重组松弛素样促性腺肽（RGP）对刺参繁殖的调控研究及应用前景

来自中国科学院海洋研究所的研究人员研究重组 RGP 对刺参 (Apostichopus japonicus) 繁殖的影响，发现其可诱导产卵，助力资源恢复。

　　刺参（Apostichopus japonicus）是亚洲重要的养殖物种，种苗生产是其养殖的基础。然而，该物种的繁殖行为仍难以人工调控。虽然海参的产卵模式已有详细记录，但调节卵母细胞成熟和产卵行为同步过程的内分泌机制仍知之甚少。在这项研究中，研究人员探究了重组松弛素样促性腺肽（RGP）对刺参卵母细胞成熟和亲本产卵行为的影响。利用巴斯德毕赤酵母（Pichia pastoris）系统有效表达了源自刺参的重组 RGP，并通过质谱分析验证了其生物活性。结果表明，RGP 通过诱导生发泡破裂促进卵母细胞成熟。行为学研究显示，RGP 增强了配子释放。此外，由 RGP 诱导产生的配子在后代质量和数量方面与自然释放的配子没有显著差异。这些发现表明，重组 RGP 可用于刺参种苗繁育。这对于阐明刺参的繁殖行为以及人工诱导种苗生产也具有重要意义。

许多性成熟的水生动物，自发产卵行为是其年度繁殖周期中的关键生物学事件，因为配子释放对后代产生和种群稳定性维持至关重要。触发水生生物的配子释放是一个复杂过程，受多种因素影响，包括生物体成熟度、繁殖周期、神经化学信号、潮汐模式和气压变化等。在雌性个体中，卵母细胞必须经历一系列生长和发育阶段，才能发育为减数第一次分裂中期（MI）或减数第二次分裂中期（MII）卵母细胞。在这些阶段，卵母细胞停止生长并含有生发泡（GV）。生发泡破裂（GVBD）后，卵母细胞通过产卵行为释放到水中。

大量研究表明，内源性和外源性激素分泌为诱导 GVBD 和触发配子释放奠定了生理基础。涉及的关键激素包括促性腺激素、促性腺激素释放激素（GnRH）、前列腺素和血清素等。例如，在鱼类等脊椎动物中，下丘脑 GnRH、垂体促性腺激素（包括促黄体生成素和促卵泡激素）和性腺类固醇通过脑 - 垂体 - 性腺轴协调配子的成熟和释放。在自然环境中，这些激素的分泌主要受环境因素影响，包括温度、光照周期、应激和水流等。总体而言，目前普遍认为，内源性激素与环境因素通过脑 - 垂体 - 性腺轴相互作用，促进水生脊椎动物的卵子发生和成熟，最终触发繁殖行为。

在鱼类和无脊椎动物中，人工繁殖的关键环节之一是配子成熟的同步化。这取决于两个关键因素：所使用的催产剂的类型和剂量以及鱼类的来源或配子成熟的特定阶段。相比之下，海洋无脊椎动物中激素、卵母细胞成熟和繁殖行为之间的关系仍不清楚。有限的研究表明，在软体动物中，神经激素血清素（5 - 羟色胺）可通过特定受体诱导 GVBD 并促进卵母细胞释放。近年来，通过应用合成激素或其类似物来控制繁殖行为受到越来越多的关注。例如，合成的促黄体生成素释放激素类似物已被广泛用于诱导产卵，应用于鱼类养殖和珍稀濒危物种的保护。

棘皮动物具有繁殖力高和生殖系统结构相对简单的特点，使其成为研究内分泌学和繁殖行为的优秀模式生物。例如，在海星（Patiria (Asterina) pectinifera）中发现的松弛素样促性腺肽（RGP）是首个与配子最终成熟相关的无脊椎动物促性腺激素。成熟的 RGP 是由 A 链和 B 链两条肽通过二硫键连接而成的异二聚体，A 链具有半胱氨酸基序。通过化学合成，成功制备了非酰胺化的 AscRGP - GR 和酰胺化的 AscRGP - NH₂，这两种形式都能够诱导长腕海星（Astropecten scoparius）的卵母细胞成熟。化学合成的 RGP 也能诱导多棘海盘车（Acanthaster cf. solaris）和日本滑海盘车（Aphelasterias japonica）的卵母细胞成熟。

在 RGP 应用中，另一种常用的合成肽方法是利用巴斯德毕赤酵母（Pichia pastoris）表达系统生成重组蛋白。在糙海参（Holothuria scabra）中，单次注射重组产生的糙海参 RGP 可有效诱导产卵行为。此外，与糙海参 RGP 一起孵育的未成熟卵母细胞在体外会发生 GVBD。然而，RGP 诱导卵母细胞成熟和启动繁殖行为的确切机制仍不清楚。

刺参是一种具有重要经济价值的海参物种，在中国的养殖面积达 250,356 公顷，年产量为 248,508 吨。它广泛分布于西北太平洋，但近年来，由于过度捕捞，已被列入国际自然保护联盟濒危物种红色名录。恢复繁殖种群被认为是恢复刺参资源的有效策略。迄今为止，获取刺参配子的技术仍不完善，主要依赖解剖或环境诱导。刺参配子释放的内分泌调节机制仍不清楚，这严重阻碍了有效的种群恢复工作。

为填补这一知识空白，研究人员选择刺参作为实验对象，研究重组 RGP 影响配子释放的机制和过程。本研究的主要目标和实验步骤如下：（1）分析和合成刺参 RGP 的特征，以深入了解其分子结构和功能特性；（2）研究重组 RGP 对刺参卵母细胞 GVBD 的影响及其在繁殖行为中的作用；（3）评估重组 RGP 诱导的配子的体外受精和孵化能力，以及其后代的适应性。本研究结果为刺参产卵行为的内分泌机制提供了新的见解。

所有涉及动物采集、饲养、行为记录和安乐死的程序均按照中国科学院海洋研究所动物福利伦理法规指南（IOCAS 2013.3）进行。研究方案得到了中国科学院海洋研究所动物福利委员会的批准。本研究不涉及任何作者对人类参与者的研究。

2022 年 11 月，选取了 200 只达到性成熟阶段的刺参。

通过转录组的从头组装鉴定出刺参 RGP 基因的转录本。它由 387 个核苷酸组成，编码一个 128 个氨基酸的前体蛋白。与其他 RGP 前体蛋白类似，刺参 RGP 包含一个信号肽和两个双碱性裂解位点，B 链和 A 链中都存在高度保守的半胱氨酸残基，有助于二硫键的形成。AlphaFold3 预测的 pTM 值为 0.77。

GVBD 是雌性水生动物配子自发释放的生理基础。在某些鱼类中，一旦检测到 GVBD，就会停止应用激素刺激诱导排卵，因为排卵会不可避免地自发发生。

本研究结果表明，重组刺参 RGP 显著促进了刺参卵母细胞的 GVBD，从而成功诱导了产卵行为。值得注意的是，性成熟个体对这种诱导的反应比年幼个体更为明显。此外，通过这种诱导产生的配子质量与自然释放的配子相当。总之，本研究为刺参繁殖的内分泌调节策略提供了新的见解。

本研究由山东省自然科学基金（ZR2023MD090）、国家自然科学基金（42030408）和中央引导地方科技发展专项资金（YDZX2023043）资助。

贾泽?王：撰写 - 审阅与编辑、撰写 - 初稿、调查、形式分析。
赵明?高：调查。
帅?刘：调查。
永超?胡：调查。
李斌?张：资金获取、概念构思。
贝妮?邓：调查。
振霞?沙：监督。
晓尚?茹：监督、资金获取、概念构思。

作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。