IGF-AKT通路调控三角帆蚌外套膜生物矿化的分子机制及其在珍珠培育中的应用价值

本研究针对淡水珍珠蚌（Hyriopsis cumingii）生物矿化机制不明的问题，通过贝壳损伤和珠核植入模型，结合IGF/IGF2BP基因干预技术，首次揭示IGF-AKT通路通过调控HcIGF2BP表达峰值（P<0.05），促进珍珠囊柱状/扁平细胞转化及文石晶体沉积，为珍珠养殖提质增效提供分子靶点。

　　

在贝类养殖领域，珍珠的形成一直是个令人着迷又充满挑战的科学谜题。三角帆蚌（Hyriopsis cumingii）作为我国重要的淡水珍珠生产物种，其外套膜组织通过复杂的生物矿化过程同时完成贝壳修复和珍珠形成两大功能。然而，这个过程中胰岛素样生长因子（IGF）信号通路如何调控矿化活动，始终是困扰研究人员的未解之谜。更棘手的是，现有珍珠养殖技术面临珍珠层质量不稳定、成珠率低等产业瓶颈，亟需从分子层面突破。

针对这一科学难题，中国水产科学研究院的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表重要成果。研究人员创新性地采用贝壳V型切口损伤模型（1 cm²
）和珠核植入技术，结合qPCR、Western blot等分子手段，系统解析了IGF-AKT通路在三角帆蚌生物矿化中的调控机制。特别值得注意的是，实验选取2龄蚌（12±2 cm）建立循环水养殖体系，通过靶向干预IGF和IGF2BP基因表达，动态监测珍珠囊形成全过程。

实验动物准备与样本采集
研究团队在浙江武义伟民珍珠养殖场采购100只规格统一的三角帆蚌，建立标准化养殖系统。通过设计贝壳损伤和珠核植入两组实验模型，在不同时间点采集外套膜、珍珠囊等组织样本，为后续分子机制研究奠定基础。

生物信息学分析结果
通过NCBI数据库BLAST分析发现，HcIGF2BP在双壳类中保守性最高。系统进化树显示，腹足纲（Gastropoda）IGF2BP独立成支，而三角帆蚌与珠母贝（Pinctada）等经济贝类聚为一簇，暗示其在珍珠形成中可能具有相似功能。

讨论
研究发现HcIGF2BP表达在珍珠囊形成早期呈现爆发式增长（P<0.05），其时间动态与矿化活性高度吻合。实验证实IGF1⁺
与IGF2BP⁺
联合处理可诱导珍珠囊细胞发生柱状-扁平表型转换，而单独使用IGF1⁺
则显著增强新生贝壳文石晶体沉积。这些发现首次证实IGF-AKT通路通过三重调控机制影响生物矿化：①激活PI3K/PDK1/AKT级联反应促进细胞增殖；②上调BMP10等矿化相关基因表达；③稳定IGF1R mRNA翻译维持信号通路活性。

该研究不仅填补了无脊椎动物IGF信号通路调控矿化的理论空白，更开创性地提出"IGF2BP-AKT-BMP10"分子模块可作为珍珠品质改良的靶标。通过国家重点研发计划（2022YFD2400105）等项目的持续支持，这些发现已开始应用于优质珍珠选育技术开发，为提升我国珍珠产业竞争力提供科技支撑。研究团队特别指出，该通路与脊椎动物骨形成具有惊人相似性，如AKT磷酸化水平与矿化能力正相关等特征，为跨物种生物矿化研究开辟了新视角。