9 期李斌, 等 : 半滑舌鳎食欲素 A 体外重组表达及活性分析 1463 半滑舌鳎 (Cynoglossus semilaevis) 是我国重要的海水增养殖经济鱼种 自 2003 年半滑舌鳎人工繁育技术突破以来 [14-15], 其养殖业迅速发展并已成为我国鲆鲽类三大主导养殖种类之一 目前, 对养

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1 第 40 卷第 9 期水产学报 Vol. 40, No 年 9 月 JOURNAL OF FISHERIES OF CHINA Sep., 2016 文章编号 : (2016) DOI: /jfc 半滑舌鳎食欲素 A 体外重组表达及活性分析 李斌 1,2, 徐永江 1 1,2, 柳学周 *, 史宝 1, 王滨 1 1,2, 朱学武 (1. 中国水产科学研究院黄海水产研究所, 山东青岛 ; 2. 上海海洋大学水产与生命学院, 上海 ) 摘要 : 为了在蛋白水平上认识半滑舌鳎食欲素 A (orexin A) 的摄食调控作用及机制, 利用原核表达载体 pet32a 成功构建了重组半滑舌鳎 orexin A/pET32a 质粒, 转化至大肠杆菌 BL21 后经 IPTG 诱导获得了 N 端含 6 个组氨酸的半滑舌鳎 orexin A 重组蛋白 获得的重组蛋白大小为 24.9 ku,32 C 下用 1.0 mmol/l 的 IPTG 诱导 6 h 目的蛋白表达量最高, 占菌体总蛋白的 52.8%, 并主要分泌在上清液中 Western blotting 免疫印迹表明, 获得的 orexin A 重组蛋白可被 6 His 抗体特异性识别 Ni 2+ -NTA 亲和层析柱纯化获得了高纯度的半滑舌鳎 orexin A 重组蛋白 下丘脑离体孵育实验表明, 获得的 orexin A 重组蛋白能显著影响半滑舌鳎下丘脑 NPY mrna, orexin mrna 的表达水平和 NPY 肽的分泌, 表明获得的重组蛋白具有生物活性 研究结果可为探究 orexin A 在半滑舌鳎摄食代谢中的作用机制及研制高效绿色的促摄食制剂提供基础资料 关键词 : 半滑舌鳎 ; 食欲素 ; 原核表达 ; 生物活性中图分类号 : Q 785; S 文献标志码 : A orexin 通称为食欲素, 又称作食欲肽 (hypocretin), 是近年来发现的一组新型下丘脑神经肽, 最初是在大鼠下丘脑腹外侧核内发现的, 包括 orexin A 和 orexin B (OXA OXB) [1] orexin 主要由下丘脑神经元产生, 通过其神经纤维的直接投射或释放入脑脊髓液作用于靶位点, 激活 2 种与 G 蛋白耦联的细胞表面受体 OX 1 R 和 OX 2 R, 参与调节机体摄食 能量代谢 睡眠觉醒 循环等生理活动 [2] 目前, 关于 orexin 的研究多集中于哺乳动物 已有结果表明, 人 牛 猪 啮齿类的 orexin A 完全一样, 均为含有 2 个二硫键的 33 肽 大鼠与小鼠的 orexin B 完全一样, 均由 28 个氨基酸组成, 人与啮齿类仅有 2 个氨基酸的差异, 与猪仅有 1 个氨基酸的差异 鸡的 orexin A 和 orexin B 与哺乳动物分别有 85% 和 65% 的同源性 orexin A 与 orexin B 在系统进化发育中的高度同源性, 揭示 了 orexin 在动物生命演化过程中有着重要的功 能 [3-5] 有关鱼类 orexin 的生理作用研究起步较 晚, 目前已开展了金鱼 (Carassius auratus) [6] 大 西洋鳕 (Gadus morhua) [7] 和斜带石斑鱼 (Epinephelus coioides) [8] 等的相关研究 将已研究鱼类的 orexin 基因序列与人类进行比对后发现, 在食欲 素 C 末端和间隔区域的氨基酸序列具有较高的同 源性, 且这些氨基酸在受体结合中以及生物活 性中的作用不可或缺 因此, 也说明食欲肽无 论在鱼类还是哺乳动物中都具有相类似的功能 [9], 是一种新型的能够调节动物机体摄食和能量 代谢的下丘脑神经多肽物质 [10] 随着垂体促性腺 激素释放激素 (GnRH) 生长激素 (GH) 等神经多 肽在养殖生产中成熟地应用于鱼类的生长和繁 殖调控 [11-13] 今后, 利用 orexin 及其相关产物来 调控人工养殖鱼类的摄食 营养代谢 能量平 衡及其他生理活动将成为重点研究的方向之一 收稿日期 : 修回日期 : 资助项目 : 国家鲆鲽类产业技术体系专项 (CARS-50); 国家国际科技合作专项 (2013DFA31410) 通信作者 : 柳学周, liuxz@ysfri.ac.cn

