《Journal of Comparative Physiology A》：Conserved communication between the pars tuberalis and mediobasal hypothalamus in the Golden hamster and Svalbard ptarmigan: a genome enabled ligand-receptor pairing analysis
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摘要翻译：
许多季节性脊椎动物依赖光周期使其季节性生理和行为与环境的年度变化同步。在哺乳动物和鸟类中，垂体结节部（pars tuberalis, PT）解码光周期信息并调控季节性时序。它通过促甲状腺激素（thyroid-stimulating hormone,
摘要翻译：
许多季节性脊椎动物依赖光周期使其季节性生理和行为与环境的年度变化同步。在哺乳动物和鸟类中，垂体结节部（pars tuberalis, PT）解码光周期信息并调控季节性时序。它通过促甲状腺激素（thyroid-stimulating hormone, TSH）信号作用于邻近的下丘脑胶质细胞——即排列在下丘脑基底中部（mediobasal hypothalamus, MBH）脑室壁的伸展细胞（tanycytes），这些细胞表达TSH受体（TSHR）。伸展细胞进而控制调节能量代谢和繁殖的神经回路的季节性状态。除TSH/TSHR轴外，PT与MBH之间的信号相互作用已被提出，但哺乳动物与鸟类之间的保守性尚未得到证实。在本研究中，研究人员采用激光捕获显微切割和转录组分析，对一种高度季节性哺乳动物——金仓鼠，以及一种高度季节性鸟类——斯瓦尔巴德雷鸟的PT和富含伸展细胞的MBH样本进行了分析。对夏季和冬季状态下双向G蛋白偶联受体（G-protein coupled receptor, GPCR）与肽能配体表达水平的比较，再次确认了TSH信号作为季节性神经内分泌通路中保守机制的核心作用。在两种物种中，配体-受体配对分析提供了MBH通过生长抑素（somatostatin, Sst）、凯莫瑞（chemerin, Rarres2）和神经肽Y（neuropeptide Y, Npy）信号通路向PT发出信号的证据。为进一步确定这些通路是否在代谢或繁殖生理的季节性变化表达中发挥保守作用，需要对细胞表达模式和信号功能进行更深入的分析。
论文解读：
季节性脊椎动物通过感知光周期变化来预知环境条件的年度波动，从而在适宜的时间窗口内启动繁殖、脂肪蓄积、换羽或冬眠等适应性生理程序。光周期信息的神经内分泌整合在哺乳动物和鸟类中呈现部分保守的特征：垂体结节部（pars tuberalis, PT）作为关键的解码中心，通过促甲状腺激素（thyroid-stimulating hormone, TSH）信号作用于下丘脑基底中部（mediobasal hypothalamus, MBH）的伸展细胞（tanycytes），调节甲状腺激素的局部代谢，进而驱动能量代谢和繁殖状态的季节性转换。然而，除了这一经典的TSH/TSHR轴之外，PT与MBH之间是否存在双向的、跨物种保守的肽能信号通讯，此前尚缺乏直接比较的证据。为填补这一空白，研究人员选取了两种高度季节性的模式物种——金仓鼠（Mesocricetus auratus）和斯瓦尔巴德雷鸟（Lagopus muta hyperborea），利用激光捕获显微切割（laser capture microdissection, LCMD）分别富集PT和富含伸展细胞的MBH组织，并结合RNA测序（RNA-seq）比较夏季与冬季状态下两个脑区的转录组表达谱。研究聚焦于G蛋白偶联受体（G-protein coupled receptor, GPCR）与其肽能配体的双向配对关系，旨在识别可能保守的PT-MBH通讯信号。
研究采用的关键技术方法包括：对金仓鼠和斯瓦尔巴德雷鸟进行光周期处理以获得夏季样和冬季样表型；使用激光捕获显微切割分离PT和MBH中的伸展细胞富集区域；提取RNA后进行转录组测序，比对到各自参考基因组并计算基因表达量；利用GPCR-配体配对分析筛选双向信号通路；并通过地高辛标记的原位杂交（in situ hybridisation）验证关键配体（如生长抑素Sst）的细胞定位。样本来源方面，金仓鼠样本取自斯特拉斯堡大学Chronobiotron设施的实验动物，雷鸟样本取自特罗姆瑟大学雷鸟繁殖设施。
研究结果部分首先确认了样本分离的特异性。主成分分析（PCA）显示PT与MBH样本在转录组水平上显著分离，且已知的PT标志基因（如Tshb、Eya3）和伸展细胞标志基因在对应组织中富集，验证了LCMD取材的可靠性。在GPCR表达谱方面，金仓鼠PT中检测到123种GPCR，雷鸟PT中检测到131种，其中有79种为两物种共有；MBH中分别检测到110种和119种GPCR，共有72种。值得注意的是，褪黑素受体Mtnr1a在雷鸟PT中低于检测阈值，而在金仓鼠PT中高表达，提示鸟类PT可能不直接响应松果体褪黑素信号，转而依赖深脑光感受器。
在PT向MBH的信号方向分析中，研究人员筛选出16个两物种共有的PT配体基因，其对应受体在MBH中共同表达。其中表达量最高的配体包括趋化因子相关基因Rarres2、Cxcl12、速激肽前体Tac1、生长抑素Sst、神经肽Y Npy以及Tshb。仅Tshb在两种物种的夏季和冬季状态之间表现出约两个数量级的显著季节性差异，再次确认TSH信号是季节性神经内分泌通路的核心保守机制。其他配体如Rarres2虽然在两个组织中均高表达，但季节性变化幅度较小（小于2倍）。
在MBH向PT的信号方向分析中，研究人员鉴定出14个共有的MBH配体基因，其对应受体在PT中共同表达。这些配体包括Rarres2、Sst、Npy以及法尼基二磷酸合酶（Fdps）。其中Sst和Npy的表达水平较高，且Npy在两种物种中均表现出超过4倍的季节性变化。由于下丘脑弓状核（arcuate nucleus, ARC）中Sst表达曾与西伯利亚仓鼠的季节性体重调控相关，研究人员通过原位杂交进一步确定Sst表达的细胞定位。结果显示Sst阳性细胞分布于ARC和正中隆起（median eminence, ME），并延伸至MBH的室管膜下区，但在伸展细胞层未见阳性信号，提示MBH释放的Sst可能通过旁分泌或突触方式作用于PT。
讨论部分指出，本研究的发现强化了TSH-TSHR轴作为鸟类和哺乳动物季节性通讯祖先通路的重要性，并首次提出Sst、chemerin（Rarres2编码）和NPY可能介导MBH向PT的反馈信号。其中，Sst除通过经典的生长抑素受体（如Sstr1）发挥作用外，其前体衍生肽neuronostatin可能经Gpr107受体参与PT调控，而雷鸟和金仓鼠PT中Gpr107表达明显高于Sstr1，提示这一新型信号轴值得深入探索。NPY作为促食欲信号在哺乳动物和鸟类中均高度保守，其季节性表达变化可能反映代谢状态对PT光周期解码功能的反馈调节。研究结论强调，PT-MBH之间的双向GPCR-配体通讯可能是季节性代谢与繁殖协调的重要机制，并为未来在细胞和功能水平上验证这些通路提供了候选分子靶点。该研究发表于《Journal of Comparative Physiology A》。
