Science：新研究揭示胰岛素抑制蛋白Imp-L2让蚁后在保持繁殖能力的同时显著延长寿命

在一项新的研究中，来自美国纽约大学和中国华南农业大学的研究人员发现一种抑制胰岛素的蛋白可能是蚂蚁的青春之泉，并提供了关于其他物种衰老的线索。他们指出蚁后（queen ant）通过产生一种仅会阻断胰岛素通路中一个导致衰老的分支的抗胰岛素蛋白，表现出较高的生殖代谢能力，而不经历衰老。相关研究结果发表在2022年9月2日的Science期刊上，论文标题为“Insulin signaling in the long-lived reproductive caste of ants”。

在许多动物中，拥有许多后代与较短的寿命有关。动物生育能力和寿命之间的这种权衡被认为是由营养和代谢资源的分配方式造成的。

胰岛素---一种帮助食物转化为能量的激素---在代谢中起着重要作用，但也在衰老中起着重要作用。产卵耗费大量的能量，需要额外的食物，这就提高了胰岛素水平，但繁殖所需的胰岛素通路的活性增加导致大多数动物的寿命缩短。相反，饮食限制通过保持胰岛素水平的下降而延长了寿命；事实上，其他科学家们正在探索禁食是否能提高寿命（Nature Aging, 2021, doi:10.1038/s43587-020-00013-3）。

蚂蚁是繁殖和长寿之间权衡的一个明显的例外，因为它们的蚁后---负责整个蚁群的繁殖---比工蚁（worker ant）的寿命长得多，而它们的基因组是一样的。在黑色园蚁（black garden ant）这样的物种中，一只蚁后可以产下一百万个卵，并能活30年，而她的不育工蚁姐妹只能活一年。作为一种原产于印度的跳蚁物种，跳镰猛蚁（Harpegnathos saltator）是这项新研究的重点，在这种跳蚁物种中，蚁后通常能活五年，而工蚁只能活七个月。

当跳镰猛蚁蚁后在一个蚁群中死亡时，一个奇特的事件发生了：雌性工蚁用它们的触角互相决斗，争相成为下一个蚁后。决斗的赢家在蚂蚁社会中改变了“种姓”，成为伪蚁后（pseudoqueen），也被称为可育雌工蚁（gamergates），同时仍然保持着工蚁的较小身体。伪蚁后获得了类似蚁后的行为，包括产卵，它们的寿命也从7个月大幅增加到4年。但是，如果它们被另一个蚁后取代，它们就会恢复到工蜂的状态，停止产卵，它们的寿命又缩短到七个月。

论文共同通讯作者、纽约大学生物学与神经科学教授Claude Desplan说，“通过经历可逆的从工蚁到伪蚁后的导致它们的寿命和繁殖能力急剧增加的‘种姓转换（caste switching）’，跳镰猛蚁提供了一个独特的机会来研究衰老和繁殖是如何能够不存在关联的。”

通过利用批量RNA测序（bulk RNA sequencing），这些作者研究了来自工蚁和伪蚁后的组织样本，重点研究了蚂蚁中参与代谢和繁殖的部分，包括大脑、脂肪体（昆虫的肝脏）和卵巢。他们发现，从工蚁转为伪蚁后的蚂蚁为了产卵，在大脑中产生了更多的胰岛素。这种增加的胰岛素导致胰岛素信号通路的两个主要分支之一---控制代谢和卵形成的MAPK蛋白---的激活。

伪蚁后体内增加的胰岛素诱导卵巢发育，然后开始产生一种叫做Imp-L2的胰岛素抑制蛋白。Imp-L2阻断了胰岛素信号传导通路的另一个主要分支---AKT---的信号传导，AKT控制衰老，其活性的增加导致寿命缩短。

论文共同通讯作者、纽约大学格罗斯曼医学院生物化学与分子药理学教授、霍华德-休斯医学研究所研究员Danny Reinberg说，“胰岛素信号通路的两个主要分支似乎在不同程度上调节生育能力和寿命：一个分支的信号增加有助于伪蚁后的繁殖，另一个分支的信号减少与它们的寿命延长一致。”

论文共同第一作者、纽约大学格罗斯曼医学院前博士后研究员Hua Yan说，“这种相互作用在蚂蚁中---也许在其他昆虫中也有进化---可能有助于可生育蚂蚁具有不寻常的寿命和产生许多后代。”

Desplan补充说，“我们的研究也说明了使用适当的模型系统来提出有关基本生物学问题的重要性。例如，对小鼠或果蝇等动物寿命的大多数操纵通常会将它们的寿命延长10%至20%。蚂蚁的寿命显著增加了500%，这使得对它们的研究更加有力。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Hua Yan et al. Insulin signaling in the long-lived reproductive caste of ants. Science, 2022, doi:10.1126/science.abm8767.