魚類促性腺激素的作用和鰻
鰻魚是亞洲之重要之經濟養殖魚種之一。但鰻魚的人工繁殖最大的問題之一是：其腦下垂體中的促性腺激素 (gonadotropin ,GtH) 含量相當的低，故目前鰻魚人工繁殖，其受精卵之取得，皆由長期注射異種生物腦下垂體研磨萃取液 (內含促性腺激素) 而來。早期魚類人工繁殖的實施也是利用注射腦下垂體研磨萃取液來達成，雖然兩者皆借用注射腦下垂體研磨萃取液，但其意義不同。對其他魚種而言，因其已經到達性熟，所欠缺的是引發堆積在腦下垂體中促性腺刺激素(GtH) 的高峰釋放 (discharge)，進而引發配子的最後成熟 (final maturation) 與排卵 (ovulation) 及產卵 (spawning) 或排精 (spermation)，因其配子以經發育到几乎完熟階段，故操作上可能只須施打一針。但對鰻魚而言，注射腦下垂體研磨萃取液，是要借著外來的激素，讓配子從原母細胞發育到完熟配子。故操作上需要施打數十針，時間也必須拉長。從上面所舉的例子，可看到促性腺激素 (gonadotropin ,GtH) 在魚類中至少有兩項功能：
(一) 刺激配子發育。
(二) 引發配子的最後成熟與產卵。
但什麼是促性腺激素呢？在魚類有什麼特點呢？本文即在介紹有關魚類生殖內分泌的發展，著重於鰻魚腦下垂體中性腺刺激素的生理生化特性。
廣義而言：凡是可以刺激性腺活動的激素皆可稱為性腺促進激素 (gonadotropins, GtH)。這包含：
1.胎盤絨毛膜激素 (placenta-choronicgonadotropin, CG)、
2.成長激素 (growth hormone, GH)、
3.泌乳激素 (prolactin, PRL)、
4.胰島素 (insulin) 類胰島素成長因子 (insulin-like-growth factors, IGF)…等等。
但一般所指的 '性腺促進激素 (GtH)'，是指由腦下垂體 (pituitary) 性腺促進激素細胞 (gonadotropes) 所產生的醣蛋白激素 (glycoprotein hormones)。 性腺促進激素 (GtH) 的物理化學特性，在哺乳動物中研究的比較清楚。在哺乳動物中有兩種性腺促進激素包括：
1.濾泡刺激素 (follicle-stimulating hormone, FSH)
2.黃體激素 (luteinizing hormone, LH)，均為醣蛋白激素。
在內分泌學上將甲狀腺刺激素 (thyroidotropin, TSH) 與 FSH、LH 歸為一大類，因為他們皆由兩個次單元體所構成：即 alpha 次單元體和 beta 次單元體，而FSH、LH、TSH 含有完全相同的alpha 次單元體，是 beta 次單元體的賦予各個激素不同的生理特性。但必須要兩個次單元體構成在一起才能具有生理活性。alpha 次單元體來自同一基因 (gene)，而beta 次單元體由不同基因而來。
哺乳動物，在雌性中FSH 主要扮演：
1.刺激卵巢濾泡生長
2.芳香脢 (aromatase, 將睪固酮, testosterone, 轉變為雌性素, estrogens, 的酵素) 的活性
LH 則主要扮演：
1.刺激卵巢固醇類激素的生成 (主要是助孕素， progesterone，和雄性素，androgens) 刺激排卵
2.維持卵巢濾泡排卵後黃體 (corpus luteum) 的發育。
而FSH 的受體 (receptors) 主要位於濾泡上的顆粒細胞 (granulosa cells) 層；LH 的受體主要位於卵巢的結構組織細胞 (stroma cells) 及濾泡上的鞘細胞 (theca cells) 和顆粒細胞 (granulosa cells) 層。雄性中，FSH 刺激施氏細胞 (Sertoli cells) 促進精子的生成；LH 刺激萊氏細胞 (Leydig cells) 促進雄性素的生成。故對哺乳動物的生殖而言，FSH 和 LH 的作用是相輔相乘的，雖各有特性但不能分開。
