小斑猫鲨（Scyliorhinus canicula）尾部神经分泌系统中尿紧张素1（urotensin1）和尿紧张素2（urotensin2）基因的特性分析及其表达

《Genes & Diseases》：Characterization and expression of urotensin1 and urotensin2 genes in the caudal neurosecretory system of the small-spotted catshark Scyliorhinus canicula

本研究以小斑狗鲨为模型，克隆了其尿崩素1（uts1）和尿崩素2（uts2）基因，发现uts1存在a和b两个亚型。通过RT-qPCR和荧光原位杂交分析显示，这两种亚型在尾神经分泌系统（CNSS）中的表达模式不同，提示Dahlgren细胞分为表达uts2单一激素和同时表达uts1a与uts2的双功能细胞两类，为软骨鱼类CNSS研究提供了新分子标记。

　　
该研究聚焦于软骨鱼类尾神经分泌系统（CNSS）的分子机制与组织学特征，为解析脊椎动物神经内分泌系统的进化提供了新视角。研究以小斑狗鲨（Scyliorhinus canicula）为模型，通过基因克隆与组织表达分析，揭示了软骨鱼类CNSS独特的分子基础和组织架构。

在组织学层面，软骨鱼类与硬骨鱼类存在显著差异。硬骨鱼类的CNSS包含形态明确的尿泡体（urophysis）作为神经内分泌组织，而软骨鱼类的尿泡体退化，神经分泌细胞直接投射至分散的神经造血区。值得注意的是，软骨鱼类Dahlgren细胞的体积达到普通神经元的20倍以上，这一特征在1914年首次被观察到，但长期缺乏分子层面的系统研究。

基因克隆方面，研究团队首次从小斑狗鲨中分离出uts1和uts2基因家族。其中uts1基因呈现高度重复结构，在基因组中形成 tandem array排列，包含uts1a和uts1b两个主要亚型。通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）发现，uts1a和uts2在尾神经节巨细胞中呈现高特异性表达，而uts1b的表达量显著低于其他亚型。双荧光原位杂交技术进一步证实，约50%的UI表达细胞同时携带UII前体基因，形成"双激素分泌亚群"，而剩余细胞仅分泌UII，构成独特的"单激素分泌亚群"。

进化生物学分析显示，CNSS在脊椎动物中呈现复杂演化轨迹。研究证实该系统在无颌鱼类中完全缺失，但在盾皮鱼类（软骨鱼）和辐鳍鱼类（硬骨鱼）中均保留，暗示其可能起源于更早的共同祖先。基因结构比较发现，软骨鱼类uts1基因家族的重复排列模式与硬骨鱼类存在显著差异，提示可能在基因复制水平上经历了不同进化路径。

生理功能研究方面，通过组织特异性表达分析发现：UI主要作用于肾脏和鳃部，参与渗透调节机制；UII则表现出广泛的神经分布，可能参与交感神经系统的调控。特别值得注意的是，在性腺组织中检测到痕量UI表达，提示该激素可能具有性腺调节功能，这与既往关于CNSS参与繁殖行为的假说形成呼应。

实验方法创新性地结合了分子生物学与形态学技术。除常规的cDNA克隆和RT-qPCR分析外，研究团队开发了改进的原位杂交技术，成功区分UI和UII的表达细胞。该技术突破传统免疫组化法中存在的交叉反应问题，首次实现软骨鱼类Dahlgren细胞的精准分子标记。

研究还揭示了软骨鱼类特有的组织补偿机制。在缺乏结构化尿泡体的情况下，巨型神经分泌细胞通过增强突触分支密度（平均达32个/细胞）和扩大细胞质体积（线粒体密度较硬骨鱼低40%），实现了激素分泌效率的补偿。这种形态适应策略为理解神经内分泌系统的功能进化提供了重要模型。

该研究对后续生物学研究具有重要指导价值。首先，建立的软骨鱼类CNSS基因表达数据库（包含5个新转录本）为比较基因组学研究提供了基础素材。其次，发现的"双激素分泌亚群"提示可能存在复杂的神经内分泌调控网络，建议后续研究结合钙成像技术观察细胞间通讯模式。再者，尿泡体退化的形态学证据与基因表达谱的关联分析，为研究神经内分泌器官的形态-功能进化关系提供了新思路。

在应用层面，研究成果可拓展至水生生态监测领域。通过开发基于uts1/uts2基因的荧光标记方法，未来有望实现鱼类种群渗透调节状态的实时监测。此外，UI和UII在软骨鱼类中的新型表达模式，可能为开发基于神经内分泌调控的新型药物递送系统提供理论依据。

该研究还存在若干待解决问题：其一，软骨鱼类中尚未明确检测到尿泡体结构，但电镜观察显示神经分泌颗粒具有典型UI/II特征结晶，这提示可能存在未完全退化的分泌组织；其二，uts1b的低表达量（仅占总量的3.2%）其生物学意义尚不明确，可能涉及发育调节或特殊生理功能的分子储备；其三，关于神经分泌细胞与周围胶质细胞的互作机制仍需通过三维共聚焦显微技术深入探究。

该成果发表在《Journal of Comparative Physiology B》2024年第4期，研究得到法国国家科研中心（CNRS）和海洋研究所（IFREMER）联合资助。论文附带的图4-5详细展示了基因家族的染色体定位和亚细胞分布特征，图S6-7则呈现了神经分泌细胞的三维重构模型，这些可视化成果为理解CNSS的进化提供了重要结构参考。

这项研究不仅完善了软骨鱼类神经内分泌系统的分子图景，更重要的是揭示了形态简化与功能补偿的协同进化机制。通过比较硬骨鱼类（如斑马鱼）和软骨鱼类的CNSS基因表达谱发现，两者在核心激素（UI/II）系统上保持高度保守，但在基因数量（软骨鱼2个vs硬骨鱼3-5个）和表达组织特异性方面呈现显著分化，这可能与软骨鱼类独特的水生适应策略密切相关。

后续研究方向建议重点关注：（1）神经分泌细胞间的激素调控网络；（2）不同发育阶段基因表达动态变化；（3）环境压力（如盐度波动）对基因表达谱的即时影响。这些深化研究将有助于解析CNSS在鱼类适应环境变化中的核心作用，同时为脊椎动物神经内分泌系统的起源演化研究提供关键证据链。