單環刺螠的分子生物學研究進展*

呂慧超 李秉鈞 焦緒棟

（1 煙臺大學海洋學院 山東煙臺 264005 2 中國科學院煙臺海岸帶研究所 山東煙臺 264003）

單環刺螠（Urechisunicinctus）俗名海腸，主要棲息于潮間帶下區及潮下帶淺水區的泥沙中，是一種經濟類海生無脊椎動物。屬螠蟲動物門（Echiuroidea）、螠綱（Echiurida）、無管螠目（Xenopneusta）、刺螠科（Urechidae）、刺螠屬（Urechis），是無管螠目在我國沿海分布的唯一種類［1］。

單環刺螠肉質細嫩、味道鮮美，含有人體必需氨基酸、多不飽和脂肪酸和多種微量元素，具有較高的營養保健價值［2］，自古以來就是沿海、特別是膠東地區的有名海鮮食材。“煙臺海腸”也是我國地理標志農產品之一。

近年來，關于單環刺螠的研究日益豐富。研究領域囊括了基礎生理生化分析、人工育苗和養殖技術、高附加值開發利用等各方面［3］。本文從分子生物學的角度，對螠蟲動物門的進化地位、生殖發育過程、生物活性物質、硫化物代謝機制等方面進行綜述，為單環刺螠的基礎研究和開發利用提供參考。

1 螠蟲動物門進化地位的思考

傳統分類學將單環刺螠、美洲刺螠蟲為代表的螠蟲歸為獨立的螠蟲動物門。但關于螠蟲動物是否應重新劃歸入環節動物門的爭議一直存在。分子生物學方面的研究為這一討論提供了新線索。

Kumazaki T.等［4］分析了環節動物羽毛管蟲（Sabellastartejaponica）、短角圍沙蠶（Perinereis brevicirris）及單環刺螠的5S rRNAs核苷酸序列，發現單環刺螠與羽毛管蟲和短角圍沙蠶的序列相似性分別為90%、92%，提示可能存在同一起源。Boore等［5］基于實驗結果提出以線粒體基因為工具，分析后生動物間分類地位和相互關系的可行性。吳志剛［6］對單環刺螠的線粒體全基因組序列進行了測定，發現其線粒體基因組上trnT、nad4L、nad4、nad1、trnI等基因的排列方式與環節動物一致，以此構建的系統發育樹顯示，代表螠蟲動物的進化分支完全落在環節動物門之內。實驗數據支持螠蟲動物起源于環節動物的假說，并對螠蟲動物的歸屬提出了思考。

2 生殖、發育過程中關鍵基因及酶學的分析

vasa基因編碼的RNA解旋酶是影響動物生殖發育的重要調控因子。霍繼革［7］克隆并分析了單環刺螠的vasa基因，發現其在生殖細胞中高表達，并存在母源性表達與合子表達轉換的現象。王航寧［8］采用原位雜交技術對vasa基因在發育過程中表達的時空特異性分析發現，在發育的晚期蠕蟲狀幼蟲階段，該基因在生殖腺發生區域高表達，推斷單環刺螠的生殖細胞為后成模式，vasa基因可能參與發育過程中的組織細胞分化。

譚信等［9］采用蛋白免疫印跡法，研究了單環刺螠發育初期絲裂原激活的蛋白激酶MAPK活性的變化，發現MAPK不參與減數分裂的開始和結束，但不可或缺；鈣離子載體、蛋白磷酸酶抑制劑能激活卵母細胞的減數分裂，PKC激活劑可縮短受精卵排極和卵裂時間。陳宗濤［10］對幼蟲發育過程中同工酶及酶學特性進行分析，發現EST、MDH、ACP、ALP等同工酶的酶譜隨發育進程發生顯著變化。隨著幼蟲攝食行為的開始，消化酶活性和表達增強，在擔輪幼蟲期已具備了一定的對脂類的消化能力。

單環刺螠具有較高的經濟價值，與之相關的生殖、發育基礎性研究和成果，為其人工育苗和養殖技術的發展和成熟提供了很好的基礎和依據。

3 生物活性物質的鑒定

單環刺螠不僅味道鮮美，還富含多種生物活性物質。目前關于其活性多肽、多糖、功能蛋白方面均有報道，在抗凝血、溶栓、抗菌、抗腫瘤等方面具有較好的醫用開發價值。

1954年Maruyama［11］從單環刺螠的體壁肌肉中分離出一種ATP酶（腺苷三磷酸酶），揭開了單環刺螠體內活性分子研究的序幕。Ikeda等［12］從單環刺螠的腹神經索中提取了2種螠速激肽（urechistachykininⅠ，urechistachykininⅡ），隨后Kawada等［13］發現了5種類似多肽（螠速激肽Ⅲ～Ⅶ）。速激肽是一種小分子的神經遞質，具有控制疼痛、調節情緒、舒張血管、分泌唾液和促進胃腸道吸收等功能，部分分子具有一定的抗菌效果。

