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本研究揭示了柑橘大实蝇体内一种由内部营养状态感知驱动的摄食抑制新通路。研究发现，摄食甜味热量糖导致血淋巴果糖上升，其被脑内果糖受体Gr43a感知，从而激活位于脑间部的Sulfakinin-胰岛素样肽(Sk-ILP)细胞释放Sk。Sk通过作用于其受体SkR1，最终上调胰岛素样肽5(ILP5)的表达，作为抑制摄食的“饱腹信号”。该研究首次阐明了“果糖-Gr43a-Sk-SkR1-ILP5”通路，为理解昆虫乃至哺乳动物如何整合外部味觉与内部营养信号以精准调控摄食行为提供了新见解。
引言：探索摄食行为的内部调控机制
在动物界，感知饱腹感对于确保摄入必需营养的平衡至关重要。Sulfakinin (Sk) 是一种已知能抑制摄食行为的神经肽，与哺乳动物的胆囊收缩素(CCK)同源。先前研究表明，Sk能通过抑制外周感觉系统（如味觉甜味感受器和嗅觉食物气味感受器）来调控摄食。然而，激活Sk释放的上游机制尚未完全阐明。本研究以东方果实蝇（柑橘大实蝇，Bactrocera dorsalis）为模型，利用CRISPR/Cas9介导的基因敲除技术，对上游味觉受体 Gr43a和下游Sulfakinin受体1 SkR1进行了深入研究，旨在揭示Sk信号通路的上游和下游新机制。
结果
1. 饱腹感诱导Sk释放并抑制摄食
研究首先验证了Sk信号在柑橘大实蝇脑内高表达。通过qPCR和原位杂交检测发现，饥饿12小时后补充进食1小时的果蝇，其脑内Sk的mRNA水平显著高于持续饱食和持续饥饿的果蝇。研究者定位了脑内的两组Sk神经元：一组是位于内侧前脑(MP)的四对对称分布的神经元（Sk-MP神经元）；另一组是位于脑间部(PI)区域、成簇分布的神经元，其位置与胰岛素样肽细胞相似，命名为Sk-ILP神经元。通过CRISPR/Cas9成功构建了Sk基因敲除突变体(Sk?/?)，并在mRNA和肽水平上验证了其有效性。摄食实验表明，敲除Sk会显著增加果蝇的食物消耗量。综上，Sk响应摄食状态，并作为摄食的抑制剂。
进一步，通过检测饥饿和再进食果蝇脑中Sk神经元的免疫荧光强度，研究者探究了摄食状态是否影响Sk肽的释放。结果显示，饥饿果蝇Sk-MP神经元的免疫反应强度显著低于再进食果蝇，而饥饿果蝇Sk-ILP神经元的免疫反应强度则显著高于再进食果蝇。这表明摄食主要诱导了Sk-ILP神经元中Sk的释放。时程实验也证实，在进食后1小时，Sk-ILP神经元中的Sk免疫反应性显著降低。因此，饱腹信号不仅激活了Sk在两组神经元中的转录，还在进食后1小时主要在Sk-ILP细胞中触发了Sk的释放。
2. 甜味热量糖诱导Sk释放
为了探究甜味是否足以介导Sk的摄食抑制作用，研究者比较了果蝇摄食蔗糖（甜且含热量）、果糖（甜且含热量）和三氯蔗糖（甜但无热量）后Sk的表达变化。qPCR结果显示，摄食三氯蔗糖的果蝇，其Sk mRNA水平与饥饿果蝇相比无显著变化，而摄食蔗糖或果糖的果蝇，其Sk mRNA水平均显著上调。相应的摄食行为实验表明，Sk?/?突变体对蔗糖和果糖的消耗量显著高于野生型，但对三氯蔗糖的消耗量无显著变化。这提示Sk响应的是甜味热量糖，而不仅仅是甜味本身。
免疫染色结果进一步支持了这一结论：与饥饿果蝇相比，摄食了蔗糖或果糖的果蝇，其Sk-ILP神经元中Sk的免疫荧光强度显著减弱，表明Sk肽被释放；而摄食三氯蔗糖的果蝇则无此变化。这证实是甜味热量糖诱导了Sk-ILP神经元中Sk的释放。
3. 源自膳食果糖或营养糖代谢的果糖诱导Sk释放
果糖是果蝇血淋巴中三种主要糖分之一，可作为内部营养状态的信号分子。研究者将果蝇大脑置于含有80 mM果糖的人工血淋巴样溶液(AHL)中孵育，发现果糖孵育能显著降低Sk-ILP神经元（而非Sk-MP神经元）中Sk的免疫荧光强度，表明果糖能诱导Sk-ILP神经元释放Sk。进一步检测发现，当果蝇摄食蔗糖或果糖餐后，其脑内循环果糖水平分别急剧上升了3.6倍和6.6倍，而摄食三氯蔗糖则不影响果糖水平。这支持了循环果糖水平上升诱导Sk释放的结论。
4. 果糖需要通过Gr43a诱导Sk释放以抑制摄食
