饥饿对黑腹果蝇雌雄体内甘油三酯、二酰基甘油和脂肪酶活性的影响

摘要

我们研究了饥饿对男性和女性中性脂质的变化的影响黑腹果蝇不同年龄的果蝇。当果蝇处于饥饿状态时，观察到的死亡率与年龄和性别有关:雄性苍蝇比雌性苍蝇死得早，年老的苍蝇比年轻的苍蝇死得早。随着饥饿时间的延长，死蝇数量和二酰基甘油(DG)水平增加。这种DG的增加在雄蝇中比雌蝇更早被观察到，这与雄蝇在饥饿中比雌蝇更早死亡有关。我们还分析了果蝇饥饿时的甘油三酯(TG)水平和脂肪酶活性。雄蝇和雌蝇的TG水平随饥饿时间的延长而降低。有趣的是，我们观察到，与DG一样，由于饥饿，脂肪酶活性也增加了，这也与雄蝇比雌蝇更早死亡有关。我们的研究结果表明，饥饿引起的DG水平和脂肪酶活性的升高可能是蝇类死亡的主要原因。

1.简介

饥饿是营养不良最严重的形式。在饥饿的情况下，能量摄入严重不足会引发代谢反应，以维持重要器官的生存，使受影响的个体得以生存。据估计，约有8.05亿人营养不良。必威2490约45%的5岁以下儿童死亡可与饥饿有关[1，2］．

饮食限制、禁食、饥饿在人类中是很常见的。通常，延长寿命和促进健康的大脑衰老是通过饮食限制。限制食物已经被证明可以延长多种生物的寿命，包括秀丽隐杆线虫、老鼠和非人类灵长类动物[3.- - - - - -6］．两种饮食限制模式之一是热量限制(在不营养不良的情况下减少热量)，第二种方法是间歇性禁食，即正常饮食，但有一段时间不能获得食物。饥饿可能是短期的(这可能影响健康)，也可能是长期的，导致个人死亡。

黑腹果蝇(果蝇)似乎是一个很好的饥饿研究模型。人类近75%的疾病相关基因在果蝇中具有功能同源性[7］．果蝇人类在整体大脑结构上具有相似性，在神经元发育和信号传导机制以及主要神经递质系统方面表现出很强的保守性[8，9］．此外,果蝇表现出广泛的复杂和复杂的行为，如昼夜节律、睡眠、学习和记忆、求爱、喂养和攻击性，这些都是哺乳动物共有的[8，9］．然而,果蝇寿命短，繁殖力高。显著的保护水平之间果蝇人类使它成为研究寿命和与衰老相关的生理过程的杰出模型[10，11］．随着大多数生物体年龄的增长，会发生一些变化，包括对压力的反应减少，代谢变化和睡眠行为的改变。

在饥饿或营养不良期间，有许多因素参与代谢过程。其中一个因素是由营养因素触发的雷帕霉素(TOR)信号通路靶点。TOR通路也与营养和寿命之间的联系有关[12］．据报道，在干细胞和祖细胞中抑制TOR会缩短果蝇在正常饮食和营养不良条件下的寿命[13］．此外，果蝇的食欲受胰岛素样肽(dilp)基因的影响，dilp基因也调节着果蝇的寿命。已知有8种dilp参与储存代谢产物的积累，如甘油三酯(TG)，糖原，葡萄糖和海藻糖在果蝇体内，以及碳水化合物在血淋巴。dilp2突变导致糖原水平下降，dilp3缺失导致循环海藻糖和糖原水平显著升高，尤其是在低蛋白质摄入时。另一方面，缺乏dilp5导致所有饲粮中糖原和TG水平下降，而在低蛋白质摄入时，敲除dilp7导致糖原水平升高，TG水平降低[14］．袁等。[15]报道了20-羟基蜕皮素(20E)通过脂肪体中amp活化蛋白激酶(AMPK)-蛋白磷酸酶2A (PP2A)轴拮抗胰岛素/胰岛素样生长因子信号，抑制果蝇的生长速度。

