与蚂蚁的长寿和繁殖有关的抗胰岛素蛋白

根据一项新的研究，一种胰岛素抑制蛋白可能是蚂蚁的青春之泉，并为其他物种的衰老提供了线索。

这项发表在《科学》杂志上的研究表明，蚁后在不经历衰老的情况下，会产生一种抗胰岛素蛋白，这种蛋白只会阻断导致衰老的胰岛素通路的一部分，从而表现出较高的生殖代谢能力。

在许多动物中，有许多后代与较短的寿命有关。这种在动物生育能力和寿命之间的权衡被认为是由营养和代谢资源如何分配造成的。

胰岛素——一种帮助将食物转化为能量的激素——在新陈代谢中发挥着重要作用，但在衰老过程中也发挥着重要作用。产卵是能量密集型的，需要额外的食物，这会提高胰岛素水平，但繁殖所需的胰岛素通路的活性增加会导致大多数动物的寿命缩短。相反，饮食限制通过降低胰岛素水平来延长寿命;事实上，其他研究人员正在探索禁食是否能延长寿命。

在繁殖和寿命之间的权衡中，蚂蚁是一个明显的例外，因为它们的蚁后——负责整个群体的繁殖——在拥有相同基因组的情况下比工蚁活得更长。在黑花园蚁这样的物种中，蚁后可以产下100万个卵，寿命为30年，而她的不育工蚁姐妹只能活一年。Harpegnathos saltator蚂蚁是一种原产于印度的跳跃蚂蚁，也是本次研究的重点。在Harpegnathos saltator蚂蚁中，蚁后通常能活5年，而工蚁只能活7个月。

当Harpegnathos的蚁后在蚁穴中死亡时，一件奇怪的事情发生了:雌性工蚁用它们的触角互相决斗，争夺下一任蚁后。决斗的赢家改变了蚂蚁社会中的“种姓”，成为伪女王，也被称为“玩家门”，同时仍然留在工蚁(较小的)身体里。伪皇后获得了像皇后一样的行为，包括产卵，它们的预期寿命从7个月大幅增加到4年。但是，如果它们被另一个蜂王取代，它们会恢复工蜂的身份，停止产卵，它们的寿命也会缩短到7个月。

“通过从工蚁到伪蚁后进行可逆的‘种姓转换’，使它们的寿命和繁殖能力显著增加，Harpegnathos ant提供了一个独特的机会来研究衰老和繁殖是如何断开的，”该研究的资深合著者、纽约大学生物学和神经科学Silver教授克劳德·德斯普兰说。

通过批量RNA测序，研究人员研究了工蚁和假蚁后的组织样本，重点研究了蚂蚁与新陈代谢和繁殖有关的部分，包括大脑、脂肪体(昆虫的肝脏)和卵巢。他们发现，从工蚁转换为伪蚁后的蚂蚁为了产卵，在它们的大脑中产生更多的胰岛素。胰岛素的增加导致胰岛素信号通路的两个主要分支之一的激活，MAPK，它控制新陈代谢和卵子的形成。

假蜂王体内胰岛素的增加会诱导卵巢发育，然后开始产生一种名为impl - l2的胰岛素抑制蛋白。impl - l2阻断胰岛素信号通路的另一个主要分支AKT的信号，AKT控制衰老，其活性的增加导致寿命的缩短。

“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和寿命，其中一个信号通路的增加有助于伪蜂王的繁殖，而另一个信号通路的减少则与伪蜂王的延长寿命相一致，”该研究的资深合著者丹尼·赖因伯格说，他是纽约大学格罗斯曼医学院生物化学和分子药理学的特里和梅尔·卡尔马辛教授，也是霍华德·休斯医学研究所的研究员。

这项研究的第一作者之一、前纽约大学格罗斯曼医学院博士后研究员、现任佛罗里达大学生物学助理教授的华艳说:“这种在蚂蚁和其他昆虫中进化出来的相互作用，可能有助于繁殖蚂蚁非同寻常的寿命和许多后代。”

“我们的工作也说明了使用适当的模型系统来询问基本生物学问题的重要性。例如，大多数对老鼠或苍蝇等动物寿命的操纵通常可以延长它们的寿命10%至20%。蚂蚁的寿命显著增加了500%，这使得研究它们变得更加有力，”Desplan补充说。

Journal Reference:

1. Hua Yan, Comzit Opachaloemphan, Francisco Carmona-Aldana, Giacomo Mancini, Jakub Mlejnek, Nicolas Descostes, Bogdan Sieriebriennikov, Alexandra Leibholz, Xiaofan Zhou, Long Ding, Maria Traficante, Claude Desplan, Danny Reinberg. Insulin signaling in the long-lived reproductive caste of ants. Science, 2022; 377 (6610): 1092 DOI: 10.1126/science.abm8767