Science ｜繁衍还是长寿：蚂蚁中胰岛素信号通路的两个分支

~ 在动物王国中，繁衍后代与延年益寿之间存在着难以调和的矛盾。为了繁殖，动物通常会分配营养和代谢资源，这往往以牺牲寿命为代价。然而，在全群居昆虫，如蚂蚁、蜜蜂、黄蜂和白蚁中，这一矛盾被巧妙地解决了。蚁后不仅保持了繁衍后代的能力，同时还能长寿，比非生殖的雌性工蜂寿命延长了30倍。那么，细胞和分子水平上是如何调控这一平衡的呢？

美国纽约大学的Danny Reinberg研究组与Claude Desplan研究组合作，在Science上发表了一篇题为《Insulin signaling in the long-lived reproductive caste of ants》的文章，揭示了蚂蚁中蚁后能够同时保持后代繁衍能力与长寿的分子机制。

胰岛素以及胰岛素类似生长因子信号通路（Insulin/insulin-like growth factor signaling pathway，IIS）在这一平衡中扮演着关键角色。在多种模式生物中，包括线虫、果蝇、小鼠等，IIS信号通路的调节对寿命有重要影响。脂肪体与卵巢作为调节寿命和繁殖能力的主要组织，发挥着重要作用。脂肪体中包含脂肪细胞和脂肪母细胞，类似于脊椎动物的肝脏和脂肪组织，对能量的储存和利用、信息素合成、繁殖和长寿等过程至关重要。

在果蝇和小鼠中，IIS信号通路负调控因子FOXO转录因子上调可以延长寿命，但会降低生育能力。此外，去除卵巢中的生殖细胞也可以延长果蝇和线虫的寿命。这一发现为理解繁衍与长寿之间的平衡提供了新的视角。

作者们关注的焦点是Harpegnathos saltator蚂蚁，这种蚂蚁在蚁群中的蚁后死亡或被移除后，工蚁会转变为伪蚁后，并展现出延长的寿命，同时开始产卵。这种身份的转变在工蚁和伪蚁后之间存在显著差异，特别是在卵巢的发育和组织的RNA测序结果上。

通过对工蚁、伪蚁后以及转工蚁的生殖与代谢相关组织进行批量RNA测序，作者们发现基因表达存在显著差异。在伪蚁后中，编码神经肽的基因表达增加，而蛋黄前体卵黄原蛋白基因表达增加。同时，与脂肪酸合成相关的基因在伪蚁后中富集，脂肪体和卵巢中与IIS信号通路相关的基因表达水平也较高。这些结果表明，IIS信号通路在工蚁-蚁后的身份转变中发挥着重要作用。

作者们进一步研究蚂蚁中IIS通路的两种类似胰岛素类似多肽Ins以及IGF的表达差异。在伪蚁后和工蚁之间，差异表达的IIS基因被鉴定出来。Ins mRNA在伪蚁后大脑中表达更丰富，而IGF mRNA在成熟的伪蚁后卵巢中增加。相反，编码胰岛素受体的基因InR1和InR2在蚁后的脂肪体和卵巢中表达降低。这一发现揭示了IIS通路在蚂蚁身份转变中的复杂作用。

蚁后中IIS信号通路的改变与代谢变化相关，脂肪体表现出脂质生成增加的转录特征。研究发现，Ins的变化影响了IIS信号通路的两个下游分支IIS-AKT以及IIS-MAPK。胰岛素类似多肽可以诱导AKT磷酸化，促进FOXO的入核定位，从而延长寿命；同时也可以诱导MAPK/ERK的磷酸化，促进细胞增殖。研究发现，在伪蚁后的脂肪体中MAPK的磷酸化增加，而在工蚁的脂肪体中AKT的磷酸化增加。然而，在蚁后的卵巢中，AKT的磷酸化水平非常低。进一步分析发现，FOXO在伪蚁后脂肪体的细胞核中定位，而在工蚁的细胞质中定位。这一现象揭示了Ins增加如何导致伪蚁后中MAPK信号通路在脂肪体和卵巢中的增加，同时AKT的活性降低。

