垂体腺苷酸环化酶激活肽及其生物学效应

　　【A Review】　Pituitary adenylate cyclase activating polypeptide (PACAP) is a novel neuropeptide, its basic effect is stimulating adenylate cyclase mediated by PACAP receptors and concerned messengers substance,subsequently increases the cAMP level of intra and extra target cells.In the present review,the discover,amino acids,distribution,receptors and biological effects of PACAP is discussed.

　　垂体腺苷酸环化酶激活肽(pituitary adenylate cyclase activating polypeptide,PACAP)是近年新发现的神经肽。本文从它的发现、氨基酸(amino acid,aa)组成及其前体的结构特征、体内分布、受体及其生物学效应等方面对其研究现状作一综述。

　　一、PACAP的发现：

　　神经内分泌学的发展，使下丘脑中一系列促垂体释放激素得到分离和定性研究。然而这是否代表所有的下丘脑释放激素尚有争议。业已发现，已分离的大多数下丘脑释放激素均可激活腺苷酸环化酶(adenylate cyclase,AC)，使细胞内、外cAMP蓄积增加。有鉴于此，Miyata等设想，利用监控下丘脑提取物中垂体AC激活活性有可能发现新的下丘脑释放激素。于是，他们进行了系列研究，从羊的下丘脑组织中分离出这种具有极强AC激活活性的由38个aa残基组成的新的神经肽，命名为PACAP［1］。他们不仅对其进行了结构分析，弄清了aa排列顺序，而且人工合成了PACAP，经纯化、aa分析和测序证实了合成的成功；证实了PACAP所具有的极强的AC激活活性；观察到

　　PACAP的促垂体细胞释放垂体前叶激素的效应；在麻醉大鼠身上证实了PACAP的血管抑制活性。不久，他们从羊的下丘脑中又分离出一种27肽，并命名为PACAP27，而含38个aa的PACAP则命名为PACAP38。二者具有相似的生物活性，并被证实来源于一个共同的由176个aa组成的前体蛋白［2］。

　　二、PACAP的aa组成和其前体的结构特征：

　　Miyata等用脉冲式液相序列分析仪弄清了PACAP38的aa序列为:His-Ser-Asp-Gly-Ile-Phe-Thr-Asp-Ser-Tyr-Ser-Arg-Tyr-Arg-Lys-Gln-Met-Ala

　　-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Ala-Ala-Val-Leu-Gly-Lys-Arg-Tyr-Lys-Gln-Arg-Val-Lys-Asn-Lys-NH2，PACAP27具有PACAP38氨基末端(N端)1～27位aa序列；二者均具有酰胺化羧基末端；PACAP38的N端1～28位aa与血管活性肠肽(vasoactive intestinal polypeptide,VIP)的aa序列具有68%的同源性［1］。

　　Kimura等克隆了编码羊下丘脑和人睾丸的PACAP38前体的cDNAs，阐明羊的cDNA编码一个由176个aa组成的前体蛋白，此蛋白除含有PACAP38的aa序列外，其N端还含有特定的信号肽和一个由107个aa组成的“原区”(“pro”-region)。Ohkubo等克隆了编码人睾丸和大脑皮质的PACAP前体的cDNAs［3］，了解到人PACAP前体蛋白也由176个aa组成，且与羊的PACAP前体蛋白极为相似(82%)。Oki等还克隆了编码大鼠脑PACAP前体的cDNA，结果显示，大鼠PACAP cDNA编码由175个aa组成且与羊和人的PACAP前体具高度同源性的蛋白质。aa序列分析显示，人、羊、大鼠的PACAP38的aa序列是完全相同的。Chartrel等研究欧洲绿蛙脑的PACAP的一级结构后发现，蛙的PACAP含有38个aa，与人、羊、大鼠PACAP相比，仅35位上由异亮aa取代了缬aa［4］。合成的羊PACAP

　　38和27可使蛙垂体前叶组织中的cAMP含量增多。可见，两栖类进化到哺乳类过程中，PACAP的结构和功能均具有极大的保守性。

　　三、PACAP在体内的分布：

　　已发现PACAP与大多数神经肽一样，在体内分布极广泛。可单独存在，也可与其它神经肽或经典的神经递质共存(coexistence)。研究所涉及的动物从两栖类、禽类、兽类直至人类本身，包括蛙、鸡、小鼠、大鼠、仓鼠、豚鼠、雪貂、猫、猪、羊和人等。

