果蝇中NF-κB介导的发育延迟通过神经肽-蜕皮激素-免疫轴调控寿命的机制研究

这篇研究揭示了果蝇神经肽激素PTTH通过调控发育时间影响寿命的新机制。研究发现PTTH缺失突变体通过降低蜕皮激素（ecdysone）信号，抑制发育期NF-κB（Relish）在肝细胞（oenocytes）中的激活，从而延缓发育并延长寿命。该工作建立了首个将发育时间与生长速率解耦的长寿模型，阐明了"神经肽-类固醇激素-免疫"轴在寿命调控中的核心作用，为理解发育程序如何塑造成年期生理功能提供了新视角。

　　

【Significance】
动物发育程序与成年寿命存在强关联，但具体机制尚未阐明。研究团队发现昆虫神经肽激素促前胸腺激素（PTTH）突变体表现出发育延迟和寿命延长的双重表型。引人注目的是，PTTH缺失通过类固醇激素蜕皮素（ecdysone）下调果蝇发育期的先天免疫信号。时空特异性抑制发育期NF-κB信号既能延长发育时间又可延长寿命。这些发现揭示了寿命调控中"神经肽-类固醇激素-免疫"轴的存在，为理解发育程序调控寿命的机制提供了重要线索。

【Abstract】
发育时间（性成熟时间）与动物最大寿命高度相关，但遗传机制仍不清楚。传统长寿基因多调控生长速率而非发育时间。研究通过遗传操控果蝇发育时间的主调控因子PTTH，发现PTTH缺失在不改变生长速率的情况下延迟发育时间。有趣的是，PTTH突变体虽体型更大却寿命更长，该效应依赖蜕皮素信号。机制上，PTTH缺失减弱了年龄依赖性慢性炎症，特别是在果蝇肝细胞（oenocytes）中。发育转录组显示NF-κB信号在幼虫-成虫转化期激活，PTTH通过蜕皮素诱导该信号。值得注意的是，在3龄幼虫早期时空特异性沉默NF-κB同源物Relish可显著延长成虫寿命并延迟化蛹。该研究建立了首个将发育时间与生长速率解耦的衰老模型，确立了NF-κB信号在连接发育时间与寿命中的关键作用。

【研究背景】
衰老通常被视为生理功能逐渐退化和损伤积累的过程，但越来越多证据表明发育过程也影响衰老结局。生长激素（GH）和胰岛素/胰岛素样生长因子信号（IIS）等发育程序的遗传扰动常导致生长迟缓和寿命延长。发育时间与最大寿命呈现强正相关，而生长速率相关性较弱。传统遗传模型如GH、IIS和mTORC1等同时改变生长速率和发育时间，难以区分各自贡献。果蝇PTTH作为发育时间的主调控因子，其缺失仅延迟发育时间而不改变生长速率，为研究发育时间与寿命的关系提供了理想模型。

PTTH属于胱氨酸结生长因子家族，通过受体酪氨酸激酶Torso激活前胸腺（PG）中的MAP激酶信号，启动蜕皮素生物合成。PTTH缺失导致蜕皮素产生动力学减慢，发育延迟，但生长速率不变，最终形成体型更大的成虫。与同时影响生长和发育的传统模型不同，PTTH突变体为解析发育时间对寿命的特异性影响提供了独特系统。

年龄相关慢性炎症（inflammaging）是衰老的主要标志之一。NF-κB信号在成年期炎症中的作用已被广泛研究，但其在发育期的功能尚不清楚。近期研究发现Relish/NF-κB在果蝇幼虫造血生态位表达，维持血祖细胞；而蛹期NF-κB沉默会增加成虫对病毒感染的易感性，提示发育期NF-κB信号可能参与塑造成年生理。

