核激素受体nhr-76会诱导秀丽隐杆线虫（C. elegans）的年龄依赖性趋化性下降

《Aging Cell》：A Nuclear Hormone Receptor nhr-76 Induces Age-Dependent Chemotaxis Decline in C.?elegans

本研究通过正向遗传筛选在C. elegans中发现nhr-76基因突变体，该基因在AWA神经元中通过配体结合域依赖机制抑制odr-10表达，导致年龄依赖性趋化性下降，揭示了编程性衰老的分子机制。

　　在自然界中，生物随着年龄增长，其行为能力往往会下降，这一现象在多种动物中普遍存在。对于某些物种而言，这种行为衰退可能并非单纯的生理退化，而是由基因程序主动调控的。研究表明，这种基因程序不仅有助于个体适应环境变化，还可能对整个种群的生存与繁衍具有积极意义。本研究聚焦于线虫（*Caenorhabditis elegans*）这一模式生物，通过基因筛选手段揭示了一种与年龄相关的行为衰退机制，特别是在寻找食物行为方面。

*Caenorhabditis elegans* 是研究衰老和行为变化的理想模型，其生命周期短、行为特征明确、神经系统结构简单且易于操作。研究者发现，这种线虫在完成繁殖后，其对某些气味的化学趋向性（chemotaxis）会显著下降。例如，当线虫暴露于一种由细菌产生的气味分子——二乙酰（diacetyl）时，其行为能力会随着年龄增长而减弱。这一现象在年轻线虫中并不明显，但在繁殖结束后，随着年龄增加，这种行为下降变得显著。为了探究这种行为衰退是否由基因调控，研究团队设计了一种新的正向遗传筛选方法，以识别与这种年龄相关行为变化相关的基因。

通过这种方法，研究者发现了一个名为 *nhr-76* 的基因，其突变体表现出明显的年龄相关化学趋向性下降的改善。这意味着 *nhr-76* 基因可能在调控这种行为衰退中起关键作用。进一步研究表明，*nhr-76* 编码一种核激素受体（nuclear hormone receptor），其在衰老过程中通过其配体结合域（ligand-binding domain）调控二乙酰受体 *odr-10* 的表达。这一发现表明，*nhr-76* 的活性变化可能是导致年龄相关化学趋向性下降的重要因素，而其表达水平和定位并未随年龄显著变化，说明其功能的变化更可能源于配体结合域的调控。

*odr-10* 是一种G蛋白偶联受体（GPCR），在年轻线虫中对于二乙酰的化学趋向性至关重要。然而，随着线虫进入繁殖后期，*odr-10* 的表达水平下降，导致其对二乙酰的感知能力减弱，从而影响化学趋向性。值得注意的是，*nhr-76* 的突变体在繁殖结束后仍然保持较高的 *odr-10* 表达水平，进而维持较高的化学趋向性。这说明 *nhr-76* 的作用在于抑制 *odr-10* 的表达，而非直接导致感知能力下降。此外，研究还发现，*nhr-76* 在神经元中发挥作用，特别是与二乙酰受体 *odr-10* 表达相关的 AWA 神经元。这表明，*nhr-76* 在神经元中的功能变化是其影响行为的重要途径。

进一步的实验表明，*nhr-76* 与另一种核激素受体 *odr-7* 之间存在调控关系。*odr-7* 在年轻线虫中促进 *odr-10* 的表达，从而增强其对二乙酰的化学趋向性。然而，*nhr-76* 在繁殖后期被激活，通过抑制 *odr-7* 的功能，从而降低 *odr-10* 的表达，导致化学趋向性下降。这一调控机制表明，核激素受体系统可能在衰老过程中发挥重要作用，通过特定的配体信号调控基因表达，进而影响行为表现。

