魚類生長激素研究及應(yīng)用進(jìn)展

(新疆維吾爾自治區(qū)水產(chǎn)科學(xué)研究所 新疆 烏魯木齊 830000)

魚類生長激素研究及應(yīng)用進(jìn)展

李曉東 時(shí)春明

(新疆維吾爾自治區(qū)水產(chǎn)科學(xué)研究所 新疆 烏魯木齊 830000)

魚類的生長和發(fā)育受體內(nèi)各種激素的調(diào)節(jié)，其中生長激素對魚類的生長起主要調(diào)控作用。同哺乳動(dòng)物類似，在魚類中，生長激素由腦垂體中的生長激素細(xì)胞分泌并通過血液運(yùn)輸?shù)阶饔貌课弧，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，魚類血液中生長激素的含量與魚體生長速率的季節(jié)性變化有顯著關(guān)系。因此，意味著如果人為增加魚體中的生長激素含量，能夠加快魚類的生長，進(jìn)而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。生長激素在魚體中含量很低，從腦垂體中大量獲得生長激素用于漁業(yè)生產(chǎn)面臨著生產(chǎn)效率低下、成本高等問題。這就限制了生長激素在生產(chǎn)中的大規(guī)模應(yīng)用。但隨著生命科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得人們利用重組的魚生長激素進(jìn)行漁業(yè)生產(chǎn)就有了可能性。為此，本文就魚類生長激素研究進(jìn)展及其對魚類生長發(fā)育影響的研究進(jìn)行簡要綜述。

1 魚類生長激素結(jié)構(gòu)及其作用機(jī)理研究

1.1 魚類生長激素結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

自上世紀(jì)70年代有研究證實(shí)魚類腦垂體中含有與哺乳類生長激素類似的免疫和生物活性物質(zhì)并分離純化。有關(guān)魚類生長激素的研究一直是一個(gè)熱點(diǎn)。迄今為止，有鯉魚、羅非魚等多種魚類生長激素被分離鑒定。我們利用NCBI蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫對常見魚類生長激素氨基酸序列進(jìn)行比對（圖1），發(fā)現(xiàn)不同種類之間序列保守度較低，但是相關(guān)功能區(qū)完全保守。為此，我們對生長激素高級結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)富含螺旋且相似度較高（圖2）。

圖1 常見魚類生長激素氨基酸序列比對結(jié)果

圖2 日本真鱸、鯉魚、大西洋鮭、鰻鱺生長激素高級結(jié)構(gòu)

1.2 魚類生長激素作用機(jī)理及功能研究

同哺乳動(dòng)物類似，生長激素作為魚類生長發(fā)育的調(diào)控因子。其作用必須與細(xì)胞上相應(yīng)的受體相結(jié)合才能發(fā)揮生理功能。在魚類中，生長激素受體主要在肝細(xì)胞上分布，其他如性腺、腎臟、腦組織等也有少量分布。研究證實(shí)在肝臟中生長激素能夠促進(jìn)肝細(xì)胞中生長調(diào)節(jié)素的分泌，生長調(diào)節(jié)素可以直接作用于組織細(xì)胞，從而促進(jìn)魚類的生長發(fā)育。現(xiàn)有研究證實(shí)生長激素能夠促進(jìn)消化系統(tǒng)對氨基酸的吸收和增加組織細(xì)胞RNA的合成進(jìn)而促使魚體蛋白質(zhì)合成，從而提高食物的轉(zhuǎn)化率，實(shí)現(xiàn)促進(jìn)魚體生長的目的。除此之外，生長激素能夠降低銀大麻哈魚和海鱒幼魚鰓的鈉離子濃度，進(jìn)而調(diào)節(jié)滲透壓；通過與生殖系統(tǒng)的受體結(jié)合促進(jìn)類固醇類激素分泌并刺激精子和卵細(xì)胞發(fā)育。

魚類生長激素的分泌受外界環(huán)境和體內(nèi)各種因素的共同調(diào)節(jié)。現(xiàn)有研究表明，魚類生長激素的分泌調(diào)控主要受下丘腦分泌的生長激素釋放因子和釋放抑制因子的雙重調(diào)節(jié)。外界環(huán)境，如水溫、光照、飼料等環(huán)境因素，對魚體中生長激素的含量有較大影響。在饑餓條件下，魚類血液中生長激素含量顯著提高，但是肝細(xì)胞中生長激素受體反而降低，這可能與類胰島素生長因子的調(diào)控有關(guān)，但需要進(jìn)一步研究。