从嗅觉感觉神经元(OSNs)到大脑神经元的突触信号也与饥饿有关。Lushchak等人[16]报告说，通过基因操作增加OSN信号会增加碳水化合物，减少脂类。据报道，葡萄糖和果糖通过调节胰岛素/胰岛素样生长因子信号通路，对碳水化合物和脂类代谢产生不同的影响[17］．

动物体内的脂质(能量来源)受脂质生成和脂质分解的调节，以响应食物的可获得性。在果蝇，脂质储备主要以TG的形式储存在脂肪体内。昆虫和哺乳动物的脂聚因子是保守的[18］．TG是饥饿时的主要能量来源。在本研究中，我们研究了饥饿对雄性和雌性果蝇衰老过程中甘油三酯和二酰基甘油(DG)水平和脂肪酶活性的影响。我们选取了2日龄(2 d)、12日龄(12 d)和23日龄(23 d)的果蝇进行研究，观察饥饿对不同年龄和性别的果蝇的影响。在饥饿期间，同年龄组的雄蝇比雌蝇死得早。饥饿对雌雄果蝇死亡率的影响也与年龄有关，分别为23 d、bb0、12 d、bb1、2 d。

2.材料和方法

2.1.黑腹果蝇

野生型Oregon-R黑腹果蝇在标准玉米粉饲粮(Jazz-mix)下，库存量维持在25°C果蝇食品，Fisher Scientific，匹兹堡，PA, USA) 12小时:12小时明暗循环。

2.1.1.饥饿过程

将雌雄果蝇分开，每个玻璃管饲养10只( 毫米)和棉花塞(共六管，即，一个控制管和五个管，以不同的饥饿时间周期)。试管在培养箱(温度，25°C;湿度65%)用12小时:12小时明暗循环。按照图例中所示的不同时间间隔将试管从培养箱中取出，并统计死苍蝇的数量。将每个饥饿时间段的死蝇和活蝇试管保存在-20°C下，用于中性脂质和脂肪酶活性的测定。饥饿的最后阶段被认为是在苍蝇死亡的最大数量时，即雄性苍蝇死亡33 h，雌性苍蝇死亡48-57 h。所有雄蝇在48 h时死亡，但我们继续孵育至57 h，以研究神经脂质水平和脂肪酶活性的变化是否在死亡后继续。

2.1.2.提取的脂质

每个试管中的苍蝇，即10只，用蒸馏水清洗，并用纸巾擦拭除去水分。所有果蝇均质量为300μ氯仿:甲醇(2:1， ）然后和60混合μL蒸馏水。试管以10,000转/分离心10分钟。去除上层水相和水间相的蛋白质，用有机相样品进行薄层色谱分离。

2.1.3.脂质的薄层色谱

用于分离中性脂类，即TG和DG, 25μl的有机相加载在硅胶60板上，在石油醚:溶剂醚:乙酸(90:10:1， ）如前所述[19］．在碘室中观察不同的脂质斑点，然后进行扫描。采用Multi Gauge V3.0软件(Fujifilm)测量斑点密度。

2.1.4.脂肪酶活性

使用Abcam kit (Cat # ab102524)进行测量。10只果蝇(饥饿)和10只对照果蝇(无饥饿)用蒸馏水清洗，用纸巾擦拭除去水分。然后将果蝇均质100μl检测缓冲液(在Abcam试剂盒中提供)，然后以10,000 rpm离心10分钟。收集上清液，转移到清洁的试管中，放在冰上保存。10μ用L样品测定脂肪酶活性。脂肪酶活性以每毫克蛋白质中甘油的nmol计算。

2.1.5.蛋白质测量

蛋白质评估使用快速启动布拉德福德蛋白检测试剂盒(BioRad)按照其协议进行。简单地说，将蛋白标准品(牛血清白蛋白)和实验样品添加到微孔板中，并与染料试剂混合。室温孵育10分钟后，使用SpectraMax M5(分子器件)测量光密度。