在魚類中，只存在著單一型式的促性腺激素 (GtH)，亦或像哺乳動物一樣具有兩種不同促性腺激素 (即濾泡刺激素 FSH 和黃體激素LH)，一直是個困惑的問題。最先在1971年，法國學者從鯉魚 (common carp) 的腦下垂體中分離出來一種物質，此物質具有雙重促性腺激素 (FSH 和LH) 的功能。不論在活體或離體實驗條件下均可刺激不同魚種如，金魚、鯰魚及鮭魚的性纇固醇激素合成和配子的最後成熟；同時證明它是一種醣蛋白，並由兩個次單元體所構成，這兩個次單元體被命名為次單元體-I (subunit-I) 及 單元體-II (subunit-II)。次單元體之間的結合和哺乳動物的情形一樣，並非靠著分子鍵結合。這些證據使他們推論在硬骨魚中可能只有一種促性腺激素。另外從氨基酸構成順序比較得知，單元體-I 的一級結構與哺乳動物促性腺激素的alpha次單元體的一級結構較相近，次單元體-II 的一級結構則和 LH 的 beta 次單元體的一級結構比較相近。
由哺乳動物而來的概念，一直有學者想證明在魚類中也具有兩種不同的GtH。在鮭魚類中也有一種促性腺激素被分離出來，比較詭弔的是几乎在卵巢發育的最後階段才能在血漿中測到這種到這種促性腺激素。因此，有人推測一定有另一種促性腺激素負責卵巢發育的前半部、但一直沒證據。直到 1988 年，兩種不同的促性腺激素 (GtH-I 和GtH-II) 才在鮭魚腦下垂體中被日本人分離及證明，鮭魚GtH-II 和先前從鯉魚所得到的 GtH 分子類似。到目前為止，兩種不同的GtH 已經在數十種魚類 (包括鯉魚、鰻魚) 中被確定，但特別的是，非洲鯰魚 (African catfish ) 到目前一直還沒找到。或許有人會問為什麼從1971年之前到 1988年才確定了魚類中也具有兩種不同的GtH，我想最大的緣因是因為分析技術的進步及分子生物學技術的廣汎應用，而GtH-I 生理功能的模糊性也是其難以肯定的原因之一。
由氨基酸一級結構比較顯示，
不同魚類之間，其GtH-II 的beta 次單元體有較高的相似性；
不同魚類之間其GtH-I 的beta 次單元體彼此有較大的差異。
如果和高等脊椎動物的 GtH (LH, FSH) 相比較則發現，
硬骨魚類GtH-II 的beta 次單元體和 LH 的beta 次單元體相近，
而GtH-I 的beta 次單元體和 FSH 的beta 次單元體有較相近的氨基酸一級結構。
值得一提的是，胎盤絨毛膜激素 (placenta-choronicgonadotropin, CG)，其結構和功能則與LH相近，故早期養殖上，利用腦下垂體研磨萃取液添加人類胎盤絨毛膜激素 (hCG)，作為魚類催熟的用藥，其原理是以hCG 代替魚類的GtH II (hCG = LH = GtH-II)。魚類GtH 和哺乳類動物GtH最大的不同的是：魚類GtH-I 據有兩種不同型式的 alpha 次單原體（alpha 1 和alpha 2）。
自從兩種不同的GtH 在多數的硬骨魚中被確立之後，大家更進一步的想到去了解它們的生理功能及被調節的機制，到目前為止，只有在鮭魚類中被研究得比較仔細而且具有較明顯的結果。利用高特異性的放射線免疫分析法(radioimmunoassay, RIA) 分別去偵測GtH-I 和GtH-II 在血液中變化的情形，發現在生殖季節時在配子生成階段血液中GtH-I 的濃度比 GtH-II 高出許多；但在此之後GtH-I 的濃度逐漸下降而GtH-II 的濃度逐漸上升。而在最後成熟階段時血液中GtH-II 有一高峰出現。推測不同的GtH 具有不同的生理功能，GtH-I 可能和配子生成及發育有關，而GtH-II 和配子最後成熟有關。此點 GtH-I 與GtH-II和 FSH與 LH 具有對映的相似功能。
至於在其他硬骨魚類 GtH-I 和GtH-II 就沒有如此清晰的出現型式，一方面因 GtH-I 和GtH-II相比較，其量本來就不多無法發展出完整的RIA系統，故現有的研究大多以偵測腦下垂體中GtH-I beta 和GtH-II beta 個別傳信核醣核酸 (mRNA) 的量。以金魚及鯛魚為例，GtH-I beta和 GtH-II beta的量，在卵子發育過程中兩者一起出現，並無顯著的差別；推測GtH-I 和GtH-II 對卵子發育可能具有同等的生理功能。對於某些缺乏GtH-II 的魚種，例如非洲鯰魚，GtH-II beta則出現在整個生殖季節。
若從受體的觀點來看，在鮭魚中發現兩種GtH 受體 (GtH-R)。其中 GtH-一型受體 (GtH-R-I) 可能和GtH-I 和GtH-II 結合，而GtH-二型受體 (GtH-R-II) 只能和GtH-II 結合。所以由不具GtH-I 專一性的受體 (GtH-R-I與GtH-R-II) 及GtH-I 的結構與出現在不同的魚種有很大的差別，推測在演化的過程中GtH-I 比GtH-II 晚出現。