为了解释伪蚁后中MAPK磷酸化增加、AKT磷酸化降低的悖论，作者们检测了可能调节IIS-AKT的基因表达。基因差异表达分析显示，InR1/2的mRNA在蚁后的脂肪体和卵巢中的表达降低，而IIS信号通路的抑制因子Imp-L2在卵巢中的表达提高。Imp-L2在脂肪体中特异性地阻抑了AKT的磷酸化。

综上所述，作者们的研究揭示了蚂蚁中蚁后能够同时保持后代繁衍能力与长寿的分子机制。蚁后大脑中的胰岛素表达增加，与脂肪体中脂质合成和卵黄原生成的增加有关，这是由IIS-MAPK分支的激活导致的；另一方面，在蚁后发育的卵巢中产生抗胰岛素的Imp-L2，导致脂肪体中IIS-AKT/FOXO分支信号通路的降低，这与蚁后的长寿一致。因此，蚁后实现了繁衍后代与延年益寿的双目的。

---

金山区19777116144： science的读音是什么意思？
柏卓复方： science的读音是:英 ['saɪəns] 美 ['saɪəns] 解析:英语的读音也就是音标.音标就是记录音素的符号,是音素的标写符号,它的制定原则是:一个音素只用一个音标表示,一个音标只表示一个音素.英语是拼音文字,字母就表达语音....

金山区19777116144： science怎么读? - ？
柏卓复方： science[英]['saɪəns] [美][ˈsaɪəns] 生词本 简明释义 n.科学;技术,知识;学科;理科 复数:sciences易混淆的单词:Science以下结果由 金山词霸 提供 柯林斯高阶英汉词典 网络释义 百科释义 同反义词 1.N-UNCOUNT科学;自然科学;...

金山区19777116144： 科学英语怎么读? - ？
柏卓复方： science 英 [ˈsaɪəns]美 [ˈsaɪəns]sciencen.科学;理科;学科;技术

金山区19777116144： science的用法 - ？
柏卓复方： science sci.ence [`saIəns; ˋsaiəns] 《源自拉丁文“知识”的意思》名词1 a. (U) (作为体系化知识的) 科学; (尤指) 自然科学; 理科 a man of ~ 科学家 the laws of ~ 科学的法则 S~ is verified knowledge.科学是被证实的知识 b. (细分的各...

金山区19777116144： 科学的单词怎么写 - ？
柏卓复方： science

金山区19777116144： science是什么意思 - ？
柏卓复方： science是科学的意思,为名词,形容词是scientific,意为科学的

金山区19777116144： 科学是真理吗 科学是什么意义 - ？
柏卓复方： 科学,仅仅是人类对某一现象在某种特定的时空和条件下的认知,顶多可以算是相对真理.如果该科学被不怀好意的、只为自己利益考虑的人利用了,就会给百姓带来极大的伤害.比如现在的动物饲养,就是通过多喂添加剂,使原本需要至少一年才能出栏的猪、鸡、羊、牛、鱼等,在两三个月就能上市了.这时的科学,虽然也算是“相对真理”,可真是让人难以承认它是真理,对不?科学是什么意义? 科学是外来语,原意仅仅是“学科分类”的意思,没有必要把它神话的.只有中国人崇洋媚外,把科学一词当做真理来用.这一行为,不知笑坏了多少外国人了.既要用外国词“Science”,又不用外国的概念内涵“学科分类”,和指鹿为马有何区别?

金山区19777116144： 科学的英文单词是什么? - ？
柏卓复方： science 英 [ˈsaɪəns]美 [ˈsaɪəns] 详细释义 sciencen.科学;自然科学;自然科学的学习与研究;理科;自然科学学科 scientific knowledge科学知识 1. 他的工作促进了微生物学这门科学. His work advanced the science of microbiology. 2. 他养成了对科学的兴趣. He developed an interest in science. 3. 他决定研究科学. He decided to study science.

金山区19777116144： 科学的英文单词 - ？
柏卓复方： 科学 [kēxué]ology science 这是从汉英词典里找来的你说的“科学”这个词对应的英文单词,看了之后我想你应该就会知道了的.

金山区19777116144： Science、hockey怎读 - ？
柏卓复方： science读法:英 [ˈsaɪəns] 美bai [ˈsaɪəns]n.科学; 理科; 学科; 技术,知识;[例句du]Where I part company with him, however, is over the link he forges between science and liberalism.然而,我与他产生分歧的地方是,他把科学...