2 9 期李斌, 等 : 半滑舌鳎食欲素 A 体外重组表达及活性分析 1463 半滑舌鳎 (Cynoglossus semilaevis) 是我国重要的海水增养殖经济鱼种 自 2003 年半滑舌鳎人工繁育技术突破以来 [14-15], 其养殖业迅速发展并已成为我国鲆鲽类三大主导养殖种类之一 目前, 对养殖半滑舌鳎摄食相关因子的研究尚未开展, 不利于对其摄食与生长机制的深入认识, 因此市场上一直缺乏高效的半滑舌鳎养殖专用 绿色促摄食制剂 本实验开展了半滑舌鳎 orexin A 原核表达及生物活性分析, 获得了具有生物活性的半滑舌鳎 orexin A 体外重组蛋白, 以期为开发半滑舌鳎摄食与生长调控技术提供基础资料 1 材料与方法 1.1 实验用鱼实验用鱼取自海阳市黄海水产有限公司,3 尾半滑舌鳎 [ 全长 (42.33±5.3) cm, 体质量 ( ± 36.8) g], 用 MS-222(300 mg/l) 麻醉处死后迅速取脑置于液氮 ( 196 C) 保存, 用于总 RNA 提取 实验用 30 尾半滑舌鳎成鱼 [ 全长为 (35±6.3) cm, 体质量为 (750±30.8) g], 用 MS-222 麻醉致死后快速摘取下丘脑, 置于 L15 液体培养基中孵育, 用于蛋白活性测试分析 1.2 orexin A 成熟肽的克隆利用 TRIzol 法提取脑总 RNA, 反转录合成第一链 cdna 根据半滑舌鳎 orexin 基因预测序列 (GenBank 获取号 :XM_ ), 经与其他鱼类 orexin 基因进行比对, 设计特异性引物 P1 和 P2 扩增其成熟肽序列 在 P1 和 P2 的 5 端分别添加 EcoR Ⅰ 和 Xho Ⅰ 酶切位点 ( 方框标注 ), 在 P2 中添加了终止密码子 TAA( 下划线标注 ) PCR 条件为 94 C 5 min 变性,35 个循环 (94 C 30 s 67 C 30 s 72 C 50 s),72 C 延伸 10 min 将目的片段切胶回收后连接到 peasy-t1 Simple 载体上, 挑选阳性克隆测序验证 1.3 重组质粒的构建抽提重组的 orexin A 克隆质粒和表达载体 pet-32a, 分别用 EcoR Ⅰ 和 Xho Ⅰ (Thermo) 双酶 切, 切胶回收, 以 T4 连接酶连接得到表达重组质粒 orexin A/pET32a, 转化至大肠杆菌 Trans-T1 感受态细胞 (TransGen) 中, 菌液培养后 PCR 验证并测序 1.4 重组质粒在表达菌株中的表达测序正确的表达重组质粒转化到表达菌株 BL21(TransGen) 中, 在液体 LB 培养基中 ( 含氨苄霉素 ) 培养至 OD 600 值达 0.6~0.7(37 C), 添加异丙基 - β-d- 硫代半乳糖苷 (IPTG, 1 mmol/l) 继续培养 在添加 IPTG 诱导 和 8 h 时分别吸取 2 ml 表达菌液, 离心收集菌体 (8000 r/min 10 min,4 C) 以 PBS 洗涤并重悬, 以 SDS-PAGE 电泳 (15% 分离胶 ) 和 SigmaScan pro 5 软件分析目的蛋白的表达效率 将菌液分别在 和 42 C 条件下以 IPTG (1 mmol/l) 诱导 6 h, 研究不同温度下重组蛋白表达量的差异 菌液在 37 C 条件下培养至 OD 600 值为 0.6~ 0.7 时, 加入 IPTG 使其终浓度分别为 和 2.0 mmol/l 诱导,6 h, 研究不同 IPTG 浓度对重组蛋白表达的诱导作用 1.5 重组蛋白的 Western blotting 验证收集以 IPTG (1 mmol/l) 诱导 6 h 的表达菌体, 经 SDS-PAGE 电泳后, 利用半干电转印法将蛋白转移至 PVDF 膜上, 并用 5%BSA 封闭, 以 6 His 单抗 (TransGen) 为一抗 HRP 标记的山羊抗小鼠 IgG (TransGen) 为二抗, 室温下分别孵育 1 h, 利用 HRP-DAB 试剂盒 (Solarbio) 显色, 观察拍照 1.6 重组蛋白的纯化和复性取 32 C 条件下 IPTG (1 mmol/l) 诱导表达 6 h 的重组菌, 离心 (8000 r/min 10 min, 4 C), 收集沉淀并以 PBS 洗涤, 用 1/10 体积的超声波破碎液 (50 mmol/l Tris-HCl ph mol/l NaCl 1 mmol/l EDTA) 重悬菌体, 重悬后的菌液于冰浴中进行超声破碎,SDS-PAGE 检测沉淀和上清 取上清, 先后用 0.45 和 0.22 μm 微孔滤膜过滤, 用 Ni 2+ -NTA 亲和层析柱 (GE) 分离纯化融合蛋白, 利用 BCA 蛋白定量试剂盒 (Thermo) 检测得到的纯化重组蛋白浓度, 再以 0.22 μm 微孔滤膜过滤除菌后置于 80 C 超低温冰箱保存备用

