稳态反向调节介导亚精胺（Spermidine）诱导的黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）甘油三酯（TAG）减少——从表型到分子机制

《The FASEB Journal》：Homeostatic Counter-Regulation Mediates Spermidine-Induced Triacylglyceride Reduction in Drosophila melanogaster—From Phenotype to Molecular Mechanism

本研究发现，在低蛋白饮食条件下，补充亚精胺（Spd）可显著降低果蝇（Drosophila melanogaster）体内甘油三酯（TAG）的储存，这一过程依赖于脂肪动激素（Akh）信号通路，而非Brummer（Bmm）脂肪酶。研究揭示了Spd通过促进其自身分解代谢产物（如N1-乙酰亚精胺和腐胺）的生成与排泄，而非直接提升内源性Spd水平，来激活Akh依赖的分解代谢过程，从而减少脂肪积累。该工作揭示了营养背景（如膳食酵母含量）在调控多胺介导的代谢结果中的关键作用，为理解Spd在脂肪储存调控中的代谢功能提供了新视角。

　　

引言

脂质稳态失调与多种疾病相关，其中肥胖是全球最普遍的健康问题之一。果蝇（Drosophila melanogaster）作为一种成熟的营养表型研究模型生物，其能量代谢在进化上高度保守。在果蝇中，甘油三酯（TAG）是主要的能量储存形式，主要积累在脂肪体（功能上等同于脊椎动物的肝脏和白色脂肪组织）的脂滴中。膳食干预表明，果蝇的TAG水平取决于营养状况：饥饿会消耗脂肪储存以维持生存，而长期高糖喂养会促进脂肪酸和TAG合成，导致出现类似哺乳动物代谢综合征的肥胖表型。

多胺（包括腐胺、亚精胺（Spd）和精胺）在细胞生长和增殖中具有重要功能。先前的研究揭示了多胺代谢与TAG稳态之间的潜在联系。转基因小鼠模型的研究表明，多胺与能量代谢之间存在关联，而Spd给药可改善小鼠的脂质代谢并减少体脂储存。在人类中，流行病学数据同样显示膳食Spd摄入量与肥胖相关性状之间存在负相关。然而，膳食Spd对果蝇能量代谢的影响此前尚未被探索。

方法

本研究使用黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）作为模型，研究膳食Spd对机体TAG储存的影响。实验采用了不同的果蝇品系，包括^w1118和俄勒冈-RC野生型，以及^AkhattP、^AkhRattP和^bmm1突变体。果蝇在标准条件下饲养，并喂食不同的实验培养基，包括标准Caltech培养基（CT_2.5，下标表示酵母提取物百分比）、高糖饮食（HSD）以及稀释的饮食限制（DR）培养基。Spd以1.0 mM或2.5 mM的浓度添加到培养基中。通过排泄定量（Ex-Q）测定法评估食物摄入量，并通过高效液相色谱（HPLC）分析多胺模式。使用分光光度法测定体成分（蛋白质、TAG、葡萄糖、糖原），并通过薄层色谱（TLC）进行验证。通过定量RT-PCR分析基因表达。使用GraphPad Prism软件进行统计分析。

结果

膳食亚精胺补充降低雌性果蝇的TAG水平

研究发现，在雌性果蝇中，膳食补充2.5 mM Spd可以剂量和时间依赖性地防止其羽化后14天内TAG储存的积累，而不影响总蛋白质含量。值得注意的是，7天的2.5 mM Spd处理还能抵消高糖饮食诱导的肥胖，并加速肥胖雌性果蝇现有TAG储备的分解。这种TAG降低的生物活性需要脂肪动激素（Akh）通路，而不需要TAG脂肪酶Brummer（Bmm）。然而，当果蝇被喂食高酵母饮食（增加膳食蛋白质）时，这种TAG减少活性被完全消除。

亚精胺补充和饮食限制独立作用以减少成年雌性果蝇的TAG水平

在能量含量降低的饮食限制（DR）条件下，Spd补充能进一步加速雌性果蝇TAG的下降，表现出叠加效应。然而，在雄性果蝇中，Spd仅在DR饮食条件下才引起TAG的显著减少。

