排卵是哺乳动物孕育下一代的重要过程。哺乳动物排卵的发生和时间由性激素、促性腺激素及中枢调节因子协调，以尽可能提高受精机会。排卵出现障碍则会导致人类出现不孕症，或者在牲畜养殖中造成损失。
Kisspeptin是一种由Kiss1基因编码的神经肽，是上述中枢调节因子的一种。Kisspeptin主要分布在下丘脑的几个核团中，如前腹侧室周核（anterior ventral periventricular nucleus, AVPV）、室周核（periventricular nucleus, PeN）、前视前核（anterior hypothalamic nucleus, ADP）及弓状核（Arc）等。
Kisspeptin神经元通过与其受体G蛋白偶联受体54（GPR54）结合，刺激垂体前叶的性腺激素细胞释放促性腺激素释放激素（gonadotropin-releasing hormone，GnRH），进而促使促性腺激素，如促卵泡激素（follicle stimulating hormene，FSH）和促黄体生成素LH的分泌增加。这对于正常的性腺功能和排卵过程至关重要。
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过去的研究表明，Kisspeptin与GPR54的结合，是受到排卵前雌激素水平升高的推动，即雌激素通过作用于神经元中表达的雌激素受体α（ERα），使得啮齿动物的AVPV和反刍动物、灵长类动物视前区（preoptic area，POA）中的Kisspeptin神经元表达kisspeptin/Kiss1增加。而Kiss1和Gpr54缺陷的小鼠、大鼠和人类则会出现不育和低促性腺激素性性腺功能减退（hypogonadotropic hypogonadism），甚至即使在高雌激素水平的条件下，也不会出现下游的一系列表现，如LH激增。这些都说明Kisspeptin与GPR54的结合是哺乳动物排卵的重要一环。然而，激活AVPV/POA的kisspeptin神经元的上游刺激物尚未完全确定。
2023年3月，日本名古屋大学的研究团队对这一问题展开了研究。他们发现，细胞能量货币ATP在其中充当着神经递质的角色并参与诱导动物排卵。该研究结果以“Hindbrain Adenosine 5-Triphosphate (ATP)-Purinergic Signaling Triggers LH Surge and Ovulation via Activation of AVPV Kisspeptin Neurons in Rats”为题发表于Journal of Neuroscience。
图1 研究成果（图源：[1]）
研究人员首先对雌性大鼠的AVPV kisspeptin神经元进行RNA测序分析，以确定在其中特异性表达的受体基因。结果发现，P2rx2在高雌激素水平下AVPV kisspeptin神经元中高度表达，但不在ARC kisspeptin神经元中出现。此外，P2RX2是AVPV kisspeptin神经元中唯一表达的嘌呤能受体，这使得研究人员格外关注P2RX2在其中扮演的角色。
P2RX2是一类P2X受体，研究人员因此使用P2X受体拮抗剂PPADS来测试变化，结果表明，雌激素无法再在大鼠身上诱使LH激增。而使用ATP（P2X2受体的主要配体）后，能立即引起LH激增，而这一激增能够被Kiss1基因敲除所消除。这表明ATP给药引起的LH激增是由kisspeptin介导的。进一步研究PPADS给药的作用发现，大鼠的自发排卵也被抑制了，内源性LH激增和排卵数量均显著降低。
在体外实验中，AVPV kisspeptin神经元中Ca2+水平变化也显示了ATP- P2X 信号对kisspeptin神经元的激活作用：每次ATP给药，尤其在使用雌激素预处理后，都会引起Ca2+的升高，而施用PPADS会消除这一现象。
有意思的是，研究人员还发现，高雌激素处理会导致表达P2RX2的Kisspeptin神经元数量增加。研究人员使用免疫组织化学方法检查雌性大鼠中嘌呤能神经元的投射，结果发现高雌激素处理组中，嘌呤能神经纤维与Kisspeptin神经元的接触点数量显著增加，而与GnRH 神经元很少接触。这表明嘌呤能神经元直接投射到AVPV kisspeptin神经元。
研究人员随后关注了嘌呤能神经元的定位以及表达ERα的情况。结果发现，位于下丘脑的核团SuM和位于后脑去甲肾上腺素能核团A1、A2中，显著更多的嘌呤能神经元能被高雌激素处理激活。另外，71.5%、22.4%、50.8%、58.3%的ARC、SuM、A1、A2嘌呤能神经元中表达Erα，这表明，这些位置的嘌呤能神经元很可能是雌激素的主要作用位点。
总之，该研究表明，ATP嘌呤能信号能通过AVPV kisspeptin神经元诱导雌性大鼠的GnRH/LH 激增。具体而言，ATP 可能会直接刺激AVPV kisspeptin神经元，并在高雌激素水平的条件下触发GnRH/LH激增。过去的研究曾报道，ATP经常与去甲肾上腺素一起从某些区域的儿茶酚胺能神经元神经末梢释放，因此，研究人员推测，ATP嘌呤能信号的来源是由于高水平的雌激素激活了A1和A2的嘌呤能/去甲肾上腺素神经元。
由于体内许多细胞类型都表达ATP受体，因此，使用ATP进行生育治疗的可行性并不高。不过，研究团队认为，将ATP作为递质的后脑嘌呤能神经元有望作为解决生育问题的潜在靶点。该研究的第一作者、名古屋大学生物农业研究科井上直子副教授表示：“激活嘌呤能神经元会引起ATP在kisspeptin神经元附近局部释放，这样，这些ATP就能激活kisspeptin神经元以诱导排卵。希望我们的发现能够有助于治疗排卵障碍。”
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参考资料：
[1]Naoko Inoue, Safiullah Hazim, Hitomi Tsuchida, et al. “Hindbrain Adenosine 5-Triphosphate (ATP)-Purinergic Signaling Triggers LH Surge and Ovulation via Activation of AVPV Kisspeptin Neurons in Rats.” Journal of Neuroscience, vol. 43, no. 12, 22 Mar. 2023, pp. 2140–2152, www.jneurosci.org/content/43/12/2140, /10.1523/JNEUROSCI.1496-22.2023
[2]/news/20230516/Study-unveils-ATP-as-a-key-player-in-ovulation-paves-the-way-for-novel-infertility-treatments.aspx
