線蟲(chóng)線蟲(chóng)C. elegans合成和排泄各種信息素到棲息地。一種類型的信息素，dauer 信息素，由棲息地中年輕接收器幼蟲(chóng)的嗅覺(jué)神經(jīng)元聞到。當(dāng)環(huán)境條件變得惡劣時(shí)，例如饑餓、干旱和炎熱的溫度，接收器幼蟲(chóng)會(huì)暫停發(fā)育并進(jìn)入一個(gè)替代的類似冬眠的生命階段，稱為 dauer 幼蟲(chóng)。Dauer 幼蟲(chóng)可以承受這些惡劣的條件，并能存活長(zhǎng)達(dá) 4 個(gè)月，比正常的 18 天壽命長(zhǎng)得多。Dauer形成是蠕蟲(chóng)在不利季節(jié)生存的優(yōu)雅策略。多爾幼蟲(chóng)為了生存，必須在進(jìn)入多爾前儲(chǔ)存足量的體脂肪，并在多爾期緩慢燃燒脂肪，為其生存提供基礎(chǔ)水平的能量。這種現(xiàn)象被稱為脂肪配給。幼蟲(chóng)如何調(diào)節(jié)體脂一直是個(gè)謎。一種猜測(cè)是 dauer 信息素，即誘導(dǎo) dauer 形成的因素，是關(guān)鍵。此前，科學(xué)家們知道，嗅探環(huán)境dauer信息素的接收器幼蟲(chóng)也會(huì)合成dauer信息素，并將大部分dauer信息素儲(chǔ)存在其體內(nèi)。然而，尚未研究?jī)?nèi)部 dauer 信息素的功能。
在目前的研究中，Shaobing O. Zhang 博士及其同事(首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，北京)報(bào)告說(shuō)，確實(shí)是 dauer 信息素調(diào)節(jié)了 dauer 幼蟲(chóng)的脂肪配給和壽命。令人驚訝的是，不是外部環(huán)境信息素而是體內(nèi)信息素在接收器幼蟲(chóng)和誘導(dǎo)的幼蟲(chóng)中分配脂肪。
此前，張博士的小組和其他小組表明，dauer 信息素是在蠕蟲(chóng)腸道細(xì)胞中一種稱為過(guò)氧化物酶體的細(xì)胞器中合成的。稱為β-氧化的過(guò)氧化物酶體中的化學(xué)反應(yīng)鏈將一類脂肪糖化合物催化為最終的活性多爾信息素分子。β-氧化也是秀麗隱桿線蟲(chóng)燃燒脂肪的主要途徑。“dauer 信息素合成和脂肪燃燒是通過(guò)相同的 β-氧化反應(yīng)進(jìn)行的，這一事實(shí)表明這兩個(gè)過(guò)程密切相關(guān)。但是如何?這個(gè)問(wèn)題困擾了科學(xué)家很長(zhǎng)時(shí)間，”張博士說(shuō)。
在目前的研究中，研究生Cheng Gao 和 Qi Li 發(fā)現(xiàn)，蠕蟲(chóng)有 7 種酶用于第一個(gè) β-氧化反應(yīng)步驟，但其中只有一種酶 ACOX-3 參與脂肪燃燒，而其他六種酶 ACOX-1.1 ACOX-1.6，與ACOX-3一起參與dauer信息素合成。通過(guò)選擇性刪除編碼六種信息素特異性 ACOX 酶的基因，研究人員創(chuàng)造了合成不同數(shù)量 dauer 信息素的蠕蟲(chóng)。他們發(fā)現(xiàn)蠕蟲(chóng)合成的信息素越少，脂肪燃燒特異性 ACOX-3 的表達(dá)水平就越高(左下圖)，因此脂肪燃燒得越快，儲(chǔ)存在幼蟲(chóng)中的脂肪就越少(下圖)中央)。有趣的是，在饑餓期間，較瘦的 dauer 幼蟲(chóng)比較胖的 dauer 幼蟲(chóng)壽命短得多(右下圖)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們給接收蟲(chóng)嗅探信息素時(shí)，脂肪燃燒的速度沒(méi)有改變。然而，當(dāng)他們將信息素注射到接收蟲(chóng)體內(nèi)時(shí)，脂肪燃燒率下降。通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)接收蟲(chóng)體內(nèi)的信息素被兩個(gè)關(guān)鍵的 HNF4a 家族核受體 NHR-79 和 NHR-49 感知，以抑制脂肪燃燒酶和一些信息素合成酶的表達(dá)。換句話說(shuō)，蠕蟲(chóng)能感覺(jué)到內(nèi)部的信息素，但不會(huì)聞到外部的信息素，從而進(jìn)行反饋以調(diào)節(jié)脂肪燃燒。“這個(gè)發(fā)現(xiàn)是違反直覺(jué)的。但我們的數(shù)據(jù)令人信服地得出這個(gè)結(jié)論。這一切都說(shuō)得通，”張博士說(shuō)。“當(dāng)信息素被排泄到環(huán)境中時(shí)，濃度根據(jù)環(huán)境的體積和擴(kuò)散性質(zhì)變化很大;蠕蟲(chóng)很難在內(nèi)部進(jìn)行解釋和響應(yīng)。然而，蟲(chóng)體的體積是相對(duì)恒定的，內(nèi)部信息素的濃度也是如此。這提供了一種反饋機(jī)制，通過(guò)這種機(jī)制，信息素合成和脂肪燃燒都保持在蠕蟲(chóng)內(nèi)部的低水平和穩(wěn)定狀態(tài)，這有利于 dauer 幼蟲(chóng)的長(zhǎng)期生存，”張博士解釋說(shuō)。
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