3 1464 水产学报 40 卷 1.7 orexin A 重组蛋白生物活性检测 下丘脑离体孵育 利用 L15 液体培养基清 洗下丘脑组织, 后于 10% 小牛血清的 L15 培养液 中培养 6 h, 置于 CO 2 培养箱 (Heal Force, 香港 ) 中培养, 培养温度 25 C 之后, 将下丘脑组织 转移至含有不同浓度 orexin A 重组蛋白 ( 和 1000 nmol/l) 无小牛血清的 L15 培养 液, 每个浓度组设置 2 个重复, 继续在 CO 2 培养 箱中 25 C 培养 24 h 培养结束后, 分别收集孵育 液和下丘脑组织用于 NPY 肽测定和 NPY orexin mrna 的表达检测 NPY 表达水平测定 NPY 肽表达水平用 NPY (Mouse)-Elisa 试剂盒 ( 北京康肽 ) 检测 ( 半滑舌 鳎 orexin A 与小鼠 orexin A 相似性达 91.0%) 严格 按照试剂盒说明书方法制作标准曲线且得到样 品线性相关系数 R 值为 0.99, 符合相关系数 R 大于 0.92 每一组织样品的分析进行 3 次平行试验, 每次实验 3 个重复, 将测得的 OD 值代入标准曲 线, 计算得到样品中 NPY 肽的浓度 qpcr 检测 NPY 和 orexin mrna 表达变化 体孵育下丘脑组织提取总 RNA 检测 NPY 和 orexin mrna 的表达水平变化 根据本实验室克隆得到 的半滑舌鳎 orexin 序列和从 NCBI 获得的半滑舌鳎 的 NPY(GenBank 序列号 :XM_ ) 的 cdna 序列分别设计两对定量引物, 以 18S 为内参 设计定量引物 18S-F 和 18S-R, 定量 PCR 引物序列 见表 1 引物名称 primer 表 1 半滑舌鳎实时定量用引物序列 Tab. 1 Primers sequences used for qpcr 引物序列 (5'-3') primer sequences orexin A-F AGGACTGCAAGGATGGACAC orexin A-R AGCACTCGGTCATACTGTTGG NPY-F NPY-R 18S-F 18S-R 备注 remarks orexin A Real-time PCR CCACAGACACACTTCCACAATC NPY Real-time PCR GGCGACAGAGGATACAGGAG GGTCTGTGATGCCCTTAGATGTC 18S Real-time PCR AGTGGGGTTCAGCGGGTTAC 离 利用 Mastercycler ep realplex real-timepcr 仪 (Eppendorf), 使用 SYBR Premix Ex TaqTMⅡ (TaKaRa) 试剂盒,PCR 体系 20 μl:cdna 模板 2 μl, 10 μmol/l 的上 下游引物各 0.8 μl,sybr Premix ExTaqTM II 10 μl 和 ddh 2 O 6.4 μl, 采用两步法, orexin A 的 PCR 反应条件 :95 C 预变性 30 s,95 C 5 s,59 C 20 s 共 40 个循环 ;NPY 的 PCR 反应条件 :95 C 预变性 30 s,95 C 5 s,60 C 20 s 共 40 个循环 制作标准曲线并根据相关系数 (r 2 ) 和扩增效率 (E) 确定反应条件, 理想的 r 2 接近于 1,0.8<E< 1.2, 且相差不超过 1% 实时定量标准曲线以垂体 cdna 进行 5 倍梯度稀释成 6 个标准品进行制作 所有基因的标准曲线 0.99<r 2 <0.999, 0.85<E<1.1 每一组织样品的分析进行 3 次平行实验, 每次 3 个重复,PCR 反应完成后观察熔解曲线以确定扩增特异性, 每次实验均设置空白对照 以 18S 为内参, 利用 2 Ct 的方法计算目的基因的相对表达量 [16] 1.8 数据分析实验数据采用 SPSS 17.0 统计进行单因素方差分析 (ANOVA), 设置差异显著性水平 P=0.05, 当 P<0.05 时表示差异显著 2 结果 2.1 半滑舌鳎 orexin A/pET32a 表达载体构建经与其他鱼类的 orexin A 成熟肽序列比对, 鉴定出半滑舌鳎 orexin A 成熟肽序列 酶切检测表明, 半滑舌鳎 orexin A 成熟肽序列成功连接到 pet32a 表达载体上得到重组表达载体 orexin A/pET32a( 图 1 和图 2) 重组质粒将表达 24.9 ku 的融合蛋白, 等电点为 5.52, 由 232 个氨基酸组成 将重组表达载体转化到 BL21(TransGen), 进行诱导表达 2.2 重组质粒在大肠杆菌中的表达将重组质粒 orexin A/PET32a 转化入大肠杆菌 BL21 进行诱导表达,SDS-PAGE 电泳显示, 经 IPTG 诱导的重组菌在 24.9 ku 处出现特异性条带 不同诱导条件下的重组菌蛋白表达量各不相同, 通过对诱导时间 诱导温度和 IPTG 诱导浓度条件的优化, 得到重组 orexin A 表达的最优条件为 32 C IPTG(0.5 mmol/l) 诱导培养 6 h, 重组蛋白表达量占细菌总蛋白的 52.8%( 图 3~ 图 5) 2.3 orexin A 重组蛋白的 Western blotting 验证采用 Western blotting 免疫印迹方法对 32 C 下

