗焦虑作用的。另外，行为学实验显示束缚应激影响了动物体内的PNX水平［20］；而在临床实验中，报告显示受试者的焦虑程度与PNX的含量呈负相关［10］。

4.2.3 调节体温：有报道称GnRH是一个重要的体温调节因子［8］，科学家推测下丘脑内的PNX 可以通过调控GnRH的分泌从而调节动物体温［6］。研究发现，体外注射PNX 的小鼠核心温度降低［8］，并且运用GnRH受体拮抗剂Cetrorelix可完全拮抗PNX引起的体温降低［6］，这两项实验结果证明了上述推测［3］。

4.2.4 调节食欲：PNX被认为是一种能调节食欲的神经肽［18］。实验将PNX-14注入小鼠侧脑室，发现小鼠的用餐时间和进餐量增加，且用餐间隔期间的饱腹感降低［14］，证明PNX有促进进食行为的作用［11］，并且这种促食欲作用与下丘脑所调节的昼夜节律相关［12］。4.2.5 参与记忆形成和认知功能：体外实验给小鼠中枢注射PNX-14后，观察到小鼠的位置识别能力增强、记忆维持时间增加［31］。阿尔茨海默症（Alzheimer’s disease，AD）患者淀粉样斑块中存在α-突触核蛋白，可与细胞外β淀粉样蛋白共同促进沉淀，所以大脑中Aβ蛋白的沉积是引发AD 的关键因素，有动物实验给小鼠侧脑室中注射Aβ1-42，14 d 后会出现记忆损伤并形成痴呆，而在脑室注射PNX-14后能显著减少Aβ1-42 淀粉样蛋白的沉积和记忆损伤［6］，并且PNX能改善由东莨菪碱引起的记忆损害［12］。轻度认知障碍（mild cognitive impairment，MCI）患者的记忆和其他认知域出现受损，但程度尚未达到痴呆的标准［31］，在相关人体临床研究中，有MCI的老年患者血浆中的PNX 水平与主观记忆主诉及逻辑记忆能力呈负相关，此外，患有轻度认知障碍的成年女性和男性的Phoenixin 水平降低。有研究称HPG轴分泌的GnRH可能参与调节了学习和记忆功能［12］，GnRH受体拮抗剂Cetrorelix可以降低PNX改善小鼠记忆力的效能［4］，另外，由GnRH刺激分泌的FSH、LH和睾酮素等性激素也参与了学习、记忆等认知功能［6］，并且LH可以调节Aβ的加工沉积［16］。上述研究证明，PNX-14可能是通过激活GnRH 受体，形成并延长记忆，改善认知功能［6］。尽管科学界在近几年对AD 生物标志物的研究取得了较快发展，但对疾病的诊断、治疗仍然没有突破性进展［32］，上述研究结果提示PNX-14 有望成为AD的诊断标志物或治疗有效药物［16］。

5 小结

近年来，不断有新的神经肽被发现，Phoenixin（PNX）作为其中的一员，在动物下丘脑内的表达含量最显著，最初发现的生物学功能是与生殖相关，故又被称作神经生殖肽凤凰素。近期的多项研究在中枢系统的其他部位，以及各种外周组织中均发现了PNX的表达［11］。根据表达位点的不同，PNX表现出多效性［24］。如在外周组织中，作用最显著的是表达在胰腺细胞中的PNX，其可调控胰岛素的分泌［18］，参与机体代谢［13］。而在中枢系统中，表达在海马体内的PNX 有助于提升小鼠的运动能力、记忆力；也能刺激AVP和OT 释放［1］，在调节体液电解质平衡的同时［22］，参与HPA轴的压力调节［31］；表达在感觉神经中的PNX被认为是连接大脑与皮肤、大脑与肠道的重要神经因子［1］，与皮肤的瘙痒、温度及内脏的痛觉相关［11］；并且PNX有广泛的抗氧化、抗炎、保护线粒体、保护小胶质细胞和星形胶质细胞的作用［24］。最后，PNX在下丘脑中的作用最复杂和重要，其通过激活GnRH受体，对HPG轴进行调控［17］，起到促进生殖功能［10］和食欲［18］、减少焦虑行为［12］，改善记忆与认知等生理功能。

6 展望

PNX 作为一种多效且高效的新型神经肽，被多项实验证明有正向调节动物多种生理功能的作用。目前的实验表明PNX 可以运用于治疗皮肤瘙痒、改善生殖功能障碍、缓解焦虑抑郁等情绪障碍、延缓AD的记忆力减退、修复脑卒中后的神经损伤。而对于心脏的保护、食欲和机体能量代谢以及体温的调节机制尚不完全明确，需要进一步研究。 望本文能为PNX 未来的研究方向理清思路，以期PNX 能够在不久后运用到临床工作中，成为某些疾病的诊断标志物或靶点治疗药物，这将会给多个医学学科带来有价值的突破。