　　Arimura等用放射免疫分析(RIA)法检测大鼠中枢和外周组织中PACAP的含量，发现下丘脑中PACAP含量最高，其它脑区中PACAP的含量也相当高，垂体后叶的含量与下丘脑以外的脑组织中含量相当，而垂体前叶的含量却极低。Kivipelto等用免疫组织化学法(IHC)观察到PACAP免疫反应阳性(PACAP－ir)的细胞体主要位于视上核、室旁核、下丘脑室周核和中央灰质，PACAP－ir的神经纤维和末梢主要出现在杏仁核的中央核团的中间部、正中隆起、神经垂体和中央灰质［5］。Masuo等利用高敏感、高特异性的夹心式酶免疫分析结合高压液相色谱分析，检测了中枢神经系统的冰冻组织切片上的62个不同区域的PACAP的含量，其结果与上述研究结果基本相似，且定位更精细［6］。他们发现，PACAP的这种分布与其受体的存在部位不一致。PACAP的分布与VIP的分布也不一致。

　　Arimura等在研究PACAP的外周组织分布过程中意外发现，睾丸中PACAP的含量是外周组织中最高的，双侧睾丸中PACAP的总量甚至超过整个脑组织中PACAP的总和。含量次高的是肾上腺。在消化道和其它外周组织中亦广泛存在PACAP。在消化道中，又以胃、十二指肠、空肠的PACAP含量为高。反相HPLC分析结果提示，睾丸中的PACAP主要是PACAP38。在所有被研究的组织中，PACAP27的含量均只占总PACAP的一小部分［7］。免疫双标记显示，在人和鸡的肠中存在有PACAP与VIP共存的神经细胞体，而在小鼠和大鼠的胃粘膜中存在着PACAP与VIP共存的神经纤维。IHC还显示，在豚鼠气管上，PACAP－ir神经纤维出现在平滑肌束、腺体和小血管周围。在肺内，小的腺体和支气管周围有PACAP－ir神经纤维围绕，肺内的血管壁周围则有丰富的PACAP－ir的神经纤维支配。同样，在大鼠、雪貂、猪、羊和松鼠猴的呼吸道中也发现PACAP－ir的神经纤维。在羊和雪貂的呼吸道中，免疫双标记法显示所有含PACAP的神经纤维中均储存有VIP。

　　Chou等建立的一个检测PACAP38的RIA系统显示，PACAP存在于循环血中，说明PACAP可作为循环激素起作用。正常人血浆中PACAP38的含量为1.8±0.3pmol·L－1。

　　四、PACAP受体的研究：

　　在众多的研究中，都涉及到PACAP受体的问题。目前已明确PACAP的受体不仅存在于中枢神经系统内，也存在于其它外周组织及细胞系中。1990年，Ohtaki等发现牛脑细胞膜上具有与PACAP38、PACAP27结合的PACAP特异性受体，其分子量为57KD。同年，Lam等注意到在大鼠的下丘脑、脑干、小脑和肺组织的细胞膜上有特别密集的PACAP特异性受体，在垂体(主要是垂体前叶)也有少量受体存在。结肠、主动脉、肾组织中也有极少量的PACAP受体，但在胰腺和睾丸中未发现受体存在。Schafer等证实大鼠脑细胞上有丰富的PACAP受体存在，并提出PACAP受体复合物与GTP结合蛋白有关系［8］。PACAP与受体的相互作用是快速、可逆和可饱和的，并受温度、pH和作用时间影响。VIP可置换肺组织中PACAP与其受体的结合，而脑组织中则不能。这表明可能存在PACAP受体亚型。Cauvin等在研究中枢部位PACAP受体特征后，提出两型受体的共存［9］。PACAP-A受体对PACAP27的亲和力稍高于PACAP38，而PACAP－B受体则对PACAP38的亲和力较高。Shivers等在他

　　人的研究基础上，扩大了研究范围，明确了大鼠PACAP受体在睾丸、附睾、肾上腺、肺、肝、前列腺、精囊的定位，指出PACAP受体在附睾和睾丸定位于生精细胞，在肾上腺则定位于髓质嗜铬细胞，并且这3种组织上的受体与PACAP的结合不能被过量的VIP置换，被命名为Ⅰ型受体。在肺、肝、前列腺、精囊，其PACAP受体与PACAP的结合可被VIP置换，命名为Ⅱ型受体。Suda等进一步研究了人脑组织中PACAP受体的特性，发现高特异性的PACAP结合位点出现在下丘脑、脑干、小脑皮质和基底节中，这些受体与PACAP的结合不能被VIP阻断，并对PACAP表现出高、低两种不同的亲合力。此外，在人小肠上皮、胃主细胞、神经母细胞瘤细胞系、大鼠胰腺腺瘤细胞系、星形细胞、肾上腺嗜铬细胞瘤PC12细胞上也观察到PACAP受体的存在。