4 9期 李 1465 斌 等 半滑舌鳎食欲素A体外重组表达及活性分析 2.4 orexin A重组蛋白的纯化 取 32 C下 1 mmol/l IPTG诱 导 6 h的 orexin A重组表达菌 Ni2+-NTA亲和层析柱分离出的蛋 白 液 进 行 SDS-PAGE电 泳 检 测 结 果 显 示 通 过 Ni2+-NTA亲和层析柱可对重组蛋白进行有效的分 离纯化 纯化的orexin A重组蛋白相对分子质量 为24.9 ku(图7) 与预期大小相符合 2.5 重组蛋白的生物活性检测 ELISA检测结果表明 随着外源orexin A重 图1 半滑舌鳎orexin A/pET32a的 EcoR Ⅰ和 Xho Ⅰ双酶切检测结果 M DNA Marker 1: orexin A/pET32a质粒和双酶切产物 Fig. 1 Double digestion products identification of 组蛋白浓度的增加 离体的下丘脑孵育液中 NPY肽的表达水平呈上升趋势 并在1000 nmol/l 时达到峰值(P<0.05)(图8) qpcr检测结果显示 随着orexin A重组蛋白 orexin A/pET32a recombinant plasmid 浓 度 的 增 加 下 丘 脑 NPY mrna的 表 达 水 平 升 M: DNA Marker; 1. double digestion products of orexin A/pET32a 高 从100 nmol/l开始显著上升(p<0.05) 在1000 recombinant plasmid with restriction enzymes EcoR Ⅰ/Xho Ⅰ nmol/l时 达 峰 值 (为 对 照 组 10倍 以 上 ) (P<0.05) (图9和图10) 0.2 mmol/l的iptg诱导6 h的orexin A重组菌分别 进行检测 结果显示 在PVDF膜上出现24.9 ku 的单一印迹(图6) 说明重组菌表达的目的蛋白 能被6 His抗体特异性识别 具有抗原活性 表 明半滑舌鳎orexin A重组蛋白表达成功 图2 随着orexin A重组蛋白浓度的增加 下丘脑 orexin mrna表 达 水 平 显 著 下 降 (P<0.05) 当 orexin A蛋白的浓度达到10 nmol/l时下降到最小 值(P<0.05) 自100 nmol/l时orexin mrna的表达 水平又上升到与对照组同等的水平(P>0.05) 半滑舌鳎orexin A成熟肽重组序列 阴影部分为起始密码子ATG *表示终止密码子TAA 双下划线部分为6 His tag 方框表示限制性内切酶位点EcoR Ⅰ Xho Ⅰ 单下 划线部分为半滑舌鳎orexin A成熟肽 Fig. 2 The matured peptide sequence of orexin A of C. semilaevis The initiation codon (ATG) is shaded, the stop codon(taa) is marked by asterisk, the 6 His tag is double underlined, the endonuclease EcoR Ⅰ and Xho Ⅰ are boxed and the mature peptide is single underlined

5 1466 水 图3 产 学 报 40 卷 诱导时间对半滑舌鳎orexin A重组蛋白表达的影响 M 蛋白Marker NC 37 C条件下1.0 mmol/l的iptg诱导6 h的对照菌(空载pet-32a质粒) 1~9: 37 C条件下1.0 mmol/l的iptg诱导 和8 h的orexin A重组蛋白(箭头所指重组蛋白) Fig. 3 Effects of induction time on production of C. semilaevis recombinant orexin A protein M. protein weight marker, NC: control at 37 C post 6 hours of induction with 1.0 mmol/l IPTG, 1 9. recombinant orexin A at 37 C post 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8 hours of induction with 1.0 mmol/l IPTG (the arrow indicates recombinant