趋光性昆虫丰富度的研究（赵小凡课题组揭示昆虫变态发育中维持葡萄糖稳态的分子机制）

葡萄糖是动物体内直接的供能物质，可通过糖酵解快速产生ATP为机体提供能量，因此，动物体内葡萄糖的稳态调控是保障机体各种生命活动的基础。葡萄糖来自于食物中的糖原分解，在停止取食的情况下机体通过分解体内储存的糖类及糖异生产生葡萄糖，但其调控机制并不完全清楚。完全变态昆虫一生经历胚胎、幼虫、蛹和成虫等不同发育时期，仅在占生命周期约50%的幼虫期取食，而在占生命周期约50%的变态期并不取食，只是通过分解幼虫组织-自噬来维持生命和成虫组织发育，而自噬与葡萄糖稳态调控的关系及分子机制亦不清楚。

2022年6月13日，山东大学生命科学学院赵小凡团队在PLoS Genetics发表了文章Krüppel-like factor 15 integrated autophagy and gluconeogenesis to maintain glucose homeostasis under 20-hydroxyecdysone regulation，用重大农业害虫棉铃虫（Helicoverpa armigera）为研究材料，揭示了20-羟基蜕皮酮（20E）通过转录因子Krüppel-like factor 15（KLF15）整合自噬和糖异生，从而维持昆虫变态发育中葡萄糖稳态的分子机制。

20E存在于植物和昆虫等节肢动物中，是促进昆虫变态发育的关键激素，可以促进变态发育中幼虫组织细胞自噬和凋亡。而Krüppel-like factors（KLFs）是一类含有3个锌指结构的重要的转录因子。作者发现20E通过其核受体EcR结合在Klf15启动子的EcR结合元件 (EcRE) 上，促进Klf15在脂肪体中的转录。KLF15进而结合在自噬相关基因ATG8和糖异生关键基因磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）启动子的KLF15结合元件（KLFbs, CACCC）上，促进Atg8和Pepck的转录，从而促进自噬和糖异生，而自噬的代谢产物则为糖异生提供直接或间接底物。通过RNA干扰技术敲降Klf15的表达，导致幼虫脂肪体自噬和糖异生同时受阻，而敲降自噬相关基因Atg8仅导致脂肪体自噬受阻，糖异生仍然可以进行。此外，作者发现昆虫变态期发生了糖代谢重编程，糖酵解关键基因的表达在变态期下降，糖酵解产物丙酮酸也下降，而糖异生关键基因在变态期上调表达，糖代谢从取食时期的糖酵解转变为变态期的糖异生。并且，海藻糖合成酶和糖原合成酶基因的表达在变态期也下降，而糖原磷酸酶及海藻糖酶的基因在变态期上调表达，从而分解动员体内的储备糖类，补充血淋巴中的葡萄糖。20E通过KLF15整合自噬和糖异生，维持和升高了蛹期血淋巴中的葡萄糖水平，实现了变态发育中葡萄糖稳态，保证了昆虫在不取食的后半生仍然有维持生命和成虫发育的能量供给（图）。

图. 20E通过KLF15促进糖异生、自噬和细胞凋亡。20E通过其核受体EcR促进Klf15的转录（1）。KLF15结合KLFbs（CACCC）促进糖异生中的关键酶Pepck的转录，促进糖异生（2）。KLF15结合KLFbs（CACCC）促进自噬相关基因Atg8的转录，促进自噬，为糖异生提供底物（3）。在昆虫变态发育中血淋巴葡萄糖的增加是海藻糖和糖原合成降低而分解增强、糖酵解降低而糖异生增强的共同结果（4）。

本文亮点：发现了20E通过KLF15整合自噬和糖异生的分子机制；揭示了20E调控糖代谢重编程的分子机制；阐明了自噬及糖代谢稳态的关系；为害虫防治提供了新的理论基础和靶标基因。

山东大学生命科学学院博士研究生王晓培为文章的独立第一作者，赵小凡教授为文章的独立通讯作者，山东大学为独立署名单位。赵小凡教授课题组以重大农业害虫棉铃虫（Helicoverpa armigera）为研究对象，长期研究激素调控昆虫生长发育的分子机理，在PNAS, Autophagy, PLoS Genetics, Development, JBC等学术期刊发表了系列研究成果，揭示蜕皮激素调控昆虫变态发育的分子机制，为害虫防治提供理论基础和靶标基因。

原文链接：

https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1010229

制版人：十一

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