Gr43a基因在果蝇脑中编码一种特异性果糖受体。研究团队利用CRISPR/Cas9技术构建了 Gr43a敲除突变体(Gr43a?/?)。结果显示，敲除 Gr43a虽不改变Sk的mRNA水平，但导致其受体 SkR1的表达显著下调，并且突变体的食物消耗量显著增加。免疫组化结果显示，在野生型果蝇中，再进食果蝇Sk-ILP神经元的荧光强度显著低于饥饿果蝇；而在 Gr43a?/?突变体中，饥饿和再进食状态下的Sk-ILP神经元荧光强度无差异。这表明果糖需要通过Gr43a来诱导Sk-ILP细胞释放Sk。
5. Sk通过作用于SkR1抑制摄食
研究者从柑橘大实蝇基因组中预测了Sk的两个受体SkR1和SkR2，并通过钙报告实验证实，B. dorsalis的成熟Sk-1肽能以剂量依赖的方式激活SkR1。随后，他们构建了SkR1敲除突变体(SkR1?/?)。qPCR证实突变体中SkR1的mRNA表达几乎为零。在 SkR1?/?突变体中，由于信号传递受损，饥饿和再进食状态下的Sk-ILP神经元荧光强度无差异，表明Sk在神经元中积累。摄食实验显示，敲除SkR1同样显著增加了果蝇的食物消耗量。这些结果表明，Sk通过作用于SkR1来抑制摄食。
6. Sk信号通过抑制ILP5表达来抑制柑橘大实蝇的摄食
为了阐明Sk-SkR1信号调控摄食行为的分子机制，研究者对饥饿的野生型和 Sk?/?果蝇大脑进行了转录组测序。差异表达基因分析发现，在 Sk?/?组中，一个与摄食行为相关的神经肽——胰岛素样肽5 (ILP5) 的表达显著下调。qPCR验证证实了这一点。此外，再进食能显著诱导野生型果蝇脑内 ILP5的表达，但在 SkR1?/?突变体中未观察到变化，说明Sk信号正向调控 ILP5> 的表达。反之，通过RNA干扰(RNAi)沉默 ILP5的表达，并不影响 Sk和 SkR1的表达水平，但会显著增加果蝇的食物消耗量，证明ILP5本身具有抑制摄食的作用。双荧光原位杂交结果显示，SkR1和 ILP5在果蝇脑的PI区域共定位。
综合以上发现，研究者提出了一个工作模型：当柑橘大实蝇摄食营养糖时，血淋巴中的果糖水平显著上升，并被脑中的果糖受体Gr43a感知。这进而促使Sk从Sk-ILP神经元释放，激活PI区域的下游SkR1神经元，随后上调胰岛素样肽细胞(IPCs)中 ILP5的表达。ILP5的上调最终抑制了摄食行为。同时，该模型也整合了先前研究中Sk在外周味觉系统中的作用：当摄食甜味糖时，Sk从Sk-MP神经元释放，激活喙部的下游SkR1神经元，进而上调味觉感受神经元(GRNs)中 takeout的表达，从而抑制甜味受体 Gr64f的表达，降低对糖的敏感性并减少摄食。
讨论
本研究表明，Sk不仅能通过调节外周系统敏感性来改变食物的可接受性，还能作为内部营养传感器来评估营养状态。研究发现，Sk接收来自Gr43a感知的上升果糖信号输入，以抑制过度摄食，而血淋巴中上升的果糖可能直接来自膳食果糖，也可能来自其他营养糖的代谢。值得注意的是，Sk并不调节甜味非营养糖（如三氯蔗糖）的消耗，这表明Sk对甜味敏感性的调节需要由内部营养评估来驱动。因此，Sk如何协调外部味觉敏感性和内部营养感知来调控摄食，是一个有待进一步研究的有趣问题。
在哺乳动物中，CCK受体在胰岛细胞中大量表达，CCK肽被发现能刺激胰岛素释放。本研究发现，Sk-SkR1信号通过调控ILP5的表达来抑制摄食，并且SkR1与表达ILP5的IPCs共定位。这表明Sk可能通过靶向IPCs来抑制摄食，这与包括人类在内的一些哺乳动物的情况相似。然而，Sk-SkR1信号调控ILPs表达的分子机制仍有待阐明。未来，关注响应糖类（特别是果糖）且在IPCs中特异性表达的转录因子，将是探究Sk-SkR1调控ILPs表达分子机制的重要方向。
结论
本研究首次在柑橘大实蝇中阐明了一条完整的“果糖-Gr43a-Sk-SkR1-ILP5”信号通路。该通路揭示了昆虫如何通过感知血循环中的果糖这一内部营养状态指标，经由特定的味觉受体Gr43a传递信号，激活脑内Sk-ILP神经元释放神经肽Sk，进而通过其受体SkR1作用于胰岛素样肽细胞，最终上调饱腹信号分子ILP5的表达，从而实现摄食行为的精准抑制。这一发现不仅增进了对昆虫摄食调控复杂神经内分泌网络的理解，也为探索哺乳动物中类似的营养感知与摄食调控机制提供了有价值的比较生物学模型和新的思路。