【主要发现】

1. PTTH缺失延长寿命和健康span
   研究采用两个PTTH功能缺失等位基因（Ptth^120F2A和Ptth^TI），发现突变体体型更大但发育延迟约20小时。出乎意料的是，这些体型更大的突变体寿命显著延长（雌雄均延长20-38%），且表现出更强的氧化应激抗性和衰老过程中运动能力保持。与多数长寿突变体不同，PTTH突变体繁殖力反而提高，摄食量和氨基酸水平升高但TCA循环中间物无变化。

2. PTTH突变体抑制年龄依赖性先天免疫信号
   转录组分析显示，老年野生型果蝇中1,220个年龄相关差异表达基因（DEGs）中有754个在PTTH突变体中被阻断，这些基因富集于免疫应答和抗菌防御通路。PTTH突变体显著减弱了抗菌肽（AMPs）和Bomanin免疫肽的年龄依赖性诱导。qPCR证实Imd通路关键分子PGRP-LC和DptA在老年野生型中上调，而在突变体中保持低水平。尽管先天免疫信号降低，PTTH突变体对革兰氏阴性菌Ecc15感染的耐受性反而更强，表现出更平衡的免疫激活和更低程度的慢性炎症标志物（如upd3/IL-6）诱导。

3. PTTH特异性调控肝细胞NF-κB信号
   免疫荧光显示Relish/NF-κB核转位在老年果蝇的脂肪体、中肠和肝细胞（oenocytes）中均增强，但PTTH缺失仅减弱肝细胞中的年龄依赖性激活。组织特异性qPCR证实DptA表达仅在肝细胞中被PTTH突变抑制。肝细胞特异性Relish敲除延长寿命，而过表达活性Relish（FLAG-Rel68）则消除PTTH突变体的寿命延长效应，证实肝细胞NF-κB信号是PTTH调控寿命的关键介质。

4. PTTH受体和蜕皮素受体调控寿命
   成虫期敲低PTTH缩短寿命，提示其作用主要在发育期。前胸腺特异性敲低PTTH受体Torso延长寿命，而肝细胞Torso敲低则缩短寿命，表明PTTH通过不同组织特异性机制调控寿命。喂食20-羟基蜕皮素（20E）可挽救PTTH突变体的寿命延长表型，肝细胞EcR敲除同样延长寿命并减弱Relish核转位，证实蜕皮素信号在PTTH调控NF-κB和寿命中的核心作用。

5. 发育期NF-κB信号时空特异性调控
   发育转录组揭示PTTH调控代谢和发育相关基因的阶段性表达。引人注目的是，NF-κB信号在3龄幼虫和早蛹期出现两个激活高峰，PTTH缺失导致这两个阶段的AMPs表达显著下调。20E喂食或肝细胞EcR敲除实验证实PTTH通过蜕皮素激活发育期NF-κB信号。利用温度敏感GAL80系统，研究发现3龄幼虫早期肝细胞特异性Relish敲除不仅延迟化蛹12小时，还能延长成虫寿命47%，并减弱年龄依赖性DptA诱导。类似地，前蛹期和早蛹期（非晚蛹期）Relish敲除也延长寿命，而全身性敲除则缩短寿命，凸显组织和时间特异性的重要性。

【讨论与意义】
该研究建立了首个将发育时间与生长速率解耦的遗传模型，证实发育时间本身（而非体型）是寿命的决定因素。PTTH通过"神经肽-蜕皮素-NF-κB"轴调控发育时间和寿命：PTTH缺失→蜕皮素信号减弱→发育期肝细胞NF-κB激活不足→发育延迟+成年期炎症减轻→寿命延长。这一机制可能保守存在于高等生物，因为GH等哺乳动物生长因子也与类固醇激素相互作用调控发育。

发育期NF-κB的双峰激活模式（幼虫期和蛹期）暗示其可能参与不同发育事件。幼虫期NF-κB可能通过调控代谢程序影响发育时间，而蛹期激活可能参与组织重塑，为成年生理奠定基础。该研究为理解发育程序如何"编码"寿命信息提供了新范式，也为延缓衰老的干预策略提供了新靶点——针对特定发育阶段的肝细胞免疫信号进行精准调控，有望实现延长健康寿命的目标。