《Journal of Comparative Neurology》：A Tale of Two States: Similarities and Differences in Neuropeptide Signaling in Larval and Adult Drosophila
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将生命周期划分为幼虫期和成虫期两个阶段、且各自栖息于不同生境，具有进化优势，因为这能够避免对资源的竞争，并将发育与繁殖分隔到不同生命阶段。在全变态昆虫中，幼虫期以强烈的取食、生长和蜕皮为特征，而成虫期则是具有繁殖能力且高度活跃的阶段。本综述探讨了这种生活方式的
将生命周期划分为幼虫期和成虫期两个阶段、且各自栖息于不同生境，具有进化优势，因为这能够避免对资源的竞争，并将发育与繁殖分隔到不同生命阶段。在全变态昆虫中，幼虫期以强烈的取食、生长和蜕皮为特征，而成虫期则是具有繁殖能力且高度活跃的阶段。本综述探讨了这种生活方式的转换如何在神经内分泌系统和肽能信号传导中得以体现。神经肽和肽激素（合称NPHs）是调控发育及日常生理与行为诸多方面的重要调节因子。因此，理解肽能神经元和NPHs信号传导在变态后随着行为和生理的改变与多样化而发生何种程度的变化，具有重要意义。本综述以黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）的幼虫和成虫为研究对象，探讨肽能系统中信号传导的变化。以神经分泌细胞及其NPHs的组成为例，这些细胞和肽类在变态过程中大体保持不变，但其功能角色却发生了很大程度的转变。在幼虫中，许多NPHs主要与发育和生长的调控相关；而在成虫中，它们则调控繁殖和复杂行为。两个阶段共有的功能包括NPHs对取食、代谢、排泄和回避行为的调控。其他肽能系统，如生物钟的组成成分，在神经元类型和NPHs数量方面均大幅增加其复杂性。总之，NPHs信号传导具有高度灵活性，单个NPHs可执行多种功能，其中许多功能具有阶段特异性。本综述对幼虫和成虫中主要肽能系统的结构与功能提供了全面的描述。
论文主体内容总结
1 引言
论文以托马斯·曼在《浮士德博士》中的名言开篇，引出幼虫与成虫两种截然不同生活状态的核心问题。在许多动物类群中，生命周期被划分为形态和生活方式迥异的幼虫期和成虫期，这种分隔使生物能够栖息于不同生境，从而避免资源竞争、将发育与繁殖分隔至不同阶段、促进更快的生长，并可能降低被捕食的风险。在全变态昆虫中，幼虫为蠕虫状生物，在形态和行为上与有翅的成虫（imago）差异巨大，两者之间由不活动且不取食的蛹期分隔，构成三阶段发育模式。幼虫期主要关注活动控制、简单运动（包括回避行为）、取食、代谢、生长和发育的调控。虽然许多成虫组织在变态过程中由干细胞巢（成虫盘）新生，但相当数量的神经元从幼虫期持续存在至成虫期，并在变态过程中经历广泛重塑。与此同时，大量成虫神经元在蛹期由成神经细胞新生。幼虫脑和腹神经索（VNC）所构成的中枢神经系统（CNS）支持着远比成虫简单的生理和行为。相比之下，成虫脑体积更大、复杂度更高（更具模块化），以适应行为和生理的复杂性与新层面的增加。最显著的例子包括视叶的变态期从头发育（服务于复眼和高级视觉信息处理）以及生物钟网络的广泛精细化。果蝇成虫脑的另一个特征是控制社会行为（如交配和攻击）的性别二态性回路。在形态上，脑和VNC中的神经内分泌系统在变态过程中变化较小，却获得了多种新功能。尽管脑神经元数量急剧增加，但神经肽和肽激素（合称NPHs）的组成在幼虫和成虫中大体相同。然而，正如本综述所示，大多数被研究的NPHs的功能在变态过程中成倍增加并发生剧烈变化。值得注意的是，在大多数情况下，每种NPHs存在于多种细胞类型中，可由神经分泌细胞（NSCs）、感觉细胞、中间神经元、传出神经元（包括运动神经元）、肠道内分泌细胞（EECs）以及其他细胞类型产生。许多由中间神经元产生的神经肽可能根据回路的不同而以不同方式起作用，例如速激肽（TK）和短神经肽F（sNPF）产生于众多不同类型神经元中，可能根据回路和共定位的小分子神经递质（SMNs）及神经肽而以特定方式起作用。最近一项研究清楚地证明了果蝇中神经肽F（NPF）的这种回路特异性功能特异性，该肽根据回路位置和靶标的不同既可传递兴奋性也可传递抑制性反应。这种作用的多重性使得为许多单个NPHs分配功能角色成为一项困难的任务，也使幼虫与成虫功能之间的比较更加复杂。
2 幼虫与成虫生活方式的一般方面
2.1 幼虫
幼虫的生活与具有繁殖能力且高度活跃的成虫显著不同。幼虫大部分时间用于觅食和取食，这涉及简单的感觉处理和运动。果蝇幼虫没有真正的眼睛，仅有光敏感的stemmata（Bolwig器官）以及由表皮中的多树突神经元支持的一般光敏感性。Bolwig器官光感受器用于幼虫简单时钟的授时、趋光行为、简单视觉乃至视觉学习。此外，幼虫对伤害性刺激（伤害感受）作出反应、表现出逃逸行为，并对感染和寄生虫作出反应（先天免疫）。这些防御过程大多涉及NPHs。NPHs最广泛研究的作用在于生长和发育时序的调控。一个被深入研究的现象是肽能调控的蜕皮（ecdysis）和羽化（eclosion），这与昆虫的生长相耦合。幼虫NPHs在取食、生长、代谢、运动、伤害感受、应激、光回避、肠道蠕动、渗透调节、排便、免疫反应和活动/睡眠等方面的已知作用在文中表2中列出。