orexin A protein) 图4 温度对半滑舌鳎orexin A重组蛋白表达的影响 M 蛋白Marker NC 诱导6h的对照菌(空载质粒) 1~5: 和42 C诱导6 h(ipgt浓度为1.0 mmol/l)的orexin A重组蛋白(箭 头示重组蛋白) Fig. 4 Effects of temperature on production of C. semilaevis recombinant orexin A protein M. protein weight marker, NC: control at 37 C post 6 hours of induction with 1.0 mmol/l IPTG, 1 5. recombinant orexin A protein expression at 22, 27, 32, 37 and 42 C post 6 hours of induction with 1.0 mmol/l IPTG (the arrow indicates recombinant orexin A protein)

6 9期 李 图 斌 等 半滑舌鳎食欲素A体外重组表达及活性分析 IPGT浓度对半滑舌鳎orexin A重组蛋白表达的影响 M 蛋白Marker 1~7: 32 C条件下 mmol/l的iptg诱导6 h的orexin A重组蛋白(箭头示重组蛋白) Fig. 5 Effects of IPTG concentrations on production of C. semilaevis recombinant orexin A protein M: protein weight marker, 1 7: recombinant orexin A protein at 32 C post 6 hours of induction with 0, 0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 2.0 mmol/l IPTG (the arrow indicates recombinant orexin A protein) 3 讨论 本实验首次实现了半滑舌鳎orexin A成熟肽 的体外原核重组表达 并纯化获得了具有生物 活性的orexin A重组蛋白 已有研究证实 orexin A对于鱼类的摄食调控具有明显作用 并且可能 对 生 长 也 具 有 一 定 调 控 作 用 [ 1 1 ] 因 此 orexin A重组蛋白的获得对于半滑舌鳎摄食和生长调控 机制与技术研究具有重要意义 选用带有His标签的pET32a载体作为半滑舌 鳎orexin A的重组表达载体 可大大方便重组蛋 白的Ni2+-NTA亲和层析纯化和Western blotting验 证 并且已有报道证实重组蛋白添加的组氨酸 图6 半滑舌鳎orexin A重组蛋白的 Western blotting检测 末端不会对目标蛋白生物活性产生影响 [17-18] 此 外 pet载体被认为是目前大肠杆菌表达重组蛋 M 蛋白Marker NC 32 C条件下1 mmol/l的iptg诱导6 h的对 白的强大系统 其基础表达水平较低 利于实 照菌(空载pET-32a质粒) 1 32 C条件下1 mmol/l的iptg诱导6 现目的蛋白的高效表达 本实验利用大肠杆菌 h的重组orexin A表达菌(箭头示重组蛋白) 原 核 表 达 载 体 pet-32a来 构 建 重 组 质 粒 经 Fig. 6 Western blotting analysis of IPTG诱导条件的筛选 不同温度时间诱导结果 C. semilaevis recombinant orexin A protein 显示 32 C诱导温度最合适 1 mmol/l IPTG诱 M: Marker, NC: control at 32 C post 6 hours of induction with 1 导6 h表达量最大 原核表达系统中目的蛋白的 mmol/l IPTG, 1: recombinant orexin A protein at 32 C post 6 hours of induction with 1mmol/L IPT (the arrow indicates recombinant orexin A 表达量受到重组蛋白分子量 重组菌浓度 诱 protein) 导温度 诱导时间和诱导剂浓度等因素的影响 [18]

