果蝇蛹期早期翅膀发育中的非增殖性生长转换机制揭示器官大小调控新范式

本研究通过精确的3D体积量化技术，揭示了果蝇蛹期早期翅膀原基通过细胞体积增大而非增殖实现持续生长的创新机制。研究人员发现胰岛素/IGF信号通路(IIS)在非进食阶段由脂肪体分泌的Dilp6激活，挑战了传统认为增殖停滞决定器官大小的理论，为理解生长与增殖解耦的调控机制提供了新视角。该成果发表于《Current Biology》，对发育生物学和器官再生研究具有重要意义。

　　

在发育生物学领域，器官最终大小的决定机制一直是悬而未决的核心问题。传统观点认为，细胞增殖的停止直接决定了器官的最终尺寸，这一理论在果蝇翅盘研究中被广泛接受。然而，这种认知存在明显缺口：在幼虫向蛹转变(L/P transition)后，虽然细胞分裂停止，但翅膀仍需完成复杂形态构建，其质量变化规律却鲜为人知。更令人困惑的是，营养匮乏的蛹期如何支持持续的组织生长？这些谜团直指发育调控的本质——生长与增殖是否必然耦合？

法国巴黎居里研究所(Institut Curie, PSL Research University)和蒙彼利埃细胞生物学研究中心(CRBM)的联合团队在《Current Biology》发表突破性研究。通过创新的3D体积量化技术结合遗传学手段，发现果蝇翅膀原基在蛹期早期经历持续2倍的体积增长，这一非增殖性生长由细胞体积扩张驱动，并受胰岛素/IGF信号通路(IIS)调控。研究采用光遗传学ShineGAL4系统精确操控基因表达时间窗，结合克隆标记分析细胞参数，发现脂肪体分泌的Dilp6取代脑源性胰岛素样肽，在非进食阶段维持组织生长。这一发现颠覆了"增殖停滞决定器官大小"的传统范式，揭示了营养信号重编程在变态发育中的关键作用。

关键技术包括：1)基于rn-GAL4驱动的3D体积动态追踪系统；2)光控基因表达的ShineGAL4/UAS技术实现时间特异性干预；3)膜标记PH-GFP克隆分析单细胞体积；4)脂肪组织特异性基因敲除；5)多通路系统筛选（涵盖IIS、TORC1、Dpp/Wg等）。

生长停滞发生在蛹期

通过精确同步化培养和性别筛选，3D重建显示翅膀体积在L/P转变后仍增长2倍以上，直至16小时蛹形成后(APF)。与面积测量不同，体积量化揭示生长速率在L/P转变后保持稳定12-16小时，说明传统二维测量低估了真实生长动态。

细胞体积增大驱动蛹期生长

核仁标记显示幼虫期细胞数量增加而体积恒定，蛹期则相反：0-16h APF细胞体积显著增大(约3倍)，29h APF经历最后减数分裂后回落。膜标记克隆证实该现象，rpS12敲除导致的蛋白合成抑制验证了生长依赖生物量积累。

IIS通路主导蛹期生长调控

时序性基因操控显示：抑制IIS(InR^DN、Akt^RNAi)使成虫翅面积减少30%，激活则增大20%；而Dpp/Wg仅影响形态不影响体积。ShineGAL4精确操控证实IIS特异性调控体积，TORC1仅为必要非充分条件。脂肪体特异性dilp6^RNAi重现IIS抑制表型，dFOXO核质比分析揭示信号传导连续性。

该研究建立了器官发育的"两阶段生长模型"：幼虫期以增殖为主，蛹期转为肥大性生长。这种转换可能使细胞骨架全力投入形态发生，而G2期阻滞为体积扩张创造条件。更深远的是，发现营养信号从脑源性Dilps向脂肪体Dilp6的转换，解耦了生长与摄食的必然联系。Khaoula El Marzkioui等的工作不仅重绘了果蝇翅膀发育的分子图谱，更为哺乳动物器官再生中促生长策略提供新思路——通过靶向细胞体积调控而非强制增殖来实现组织修复。这种"温和"的生长模式可能避免癌变风险，具有重要转化医学价值。