　　Masuda等成功地将牛脑细胞膜上的PACAP受体溶脱下来，溶脱物只含有单一的结合位点。溶脱前后受体的Kd值无显著差异。竞争结合实验证实溶脱下来的受体仍保存对PACAP的特异性［10］。最近，Hashimoto等分离出大鼠脑PACAP受体的cDNA［11］。在COS细胞中表达的重组PACAP受体与PACAP结合的亲和力大约是VIP的1000倍。通过克隆的PACAP受体，PACAP可激活AC。大鼠PACAP受体由495个aa组成，包含有7个跨膜片段，与其它和G蛋白偶联的受体极为相似。PACAP受体的mRNA在脑中广泛表达，而在外周组织中只在肾上腺表达。Pisegna等同时也从AR4－2J细胞cDNA文库中分离出PACAPⅠ型受体的cDNA［12］。它同样编码一个带有7个跨膜片段由495个aa组成的受体蛋白。显然，受体cDNA的克隆成功，将有助于对受体分布、结构及功能特性作进一步了解，从而更好地认识PACAP的生物学作用。

　　五、PACAP的生物学效应：

　　由上述可见，PACAP及其受体在体内分布广泛，然而二者的分布并不一致。足以说明PACAP不仅可在产生的局部发挥作用，而且可能发挥激素样的“远距”作用。PACAP最基本的作用是激活AC，使细胞内、外cAMP蓄积增加。

　　(一)对神经系统、内分泌系统的作用［13，14］：PACAP对中枢神经系统具有生理性调节作用；对下丘脑－垂体轴的内分泌功能也具有调节作用，可增加垂体细胞多种激素的释放；还能提高垂体促性腺激素细胞和生长激素细胞中游离钙浓度，提示其对生殖和生长也具有调节作用。PACAP还是一种非胆碱能促肾上腺髓质分泌因子。

　　(二)对消化系统的作用［15，16］：食管、胃及肠壁上广泛存在着PACAP－ir的神经元胞体和纤维，提示它们参与肠的运动和分泌活动的调节。Katsoulis等发现PACAP对回肠的松弛作用具有浓度依赖性，且其松弛效应比VIP强50倍。并不受肾上腺素能或神经节阻滞剂及肾上腺素能受体和毒蕈碱受体拮抗剂的影响。结构与功能分析表明，PACAP的N端部分对其生物活性的维持具有关键作用。此外，PACAP可刺激胃主细胞胃蛋白酶原和胰腺胰淀粉酶的释放。

　　(三)对呼吸系统的作用［17，18］：存在于呼吸系统的APCAP可调节气道阻力和肺局部血流，其对支气管的扩张作用需Na＋－K＋－ATP酶激活。

　　(四)对心血管系统的作用［19～22］：Warren等观察到PACAP具有舒张家兔离体主动脉条的作用，且强度是VIP的100倍。他们认为PACAP是一种作用持续、不依赖内皮的强效血管扩张剂。Kastner等对人和猪冠状动脉的研究结果，也表明此点。而Cardell却发现PACAP对豚鼠肺动脉、主动脉的扩血管作用在去除内皮时丧失殆尽。在体实验也证实PACAP具有扩血管降压作用。但PACAP的血管扩张作用是直接作用还是通过cAMP水平提高而产生的间接作用尚需阐明。常青等应用离体培养的血管内皮细胞实验时，发现PACAP可对抗高脂因素造成的内皮细胞形态和功能的损伤。

　　(五)PACAP的其它作用［23～25］：Tatsuno等观察到PACAP38可刺激垂体或垂体细胞IL－6的产生，并证实其作用可通过AC／PKA信号系统实现。他们还发现PACAP可抑制致有丝分裂原引起的小鼠脾细胞的增生；减缓肿瘤生长速度；可抑制胸腺和脾脏淋巴细胞的运动。Schadlow在进行基因表达调节实验时发现，PACAP不仅可激活PC12细胞的AC，而且可激活肌醇脂质系统，提出PACAP是一个双重第二信使的激活剂。

　　综上可见，PACAP的生物学效应是多方面的，但效应之间有何联系，各效应产生的机制均有待研究。有一个倾向可以肯定，即PACAP的作用与其受体和细胞信使系统有关。

　　作者单位：暨南大学医学院组胚教研室　(广州　510632)

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