鱼类生殖中Cyp17a1/a2双敲除揭示旁系同源特异性类固醇代谢通路

本研究针对硬骨鱼类中cyp17a1和cyp17a2基因在类固醇合成与雄性生育中的功能差异，通过构建双基因敲除模型（dko），结合转录组学与类固醇代谢分析，揭示了cyp17a1特异性调控雄激素（T、11-KT）和雌激素（E1、E2）合成，而cyp17a2主导孕激素（DHP）和皮质激素（皮质醇、可的松）代谢的分子机制。该研究为解析鱼类生殖障碍的类固醇代谢基础提供了关键理论依据。

　　

在脊椎动物生殖系统中，类固醇激素如同精密调控的化学信使，指挥着性腺发育、配子形成和生育能力。然而，在硬骨鱼类中，由于第三轮基因组复制事件产生的两个旁系同源基因cyp17a1和cyp17a2，其功能分工和协同机制始终是未解之谜。既往研究表明，cyp17a1突变会导致雌激素缺乏和性逆转，而cyp17a2缺陷仅轻微影响雄性生育力，但两者在类固醇代谢网络中的精确作用边界仍不清晰。西南大学的研究团队通过创新性构建cyp17a1^?/?/cyp17a2^?/?双敲除模型，揭开了这对"分子双胞胎"在鱼类生殖中的独特作用密码。

研究采用CRISPR-Cas9基因编辑技术建立突变体，通过性腺体指数（GSI）评估和Leydig细胞形态学分析表征表型，结合睾丸转录组测序（RNA-seq）和液相色谱-质谱（LC-MS）类固醇代谢组学技术，系统解析了基因型-表型关联。实验样本来自尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）野生型与突变体群体。

【动物和伦理声明】
实验严格遵循西南大学动物实验伦理委员会规范，在循环水养殖系统中模拟自然光周期条件下进行。

【双突变体模型的建立】
通过杂交单基因杂合子获得dko模型。酶活性分析证实cyp17a1同时具有17α-羟化酶和17,20裂解酶活性，而cyp17a2仅保留17α-羟化酶功能（图1A）。表型显示dko与cyp17a1^?/?均出现GSI降低、Leydig细胞异常增殖和雄性不育，但dko特有精巢肥大表型。

【关键发现】
转录组鉴定出2688个差异基因（DEGs），KEGG富集显示这些基因显著富集于类固醇合成、HIF-1（缺氧诱导因子）、PPAR（过氧化物酶体增殖物激活受体）和Hippo（器官大小调控通路）信号通路。代谢组学揭示cyp17a1^?/?特异性缺乏雄激素（睾酮T、11-酮睾酮11-KT）和雌激素（雌酮E1、雌二醇E2），而dko独特表现为孕酮DHP、皮质醇和可的松缺失，伴随皮质酮异常累积。

【讨论与意义】
该研究首次阐明cyp17a1/a2通过"代谢分流"机制调控不同类固醇分支合成：cyp17a1主导C18/C19性激素生成，其缺失直接导致性逆转和不育；cyp17a2则特异性调控C21皮质激素代谢，其缺陷引发应激反应通路紊乱。这种功能分化可能源于硬骨鱼类进化中的亚功能化（subfunctionalization）事件。研究为水产养殖中雄性不育的分子诊断提供了新靶点，并为理解人类CYP17A1相关先天性肾上腺增生（CAH）疾病提供了跨物种参考。论文发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，通讯作者为西南大学Linyan Zhou和Deshou Wang团队。