值得注意的是，*nhr-76* 的功能并不影响线虫的繁殖能力，其突变体的繁殖周期与野生型相似，仅在繁殖后期表现出更少的后代数量。这说明 *nhr-76* 的作用可能并非通过减少繁殖来影响行为，而是通过调控特定神经元中的基因表达来实现。这种调控可能具有进化上的意义，即在繁殖结束后，个体的行为衰退可能有助于减少对资源的竞争，从而让资源更多地分配给后代，提高种群整体的适应性和生存能力。

此外，研究还发现，*nhr-76* 的突变体不仅在化学趋向性方面表现出改善，还在其他行为测试中展现出不同的表现。例如，当测试线虫对其他气味（如吡嗪和苯甲醛）的趋向性时，*nhr-76* 突变体并未表现出显著的改善，这表明 *nhr-76* 的作用是特异性的，主要影响与二乙酰相关的化学趋向性行为。这一特异性提示我们，*nhr-76* 可能通过其配体结合域对特定基因的调控，而非对整个基因组的广泛影响。

在实验方法上，研究者采用了多种技术手段，包括正向遗传筛选、定量PCR、共聚焦显微镜和化学趋向性测试等。这些技术不仅帮助研究者确认了 *nhr-76* 在行为衰退中的作用，还揭示了其在神经元中的定位和表达模式。例如，通过标记技术，研究者发现 *nhr-76* 在衰老过程中并未发生显著的表达变化，但其活性可能通过配体结合域的变化而受到调控。这一发现为理解核激素受体在衰老过程中的动态调控机制提供了新的视角。

在生态和进化层面，这一研究提出了一个重要的假设：衰老行为的变化可能是为了提高种群的适应能力。例如，当线虫进入繁殖后期，其对二乙酰的化学趋向性下降，这可能与其对细菌资源的依赖有关。二乙酰是某些细菌代谢产物，而线虫在自然环境中通常与多种细菌共生。如果线虫在繁殖结束后不再积极寻找特定细菌，这可能有助于减少与年轻个体之间的资源竞争，从而提高整个种群的生存能力。这种行为变化可能是一种进化上的适应策略，通过基因编程的方式，使个体在繁殖完成后主动减少对某些资源的依赖，以优化种群的资源分配。

在这一研究中，科学家还发现，*nhr-76* 的突变体在某些条件下表现出更长的寿命，但这一现象并未显著影响其繁殖能力。这表明，*nhr-76* 的功能可能与寿命调节无直接关联，而是专注于行为调控。这一发现为理解衰老的遗传机制提供了新的思路，即衰老行为的变化可能是由独立于寿命调控的基因程序所驱动。

进一步的研究还揭示了 *nhr-76* 在不同组织中的表达模式。虽然 *nhr-76* 在肠道中也有表达，但其对行为的影响主要发生在神经元中。这说明 *nhr-76* 的功能可能具有组织特异性，即其在不同细胞类型中可能发挥不同的作用。这一特性为研究基因在不同组织中的功能提供了重要线索。

在方法学上，本研究的创新点在于其采用了新的正向遗传筛选策略，克服了传统方法在筛选年龄相关行为变化时的局限性。由于繁殖后期的线虫后代数量有限，传统的筛选方法难以获取足够样本进行分析。为此，研究者设计了一种利用 Day 4 线虫与 Day 1 野生型雄性交配的方法，从而获得足够的后代用于后续实验。这种方法不仅提高了筛选的效率，还减少了假阳性的干扰，使得研究者能够更准确地识别与行为衰退相关的基因。

总的来说，本研究揭示了 *nhr-76* 基因在调控线虫年龄相关化学趋向性行为中的关键作用。通过这一基因的突变，研究者发现线虫在繁殖结束后能够维持较高的化学趋向性，这可能与其对细菌资源的利用有关。这一发现不仅有助于理解衰老的遗传机制，还为研究其他动物中类似的行为变化提供了理论依据。此外，研究还提示我们，衰老并非单纯的退化过程，而是由一系列复杂的基因调控机制所驱动，这些机制可能在不同物种中具有一定的保守性。未来的研究可以进一步探讨这一基因在其他生物中的作用，以及其如何影响行为、寿命和种群适应性。