在秀丽隐杆线虫中，降低胰岛素/IGF-1信号传导可通过体细胞性性腺胶原蛋白维持卵子和胚胎的质量，从而延长其生殖寿命

《Cell Communication and Signaling》：Reduced insulin/IGF-1 signaling extends reproductive span through somatic gonadal collagen-mediated maintenance of oocyte and embryo quality in Caenorhabditis elegans

　　

摘要

背景

体细胞性生殖腺在支持生殖细胞发育以及维持卵子和胚胎的完整性方面起着核心作用，而这两者都是维持正常生殖功能的关键。随着年龄增长，体细胞性生殖腺结构的退化会削弱对生殖细胞的支撑，从而导致卵子形态恶化以及胚胎异常增多。胰岛素/IGF-1信号通路负责调控生物体的寿命和生殖衰老，而在daf-2(e1370)突变体中该通路的活性降低能够延长秀丽隐杆线虫的生殖周期。尽管以往的研究大多集中在生殖干细胞和卵子成熟过程上，但该信号通路如何维持体细胞性生殖腺的结构，进而保持卵子和胚胎的形态完整性，其分子机制仍不甚清楚。阐明信号通路活性降低如何影响体细胞性生殖腺，有助于理解全身性衰老进程与维持生殖健康的相关组织特异性机制之间的协调关系。

方法

我们从信号通路活性降低的动物的时间序列转录组数据中筛选出在体细胞性生殖腺中表达较高的基因，发现胶原蛋白类基因的表达会随年龄增长而持续上升。我们在秀丽隐杆线虫的全身性及体细胞性生殖腺特异性RNAi敏感品系中通过RNAi技术敲低这些基因，观察其对自我繁殖能力、卵子和胚胎形态以及体细胞性生殖腺完整性的影响。利用差分干涉对比显微镜检测与年龄相关的形态变化，并在敲低关键转录因子后通过定量聚合酶链反应分析其调控机制。

结果

研究发现多种胶原蛋白对于维持体细胞性生殖腺的结构以及保持卵子在不同年龄阶段的形态至关重要。在体细胞性生殖腺中特异性敲低这些胶原蛋白会导致结构退化，降低卵子和胚胎的质量，进而加速生殖功能的衰退。不过，尽管如此，生物体的后代总数并未出现显著减少，这说明与年龄相关的生殖功能下降主要是由组织结构退化引起的，而非立即出现的生育能力障碍。这些胶原蛋白的表达和功能在很大程度上依赖于信号通路下游的关键转录因子。

结论

我们的研究揭示了体细胞性生殖腺中的胶原蛋白在信号通路活性降低的情况下对维持生殖功能所起的重要作用。这些胶原蛋白通过维持生殖腺的结构以及保持卵子和胚胎的形态完整性，成为信号通路介导的生殖寿命延长的下游效应因子。因此，针对生殖腺中的胶原蛋白网络进行研究可能是一种缓解与年龄相关的生殖功能衰退的策略，值得在更复杂的生物模型中进行进一步探索。