這是一段有關(guān)性類(lèi)固醇激素信號對斑馬魚(yú)精巢發(fā)育調控作用的神奇探索！ 

　　CYP17A1是一種通過(guò)2步氧化反應，催化孕酮類(lèi)化合物生成雄激素類(lèi)化合物的酶。第一步反應是通過(guò)其羥化反應基團，羥基化C21的孕酮類(lèi)化合物形成17α羥基孕酮類(lèi)物質(zhì)，第二步是通過(guò)其17碳鏈裂解酶基團，將C21的17α羥化孕酮類(lèi)化合物轉變?yōu)?/span>C19的雄激素類(lèi)化合物，其后產(chǎn)物可在其他酶的作用下，還可繼續生成雌激素類(lèi)化合物。因此，CYP17A1是動(dòng)物體內生成雌、雄激素的關(guān)鍵酶。小鼠中將其敲除，會(huì )導致純合突變體在胚胎期死亡(Bair & Mellon, 2004)。前期將雄激素受體敲除的報道，都表明缺乏雄激素受體的斑馬魚(yú)精巢發(fā)育和生精作用受阻（Yong et al., 2017; Crowder et al., 2018; Yu et al., 2018）。 

　　中國科學(xué)院水生生物研究所殷戰研究員團隊獲得的CYP17A1敲除的斑馬魚(yú)，不同于小鼠同樣基因的突變，可以存活至成年。讓人驚奇的是全部成年突變魚(yú)性腺都發(fā)育成精巢，且均能產(chǎn)生成熟精子。更讓人不解的是，CYP17A1缺失的斑馬魚(yú)還能較野生對照雄魚(yú)出現精巢增生，產(chǎn)生更多具有活力的精子，只是雄性第二性征缺失，不與雌魚(yú)交配，失去了天然的交配能力。但采自突變魚(yú)的精子，卻能與采集的斑馬魚(yú)卵子進(jìn)行正常的人工授精，發(fā)育成正常的子代。 

　　沒(méi)有了雄激素的斑馬魚(yú)，卻都出現精巢增生，并產(chǎn)生更多成熟精子。這給研究帶來(lái)了困惑：①CYP17A1純合突變斑馬魚(yú)中雄激素還有嗎？科研人員采用常見(jiàn)的雄激素ELISA試劑盒檢測，發(fā)現與對照雄魚(yú)相比，突變魚(yú)中的雄激素含量巨降。但也不確定是ELISA檢測總有痕量讀值的原因，還是因為在斑馬魚(yú)攝食中，通過(guò)活體的餌料攝入，在ELISA檢測中總能發(fā)現微量的雄激素讀值。②由于魚(yú)類(lèi)的基因組加倍過(guò)程，斑馬魚(yú)中是否還具有另一個(gè)功能相似的CYP17A酶存在？前人報道的確斑馬魚(yú)還有一個(gè)CYP17A2蛋白的存在，但因其不具有如CYP17A1一樣的17碳鏈裂解酶基團，應該不能形成C19的雄激素類(lèi)的類(lèi)固醇化合物。 

　　另外，科研人員發(fā)現由于CYP17A1的缺失，其催化反應的前體底物孕酮類(lèi)化合物在體內出現了大量的富集，且cyp17a1-/-魚(yú)的垂體促卵泡激素(follicle-stimulating hormone β, tshβ)表達顯著(zhù)升高。通過(guò)構建cyp17a1-/-;fshβ-/-雙敲除斑馬魚(yú)，科研人員發(fā)現該升高的tshβ表達，是導致在CYP17A1中出現精巢增生和產(chǎn)精增多的原因，但即使缺失tshβ,正常的精巢和精子依然能在cyp17a1-/-魚(yú)中形成。于是，科研人員推測：CYP17A1純合突變斑馬魚(yú)出現成熟精巢的發(fā)育，可能是因為微量雄激素隨活餌料攝入導致；亦或由魚(yú)類(lèi)中常出現的配體-受體特異性不強，使突變魚(yú)中高量孕酮類(lèi)物質(zhì)與雄激素受體發(fā)生了非特異性激活而導致的(Zhai et al., 2018)。文章在Endocrinology上發(fā)表后，成為該雜志當年度top10%的高被引文章。 

　　通過(guò)與水生所肖武漢研究員團隊合作，科研人員獲得了cyp17a1-/-;ar-/-雙敲除魚(yú)，結果令人驚喜，該雙敲除的魚(yú)表現出和cyp17a1單敲除一模一樣的表型，在ar-/-魚(yú)群中還能出現的雌魚(yú), 在cyp17a1-/-;ar-/-魚(yú)群中消失了，而ar-/-魚(yú)精巢發(fā)育的缺陷，也在cyp17a1-/-;ar-/-魚(yú)中變?yōu)樵鰪姲l(fā)育的表型。這表明，在cyp17a1-/-中，科研人員所見(jiàn)的精巢表型是由獨立于雄激素信號通路的原因而導致的。由于在ar-/-斑馬魚(yú)中未發(fā)現孕酮升高的現象，而以孕酮類(lèi)化合物體外處理，可部分地挽救ar-/-的精巢障礙表型。通過(guò)與中山大學(xué)劉曉春團隊合作，科研人員獲得了孕酮核受體(npgr)缺失的斑馬魚(yú)品系。當同時(shí)獲得cyp17a1-/-;npgr-/-雙敲和cyp17a1-/-;ar-/-;npgr-/-叁敲的斑馬魚(yú)時(shí)，科研人員發(fā)現高量的孕酮，此刻再也不能使CYP17A1缺失的斑馬魚(yú)獲得正常發(fā)育的精巢（圖1）。后續大量數據分析表明，調控與促進(jìn)精巢組織增殖的關(guān)鍵基因insl3可能是高量孕酮/NPGR信號和雄激素信號通路的交匯點(diǎn)。 

圖1. 斑馬魚(yú)精巢組織在CYP17A1缺失背景下NPGR再敲除導致的解剖組織學(xué)觀(guān)察 　  

　　該系列工作首次發(fā)現動(dòng)物體內增強的孕酮/NPGR信號，可以發(fā)揮不依賴(lài)于雄激素信號通路，促進(jìn)和維持斑馬魚(yú)精巢發(fā)育和生精活動(dòng)的功能（圖2）。過(guò)去斑馬魚(yú)孕酮核受體的缺失，并沒(méi)出現精巢發(fā)育缺陷，這一發(fā)現，對在類(lèi)固醇激素生成途徑中，先期演化形成的孕酮/NPGR信號對動(dòng)物性腺發(fā)育的調控作用，提供了新的思考和視角。 

圖2. 斑馬魚(yú)性類(lèi)固醇激素對精巢發(fā)育與生精活動(dòng)的調控途徑 

　　有關(guān)孕酮/ NPGR信號對斑馬魚(yú)精巢發(fā)育的調控作用的研究結果，于2月28日由eLife網(wǎng)上發(fā)表（eLife 2022;11:e66118 DOI: 10.7554/eLife.66118）。該研究獲得科技部藍色糧倉項目（2018YFD0900205）和中國科學(xué)院先導項目（XDA24010206）等支持。