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调节脂肪燃烧和长寿的动物信息素的内在分泌

导读 线虫线虫C elegans合成和排泄各种信息素到栖息地。一种类型的信息素,dauer 信息素,由栖息地中年轻接收器幼虫的嗅觉神经元闻到。当环境

线虫线虫C. elegans合成和排泄各种信息素到栖息地。一种类型的信息素,dauer 信息素,由栖息地中年轻接收器幼虫的嗅觉神经元闻到。当环境条件变得恶劣时,例如饥饿、干旱和炎热的温度,接收器幼虫会暂停发育并进入一个替代的类似冬眠的生命阶段,称为 dauer 幼虫。Dauer 幼虫可以承受这些恶劣的条件,并能存活长达 4 个月,比正常的 18 天寿命长得多。Dauer形成是蠕虫在不利季节生存的优雅策略。多尔幼虫为了生存,必须在进入多尔前储存足量的体脂肪,并在多尔期缓慢燃烧脂肪,为其生存提供基础水平的能量。这种现象被称为脂肪配给。幼虫如何调节体脂一直是个谜。一种猜测是 dauer 信息素,即诱导 dauer 形成的因素,是关键。此前,科学家们知道,嗅探环境dauer信息素的接收器幼虫也会合成dauer信息素,并将大部分dauer信息素储存在其体内。然而,尚未研究内部 dauer 信息素的功能。

在目前的研究中,Shaobing O. Zhang 博士及其同事(首都师范大学生命科学学院,北京)报告说,确实是 dauer 信息素调节了 dauer 幼虫的脂肪配给和寿命。令人惊讶的是,不是外部环境信息素而是体内信息素在接收器幼虫和诱导的幼虫中分配脂肪。

此前,张博士的小组和其他小组表明,dauer 信息素是在蠕虫肠道细胞中一种称为过氧化物酶体的细胞器中合成的。称为β-氧化的过氧化物酶体中的化学反应链将一类脂肪糖化合物催化为最终的活性多尔信息素分子。β-氧化也是秀丽隐杆线虫燃烧脂肪的主要途径。“dauer 信息素合成和脂肪燃烧是通过相同的 β-氧化反应进行的,这一事实表明这两个过程密切相关。但是如何?这个问题困扰了科学家很长时间,”张博士说。

在目前的研究中,研究生Cheng Gao 和 Qi Li 发现,蠕虫有 7 种酶用于第一个 β-氧化反应步骤,但其中只有一种酶 ACOX-3 参与脂肪燃烧,而其他六种酶 ACOX-1.1 ACOX-1.6,与ACOX-3一起参与dauer信息素合成。通过选择性删除编码六种信息素特异性 ACOX 酶的基因,研究人员创造了合成不同数量 dauer 信息素的蠕虫。他们发现蠕虫合成的信息素越少,脂肪燃烧特异性 ACOX-3 的表达水平就越高(左下图),因此脂肪燃烧得越快,储存在幼虫中的脂肪就越少(下图)中央)。有趣的是,在饥饿期间,较瘦的 dauer 幼虫比较胖的 dauer 幼虫寿命短得多(右下图)。

研究人员发现,当他们给接收虫嗅探信息素时,脂肪燃烧的速度没有改变。然而,当他们将信息素注射到接收虫体内时,脂肪燃烧率下降。通过进一步的实验,研究人员发现接收虫体内的信息素被两个关键的 HNF4a 家族核受体 NHR-79 和 NHR-49 感知,以抑制脂肪燃烧酶和一些信息素合成酶的表达。换句话说,蠕虫能感觉到内部的信息素,但不会闻到外部的信息素,从而进行反馈以调节脂肪燃烧。“这个发现是违反直觉的。但我们的数据令人信服地得出这个结论。这一切都说得通,”张博士说。“当信息素被排泄到环境中时,浓度根据环境的体积和扩散性质变化很大;蠕虫很难在内部进行解释和响应。然而,虫体的体积是相对恒定的,内部信息素的浓度也是如此。这提供了一种反馈机制,通过这种机制,信息素合成和脂肪燃烧都保持在蠕虫内部的低水平和稳定状态,这有利于 dauer 幼虫的长期生存,”张博士解释说。

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