儿茶酚胺代谢途径在蝙蝠冬眠中的分子变化机制

【摘要】：在冬眠过程中,动物会经历蛰伏、苏醒的周期循环,其中多项生理指标都会发生剧烈且频繁的变化,但这个过程对动物自身似乎没有损害。并且在非冬眠动物中尚未发现这种对生理剧烈变化的高度耐受性,因此人们对研究动物冬眠产生了浓厚的兴趣。蝙蝠在长期的进化过程中形成了1300多种形态各异、习性多样的家族成员,约占哺乳动物种类的四分之一,是唯一具有持续飞翔能力的哺乳动物。其中绝大多数小蝙蝠具有很强的冬眠能力,目前国内外不仅广泛研究蝙蝠的形态结构、生活习性,也对其冬眠能力的进行了大量研究,但是在蝙蝠冬眠分子层面的研究却相对较少,所以我们针对蝙蝠冬眠进行系统性的探究。我们的前期研究表明,苯丙氨酸、酪氨酸生成延胡索酸盐的代谢过程,在蝙蝠冬眠中产生了适应性进化;这条代谢途径能促进有毒中间代谢产物的分解,并为蝙蝠冬眠提供部分能量。而与此代谢途径相关的儿茶酚胺代谢途径,是否也对蝙蝠冬眠发生了适应性变化,目前并不清楚。儿茶酚胺(Catecholamines,CAs)主要成分包括多巴胺(Dopamine,DA)、去甲肾上腺素(Norepinephrine,NE)、肾上腺素(Epinephrine,E)及其衍生物,因为它们既是一类神经递质,又是一类激素物质,并具有许多重要的生理功能,所以非常值得深入了解。我们首次以大足鼠耳蝠(Myotis ricketti)为研究对象,在蝙蝠大脑、肝脏和肾脏组织中,利用荧光定量PCR、蛋白免疫印迹和靶向代谢产物测定等方法,对儿茶酚胺代谢途径中的六个酶,即单胺氧化酶A(Monoamine oxidase A,MAOA)、单胺氧化酶B(Monoamine oxidase B,MAOB)、儿茶酚胺氧甲基转移酶(Catechol-O-methyltransferase,COMT)、醛脱氢酶1A1(Aldehyde dehydrogenase 1 family member A1,ALDH1A1)、醛脱氢酶2(Aldehyde dehydrogenase 2 family,ALDH2)和醛还原酶1A1(Aldo-keto reductase family 1member A1,AKR1A1)进行m RNA和蛋白层次的研究,并比较全面的探讨儿茶酚胺代谢产物在蝙蝠冬眠中是否发生改变。我们发现:1.在不同的冬眠时期,与儿茶酚胺代谢途径(CAs)相关的六个酶在大足鼠耳蝠的大脑、肝脏和肾脏组织中共同表达,结果暗示CAs代谢途径在蝙蝠冬眠的不同时期,应能发挥一定的代谢功能。2.在蝙蝠冬眠时期,参与CAs代谢的大多数酶类,其基因的转录水平在不同组织中受到不同程度的抑制;不过其中的同工酶,无论在基因或是蛋白质水平上,呈现出一定程度的互补表达;这可能是蝙蝠在冬眠中节约能量、减少耗能的生存策略之一。3.在蝙蝠冬眠过程中,基因与蛋白质的相对表达水平不完全一致:某些酶的mRNA表达量在冬眠期低于活跃期,而其蛋白水平却高于活跃期(大脑中的MAOA、ALDH2、AKR1A1;肝脏中的COMT、MAOA、ALDH1A1)或维持一定表达量(肾脏中的COMT、MAOA、ALDH1A1和ALDH2);由于蛋白酶含量与代谢功能直接相关,所以在冬眠期维持或提升表达的酶类,可以更直接的反映出蝙蝠在冬眠时对CAs代谢途径的调控作用;这些结果支持CAs代谢途径在蝙蝠冬眠中可能发挥重要功能。4.多巴胺(Dopamine,DA)和高香草酸(homovanillic acid,HVA)在蝙蝠各个时期肝脏中仍维持一定的含量,并且在蛰伏期和夏季活跃期含量显著高于其他时期,表明CAs在各时期仍维持一定的合成,并在蛰伏期发挥重要的调控作用;并且在活跃期与冬眠期肝脏中,没有检测到DOPAL,这暗示在冬眠期肝脏中调高或维持表达的相关CAs代谢酶(如ALDH1A1)很可能对DOPAL进行了高效的代谢,防止冬眠蝙蝠受毒醛损害。