亚精胺诱导的TAG减少导致雌性果蝇饥饿敏感性增加

TAG含量降低的Spd处理雌性果蝇在饥饿条件下表现出显著增加的敏感性，其存活时间与^{ad libitum}喂养的TAG水平呈正相关。

亚精胺处理雌性果蝇的TAG含量降低不能归因于产卵量或运动活动的增加

Spd处理雌性的产卵率下降，自发性运动活动未改变，表明TAG储存的降低并非由能量需求过程的上调引起。

亚精胺补充抵消高糖饮食介导的肥胖

Spd补充能够阻止高糖饮食（HSD）下果蝇TAG储存的积累，并促进已肥胖果蝇TAG储存的减少。此外，机体葡萄糖和糖原水平也降低，而蛋白质水平基本保持不变。

脂肪动激素信号传导是饮食限制和亚精胺诱导的TAG调节所必需的

^Akh?/?和^AkhR?/?突变体的TAG水平对Spd给药无反应，表明Akh信号传导是Spd依赖性TAG减少所必需的。然而，Bmm脂肪酶并非此过程所必需。

参与脂肪酸形成的乙酰辅酶A羧化酶基因（^Acc）的转录水平因7天亚精胺处理而上调

Spd处理7天后，脂肪酸合成基因^Acc显著上调，而固醇酯水解酶^Hsl的转录水平下调，^mdy和^bmm的转录水平未受影响。

饮食中酵母提取物的比例对亚精胺的降脂作用至关重要

当饮食中无活性酵母提取物的含量增加到10%时，Spd的TAG降低效应被完全消除。降低酵母提取物比例则有利于Spd的TAG减少作用。

低酵母CT_2.5饮食补充亚精胺不会提高^w1118雌性的内源性亚精胺水平，但促进分解代谢多胺的形成

在低酵母饮食条件下，补充Spd不会影响内源性Spd水平，但会显著增加腐胺和N¹-乙酰亚精胺的水平，表明多胺途径的分解代谢臂被诱导。

高酵母CT₁₀饮食补充亚精胺会提高^w1118雌性的内源性亚精胺水平，并减少分解代谢多胺的形成

在高酵母饮食条件下，补充Spd会进一步提高内源性Spd水平，但其他多胺水平的增加幅度较小。

亚精胺补充不会提高果蝇中推定的^Sat和^pao基因的转录水平

推定的SSAT和PAO同源基因^Sat（CG4210）和^CG8032的转录水平不受Spd补充的影响。

腐胺和N¹-乙酰亚精胺的排泄率取决于果蝇饮食中的酵母含量

Spd补充导致雌性果蝇排泄物中腐胺和N¹-乙酰亚精胺的量急剧增加，特别是在低酵母饮食条件下。

亚精胺补充提高^AkhR无效突变体的内源性亚精胺库，同时导致较低的N¹-乙酰亚精胺排泄

在^AkhR?/?突变体中，Spd补充进一步提高了内源性Spd水平，但排泄的N¹-乙酰亚精胺较少。

讨论

本研究揭示了膳食Spd在果蝇中降低TAG活性的阶段、性别和饮食特异性效应。Spd的降脂作用需要在其成年期施用，并且依赖于Akh信号通路，而非Bmm脂肪酶。研究结果表明，在低膳食酵母条件下，补充的Spd并未导致内源性Spd水平升高，而是增加了其分解代谢产物腐胺和N¹-乙酰亚精胺，提供了诱导多胺途径分解代谢臂的证据。此外，饮食中酵母提取物的比例是决定Spd如何改变果蝇多胺谱和影响TAG储存的关键因素。在高酵母饮食条件下，Spd的脂肪减少影响被消除，内源性Spd水平增加，而N1AcSpd的排泄减少。这些发现表明，Spd在较低mM浓度下，如果与低蛋白饮食结合，会刺激Akh依赖的分解代谢过程，从而促进脂肪储存的减少。这项工作揭示了Spd在脂肪储存调节中的饮食依赖性代谢作用，并强调了营养背景在调节多胺介导的代谢结果中的重要性。