7 1468 水 图7 产 学 报 40 卷 半滑舌鳎orexin A重组蛋白的纯化 M 蛋白Marker 1 pet32a空载 2 orexin A重组蛋白超声波破碎后沉淀 3 orexin A重组蛋白超声波破碎后上清液 4~6 Ni2+离子 纯化柱纯化后蛋白(箭头指向为orexin A重组蛋白) Fig. 7 Purification of C. semilaevis recombinant orexin A protein M: Marker, 1. control at 32 C post 6 hours of induction with 1.0 mmol/l IPTG, 2. inclusion bodies after ultrasonic disruption; 3. supernatant after ultrasonic disruption; 4 6: protein after Ni2 + affinity chromatography column purification (the arrow indicates recombinant orexin A protein) 图8 图9 下丘脑孵育液中NPY肽表达水平含量情况 下丘脑 NPY mrna表达的影响 不同字母表示差异显著(P<0.05) 下同 Fig. 8 NPY levels in hypothalamus culture medium Different letters mean significant differences (P<0.05), the same below 最适宜的IPTG浓度(1 mmol/l)也处于普遍报道使 用的0.1~1.0 mmol/l[19] 诱导6 h后蛋白表达量达 到 最 高 增 加 诱 导 时 间 (至 8 h)并 没 有 提 高 表 达 量 这可能是因为宿主菌蛋白酶量随着诱导时 半滑舌鳎orexin A重组蛋白对 Fig. 9 Effects of C. semilaevis orexin A recombinant protein on hypothalamus NPY mrna levels 和BL21表达菌株的表达系统来进行orexin A的体 外重组表达 节省了实验步骤 可更为方便地 获得orexin A重组蛋白 近年来的研究发现 orexin是主要的摄食调 控基因 如斑马鱼(Danio rerio)经过长期饥饿后 间延长而增加导致表达蛋白产生降解作用 [9] 将 能够诱导下丘脑orexin mrna水平的显著增加 [21] 大肠杆菌破碎后发现 破碎上清液中orexin A重 金鱼注射orexin后可明显促进摄食 [22] 对金鱼的 组蛋白含量高于包涵体中的含量 可直接将上 研究还发现 orexin与包括npy 生长激素释放 清液经过Ni -NTA亲和层析柱 避免包涵体裂解 肽 (ghrelin) CART肽 (cocaineand amphetamine 破坏蛋白活性 regulated transcript 受可卡因和安非他明调节的 2+ [20] 因此 本实验选择pET32a载体

8 9 期李斌, 等 : 半滑舌鳎食欲素 A 体外重组表达及活性分析 1469 图 10 半滑舌鳎重组 orexin A 重组蛋白对 下丘脑 orexin mrna 表达的影响 Fig. 10 Effects of C. semilaevis orexin A recombinant protein on hypothalamus orexin mrna levels 转录产物 ) 和瘦素在内的其他摄食调控因子存在 相互作用 如 orexin A 和 NPY 在调控途径上存在 协同作用, 同时, 注射 orexin A 和 NPY 的实验组 摄食量增加明显高于单独注射 NPY 组, 并且注射 orexin A 后下丘脑 NPY 基因的表达也会相应增加 [21] 同时, 对大鼠的研究发现, 若在脑室内先于 NPY 注射 orexin 抗血清, 将显著削弱 NPY 促进摄 食的作用 [23] 本实验通过下丘脑离体孵育的方法 测试了 orexin A 重组蛋白的生物活性, 在孵育液 中加入半滑舌鳎 orexin A 重组蛋白, 结果发现 orexin A 重组蛋白对下丘脑 orexin mrna 表达影响 不大, 当 orexin A 蛋白浓度为 1~10 nmol/l 时会抑 制自身 orexin mrna 的表达, 但当 orexin A 蛋白浓 度达 100 nmol/l 以上时, 下丘脑 orexin mrna 表达 升高, 表明高浓度的 orexin A 重组蛋白可诱导自 身 orexin 基因的下调或上调表达 对于下丘脑 NPY mrna 的表达, 则随 orexin A 蛋白浓度的增 加而显著升高, 表明半滑舌鳎中 orexin A 重组蛋 白可以促进 NPY 基因的显著上调表达 同时, 结 果也显示当 orexin A 重组蛋白浓度达到 100 nmol/l 后, 外源 orexin A 重组蛋白引发了半滑舌 鳎下丘脑 NPY 和 orexin 基因同步上调表达, 表明 其可有效促进摄食中枢系统关键调控因子的表 达, 其具体的调控信号途径有待于进一步确 证 另外, 激素测定结果也表明随着 orexin A 蛋 白浓度的增加, 孵育液中 NPY 