科技前沿胰岛素信号转导、昆虫发育与老化顾世红13陈建国2(1.台中市自然科学博物馆动物学组台湾40419;2.北京大学生命科学院细胞生物学系北京100871)Insulinsignaling,insectdevelopmentandageing.GUShi2Hong13,CHENJian2Guo2(1.DepartmentofZoology,NationalMuseumofNaturalScience,1KuanChienRoad,Taichung404219,Taiwan,China;2.DepartmentofCellBiology,CollegeofLifeScience,BeijingUniversity,Beijing100871,China)AbstractTheinvestigationofinsulinanditssignalingisoneofthehottopicsinmodernbiology.Ithasbecomeapparentthatthereexistsaevolutionaryconservationofinsulinsignalingmechanismfromworms,flies,miceandhuman.ThestudyofinsectinsulinbeganinBombyxmori.Japaneseresearchersdiscoveredthebombyxin,aninsulin-likepeptidewhichshowedhighsimilaritywithhumaninsulininaminoacidwhentheyinvestigatedtheprothoracictropichormone(PTTH)in1980.However,theexactroleofbombyxinisstillnotveryclear.InDrosophilamelanogaster,moleculargeneticstudyshowedthatinsulinsignalingplaysanimportantroleinregulatinginsectgrowth,development,andageing.ThestudiesonD.melanogasterduringrecentyearsshowedthatalternationininsulinsignalingthroughmoleculargeneticengineering,specificallyintheprothoracicglandsleadstoalteredinsectmoltingandmetamorphosis.OurstudyonB.morishowedthatbovineinsulinstimulatesprothoracicgland’secdysteroidogenesisbothinvivoandinvitro.InsulinΠAktsignalingisinvolvedintheactionofinsulin.Reducedinsulinsignalingextendsthelifespanofworms,flies,andmice.Inaddition,caloricrestrictionistheonlyknownnon-geneticinterventionthatrobustlyextendslifespaninmammals.Resultsshowedthatreducedinsulinsignalingandcaloricrestrictionpromotelongevitybythesamemechanism.Usingthesimilarinsulinsignaling,differentorganismsfromworms,flies,miceandhumanregulatetheirgrowth,development,andageing.TheseresultspromptedscientiststoinvestigatecomplexregulatorymechanismusingsimpleanimalsKeywordsinsulin,ageing,insectdevelopment,signaling,Caenorhabditiselegans,Drosophilamelanogaster,ecdysteroid3通讯作者,E2mail:gu330@mail.nmns.edu.tw收稿日期:2009203209,修回日期:2009206208摘要胰岛素及其信号转导的探讨为当代生物学一大热点,研究显示:从线虫到果蝇、小鼠及其人类其胰岛素信号转导路径十分类似。昆虫胰岛素的研究开始于家蚕,在20世纪80年代,日本学者在分离家蚕促前胸腺激素(prothoracictropichormone,简称PTTH)时,发现所纯化的为一称为家蚕素的神经激素,该激素之氨基酸排列顺序与高等动物体内的胰岛素部分相似,但是家蚕素的生理功能至今仍不是很清楚。而果蝇的分子遗传学研究则显示,胰岛素及其信号转导调控果蝇的生长、发育、寿命等许许多多的生理现象。专一性地改变果蝇前胸腺之胰岛素信号转导,会严重影响幼虫的蜕皮与变态。而作者利用家蚕所进行的研究更显示,将牛的胰岛素注射于家蚕幼虫体内可显着提高其蜕皮激素的分泌,离体培养前胸腺时加入牛胰岛素也可直接增加其激素的分泌,牛胰岛素可直接活化家蚕前胸腺细胞之胰岛素受体及信号分子Akt的磷酸化。另外,从线虫、果蝇到小鼠胰岛素及其信号转导突变体的研究结果显示了胰岛素信号转导调控寿命的重要性。利用猴子及人所进行的研究结果显示,低卡路里摄取之所以会延·105·200946(4)昆虫知识ChineseBulletinofEntomology长寿命是因为卡路里的摄取与胰岛素信号转导的变化有关。因此,不同物种利用相同的胰岛素信号转导通路调控发育及老化机制,该发现大大鼓舞了科学家们利用低等的生物来研究复杂的生命现象。关键词胰岛素,老化,昆虫发育,信号转导,线虫,果蝇,蜕皮激素1什么是胰岛素?在人体十二指肠旁边,有1条长形的器官,叫做胰腺(脏)。在胰腺中散布着许许多多的细胞群,叫做胰岛。胰岛素是由胰岛β细胞受内源性或外源性物质如葡萄糖、乳糖、核糖、精氨酸等的诱...