2.1.6.统计分析

饥饿组与对照组数据比较，采用双向方差分析和无配对Student 's分析 -测试。

3.结果

3.1.饥饿对雌雄果蝇衰老的影响

我们选择2天大的苍蝇(2d，图1(一))， 12日龄苍蝇(12 d，图1 (b))和23日龄苍蝇(23 d，图1 (c))来研究饥饿的影响。饥饿后，第2 d的雄蝇在52 h、第12 d的雄蝇在26 h、第23 d的雄蝇在23 h均死亡;第2 d的雌蝇在55 h、第12 d的雌蝇在28 h、第23 d的雌蝇在27 h均死亡。这一数据表明，2d苍蝇存活的时间更长1(一))比12 d苍蝇(图1 (b))和23 d的苍蝇(图1 (c))．2 d、12 d和23 d龄雄蝇饥饿程度与雌蝇饥饿程度差异显著(p < 0.05)。 )．研究发现，在所有年龄组中，雌蝇的存活时间都比雄蝇长。数字1 (d)显示饥饿的雌蝇在饥饿时间存活下来的数量，而在不同年龄组中观察到所有对应的雄蝇都死亡。在所有年龄组中，当90-100%的雄蝇因饥饿而死亡时，50-60%的雌蝇仍存活。

3.2.饥饿状态下2 d龄雄、雌蝇TG、DG水平的变化

雌蝇和雄蝇饥饿2 d后，TG水平随饥饿时间的延长而降低，DG水平随饥饿时间的延长而升高2(一个))．饥饿时雄蝇TG水平的下降比雌蝇更多(图2 (b))．在研究的所有饥饿时期，雄蝇和雌蝇之间存在显著差异。在饥饿57 h时，雄蝇体内TG的水平仅为对照蝇的22%。雌蝇在饥饿57 h时仍有35%左右必威2490的TG存在。DG在雄蝇中出现的时间要比雌蝇早得多，对应的是雄蝇在饥饿期间死亡的时间更早(图2 (c))．在雄性果蝇中，DG水平在24小时增加3倍，并以线性方式继续增加，在57小时(饥饿的最后一小时)增加15倍。在雌性果蝇中，在饥饿的最后48 - 57小时，DG水平显著增加了24倍。在雄蝇和雌蝇中，DG水平的增加与饥饿期和死蝇数量相关(图2 (d))．还观察到，在死亡雄蝇孵化48至57小时期间，DG水平持续上升，表明苍蝇尸体孵化也导致DG水平上升。

3.3.雄性和雌性果蝇饥饿时脂肪酶活性的研究

由于我们观察到在饥饿的最后阶段DG水平的增加，我们还测量了这些苍蝇的脂肪酶活性(图3.)．在饥饿的最后阶段，雄蝇和雌蝇的脂肪酶活性都有所增加。雄性果蝇在饥饿47小时时脂肪酶活性增加了27%，52小时时增加了129%，55小时时增加了182%，而雌性果蝇在饥饿55小时时脂肪酶活性只增加了43%。与DG相似，脂肪酶活性的增加也持续在死亡雄蝇的进一步孵化中。

4.讨论

为了在禁食期间保持代谢稳态，后生动物必须协调糖原、脂类和蛋白质的代谢，确保各组织之间有充足的能量供应[20.］．肝脏在果蝇代谢适应中的中心功能与脂肪体共享，是果蝇重要的糖原和脂肪储存器官[21- - - - - -24］．我们的数据表明，在饥饿状态下，雄蝇和雌蝇的存活率是不同的。在研究的3个年龄组中，即2 d、12 d和23 d龄的雄蝇死亡速度都快于雌蝇。雌蝇的体型比雄蝇大，这表明雌蝇可能有更多的营养储备，因此与雄蝇相比，雌蝇在饥饿时能存活更长的时间。我们还观察到饥饿对果蝇生存的影响具有年龄依赖性;即2 d的蝇存活时间比12 d和23 d的蝇长。这是由Aguila等人提出的。[25幼虫获得的营养储存被转移到成虫幼虫产生的脂质储存中，这可能比碳水化合物或蛋白质储存对成虫的健康更重要[26］．与成虫脂肪细胞相比，幼虫脂肪细胞似乎是一种非常有效的营养来源。这可能是幼虫在饥饿条件下存活率较高的原因。

