《PLOS Genetics》：20-hydroxyecdysone promotes brain development via upregulating MMP2 expression during metamorphosis in Helicoverpa armigera
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本文揭示了昆虫变态过程中，类固醇激素20-羟基蜕皮酮（20E）通过转录因子FOXO上调基质金属蛋白酶2（MMP2）的表达，进而促进神经细胞增殖和营养转运蛋白表达，最终协调大脑发育与营养供应的新机制。该研究为昆虫变态期大脑发育的调控网络提供了重要理论依据。
筛选变态期大脑高表达MMP
研究团队从棉铃虫基因组中鉴定出3种MMP家族成员（MMP2、MMP14、MMP25），通过转录组数据分析发现Mmp2在6龄96小时幼虫大脑中特异性高表达（图1）。qRT?PCR验证显示Mmp2表达量在变态期显著上调，而Mmp14和Mmp25分别在中肠和脂肪体中高表达，提示MMP2可能在大脑发育中发挥独特作用。
MMP2在变态期大脑中表达量最高
Western blot结果显示，MMP2蛋白在大脑中以活性形式存在，而在表皮和脂肪体中主要以酶原形式存在，中肠几乎无表达（图1A）。免疫组化定位发现MMP2分布于大脑表层细胞（可能为血脑屏障）及内部神经细胞（图2），暗示其可能通过降解细胞外基质（ECM）参与大脑结构重塑。
敲低Mmp2抑制大脑发育
通过RNA干扰技术敲低Mmp2后，棉铃虫大脑体积显著缩小，化蛹时间延迟约20小时，幼虫死亡率达27.95%（图3A-D）。蛋白检测发现自噬标志蛋白LC3-II（ATG8-II）水平上升，细胞增殖标志蛋白磷酸化组蛋白H3（P-H3）下降，同时增殖相关基因Wnt表达下调而自噬基因Atg8上调（图3F-K），表明MMP2缺失会触发神经细胞自噬并抑制增殖。
敲低Mmp2导致大脑内葡萄糖和谷氨酸水平下降
营养测定显示，变态期大脑中葡萄糖和谷氨酸含量显著升高，但Mmp2敲低后两者水平均下降（图4）。进一步研究发现葡萄糖转运蛋白（GLUT-1、GLUT-2、GLUT-t）和谷氨酸转运蛋白（GT-X2）的表达在变态期上调，而敲低Mmp2后这些转运蛋白表达受阻（图5）。单独敲低转运蛋白基因同样引起相应营养素水平降低（图6），证实MMP2通过调控营养转运蛋白表达影响大脑营养供给。
Mmp2受20E上调
外源注射20E可剂量和时间依赖性地诱导Mmp2表达（图7A-B）。敲低蜕皮激素受体（EcR）或FOXO均能抑制20E对Mmp2的上调作用（图7C-D）。双荧光素酶报告实验证实FOXO可直接结合Mmp2启动子区的FOXO结合元件（FOXOBE），且20E能增强该转录活性（图7E-H），表明20E通过EcR-FOXO通路直接调控Mmp2转录。
MMP2促进神经细胞增殖
研究表明，昆虫大脑在变态期需通过神经细胞增殖实现从幼虫到成虫的形态扩张。MMP2作为ECM降解酶，可能通过增强大脑可塑性为细胞增殖提供空间。其机制类似于哺乳动物中MMP通过切割生长因子前体激活增殖通路，在棉铃虫中表现为维持Wnt信号和抑制自噬。
MMP2维持营养供给平衡
大脑发育依赖持续的营养输入。葡萄糖需通过GLUTs转运至脑内，而谷氨酸在昆虫血淋巴中的来源及其跨血脑屏障（BBB）运输机制尚存争议。本研究发现MMP2缺失导致营养转运蛋白表达下降，进而引起脑内营养匮乏，这可能间接由细胞增殖受阻导致，或与MMP2调控的ECM重塑影响BBB通透性有关。
20E通过FOXO上调MMP2转录
FOXO作为20E信号通路的下游转录因子，可通过结合Mmp2启动子直接激活其表达。这一发现揭示了类固醇激素调控ECM重塑酶表达的新途径，为理解变态过程中组织协同发育提供了分子基础。
结论
MMP2在昆虫变态期大脑中高表达，通过促进神经细胞增殖和营养转运蛋白表达，协调大脑发育与能量代谢。20E通过EcR-FOXO信号轴上调MMP2转录，形成激素-酶-营养的动态调控网络（图8）。该研究为动物胚胎后大脑发育机制提供了新视角，并为害虫防治提供了潜在靶点。
