《Journal of Insect Physiology》：RNA interference targeting neuropeptide F inhibits the lipid metabolism and reproduction in Drosophila suzukii
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D. suzukii的NPF信号通路调控脂代谢与生殖功能，分子互作模型揭示关键残基，RNAi沉默导致代谢缺陷和繁殖力下降，外源NPF可部分 rescue。
薛颖一 | 肖思思 | 黄新耀 | 陈思红 | 彭伟
湖南省动物肠道功能与调控重点实验室，淡水鱼类发育生物学国家重点实验室，湖南国际动物肠道生态与健康联合实验室，湖南师范大学，长沙410081，中国
摘要
神经肽F（NPF）是一种重要的信号分子，作为神经调节剂在脊椎动物和无脊椎动物中调节多种生理和行为过程。然而，NPF在全球性入侵害虫——斑翅果蝇（Drosophila suzukii）中的作用仍不清楚。在这里，我们鉴定并表征了来自斑翅果蝇的一种NPF前体的cDNA。DsNPF在成虫阶段表达量最高，其中肠部的表达水平最高。通过AlphaFold 3生成的DsNPF-DsNPFR复合体的三维模型显示，DsNPF中的三个残基和DsNPFR中的四个残基在介导它们的相互作用中起关键作用。RNA干扰（RNAi）介导的DsNPF沉默导致全身三酰甘油（TAG）水平和肠道脂质含量显著下降。这些代谢缺陷伴随着抗饥饿能力的减弱和补偿性暴食行为。DsNPF的沉默显著上调了脂质代谢基因，并下调了胰岛素样肽。此外，DsNPF的敲低显著降低了雌性的繁殖力，并影响了雄性的交配行为。DsNPF的沉默还显著降低了脂肪体中的卵黄原蛋白（DsVg）表达和卵巢中的Vg受体（DsVgR）表达。外源性NPF的施用有效恢复了由DsNPF敲低引起的代谢和繁殖缺陷。这些结果表明，DsNPF信号通路不仅在脂质代谢和繁殖调节中起关键作用，也为开发针对斑翅果蝇这一途径的潜在激动剂或拮抗剂提供了宝贵的参考。
引言
神经肽在脊椎动物和无脊椎动物中都发挥着重要的调节作用。神经肽F（NPF）是与神经肽Y（NPY）同源的分子，在昆虫中调节多种生理和行为过程（Cui和Zhao，2020；de Jong-Brink等人，2001；Roller等人，2008；Yeoh等人，2017）。大多数昆虫的NPF含有超过28个残基，并以C端具有RPRF酰胺基序为特征。NPF通过与NPF受体（NPFR）相互作用来发挥作用，NPFR属于G蛋白偶联受体（GPCR）超家族。NPF/NPFR信号系统已在多种昆虫中得到研究，包括双翅目中的果蝇（Drosophila melanogaster）、按蚊（Anopheles gambiae）、 Glossina morsitans morsitans，膜翅目中的蜜蜂（Apis mellifera）、Nasonia vitripennis、Aphidius gifuensis，以及鞘翅目中的Tribolium castaneum、Rhynchophorus ferrugineus、Dendroctonus armandi，以及鳞翅目中的家蚕（Bombyx mori）、Atrijuglans hetaohei、Grapholitha molesta、Spodoptera litura、Ostrinia furnacalis、Plutella xylostella、Plutella xylostella）。NPF在进食和觅食行为、能量稳态、雄性求偶行为、繁殖、学习和记忆、攻击性、运动活动以及昼夜节律中起着重要作用（Caers等人，2016；Cheng等人，2021；Deng等人，2014；Dierick和Greenspan，2007；Dou等人，2024；Erion等人，2016；Garczynski等人，2005；Hauser等人，2010；Hermann等人，2012；Hummon等人，2006；Kong等人，2021；Krashes等人，2009；Li等人，2008；Li等人，2020；Roller等人，2008；Shen等人，2025；Wen等人，2005；Yang等人，2024；Zhang等人，2020；Zhao等人，2023）。
