動物發(fā)育至足夠的體型以及生殖成熟的完成能夠最大限度地提高其在各種環(huán)境中的適應(yīng)性和生存能力。營養(yǎng)不良環(huán)境下動物命運的走向與其是否到達營養(yǎng)檢查點(Nutrient Restriction Checkpoint, NRC)密切相關(guān)。類固醇激素是動物生長發(fā)育及性成熟過程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，其合成受到多種內(nèi)在信號的調(diào)節(jié)。然而，類固醇激素的合成如何響應(yīng)環(huán)境刺激從而協(xié)調(diào)內(nèi)部和外部信號以控制動物發(fā)育階段的轉(zhuǎn)變，相關(guān)細胞和分子機制知之甚少。   

2月1日，我校生命科學學院昆蟲科學與技術(shù)研究所李勝教授團隊在發(fā)育生物學領(lǐng)域經(jīng)典權(quán)威期刊Nature子刊Nature Communications上發(fā)表題為“Nutrient status alters developmental fates via a switch in mitochondrial homeodynamics”的研究論文。昆蟲科學與技術(shù)研究所已出站博士后張捷、劉素寧研究員、博士生李陽為共同第一作者，李勝教授、劉素寧研究員、阿爾伯塔大學Kirst King-Jones教授為共同通訊作者。李勝教授領(lǐng)導了整個研究，博士后徐關(guān)峰和鄧惠敏教授也參與了研究工作。國家自然科學基金和廣東省杰出青年自然科學基金項目等基金對該項目提供了支持。

該研究以果蠅Drosophila melanogaster為材料，NRC前饑餓會導致果蠅發(fā)育停滯最終死亡，而NRC后饑餓會誘導果蠅提前變態(tài)發(fā)育。研究揭示了果蠅內(nèi)分泌腺-前胸腺中NRC前而非NRC后的饑餓會降低PTTH 信號、Insulin 信號和TORC1活性，損害線粒體結(jié)構(gòu)及功能的完整性，進而影響類固醇激素的生成，證明了線粒體穩(wěn)態(tài)是NRC響應(yīng)環(huán)境刺激的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

該研究中，作者圍繞果蠅前胸腺來研究NRC如何通過調(diào)節(jié)類固醇生成來確保或阻礙發(fā)育的進程。前胸腺是果蠅類固醇激素主要活性形式-20E前體的生成器官。作者首先對NRC前饑餓、NRC后饑餓及持續(xù)飼喂的果蠅環(huán)腺進行轉(zhuǎn)錄組測序，通過深入的數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)82個基因的下調(diào)可能與NRC前饑餓導致的幼蟲發(fā)育停滯相關(guān)，82個基因中有7個線粒體相關(guān)基因及20個蛋白酶體相關(guān)基因。對NRC前饑餓的前胸腺進一步研究發(fā)現(xiàn)，NRC前的饑餓能夠促進線粒體管狀化，管狀化的線粒體產(chǎn)能增多。此外，線粒體還是類固醇合成的關(guān)鍵場所，轉(zhuǎn)錄組篩選出的7個線粒體下調(diào)基因中存在兩個膜轉(zhuǎn)運蛋白Tom20和mge，深入研究發(fā)現(xiàn)管狀化的線粒體不利于20E生物合成過程中關(guān)鍵催化酶-Dib進入線粒體。線粒體功能障礙會刺激線粒體自噬的發(fā)生，而線粒體自噬又會消除受損的線粒體，研究發(fā)現(xiàn)NRC前的饑餓能夠?qū)е虑靶叵偌毎邪l(fā)生過度的線粒體自噬，可以部分阻止20E前體的生成。此外，作者對蛋白酶體進行了研究，證明了NRC前饑餓破壞了線粒體穩(wěn)態(tài)，導致廣泛的自噬和蛋白酶體功能障礙，隨后類固醇生成受阻，最終導致發(fā)育停滯并死亡。而NRC后的饑餓不損害前胸腺細胞的線粒體穩(wěn)態(tài)，但會導致Sit基因的下調(diào)及自噬的適度激活，Sit下調(diào)造成富含膽固醇的脂滴積累，適度的自噬又能夠?qū)χ芜M行動員利用，兩者對于NRC后饑餓加速類固醇生成和誘發(fā)提前變態(tài)是必不可少的。

研究證明線粒體穩(wěn)態(tài)的維持是NRC確保足量類固醇激素合成的重要基礎(chǔ)，這為探索類固醇激素水平如何在NRC響應(yīng)環(huán)境壓力以控制發(fā)育進程提供了一個研究范例，解決了昆蟲蛻皮激素決定“營養(yǎng)檢查點”和變態(tài)發(fā)育命運的科學難題，是昆蟲變態(tài)發(fā)育領(lǐng)域的一個重要突破。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56528-z