由脑部的神经分泌细胞产生，激活前胸腺分泌蜕皮酮的神经肽类激素。首次发现时被称为脑激素。促前胸腺激素在脑神经细胞中合成后，被转移到心侧体中储存，在一定的发育阶段释放到血腔中，刺激前胸腺分泌蜕皮激素。如果把吸血后吸血蝽若虫的头切除，这个吸血蝽虽然不会死亡，但永远不会蜕皮，当把另一个正常的吸血蝽若虫同前一个无头吸血蝽做成联体昆虫，使之体液相通，那么两个吸血蝽可以同时蜕皮。通过这个实验，证明昆虫的脑中有促进蜕皮的因子，这种因子就是促前胸腺激素。促前胸腺激素包含几种肽类物质。在烟草天蛾中促前胸腺激素有两类，一类称为小促前胸腺激素，分子量约7,000；另一类称为大促前胸腺激素，分子量约28,000。促前胸腺激素的释放由多种因素决定，包括昆虫本身的生理状况和外部环境的刺激。

PTTH有两个特别之处，一是其功能重要，二是它的研究路径蜿蜒曲折，有些八卦可以讲讲。昆虫的一大特点是其变态发育。很多昆虫需要经过卵-幼虫-蛹-成虫这几个形态和行为都很不相同的阶段。所以昆虫在发育到需要变态的临界点时，如从幼虫变态成蛹，需要做两件事情：一是表达蛹期所需的基因，抑制幼虫期的基因，产生新的蛋白，降解不需要的蛋白；二是各个器官要能在变态的过程中步调一致。昆虫的一种小分子激素，蜕皮激素，和这两个过程都密切相关：它在适当的时间产生，扩散到各个组织的细胞里，调节与变态发育相关基因的表达。绝大部分的蜕皮激素由昆虫的前胸腺(prothoracic gland)分泌。PTTH则是从神经系统里分泌出来的小分子蛋白，它可以刺激前胸腺分泌蜕皮激素。这样，我们可以看到一条简单而又很符合逻辑的路线：

内在和外源的信号—神经系统感受——调节PTTH——PTTH刺激前分泌刺激激素——蜕皮激素广泛地调节基因——昆虫变态发育

看起来简单明了的东西，研究起来可没那么简单。对PTTH的研究，最早可以追溯到上世纪在七十年代末，哈佛大学的Riddiford和Williams 用生理学方法确定了PTTH的存在：由神经元分泌的；能刺激前胸腺产生蜕皮激素。当时他们用的昆虫模型是烟草天蛾 (Manduca)，主要原因是这种昆虫够大，在做生理学实验时有较大优势。

后来Williams 老了；Riddiford离开哈佛后，她的研究兴趣集中在蜕皮激素的功能上，而没有太关注蜕皮激素是怎样被调节的。PTTH的工作就被北卡大学的Bollenbacher 和 Gilbert 接管。他们在整个八十年代工作主要包括两方面：PTTH通过什么机理调节前胸腺分泌蜕皮激素？PTTH是一个什么样的蛋白？第二个问题更关键，因为只有知道了PTTH是什么东西以后，才能进一步深入研究其功能。在那个时候，他们用的策略很简单：

分离烟草天蛾的脑蛋白——用生理学方法测定分离组分的活性——在进一步分离纯化——测蛋白序列（抗体制备）

他们进行了将近10年的努力，还是没有得到PTTH的部分蛋白序列，因为PTTH的含量非常低。不过他们通过提取出的含PTTH的组分制备了抗体，通过生理和生化实验证明了该抗体可以特异地阻断PTTH活性，同时也检测到了表达PTTH的两对神经元（如图1）