在昆虫的生理功能中，NPF对进食行为的调节是最广泛研究的作用之一。在果蝇（Drosophila melanogaster）中，味觉神经元受神经肽调节，饥饿的个体通过NPF增强对甜物质的敏感性（Inagaki等人，2014；Root等人，2011）。NPF信号系统影响果蝇幼虫对有害食物的摄取。NPFR在幼虫中的过表达会增加有害食物的摄取量，而NPFR的敲低则表现出相反的表型（Wu等人，2005）。同样，NPF信号也刺激果蝇幼虫在寒冷条件下的进食行为（Lingo等人，2007）。在果蝇（Drosophila melanogaster）中，dsRNA介导的NPFR基因沉默导致食物摄入量减少、生长受阻和进食时间延长（Kannangara等人，2020）。NPF信号系统也被证明能调节家蚕（Bombyx mori）的进食和生长发育，NPFR的敲低会导致食物摄入量和体重显著下降（Deng等人，2014）。此外，饥饿会增加蝗虫（Locusta migratoria）、草地贪夜蛾（Schistocerca gregaria）和豌豆蚜虫（Acyrthosiphon pisum）中的NPF表达。干扰NPF信号会显著抑制食物摄入，而注射NPF则会增加食物摄入量（Li等人，2018；Tan等人，2019；Van Wielendaele等人，2013）。此外，以dsNPF转基因烟草或棉花为食的Helicoverpa armigera幼虫表现出较低的食物消耗量、体型和体重（Yue等人，2016）。然而，最近的研究表明，来自中肠肠内分泌细胞（EECs）的NPF会减少进食（Gao等人，2024；Yoshinari等人，2021）。在Nilaparvata lugens中敲低NPF会增加食物摄入量，而埃及伊蚊（Aedes aegypti）的NPFR突变体表现出更强的寻找宿主的行为，表明NPF信号会抑制进食（Duan等人，2025；Duvall等人，2019）。这些结果表明，NPF对不同昆虫物种的进食行为有特定的影响。
NPF最初在果蝇（Drosophila melanogaster）的大脑和肠道中被发现（Brown等人，1999；Wu等人，2003）。NPF神经网络由三对不同的神经元组成，其中两对位于果蝇幼虫的原脑叶，一对位于食道下神经节（Brown等人，1999；Shen和Cai，2001）。成年雄性和雌性果蝇每个脑叶平均有26个和20个NPF神经元。三对雄性特异性的NPF（ms-NPF）神经元属于背侧外侧神经元（LNds），缺乏ms-NPF表达或NPF被消融的雄性表现出显著的交配活动减少（Lee等人，2006）。去除雄性大脑中的NPF表达神经元会导致交配时间显著延长，这是一种增加成功交配概率的行为策略（Kim等人，2013）。此外，NPF还调节果蝇（Drosophila melanogaster）的能量分解代谢和繁殖过程。肠道来源的NPF被心脏体（CC）中的NPFR和产生胰岛素的细胞（IPCs）接收，从而协同抑制脂肪动员激素（AKH）的释放并促进胰岛素样肽（ILPs）的分泌，以促进脂质合成（Yoshinari等人，2021）。肠道NPF到AKH的信号调节特定的食欲并调节食物选择，以确保营养物质的稳态消耗（Malita等人，2022）。肠道NPF通过肠道-大脑-心脏体轴调节衰老，大脑产生的胰岛素通过控制幼虫激素（JH）的浓度来影响寿命（Chen等人，2024）。此外，肠道来源的NPF通过卵巢中的NPFR促进交配诱导的生殖干细胞（GSC）增殖（Ameku等人，2018；Hoshino等人，2023）。
