線蟲線蟲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的嗅覺神經(jīng)元聞到。當環(huán)境條件變得惡劣時，例如饑餓、干旱和炎熱的溫度，接收器幼蟲會暫停發(fā)育并進入一個替代的類似冬眠的生命階段，稱為 dauer 幼蟲。Dauer 幼蟲可以承受這些惡劣的條件，并能存活長達 4 個月，比正常的 18 天壽命長得多。Dauer形成是蠕蟲在不利季節(jié)生存的優(yōu)雅策略。多爾幼蟲為了生存，必須在進入多爾前儲存足量的體脂肪，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。幼蟲如何調(diào)節(jié)體脂一直是個謎。一種猜測是 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也會合成dauer信息素，并將大部分dauer信息素儲存在其體內(nèi)。然而，尚未研究內(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)報告說，確實是 dauer 信息素調(diào)節(jié)了 dauer 幼蟲的脂肪配給和壽命。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和誘導(dǎo)的幼蟲中分配脂肪。
此前，張博士的小組和其他小組表明，dauer 信息素是在蠕蟲腸道細胞中一種稱為過氧化物酶體的細胞器中合成的。稱為β-氧化的過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燃燒脂肪的主要途徑。“dauer 信息素合成和脂肪燃燒是通過相同的 β-氧化反應(yīng)進行的，這一事實表明這兩個過程密切相關(guān)。但是如何?這個問題困擾了科學(xué)家很長時間，”張博士說。
在目前的研究中，研究生Cheng Gao 和 Qi Li 發(fā)現(xiàn)，蠕蟲有 7 種酶用于第一個 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。他們發(fā)現(xiàn)蠕蟲合成的信息素越少，脂肪燃燒特異性 ACOX-3 的表達水平就越高(左下圖)，因此脂肪燃燒得越快，儲存在幼蟲中的脂肪就越少(下圖)中央)。有趣的是，在饑餓期間，較瘦的 dauer 幼蟲比較胖的 dauer 幼蟲壽命短得多(右下圖)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，當他們給接收蟲嗅探信息素時，脂肪燃燒的速度沒有改變。然而，當他們將信息素注射到接收蟲體內(nèi)時，脂肪燃燒率下降。通過進一步的實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)接收蟲體內(nèi)的信息素被兩個關(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。換句話說，蠕蟲能感覺到內(nèi)部的信息素，但不會聞到外部的信息素，從而進行反饋以調(diào)節(jié)脂肪燃燒。“這個發(fā)現(xiàn)是違反直覺的。但我們的數(shù)據(jù)令人信服地得出這個結(jié)論。這一切都說得通，”張博士說。“當信息素被排泄到環(huán)境中時，濃度根據(jù)環(huán)境的體積和擴散性質(zhì)變化很大;蠕蟲很難在內(nèi)部進行解釋和響應(yīng)。然而，蟲體的體積是相對恒定的，內(nèi)部信息素的濃度也是如此。這提供了一種反饋機制，通過這種機制，信息素合成和脂肪燃燒都保持在蠕蟲內(nèi)部的低水平和穩(wěn)定狀態(tài)，這有利于 dauer 幼蟲的長期生存，”張博士解釋說。
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