在PTTH蛋白纯化和序列测定方面，日本人Ishizaki 领导的课题组用家蚕为模型，取得了重大进展。他们先得到了部分蛋白序列，然后根据蛋白序列设计引物，得到了编码PTTH的基因序列。这样，PTTH的面纱就被揭开了：109个氨基酸组成的蛋白质，含有三对链内二硫键和一对链间二硫键；在生理状况下，PTTH是一个二聚体。这个工作对于分子生物学来说，是小菜一碟。但在1990年，这是一流的工作。因为烟草天蛾也是研究PTTH的主要模型，Gilbert等人想通过家蚕的序列为参考，直接用PCR的方法得到烟草天蛾的序列。但这两个物种的PTTH的DNA序列同源性却出奇地低，直到2003年，烟草天蛾的序列才被一个日本的实验室克隆出来。

知道了家蚕PTTH的序列后，就可以用分子生物学方法得到比较大量的纯PTTH，这对研究家蚕PTTH如何调节前胸腺分泌蜕皮激素提供了很大的方便。在2003年以前，研究烟草天蛾的人就都比较郁闷，他们还是要用大量的昆虫的脑子来纯化有活性的PTTH。在整个九十年代，除了Bollenbacher， Gilbert和Ishizaki，陆续有别的课题组加入了对PTTH和前胸腺的研究，发现PTTH能改变细胞的钙离子和CAMP浓度，也影响了细胞内MAPK的活性。

PTTH的故事到此只讲了一半，还有两个重要的问题没有解决：一是把PTTH基因敲除后，是否能有效抑制昆虫发育？二是PTTH作为一种神经肽，它的受体是什么？

对于第一个问题，在家蚕或烟草天蛾中很难回答，因为这两种昆虫的遗传背景不清楚、可用的分子遗传学操作方法也几乎没有。Gilbert在临退休前终于想通了，他与明尼苏达大学的O’connor实验室合作，用果蝇为模型，通过遗传学方法来研究PTTH的活体功能。当然，这个研究的前提是他们发现了在果蝇中也存在PTTH ，虽然与家蚕或烟草天蛾的同源性很低，但它们的7个形成二硫键的半胱氨酸是保守的。O’connor实验室所用的敲除PTTH的方法不是传统的基因敲除，而是“细胞敲除”。他们通过在PTTH表达的两对细胞中特异表达凋亡基因，从而把它们除去（如图2，图2中A中有四个表达PTTH的细胞；图2B中，这四个细胞死亡消失了）。

它们发现，敲除PTTH的果蝇延长在幼虫期的生长，长成了大幼虫；化蛹后，个体也比正常的果蝇要大 （如图3，图3中C, D, E分别是果蝇的幼虫，蛹和成虫期。在图3的C、D、E三个小图中，最左边的果蝇是PTTH敲除的，中间和右边是正常的果蝇作为对照）。

（McBrayer et al., 2007）

这说明了果蝇的PTTH在活体状态下，确实可以影响果蝇的发育速度和最终的体积。他们用其他几个实验证明了PTTH的这个功能是通过调节蜕皮激素而实现的。对于详细的内容，感兴趣的博友可以看一下原文（McBrayer et al., 2007 Developmental Cell）.

O’connor他们用的这种细胞敲除的方法与传统的基因敲除相比，有快捷、特异、容易操作的优点。但有两个明显的缺点：第一，他们把分泌PTTH的整个细胞都除掉了，这意味着不但PTTH被除掉了，而且这四个细胞履行的其他功能也一同被除掉。我们有理由怀疑， PTTH细胞敲除的果蝇表现出来的某些性状可能与PTTH无关，而是因为这四个细胞被除去后造成的副作用；第二，诱导细胞凋亡是要有一个过程的，所以在PTTH细胞被完全除掉以前，它们还能分泌PTTH。虽然与正常个体相比，这个量很低，但也不能排除这些残留的PTTH还有一定作用。