斑翅果蝇（Drosophila suzukii）是一种高度入侵性的害虫，对全球的软皮水果作物构成重大威胁（Asplen等人，2015；Cini等人，2014；Xue等人，2025）。与大多数偏好在过熟果实上产卵的果蝇物种不同，斑翅果蝇雌性具有独特的锯齿状产卵器，能够穿透成熟果实的完整表皮进行产卵（Atallah等人，2014；Green等人，2019；Karageorgi等人，2017；Xing等人，2022；Xue等人，2025）。随后的幼虫取食活动会对果实组织造成直接损害，使其无法销售，从而导致巨大的经济损失。自2008年在美国首次发现以来，这种入侵害虫迅速扩散到北美和欧洲的主要水果生产区域，估计每年造成的经济损失超过数十亿美元（Asplen等人，2015；Cini等人，2012；Deng等人，2022；Dweck等人，2021；Karageorgi等人，2017；Lee等人，2011；Rota-Stabelli等人，2013；Walsh等人，2011）。对全球浆果生产系统的严重影响促使许多国家将斑翅果蝇列为重要的检疫害虫。目前依赖氯氰菊酯和三氯苯酚等化学剂的害虫控制策略面临双重困境：农药抗性的迅速出现和环境污染（Ganjisaffar等人，2022；Gress和Zalom，2019；Lee等人，2011；Smirle等人，2017；Timmeren和Isaacs，2013）。这种情况突显了基于生理调节机制开发靶向控制技术的迫切需求。昆虫神经肽在关键生理过程中起着核心作用，被认为是害虫控制的非常有希望的目标。
尽管NPF基因已在越来越多的昆虫物种中得到研究，但其在斑翅果蝇（Drosophila suzukii）中的作用仍很大程度上未被探索。在本研究中，我们鉴定了DsNPF和DsNPFR基因，分析了DsNPF基因的表达谱，并使用RNAi技术和拯救实验研究了NPF沉默对脂质代谢和繁殖的影响。此外，我们还分析了DsNPF-DsNPFR复合体的分子模型和关键相互作用位点。这些发现可能为深入了解NPF-NPFR信号在昆虫生理和行为中的作用提供更深入的见解，并为开发针对斑翅果蝇这一途径的潜在激动剂或拮抗剂提供宝贵的参考。
章节片段
昆虫饲养和样本收集
斑翅果蝇（Drosophila suzukii）在中国长沙的湖南师范大学中用玉米粉、酵母和琼脂的人工饲料饲养。所有生命阶段都在25°C、12小时光照：12小时黑暗的光周期下饲养（Deng等人，2025）。收集了胚胎、幼虫、蛹以及成年雌性和雄性。解剖并采集了成年雌性和雄性的头部、胸部、肠道、马利皮管、脂肪体、卵巢和睾丸。
NPF和NPFR的序列分析和对接分析
DsNPF（XM_017082181.4）和DsNPFR（XM_065865835.2）的序列是
DsNPF和DsNPFR的鉴定与分析
斑翅果蝇（Drosophila suzukii）的NPF包含一个开放阅读框，编码一个预测的102个氨基酸的蛋白质（图1A）。NPF在C端具有保守的RPRF酰胺基序（图1B）。对来自果蝇物种和其他昆虫的NPF氨基酸序列进行的系统发育分析显示，七种果蝇NPF蛋白形成了一个簇，彼此之间的亲缘关系比Tephritidae NPF蛋白更密切（图S1）。DsNPFR基因包含1455个碱基对（bp），编码一个485个氨基酸的蛋白质
讨论
到目前为止，神经肽F（NPF）已在许多昆虫中被鉴定并功能化，但在全球性破坏性入侵果蝇害虫斑翅果蝇（Drosophila suzukii）中仍很少被研究。因此，更全面地了解该物种中的NPF基因将为开发有效的害虫管理策略奠定理论基础。在本研究中，我们鉴定了斑翅果蝇（Drosophila suzukii）中的NPF，并通过RNA干扰（RNAi）和拯救实验阐明了其功能
结论
总之，肠道来源的DsNPF通过与不同外周组织中的DsNPFR相互作用来调节斑翅果蝇（Drosophila suzukii）的脂质稳态和繁殖过程。鉴定参与DsNPF/DsNPFR相互作用的关键氨基酸残基为针对这一信号轴设计杀虫剂提供了合理的基础。同时，NPF/NPFR通路在调节进食、生长和能量代谢方面的精确功能
CRediT作者贡献声明
薛颖一：可视化、方法学、研究、正式分析、数据管理。肖思思：可视化、方法学、研究、正式分析、数据管理。黄新耀：正式分析、数据管理。陈思红：正式分析、数据管理。彭伟：写作——审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：32300394）和湖南省优秀青年人才基金（编号：2024JJ4028）的支持。
