【华南师范大学】
动物发育至足够的体型以及生殖成熟的完成能够最大限度地提高其在各种环境中的适应性和生存能力。营养不良环境下动物命运的走向与其是否到达营养检查点(Nutrient Restriction Checkpoint, NRC)密切相关。类固醇激素是动物生长发育及性成熟过程中的关键调节因子，其合成受到多种内在信号的调节。然而，类固醇激素的合成如何响应环境刺激从而协调内部和外部信号以控制动物发育阶段的转变，相关细胞和分子机制知之甚少。
2月1日，我校生命科学学院昆虫科学与技术研究所李胜教授团队在发育生物学领域经典权威期刊Nature子刊Nature Communications上发表题为“Nutrient status alters developmental fates via a switch in mitochondrial homeodynamics”的研究论文。昆虫科学与技术研究所已出站博士后张捷、刘素宁研究员、博士生李阳为共同第一作者，李胜教授、刘素宁研究员、阿尔伯塔大学Kirst King-Jones教授为共同通讯作者。李胜教授领导了整个研究，博士后徐关峰和邓惠敏教授也参与了研究工作。国家自然科学基金和广东省杰出青年自然科学基金项目等基金对该项目提供了支持。
该研究以果蝇Drosophila melanogaster为材料，NRC前饥饿会导致果蝇发育停滞最终死亡，而NRC后饥饿会诱导果蝇提前变态发育。研究揭示了果蝇内分泌腺-前胸腺中NRC前而非NRC后的饥饿会降低PTTH 信号、Insulin 信号和TORC1活性，损害线粒体结构及功能的完整性，进而影响类固醇激素的生成，证明了线粒体稳态是NRC响应环境刺激的关键基础。
该研究中，作者围绕果蝇前胸腺来研究NRC如何通过调节类固醇生成来确保或阻碍发育的进程。前胸腺是果蝇类固醇激素主要活性形式-20E前体的生成器官。作者首先对NRC前饥饿、NRC后饥饿及持续饲喂的果蝇环腺进行转录组测序，通过深入的数据挖掘，发现82个基因的下调可能与NRC前饥饿导致的幼虫发育停滞相关，82个基因中有7个线粒体相关基因及20个蛋白酶体相关基因。对NRC前饥饿的前胸腺进一步研究发现，NRC前的饥饿能够促进线粒体管状化，管状化的线粒体产能增多。此外，线粒体还是类固醇合成的关键场所，转录组筛选出的7个线粒体下调基因中存在两个膜转运蛋白Tom20和mge，深入研究发现管状化的线粒体不利于20E生物合成过程中关键催化酶-Dib进入线粒体。线粒体功能障碍会刺激线粒体自噬的发生，而线粒体自噬又会消除受损的线粒体，研究发现NRC前的饥饿能够导致前胸腺细胞中发生过度的线粒体自噬，可以部分阻止20E前体的生成。此外，作者对蛋白酶体进行了研究，证明了NRC前饥饿破坏了线粒体稳态，导致广泛的自噬和蛋白酶体功能障碍，随后类固醇生成受阻，最终导致发育停滞并死亡。而NRC后的饥饿不损害前胸腺细胞的线粒体稳态，但会导致Sit基因的下调及自噬的适度激活，Sit下调造成富含胆固醇的脂滴积累，适度的自噬又能够对脂滴进行动员利用，两者对于NRC后饥饿加速类固醇生成和诱发提前变态是必不可少的。
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研究证明线粒体稳态的维持是NRC确保足量类固醇激素合成的重要基础，这为探索类固醇激素水平如何在NRC响应环境压力以控制发育进程提供了一个研究范例，解决了昆虫蜕皮激素决定“营养检查点”和变态发育命运的科学难题，是昆虫变态发育领域的一个重要突破。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56528-z
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