脂质在果蝇饥饿过程中起着重要作用。当我们研究饥饿对DG水平的影响时，我们观察到由于饥饿，苍蝇体内DG水平增加。DG水平在雄蝇体内的上升要早于雌蝇，这与雄蝇在饥饿中比雌蝇早死有关。另一个有趣的观察是，脂肪酶活性在饥饿时也增加了，这可能解释了饥饿苍蝇DG水平的增加。当饥饿的果蝇全部死亡后，在进一步的孵化过程中DG水平和脂肪酶活性继续升高。饥饿时脂肪酶活性的增加可能是苍蝇死亡的主要原因。多余的脂类，如游离脂肪酸，被转化为中性脂类，如TG，并储存在脂滴中。从细菌到人类，脂滴有着相同的蓝图:一个带有存储脂质的疏水核心被附着蛋白质的磷脂单层包围[27］．脂滴主要服务于营养物质过剩和能量需求时，调节富含能量的中性脂质的沉积和转移。因此，TG是主要的能量来源黑腹果蝇在饥饿。我们之前报道过，与雄蝇相比，雌蝇体内的TG水平更高[19］．我们测量了饥饿期间不同年龄雄性和雌性果蝇体内的TG水平。雄蝇和雌蝇体内的甘油三酯水平随着饥饿时间的延长而不断下降。脂肪动力学- (AKH-)介导的脂肪分解和刷子脂肪酶依赖性的脂肪分解参与了昆虫体内TG动员的调节[28，29］．AKH刺激TG脂解成DG [30.］．有可能在饥饿的最后几个小时，AKH被刺激，DG产量增加。我们的数据显示，在死亡苍蝇的最后几个小时，脂肪酶活性增加。因此，在饥饿的最后几个小时DG水平的增加导致死亡可能是由于脂肪酶活性的增加。似乎正常的甘油三酯代谢在饥饿期间不断为苍蝇提供能量。在饥饿的最后阶段后，DG水平和脂肪酶活性的增加也持续在死亡雄蝇的额外潜伏期。在雄蝇中，DG水平和脂肪酶活性从孵育24 h开始增加，持续到57 h。因此，我们的数据表明，果蝇在饥饿过程中脂肪酶活性的启动可能在饥饿的最后阶段开始，在死亡的雄蝇孵化期间继续;即激活的脂肪酶即使在雄蝇死亡后，即48至57小时仍保持活性。

在这项研究中，我们只测量了饥饿期间的中性脂质，但其他储存代谢物，如糖原和海藻糖，也可能在饥饿期间发挥重要作用。适应食物供应的变化是生存的核心挑战。脊椎动物和无脊椎动物都发展出了不同的生理策略来应对急性和慢性营养短缺。饥饿还会导致脂肪体内糖原的完全分解。除了TG，储存的糖也被用作空腹时生存的能量来源[31］．糖原是产生能量的葡萄糖的主要来源。在昆虫体内，葡萄糖以两种不同的形式储存，分别是海藻糖双糖和支链聚合物糖原。糖原被合成并储存在多种组织中，包括肌肉和脂肪。山田等人。[31的研究报告称，在果蝇的饥饿条件下，糖原代谢是通过组织特异性的方式调节的。然而，在幼虫体内脂肪体糖原的动员是独立于脂肪动力激素(Akh，胰高血糖素的同系物)，而是由组织自主的方式调节糖的获得。在禁食条件下，脂肪体糖原在维持包括海藻糖在内的循环糖方面起着至关重要的作用[31］．