這一點推測可能和鰻魚有關，鰻魚算是一種相當原始的魚類，雖然鰻魚的GtH 早在1983 年之前就被確立， 與鮭魚 GtH (GtH-I 和GtH-II) 比對結果，鰻魚的GtH應歸於 GtH-II 。從那時以後，法國及日本學者也紛紛加入尋找鰻魚GtH-I的行列，因為前面提到不同的GtH 具有不同的生理功能，GtH-I 可能和配子生成及發育有關，而GtH-II 和配子最後成熟有關。鰻魚所缺乏的是缺少刺激配子生成及發育的激素 (如GtH-I)。事實上，用傳統的內分泌技術，鰻魚和非洲鯰魚一樣根本測不到GtH-I的存在，法國派的學者比較趨向鰻魚只有一種 GtH (GtH-II) 的看法，但並不否認可能有 GtH-I 的存在，因為從雄鰻來的觀察顯示只要一針的LH 或 hCG 就可以使雄鰻達到排精的階段，顯示一種GtH 就能發揮所有生理功能。一直到1998年，日本學者以分子生物的技術 (RT-PCR) 終於在日本鰻證明GtH-I的存在，但是比較詭異的是，日本鰻的GtH-I只在小鰻才找得到而且量極少，催熟後的鰻魚 (不管雌雄鰻) 就不見了 (須知鰻魚在催熟後卵巢也才會發育，同時GtH-II的量也會昇高)，顯示 GtH-I 可能和配子的生成及發育無直接關係。有可能鰻魚的GtH內分泌模式，介於非洲鯰魚和金魚之間，故GtH-I 對鰻魚可能是演化上進化的新分枝，但反過來說，也可能是退化的遺跡，更大膽的假設是：淡水或養殖鰻魚性成熟之所以受阻礙，乃是其GtH-I 的生成受阻，而催熟可能是一種病態的刺激才使 GtH-I 的生成受到抑制。事實上，傳統的魚類生殖內分泌對 GtH-II 的生成與調節研究的比較透澈，結果顯示，和哺乳動物一樣受性腺激素的正負迴饋控制，是很古典的生殖內分泌，而且雖然魚種不同但有相同的結果。而對 GtH-I 的研究則剛開始起步，現有的結果顯示魚類GtH-I 的生成調控，隨著魚種的不同而有相反的結果。 如果鰻魚的 GtH-I 是脊椎動物GtH系統 (GtH-system) 演化上進化的新分枝 (或是退化的遺跡)，那麼如何以一種GtH去發揮所有的功能呢？有兩種可能性：
一是，受體調節型：受體的觀點來看，可能鰻魚GtH-II同時可以和類似GtH-I 與GtH-II的受體作用，發揮GtH-I 與 GtH-II 的功能。
二是，激素產生調節型：因為在哺乳動物中FSH和LH的生成與分泌各受不同的調控，如FSH的生成受雄性素、助孕素與可體松的刺激，但這些固醇類激素對LH無顯著刺激效果，特別的是，兩種性腺所產生的蛋白質激素稱為 activin和 inhibin，對FSH有非常特異的刺激或抑制效果，也就是說activin和 inhibin對LH無任何效果。
事實上，從最近的實驗結果顯示，鰻魚的GtH-II具有和FSH類似的被調節機制，也就是說受雄性素、助孕素與可體松的刺激，而且至少inhibin對鰻魚的GtH-II有抑制效果 (但要記得的是，鰻魚的GtH-II它的構造與功能和LH較相近) 推測鰻魚的GtH是一種過渡型，即FSH加LH，即FSH 的操縱區 (promoter) 加上 LH 的構造基因 (structure gene)。這一點其中所含的生理及生物演化意義，值得大家再深入探究，有可能和鰻魚的生殖之謎有關，歡迎大家一起集思廣益。
主要參考文獻
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Huang Y-S. (1998) Role des steroides sexuels et des hormones metaboliques dans le controle direct hypophysaire de l’hormone gonadotrope (GtH-II) chez l’anguille europeenne, Anguilla anguilla. Universite Paris VI, Departement de Physiologie de la Reproduction, 173p.
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