胰岛素/FOXO和EcR信号通路的不同功能调节果蝇附属腺体的结构、功能及雄性生育力

《Journal of Insect Physiology》：Non-redundant functions of insulin/FOXO and EcR signaling pathways regulate accessory gland structure, function and male fertility in Drosophila

　　附属腺体特异性胰岛素信号传导对昆虫雄性生育力至关重要。FOXO在附属腺体中的过表达会导致雄性不育。FOXO水平升高导致附属腺体结构和功能缺陷。与EcR缺乏不同，FOXO过表达会损害附属腺体的自噬。胰岛素和类固醇信号传导非冗余地调控附属腺体的稳态。**引言**在昆虫中，附属腺体是雄性生殖道中的主要体细胞生殖分泌组织。这些腺体合成并分泌一系列蛋白质（Acps），构成精液（SFPs）的重要组成部分。这些Acps对于精子向雌性的转移及其随后的储存和利用、雌性生理调节以及昆虫后代的产生至关重要（Ravi Ram和Wolfner，2007；Wilson等，2017）。此外，鉴于Acps与交配成本的联系，它们是性选择的关键参与者（Wigby等，2020）。此外，雄性会根据竞争或压力信号改变Acp的组成/含量（Matsuka等，2024；Sirot等，2011）。然而，关于调节附属腺体中Acp产生的分子通路的知识有限。在《红棕象甲》中，系统性敲低涉及胰岛素/胰岛素样生长因子信号传导（IIS）的ILP3、InR、Chico、PI3k和GATA1，损害了附属腺体的生长，而AKT敲低减少了编码SFPs的少数基因的表达（Xu等，2015）。由于这些敲低是系统性的，观察到的对附属腺体的影响可能反映了整体系统性IIS破坏，而非单个IIS组分的直接和附属腺体特异性功能。在《果蝇》中，这一模型提供了关于Acps在雄性生育力中作用的功能性见解（Chapman，2008；Ram等，2005），我们此前证明附属腺体特异性耗竭蜕皮激素受体（EcR）会诱导组织的凋亡性退化，从而反映了类固醇信号传导对正常腺体发育和功能的需要（Sharma等，2017）。此外，在果蝇发育期间观察到的蜕皮激素和胰岛素信号传导通路的相互作用（Orme和Leevers，2005）表明，这些通路在调节附属腺体稳态方面可能存在类似的相互作用。虽然遗传研究已表明系统性胰岛素信号传导与果蝇生殖系干细胞分裂有关（Malpe等，2025；Ueishi等，2009），但胰岛素信号传导在附属腺体中的组织特异性作用及其与类固醇信号传导在塑造附属腺体结构和功能方面的相互作用知之甚少。因此，我们使用果蝇作为模型，研究胰岛素和类固醇信号传导通路如何调节雄性附属腺体的稳态和功能。在此，我们通过在果蝇雄性生殖道中进行附属腺体特异性敲低IIS通路候选者或EcR，分别调节胰岛素或类固醇信号传导，并证明正常水平的IIS候选者（InR、PI3K、Akt和FOXO）对生育力至关重要。此外，我们证明FOXO在附属腺体中的过表达对上游胰岛素信号传导产生不利影响，损害自噬，导致腺体萎缩、Acp表达降低和雄性不育。相比之下，EcR敲低不会诱导自噬，尽管葡萄糖水平升高且腺体发育不全，类似于FOXO过表达腺体中观察到的情况。有趣的是，FOXO过表达加上EcR耗竭仅部分恢复腺体结构和葡萄糖水平，表明这些在定义果蝇附属腺体结构和功能方面发挥着相互作用但非冗余的角色。我们的研究结果表明，代谢和激素信号对于附属腺体的正常功能以及昆虫的雄性生育力都至关重要。**章节片段****果蝇和饲养**从美国 Bloomington 果蝇品系中心获得了携带胰岛素信号通路候选者过表达（UAS-基因）或敲低（UAS-基因-RNAi）构建体的不同果蝇转基因品系，包括 UAS-InR（BL-8263）、UAS-RNAi InR（BL-31594）、UAS-Akt（BL-8191）、UAS-RNAi Akt（BL-15365）、UAS-PI3K（BL-8287）、UAS-RNAi PI3K（BL-61182）、UAS-Foxo（BL-9575）、UAS-RNAi Foxo（BL-32993）、UAS-EcR-miRNA（Lin 等，2009）以及驱动品系 *prd*-GAL4/TM3 *Sb*（BL-1947）。精子**在雄性附属腺体中调节胰岛素信号通路候选者会降低雄性生育力**我们通过测量与附属腺体中 InR、PI3K、Akt 或 FOXO 水平升高或降低的雄性交配的雌性后代数量，研究胰岛素信号通路对雄性生育力的影响。与对照组相比，我们发现与 InR 或 Akt 敲低雄性交配的雌性后代产生显著减少（图 1A *p* < 0.001）。与 PI3K 或 FOXO 敲低雄性交配的雌性的后代数量与其各自的对照组相当（图 1A；*p***讨论**本研究旨在利用果蝇作为模型，调查胰岛素信号传导在昆虫雄性附属腺体中的特异性作用，并探索其与类固醇信号传导的潜在相互作用。通过调节 InR、PI3K、Akt 和 FOXO 的表达，即胰岛素信号通路的关键候选者，我们证明附属腺体特异性胰岛素信号传导活性对正常雄性生育力至关重要。在果蝇中，胰岛素信号传导对调节生长、体型...**CRediT 作者贡献声明****Humaira Ahmad：** 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿撰写，可视化，验证，方法学，调查，形式分析，数据整理，概念构思。**Anuj Kumar Pandey：** 写作 – 审阅与编辑，方法学，形式分析。**Shachi Shuchi Smita：** 写作 – 审阅与编辑，方法学，形式分析。**Shraddha Srivastava：** 写作 – 审阅与编辑，调查。**Asthika Sachan：** 写作 – 审阅与编辑，方法学，形式分析。**Kristipati Ravi Ram：** 写作 –**利益冲突声明**作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些可能被认为会影响本文报告的工作。**致谢**我们感谢 CSIR-IITR 主任提供必要的基础设施支持。特别感谢 Nidhi Arjaria 女士在精子储存/转移共聚焦成像方面的支持，美国雪城大学 John Belote 教授提供 ProtamineB-EGFP 品系，美国 Janelia 研究园区提供 UAS-EcR-miRNA 品系，以及美国 Bloomington 果蝇品系中心提供研究中使用的转基因品系。我们感谢匿名评审者提供的宝贵建议，以提高清晰度和讨论...**资助**本研究由印度科学与工业研究委员会（CSIR），新德里（资助 KRR 的 BSC0111 和 MLP-002624）以及印度大学拨款委员会（UGC），新德里（为 HA 和 AS 提供奖学金）的资金支持。Humaira Ahmad | Anuj Kumar Pandey | Shachi Shuchi Smita | Shraddha Srivastava | Asthika Sachan | Kristipati Ravi Ram