温度驱动的代谢重编程揭示两栖类免疫激活与性别二态性衰减的生态适应机制

本研究针对全球变暖背景下生物体如何通过生理权衡维持稳态这一关键科学问题，以热带爪蟾(Xenopus tropicalis)为模型，通过长达12个月的温度适应实验，首次揭示了5°C温升通过胆固醇代谢物(如胆汁酸)、分泌蛋白(如IGF1)和活性氧(ROS)介导的器官间通讯，驱动能量从性发育向免疫防御重分配的新机制。该研究为气候变化风险评估提供了跨器官分析框架，并为代谢综合征和免疫性不孕等疾病研究提供了新型动物模型。

　　

随着全球气温持续突破历史记录，生物体如何在变暖环境中维持各生命史特征间的动态平衡成为进化生物学和生态医学的焦点问题。两栖动物作为脊椎动物中受威胁最严重的类群，其种群衰退机制与气候变暖的关联亟待阐明。以往研究多聚焦短期极端温度效应，而忽视渐进式温升引发的系统性生理重塑。更矛盾的是，虽然温暖环境能增强免疫防御，却往往伴随繁殖力下降——这种看似矛盾的生态现象背后隐藏着怎样的分子调控网络？中国科学院成都生物研究所李佳颖团队在《Communications Biology》发表的研究，通过构建热带爪蟾全生命周期温度适应模型，揭开了温度驱动生理权衡的"黑箱"。

研究团队采用温度互移实验设计，将受精卵分别置于23°C（对照）和28°C（温升）环境中饲养12个月，期间通过组织形态测量、多器官转录组测序（168个样本）和生物信息学分析，系统解析了代谢状态转变的分子机制。关键技术包括：建立X. tropicalis全生命周期温度适应模型、七种器官（脑/心/肺/肝/小肠/肌肉/皮肤）的跨器官转录组分析、基于定量内分泌网络的器官间通讯解析，以及爬行动物（ Pogona vitticeps ）和哺乳动物（ Mus musculus ）的比较基因组学验证。

代谢状态转向糖酵解
温升组小肠绒毛表面积减少28%、肌肉层变薄，但肠道干细胞标记物Lgr5表达上调2.1倍，伴随紧密连接蛋白Foxo1下调而Claudin-2上调，导致肠道通透性增加。肝脏中糖酵解关键酶基因表达提升1.5-3倍，而脂肪酸β-氧化（Acadsb/Hadhb）和尿素循环（Otc/Ass1）相关基因表达量下降40-60%，脂肪细胞直径减小35%。这些发现证实温暖环境促使代谢从氧化磷酸化转向糖酵解。

免疫激活与氧化应激
雄性温升组中性粒细胞过氧化物酶（Mpo）和细胞色素（Cybb）基因表达激增4-8倍，伴随DNA修复酶（Ogg1）和抗氧化酶（Cat）上调2-3倍。跨器官GO分析显示，雄性特异性富集炎症反应等免疫通路（p<0.001），而雌性主要表现代谢通路改变。这种性别差异解释了两栖类野外研究中观察到的雄性更易出现早衰现象。

性别二态性衰减
肝脏中性别差异基因数量在温升组减少67%，其中雄性偏向基因（如Hsd17b2）表达降低50%，雌性偏向基因（如Cyp7a1）表达升高2倍。温升组睾丸重量下降41%（p<0.01），而性逆转相关表观调控因子Jarid2的内含子保留率增加3倍、Kdm6b降低60%，呈现与爬行动物温度依赖性性别决定（TSD）相反的调控模式。

器官间通讯机制
胆汁酸经典合成途径限速酶Cyp7a1表达下降80%，导致肠肝循环中胆汁酸减少，激活小肠核受体Nr1h4并抑制脂质吸收。肝脏分泌的胰岛素样生长因子Igf1表达与多器官重量显著相关（r>0.7），其下游调控网络涉及碳水化合物代谢等15条通路（q<0.05）。

这项研究建立了"代谢-免疫-繁殖"权衡的理论框架：温暖环境通过ROS-胆汁酸-IGF1信号轴，促使能量从性发育向免疫防御转移。这不仅解释了气候变暖背景下两栖类种群衰退的生理机制，还为人类代谢综合征（特征性表现为糖脂代谢紊乱）和免疫性不孕（与Th17/Treg平衡失调相关）等疾病研究提供了新的分子靶点。特别值得注意的是，该研究揭示即使在国际公认的适温范围内（23-28°C），5°C的温差就足以引发系统性生理重塑，这对实验动物环境控制标准提出了更高要求。未来研究可进一步聚焦不同发育阶段（如蝌蚪期和变态期）的单细胞转录组特征，以绘制更精细的温度适应图谱。