5.结论

我们的数据表明，饥饿最后阶段DG水平和脂肪酶活性的增加与饥饿时雄蝇比雌蝇早死有关。因此，脂肪酶活性的升高可能是果蝇饥饿死亡的一个可能原因。

数据可用性

所有的资料都在手稿中。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

这项工作得到了纽约州发育障碍者办公室的部分资金支持。

参考文献

1. J. Kueper, S. Beyth, M. Liebergall, L. Kaplan，和J. E. Schroeder，《饥饿对骨质量不利影响的证据:文献综述》，国际内分泌学杂志， vol. 2015, Article ID 628740, 7页，2015。视图:出版商的网站|谷歌学者
2. M. de Onis, M. Blossner和E. Borghi，《1990-2020年学龄前儿童发育迟缓的患病率和趋势》，公共健康营养，第15卷，no。1, pp. 142-148, 2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
3. M. R. Klass，《线虫的衰老:影响寿命的主要生物和环境因素》，衰老与发展的机制第6卷第1期。第6页，第413-429页，1977。视图:出版商的网站|谷歌学者
4. T. Chapman和L. Partridge，“黑腹果蝇的雌性适应性:营养效应和与雄性相遇率之间的相互作用”，生物科学第263卷，no。第1371页，第755-759页，1996年。视图:出版商的网站|谷歌学者
5. R. Weindruch和R. L. Walford，“1岁开始的小鼠饮食限制:对寿命和自发癌症发病率的影响”，科学第215卷第1期。4538页，1415-1418,1982。视图:出版商的网站|谷歌学者
6. M. a . Lane, D. J. Baer, W. V. Rumpler等人，“热量限制降低了猕猴的体温，与假定的啮齿类动物抗衰老机制一致。”美国国家科学院院刊，第93卷，no。9，第4159-4164页，1996年。视图:出版商的网站|谷歌学者
7. A. S. Narayanan和A. Rothenfluh:“我相信我能飞!”:利用果蝇作为神经精神药理学研究的模式生物。”神经精神药理学:美国神经精神药理学学院的官方出版物，第41卷，no。6, pp. 1439-1446, 2016。视图:出版商的网站|谷歌学者
8. S. R. Spindler和V. Hartenstein，《果蝇神经谱系:研究大脑发育和回路的模型系统》，发育基因与进化，第220卷，no。1-2，第1-10页，2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
9. B. Ugur, K. Chen和H. J. Bellen，“用于人类疾病研究的果蝇工具和化验”，疾病模型与机制第9卷第1期。3, pp. 235-244, 2016。视图:出版商的网站|谷歌学者
10. S. L. Helfand和B. Rogina，《从基因到果蝇的衰老》遗传学的发展，第49卷，第67-109页，2003。视图:出版商的网站|谷歌学者
11. P. Shaw, K. Ocorr, R. Bodmer和S. Oldham，《果蝇老化2006/2007》实验老年学，第43卷，no。1，第5-10页，2008年。视图:出版商的网站|谷歌学者
12. O. Lushchak, O. Strilbytska, V. Piskovatska, K. B. Storey, A. Koliada，和A. Vaiserman，“tor通路在调节营养和寿命之间的联系中的作用”衰老与发展的机制， vol. 164, pp. 127-138, 2017。视图:出版商的网站|谷歌学者
13. O. M. Strilbytska, K. B. Storey，和O. V. Lushchak，“Tor信号抑制在肠干和祖细胞影响果蝇的生理和代谢，”比较生物化学和生理学。B部分，生物化学和分子生物学， vol. 243-244，第110424条，2020。视图:出版商的网站|谷歌学者
14. U. V. Semaniuk, D. V. Gospodaryov, K. M. Feden'ko等人，“胰岛素样肽调节果蝇的摄食偏好和代谢，”前沿生理学，第9卷，第1083页，2018。视图:出版商的网站|谷歌学者
15. 袁东，周s，刘s等，“昆虫脂肪体中ampk-pp2a轴被20-羟基蜕皮素激活拮抗胰岛素/igf信号通路并抑制生长速率，”美国国家科学院院刊第117卷第1期。17, pp. 9292-9301, 2020。视图:出版商的网站|谷歌学者