肽的表达水平逐渐 升高, 并在 1000 nmol/l 时达到峰值, 表明外源 orexin A 蛋白刺激了下丘脑分泌 NPY 肽的增加, 但 NPY 肽水平的上升晚于基因上调表达, 可能 orexin A 调控 NPY 基因与肽表达的信号通路存在 差异 [22,24], 有待于今后研究 这些结果都证 明, 本研究通过原核表达系统体外获得的半滑舌鳎 orexin A 重组表达蛋白具有明显的生物活性 本实验利用原核表达系统获得了纯化的且具有生物活性的半滑舌鳎 orexin A 重组蛋白, 验证了 orexin A 重组蛋白可有效调节内源性 orexin 基因 NPY 基因与肽的表达 原核表达系统所生产的蛋白没有真核生物的结构修饰, 功能上可能会有一定的缺陷 同时原核表达系统难以具有酵母表达系统的产能优势 因此, 在本实验结果的基础上, 开展 orexin A 的真核表达研究, 从而大量获得制备体外制备的 orexin A 重组蛋白, 可为研制应用于生产的绿色促摄食饲料添加剂提供理论支撑和技术支持 参考文献 : [ 1 ] Sakurai T, Amemiya A, Ishii M, et al. Orexins and orexin receptors: A family of hypothalamic neuropeptides and G protein-coupled receptors that regulate feeding behavior[j]. Cell, 1998, 92(4): [ 2 ] 何文波, 彭克美, 邱德新. 神经肽 Orexins 的研究进展 [J]. 华中农业大学学报, 2004, 23(6): He W B, Peng K M, Qiu D X. Advances of the research on orexins[j]. Journal of Huazhong Agricultural University, 2004, 23(6): (in Chinese). [ 3 ] De Lecea L, Kilduff T S, Peyron C, et al. The hypocretins: Hypothalamus-specific peptides with neuroexcitatory activity[j]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1998, 95(1): [ 4 ] Hungs M, Fan J, Lin L, et al. Identification and functional analysis of mutations in the hypocretin (orexin) genes of narcoleptic canines[j]. Genome Research, 2001, 11(4): 53l-539. [ 5 ] 雷治海. 开胃素 (orexin) 的研究进展 [J]. 畜牧与兽医, 2003, 35(8): Lei Z H. Overview of orexin research[j]. Animal Husbandry & Veterinary Medicine, 2003, 35(8): (in Chinese). [ 6 ] Himick B A, Peter R E. Neuropeptide regulation of feeding and growth hormone secretion in fish[j]. Netherlands Journal of Zoology, 1994, 45(1): 3-9. [ 7 ] Xu M Y, Volkoff H. Molecular characterization of prepro-orexin in Atlantic cod (Gadus morhua): Cloning, localization, developmental profile and role in food intake regulation[j]. Molecular and Cellular

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10 9 期李斌, 等 : 半滑舌鳎食欲素 A 体外重组表达及活性分析 1471 Prokaryotic expression and bioactivity analysis of orexin A from Cynoglossus semilaevis LI Bin 1,2, XU Yongjiang 1, LIU Xuezhou 1,2 *, SHI Bao 1, WANG Bin 1, ZHU Xuewu 1,2 (1. Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao , China; 2. College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai , China) Abstract: In order to investigate the underlying mechanisms for food intake regulation of Cynoglossus semilaevis, one of the key feeding factors-orexin A-was produced in vitro in prokaryotic expression system and its possible role in feed intake regulation was explored using in vitro incubation method of hypothalamus gland. The matured peptide fragment of orexin A was amplified and subcloned into the prokaryotic expression vector-pet32a to successfully construct orexin A/pET32a recombinant plasmid which was highly expressed in E.coli BL21 after being induced by IPTG with special fusion polypeptides containing His6 at their N-terminus. The orexin A fusion protein was mainly expressed in supernatant liquid with molecular weight of 24.9 kda, and the fusion protein products maximally accounted for 52.8 % of the whole bacterial protein post 6h induction with 1 mmol/l IPTG at 32 C. Western blotting analysis indicated fusion protein had the antigenicity to His6 antibody. Supernatant after crushing, was purified using Ni 2+ -NTA affinity chromatography, then the purified protein with molecular weight of 24.9 kda was obtained. Incubating hypothalamus with recombinant expression orexin A of Cynoglossus semilaevis indicates that orexin A can significantly influence expression of NPY mrna, orexin A mrna and secretion of NPY peptide in hypothalamus. Therefore, the obtained recombinant orexin A protein has biological activity in the present study. The present results would be helpful for better understanding the roles of orexin A in feeding regulation and development of high-efficient feeding promotion additives for aquaculture of Cynoglossus semilaevis. Key words: Cynoglossus semilaevis; orexin A recombinant protein; prokaryotic expression; bioactivity analysis Corresponding author: LIU Xuezhou. liuxz@ysfri.ac.cn Funding projects: China Agricultural Research System (CARS-50); International S&T Cooperation Program of China (2014DFA31410)

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