从它们的结果看来，PTTH细胞除去以后，果蝇并没有完全失去产生蜕皮激素的能力，只是滞后了其产生的时间和降低了其浓度。有几种可能性可以解释这个现象：一、如上一段所说的，PTTH没被除干净；二、除了PTTH，还有别的蛋白因子也能刺激前胸腺分泌蜕皮激素；三、PTTH只是促进前胸腺分泌蜕皮激素，把PTTH拿掉，前胸腺仍然能分泌蜕皮激素。依我的了解，第三种可能性最大，有几个理由，在这里就不赘述了。其中的一个理由是，在生物体内的控制调节中，很多过程不采用0和1 的方式，而是采用1-0.5-0的方式。也就是说如果正负调节都没有，这个基因有一定的表达量（0.5的水平），受到正调节时变为高水平表达（1），受到负调节时变为很低的表达（0）。我们很容易理解1-0.5-0的控制方式比1-0要稳定很多。所以生物在进化的过程中，更喜欢前者。

关于PTTH的体内活性，就讲这么多，不再扯远了。下面讲讲PTTH的受体。我在2001 年的时候，听说日本人分离出了PTTH受体，但一直到2006年，他们的工作才发表在日本国内出版的一本杂志上，而且论文里没有确定地说，这就是PTTH受体。他们克隆出来的是一个7次跨膜的G蛋白偶联受体(GCPR)。很多小分子蛋白激素的受体都是GCPR。但也有例外，如著名的胰岛素的受体就不是GCPR。

Gilbert和O’connor号称找到了PTTH受体，发表在这个月4号的Science。他们没有用分子生物学方法来分离受体，而是根据已知的实验结果，猜测PTTH的受体可能是哪一类型的膜蛋白。最近几年对前胸腺的研究结果表明，MAPK这个蛋白激酶途径在控制分泌蜕皮激素的过程中起关键作用。他们就猜测PTTH的受体可能是受体酪氨酸激酶（RTK ）。果蝇里有好几种RTK，他们发现其中一种名为Torso的RTK在前胸腺中专一表达。而且Torso的一个已知受体Trunk与PTTH的结构有类似之处：含有7个形成二硫键的半胱氨酸。如果Torso真的是PTTH受体，则这个信号传导途径如下：

（Rewitz et al., 2009）

因为敲除PTTH会导致蜕皮激素分泌下降、幼虫发育延长、体积变大。如果上面这个信号途径是对的，那么特异地在前胸腺中敲除或降低Torso，或者细胞内MAPK途径的任何一个成员(Ras, Raf, or ERK)，都会产生和PTTH类似的表型。他们的实验结果很好地吻合这个猜想。这样，他们就认为Torso是PTTH的受体。当然，文章要发在Science上，光做这些还不够，他们还做了其他一些实验来验证他们的模型。他们也在家蚕里发现了Torso的同源基因，而且证明了家蚕的Torso能响应家蚕PTTH的信号。详细的可以看看原文（Rewitz et al., 2009 Science）。

故事就讲完了。PTTH的研究大概可以树以下几个里程碑：（1）检测到PTTH的存在；（2）克隆PTTH基因；（3）证明PTTH在活体状态下的功能；（4）受体的克隆。还有很多东西可以做，但主线已经基本清楚了。如无大的意外，PTTH 的故事可以被写入昆虫学的或内分泌学的教科书中。

小结一下：（1）PTTH的研究是很有意思的研究，但不是很重要的研究，也不是热门的研究，是一个普通的基础研究。它的研究结果不会直接影响到我们的生活。但对一些大的研究方向，如内分泌调节、信号转导、生物进化，都有一些影响和启示。（2）PTTH的研究队伍不大，尤其在美国，主要是Gilbert在那里为了PTTH忙碌了一辈子，也带了几个研究生，算是培养了几个人才。基础研究就是这样，你喜欢搞，而且能说服别人给钱你去搞，就搞搞。（3）PTTH的研究不算顺利，一方面受技术的限制，令一方面受生物复杂性的影响，走 了一些弯路，犯了一些错误。这也是很正常的。