2 重組魚類生長激素在生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 重組魚生長激素能夠促進(jìn)魚類生長

目前，世界上已有多種魚類的生長激素基因被克隆并重組表達(dá)。重組生長激素同天然生長激素具有相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和生物活性。人們利用重組生長激素對增加魚類的生長速率進(jìn)行了一系列研究，均表明重組生長激素能夠顯著增加魚類的生長率。Tsai等對鯔注射重組黃鰭鯛生長激素四月后，實(shí)驗(yàn)組體重和體長均較對照組增加20～60%。有研究利用表達(dá)重組虹鱒生長激素的釀酒酵母基因工程菌投喂羅非魚，證實(shí)具有明顯的促生長作用。

2.2 重組魚生長激素使用方式對魚類生長的影響

魚類生長激素是由173～188個(gè)氨基酸殘基組成的分子量約為22KD的蛋白質(zhì)。理論上，如果通過投喂、飼料添加等方式使用會(huì)存在降解的可能性，使其效率低下。但是孫穎通過使用灌喂、注射和作為飼料添加劑對草魚使用重組生長素，發(fā)現(xiàn)重組生長素作為飼料添加劑能夠顯著增加魚體的體重、體長、食物轉(zhuǎn)化率和肥滿度，這意味著在草魚等硬骨魚小腸上皮細(xì)胞具有吸收大分子蛋白的能力。此外，重組生長激素還可以通過埋置、浸泡等使用方式用于各種魚類。

總而言之，比如灌喂、埋置等方式都存在生產(chǎn)效率低下、生產(chǎn)成本過高等問題，導(dǎo)致不適合大規(guī)模生產(chǎn)。因此，我們主要將其作為飼料添加劑進(jìn)而促進(jìn)魚類生長。但是這種方式最大的弊端就是魚體消化道對其的降解作用，在這種情況下我們只能增加劑量，以保證生產(chǎn)效率的最大化。對于生產(chǎn)成本而言，重組生長素或工程菌由于能夠規(guī)模化生產(chǎn)其生產(chǎn)成本較低。有人建議使用一些消化道酶的抑制劑抑制外源生長素的降解作用，本人認(rèn)為這種方式不合理，因?yàn)檫@勢必影響魚類自身對營養(yǎng)物的利用，不利于生產(chǎn)。

2.3 重組魚生長激素對魚類營養(yǎng)成分的影響

魚類作為人們動(dòng)物源性蛋白的主要來源之一，其安全性關(guān)乎人民的身體健康和家庭幸福。因此，我們在飼料中所使用的各種添加劑不能影響魚類自身營養(yǎng)成分。姜麗娟等將黃顙魚生長激素克隆并重組表達(dá)后，用其對黃顙魚幼魚浸泡處理后測量幼魚的水分、粗蛋白、粗脂肪和灰分，證實(shí)處理組與對照組無差異；停用生長激素后也沒有差異。潘忠超將重組斜帶石斑魚生長激素作為飼料添加劑飼喂斜帶石斑魚，證實(shí)肌肉中粗蛋白、粗脂肪、水分和灰分在實(shí)驗(yàn)組和對照組之間均無顯著差異。另有研究表明外源生長激素在魚體半衰期短，不會(huì)產(chǎn)生積累。這說明以外源生長素激素作為飼料添加劑不會(huì)影響食品安全。

3 結(jié)語

魚類的生長發(fā)育除了受生長素影響之外，其他如固醇類激素、多巴胺等對魚類生長也有顯著影響。各種激素之前相互作用，影響魚類的生長、發(fā)育、生殖。生長素作為一種大分子蛋白，現(xiàn)在由于生物技術(shù)的發(fā)展使得其生產(chǎn)成本低下，從而能夠大量使用且使用方便，并且沒有副作用，不會(huì)引起食品安全問題。因此，將重組生長素作為飼料添加劑是能夠增加漁業(yè)生產(chǎn)效率的。