2.2 成虫
成虫的生活复杂而动态。拥有翅膀和腿的果蝇高度活跃，能够长距离移动以寻找食物、配偶和产卵地点。其取食习性和饮食与生长中的幼虫不同。成虫的感觉输入因额外的气味和味觉（包括性信息素）而扩展，重要的是精密的复眼允许高级视觉。构成生物钟的脑回路在成虫中远为复杂，它为大多数生理和行为方面计时，包括睡眠和繁殖。成虫生殖昆虫的若干标志性行为包括飞行导航、求偶、攻击和产卵。另一方面，食物摄入、消化和代谢，以及营养和能量稳态和水盐平衡的调节，是幼虫和成虫共同的需求。然而，结合性成熟、更多样化的行为（包括繁殖）和更长的寿命，成虫需要更复杂的调节系统。重要的是，果蝇成虫脑含有控制社会行为（如交配、繁殖和攻击）的性别二义性回路，其中部分信号传导是肽能的。大量研究涉及NPHs在成虫行为和生理中的作用。值得注意的是，存在一些成虫期不取食的昆虫（如无口器 Coleoptera 和鳞翅目，包括模式昆虫家蚕 Bombyx mori），它们利用幼虫储存的资源，其成虫寿命比幼虫期更短。此类昆虫中部分成虫NPH信号系统可能与取食昆虫不同。然而，肽组学数据表明家蚕幼虫和成虫脑中NPHs的数量差异不大。
3 脑中的神经分泌细胞系统
论文讨论了脑中主要的神经分泌细胞（NSCs）系统及其在幼虫和成虫中的功能角色。这些系统包括产生胰岛素样肽（ILPs）的胰岛素产生细胞（IPCs）、产生促前胸腺激素（PTTH）的侧神经分泌细胞（LNCs）、产生DH44的神经分泌细胞、产生AKH的心侧体（CC）细胞，以及产生corazonin（CRZ）、allatostatin-A（AstA）、allatostatin-C（AstC）等多种肽类的神经分泌细胞。这些NSCs系统在变态过程中大多保留，但其功能角色发生显著变化。在幼虫中，这些系统主要调控营养依赖性生长、代谢和发育时序；在成虫中，它们则参与繁殖、复杂行为、应激反应和代谢稳态的调控。
4 腹神经索中的神经分泌细胞系统
腹神经索（VNC）中的神经分泌细胞系统同样在幼虫和成虫中发挥重要作用。这些系统包括产生bursicon、CCAP、FMRFamide、ILP7、leucokinin（LK）等肽类的神经元。在幼虫中，这些系统参与蜕皮级联反应、生长调控、运动（如爬行和转弯）以及伤害感受等过程。在成虫中，VNC中的肽能系统参与繁殖行为（如雌性产卵）、取食调控和排泄等功能。
5 蜕皮相关神经肽
蜕皮（ecdysis）和羽化（eclosion）是昆虫发育中的关键事件，受多种神经肽的级联调控。参与这一过程的主要NPHs包括蜕皮触发激素（ETH）、羽化激素（EH）、CCAP、bursicon、FMRFamide、Hugin-PK、LK和MIP等。这些肽类在幼虫蜕皮和成虫羽化过程中协调运动程序、气管清理、旧表皮脱落等过程。论文指出，虽然蜕皮级联的核心组分在幼虫和成虫中相似，但其具体功能角色和调控机制存在差异。
6 生物钟网络中的神经肽
生物钟网络在幼虫和成虫中的复杂度差异显著。幼虫的时钟网络相对简单，主要由少数时钟神经元组成；而成虫的时钟网络则大幅扩展，包含更多类型的神经元。神经肽在时钟网络中发挥重要调控作用，其中色素分散因子（PDF）是最关键的时钟神经肽，由腹侧侧神经元（sLNvs）产生并调控昼夜节律。此外，sNPF、AstC、DH31等神经肽也参与时钟网络的调控。在成虫中，这些神经肽还参与睡眠调控、生殖节律和滞育（diapause）等过程。
7 肠道内分泌细胞中的神经肽
肠道内分泌细胞（EECs）是产生NPHs的重要外周细胞类型。幼虫和成虫的肠道EECs产生多种NPHs，包括DH31、CCHa2、NPF、bursicon、AstA、AstC等。这些肽类参与营养感知、取食调控、肠道蠕动、免疫反应和代谢调节等功能。论文指出，EECs中的NPHs在幼虫和成虫中既有共同功能，也有阶段特异性功能。
8 幼虫和成虫的觅食与取食
取食行为是幼虫和成虫共同的核心行为，但其具体调控机制存在差异。在幼虫中，NPHs如NPF、sNPF、Hugin-PK、AstA、CCHa2等参与食物搜寻、取食决策、食欲调控和取食相关运动。在成虫中，更多种类的NPHs参与取食调控，包括AKH、AstA、AstC、DH44、DH31、NPF、sNPF、TK、DSK等，这些肽类在脑和肠道中协同调控取食行为、营养感知和能量稳态。
总结
本综述系统比较了果蝇幼虫和成虫中神经肽和肽激素信号传导的结构与功能。核心发现是：虽然NPHs的组成在变态过程中大体保持不变，但其功能角色发生了显著变化和扩展。在幼虫中，NPHs主要与发育、生长和蜕皮相关；在成虫中，它们则调控繁殖、复杂行为和更精细的生理过程。NPHs信号传导具有高度灵活性，单个NPHs可执行多种功能，许多功能具有阶段特异性。这一原则可能适用于所有经历完全变态的有机体。
