image: 脂肪代谢结构被荧光染料和荧光蛋白标记的线虫的共聚焦显微图像。红色是燃烧脂肪的过氧化物酶体，绿色是储存脂肪的脂滴，蓝色是消化食物的溶酶体。照片来源：李奇。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
秀丽线虫可以合成并分泌多种信息素到外界环境中，其中一种是滞育信息素。滞育信息素被同一栖息地中的受者幼虫通过嗅觉神经元闻到，当生存环境变得恶劣时，比如饥饿、干旱和高温等，受者幼虫停止生长发育，进入一种类似于冬眠的发育停滞形态，即滞育。正常生长发育线虫的平均寿命只有18天，而滞育幼虫能在恶劣环境中生存4个月之久，因此，滞育是线虫度过不利季节的绝妙生存策略。为了能够长时间存活，在进入滞育期前，线虫必须在体内储存足够的脂肪，在滞育期内，则需要缓慢燃烧脂肪，以提供生存所需的基础能量，这个现象被称为脂肪配给。滞育线虫如何配给体内脂肪一直是一个谜。一种猜测是，诱导线虫进入滞育期的滞育信息素发挥关键作用。另外，科学家此前发现，受者线虫也会合成滞育信息素并储存一部分于体内，然而，体内储存的滞育信息素的作用未知。
在本研究中，首都师范大学生命科学学院的张少兵教授及其同事发现，滞育信息素的确调节滞育线虫的脂肪配给和长寿，令人惊讶的是，起调节作用的不是受者线虫闻到的环境滞育信息素， 而是受者线虫储存在体内的滞育信息素。
早前，张少兵教授的研究小组和其他研究组发现，滞育信息素是在线虫肠道细胞中一种名为过氧化物酶体的细胞器中合成的，过氧化物酶体的β-氧化反应链，将一类脂糖化合物催化成为有活性的滞育信息素分子，β-氧化也是线虫燃烧脂肪的主要途径。“滞育信息素合成和脂肪燃烧通过同一β-氧化反应进行，这表明这两个过程是密切关联的，但具体是如何关联的？这个问题困扰了科学家很久” ，张少兵如此表示。
在当前的研究中，研究组的研究生高诚和李奇发现，参与过氧化物酶体β-氧化第一步的7种酶中，只有ACOX-3既参与脂肪燃烧又合成滞育信息素，而其他6种ACOX只合成滞育信息素。通过选择性地敲除这6种只参与合成滞育信息素的ACOX酶，研究人员构建了能够合成不同含量信息素的线虫，发现，合成的信息素越少，参与脂肪燃烧的ACOX-3酶的表达量就越高（下左图）；因此，脂肪燃烧速率越快，滞育线虫储存的脂肪就越少（下中图）；有趣的是，在饥饿条件下，脂肪少的瘦滞育线虫比胖线虫短寿很多（下右图）。
研究人员发现，当他们提供外源的滞育信息素给受者线虫去闻时，脂肪燃烧的速率没变化。然而，当他们将信息素注射到受者线虫体内时，脂肪燃烧速率就会降低。通过进一步的实验，他们发现，受者线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，进而抑制脂肪燃烧相关酶和几个信息素合成酶的表达。也就是说，线虫是通过感知体内的信息素水平，而不是通过嗅觉感知外界的信息素水平，来反馈调节脂肪配给的。“这一发现听上去有悖常理，但我们的实验数据足以得出这个结论，而且很有道理”，张少兵教授如是说。张教授进一步解释道：“当信息素被释放到环境中，其浓度因环境的容积和扩散特性而发生波动，线虫很难解读波动的信息素信号并在体内做出合适反应。然而，线虫的体积是相对恒定的，因此，体内信息素的浓度也相对恒定，这就提供了一种反馈机制，去维持线虫体内信息素合成和脂肪燃烧处于低水平的稳态，从而利于滞育线虫的长期生存”。
线虫滞育信息素合成酶、脂肪燃烧酶以及HNF4a家族核受体在哺乳动物和人体内都有类似物。这项研究指出，这些酶和因子可能也调控人的脂肪配给，另外也暗示，很多已知的信息素可能在受者或者施者动物体内具有内源激素的功能。
研究详情请见原文：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-021-2016-9
Journal
Science China Life Sciences