Oh H.Y.等［14］從單環刺螠體內分離鑒定出一種溶菌酶，克隆、分析了其基因和蛋白結構，并完成了重組制備，發現其具有抗菌效果。

Ozeki等［15］從單環刺螠中分離出一組分子量分別為3.6×104、4.0×104、1.4×104的D-半乳糖凝集素，具有抑制血液凝集的能力。Hee-Yeon等［16］分離純化出一種抗凝多肽UAP，具有抑制血凝因子FX轉化為FXa、延長活化部分凝血活酶時間的效果。劉萬順等［17］從單環刺螠的體腔液中分離得到了 一組纖溶酶（Ⅰ～Ⅳ），郭金明等［18－22］、韓寶芹等［23］、馮伊琳［24］、杜芳［25］、孫雪燕［26］分別對該組纖溶酶的基因進行了分析，利用體外重組表達和蛋白純化工藝，研究了重組纖溶酶的制備和純化工藝，發現均具有較好的抗凝活性和纖溶活性，且生物安全性較高。刁勇等［27］將單環刺螠粉碎、抽提、超濾、分級后，得到分子量為7 000～20 000的多肽組分ATCUU，經體外、體內實驗證實ATCUU具有纖溶活性，溶解血栓的效果。高劑量處理組（3 000 U／kg）的血栓抑制率分別達到54.3%和44.3%。

袁春營等［28］、焦緒棟等［29］分別從單環刺螠的體壁和廢棄內臟中提取了活性多糖，分析其為糖胺聚糖。體外實驗證實該糖胺聚糖可明顯延長凝血時間，鈍化肝素輔因子Ⅱ抑制凝血酶的活性，顯著降低血漿凝血因子Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅺ、Ⅻ的活性（P<0.05），降低血液鈣離子濃度的作用明顯優于肝素鈉（P<0.01）。苗飛等［30］發現單環刺螠糖胺聚糖能降低大鼠血小板的最大聚集率（P<0.01），降低血小板內的鈣離子濃度（P<0.01），升高大鼠血小板cAMP濃度（P<0.01），降低血漿中的TXB2濃度（P<0.05），升高大鼠血漿中的六酮前列腺素F1α濃度（P<0.01）。

趙歡等［31］使用分級超濾的方法提取單環刺螠體腔液中分子量小于8 000的多肽，實驗證實該多肽對腫瘤有一定的抑制作用、對細胞免疫和非特異性免疫具有顯著促進作用。焦緒棟等［32］克隆了單環刺螠胰凝乳蛋白酶抑制劑基因，利用原核表達技術獲得了重組蛋白，體外抑瘤實驗表明重組蛋白對肝癌細胞、乳腺癌細胞具有一定抑制效果。

4 硫化物代謝機制研究

正常生物體對H2S的耐受濃度很低，但單環刺螠能在富硫環境中正常生存繁衍，因此，其耐硫機制備受關注。霍繼革等［33］發現MAPK可由硫化物刺激激活，進而調節下游生理反應。馬玉彬［34］、譚志［35］等分析了線粒體中與硫代謝相關的硫醌氧化還原酶、交替氧化酶、硫氰酸酶、硫雙加氧酶等酶系的作用。 史曉麗［36］、張立濤［37］等通過差異表達技術解析了與硫化物代謝相關的基因和關鍵信號通路。李岳［38］獲得細胞調亡分子Caspase-3基因并利用重組蛋白制備了多克隆抗體。Ma X.等［39］克隆表達了抗凋亡因子Bcl-xL重組蛋白，制備了多克隆抗體，發現Bcl-xL在單環刺螠應對低濃度硫化物暴露時發揮作用。此方面工作已有多篇綜述文章報道，在此不再贅述。

5 小結與討論

單環刺螠主要分布于俄羅斯、日本、朝鮮和我國黃渤海地區。由于其可隨海浪、潮汐等環境變化產生生境轉移，煙臺、大連、日本、韓國等地的單環刺螠不存在明顯的地理隔閡和種群分化［40］。

近年來我國學者對其人工育苗和養殖技術進行了廣泛探討，多項技術獲得突破，在山東煙臺、濰坊、威海及遼寧大連等地皆實現了人工育苗和小規模養殖。為這一自然資源的保護和開發利用奠定了基礎，有望形成新的養殖品種和增產、增收方式。

隨著分子生物學技術特別是高通量測序技術的普及和應用，圍繞單環刺螠基礎生物學研究逐步深入，特別是在個體生殖發育過程、活性物質鑒定、硫代謝機制等方面已取得較大進展。近幾年來，國內科研人員對單環刺螠的關注度逐漸提升，研究單位也逐漸增多，研究深度不斷加強。在育苗、養殖、加工及高值利用領域有望形成系統性成果。

但總體來說仍存在較大改善空間：一方面，相對于研究工作開始較早的海參、牡蠣等海洋生物，單環刺螠的研究興起晚、基礎研究仍薄弱，關于單環刺螠的遺傳背景、功能基因、應用基礎研究尚需時日，遺傳圖譜的構建、高品質品種選育等工作仍需投入較大精力；另一方面，雖然國內對單環刺螠活性物質提取工藝研究較多，但實際應用方面仍嚴重不足。特別是在單環刺螠的潛在醫用價值開發方面，針對活性物質制備關鍵技術、產品復配關鍵技術、規模生產關鍵工藝、功效評估等尚待開展，與之相關的科研—生產—應用—測試—銷售渠道急需通暢。

通過高附加值產品的開發，帶動上游的單環刺螠育苗、養殖、加工、銷售等整個產業鏈的良性運轉，不僅可滿足人民群眾對單環刺螠的需求，也可解決資源可持續利用的問題。