16. O. V. Lushchak, M. A. Carlsson和D. R. Nassel，“食物气味会引发影响食物摄入和新陈代谢的内分泌反应，”细胞和分子生命科学:CMLS，第72卷，no。16, pp. 3143-3155, 2015。视图:出版商的网站|谷歌学者
17. B. M. Rovenko, O. I. Kubrak, D. V. Gospodaryov等人，“高蔗糖摄入促进肥胖，而低蔗糖摄入诱导黑腹果蝇氧化应激，”昆虫生理学杂志， vol. 79, pp. 42-54, 2015。视图:出版商的网站|谷歌学者
18. S. Choi, D. S. Lim和J. Chung，“果蝇摄食和禁食信号汇聚在lkb1-sik3通路上调节脂质代谢，”公共科学图书馆遗传学，第11卷，no。5, 2015年第e1005263条。视图:出版商的网站|谷歌学者
19. V. Chauhan, S. Srikumar, S. Aamer, m.d. Pandareesh，和A. Chauhan，“甲基汞暴露导致雄性和雌性黑腹果蝇性功能障碍，”国际环境研究与公共卫生杂志第14卷第4期。10, p. 1108, 2017。视图:出版商的网站|谷歌学者
20. D. Chatterjee, S. D. Katewa, Y. Qi, S. A. Jackson, P. Kapahi，和H. Jasper，“dip6诱导的果蝇嗜酒细胞胰岛素信号通路对禁食代谢适应的控制，”美国国家科学院院刊第111卷第1期。50, pp. 17959-17964, 2014。视图:出版商的网站|谷歌学者
21. C. Geminard, E. J. Rulifson和P. Leopold，“果蝇脂肪细胞分泌胰岛素的远程控制”，细胞代谢第10卷第1期。3，页199-207,2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
22. N. Okamoto, N. Yamanaka, Y. Yagi等人，“来自脂肪的igf样肽调节果蝇的进食后生长，”细胞发育，第17卷，no。6, pp. 885-891, 2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
23. H. Bai, P. Kang，和M. Tatar，“果蝇胰岛素样肽-6 (dilp6)的脂肪体表达延长了寿命，抑制了大脑分泌的果蝇胰岛素样肽-2，”衰老细胞，第11卷，no。6，第978-985页，2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
24. J. Colombani, S. Raisin, S. Pantalacci, T. Radimerski, J. Montagne, P. Leopold，“控制果蝇生长的营养传感器机制”细胞第114卷第4期。6, pp. 739-749, 2003。视图:出版商的网站|谷歌学者
25. J. R. Aguila, J. Suszko, A. G. Gibbs和D. K. Hoshizaki，“幼虫脂肪细胞在成年黑腹果蝇中的作用”，实验生物学杂志，第210卷，no。6，第956-963页，2007。视图:出版商的网站|谷歌学者
26. D. A. Hahn，“在新闭合的美国蝗虫成虫中，幼虫营养影响脂质储存和生长，但不会影响蛋白质或碳水化合物的储存。”昆虫生理学杂志，第51卷，no。11，页1210-1219,2005。视图:出版商的网站|谷歌学者
27. A. R. Thiam和M. Beller，《脂滴多样性的原因、时间和方式》细胞科学杂志，第130卷，no。2, pp. 315-324, 2017。视图:出版商的网站|谷歌学者
28. J. V. Stone, W. Mordue, K. E. Batley和H. R. Morris，“蝗虫脂肪动力激素的结构，一种在飞行过程中调节脂质利用的神经激素，”自然第263卷，no。5574页，207-211页，1976。视图:出版商的网站|谷歌学者
29. S. Gronke, A. Mildner, S. Fellert等人，“Brummer脂肪酶在果蝇中是一种进化保守的脂肪存储调节因子。”细胞代谢，第一卷，第1期。5，页323-330,2005。视图:出版商的网站|谷歌学者
30. S. Gronke, G. Muller, J. Hirsch等人，“果蝇体内脂肪储存和动员的双重脂聚控制”，公共科学图书馆生物学第5卷第5期。6、2007年e137条。视图:出版商的网站|谷歌学者
31. T. Yamada, O. Habara, H. Kubo和T. Nishimura，“果蝇脂肪体糖原作为维持糖水平的代谢保障。”发展第145卷，no。6、文章dev158865, 2018。视图:出版商的网站|谷歌学者

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