埃及伊蚊（Aedes aegypti）是传播登革热、寨卡病毒、黄热病等多种人类病毒性疾病重要媒介，对人类健康产生了严重威胁，因此实现蚊虫的有效防控对于维护全球公共卫生安全具有重大意义。此前研究发现，雌性埃及伊蚊需要吸食人类或其他脊椎动物的血液以满足自身营养代谢需求，进行繁殖。阐明营养和代谢影响雌蚊繁殖的分子机制对于实现蚊虫种群控制至关重要。
近日，东南大学生命科学与技术学院凌琳教授与加州大学河滨分校昆虫系Alexander S. Raikhel教授在《美国科学院院刊》（PNAS）共同在线发表了题为《Amino acid–dependent regulation of insulin-like peptide signaling is mediated by TOR and GATA factors in the disease vector mosquito Aedes aegypti》的研究论文。本研究首次揭示了氨基酸和血液中的营养物质通过AA/TOR信号通路调节胰岛素样肽（ILP）的活动，在调控雌蚊的代谢需求和繁殖过程中起重要作用。
传播疾病的雌性埃及伊蚊经历了双相进食模式，从碳水化合物（花蜜）转向蛋白质（脊椎动物的血液），以确保生存、繁殖和病原体传播。血液中的氨基酸除用于蛋白质合成、能量消耗，也可作为细胞信号传导的调节因子，以协调代谢。昆虫胰岛素样肽（ILPs），属于胰岛素超家族，埃及伊蚊中8个不同的胰岛素样肽ILPs基因（ilps 1-8）在其生殖调控机制同样发挥重要作用。然而，在蚊子生殖过程中，胰岛素信号如何与氨基酸信号协调其作用的机制仍然大部分未知。本研究发现雌性埃及伊蚊中AA-TOR信号通路能够差异性调控8个ILPs基因的表达，通过外源氨基酸（AA）输注，发现低水平AA条件下，ilps 4、6和7显著下调表达，高水平AA下ilps 1、2、3、5和8显著上调表达。进一步通过TOR RNAi证明ILPs差异表达受到TOR信号通路的调控。这表明TOR介导了氨基酸信号传导。
此前研究表明，GATA转录因子家族为TOR通路下游信号，GATAr和GATAa为埃及伊蚊中两个GATA成员。本研究通过异构体特异性CRISPR-Cas9 基因组编辑和染色质免疫沉淀测定的实验发现，GATAr特异性结合并负调控ilps 4、6和7，而GATAa特异性结合并正调控ilps 1、2、3、5和8。另外，GATAr和GATAa均影响埃及伊蚊卵子发育和脂质-糖类稳态，其中GATAr敲除导致卵巢泡变小、脂类积累减少和糖原水平升高，GATAa敲除情况则与之相反。因此，TOR-GATA信号通路通过调控蚊子中的ILPs调节适应性生理反应以应对营养代谢动态变化。
此外，胰岛素信号通路下游的转录因子FoxO在细胞内定位受GATAr和GATAa调控，其活性亦受影响。同时，FoxO通过抑制GATAr与ilps 4、6和7的启动子结合，从而使ilps 4、6和7在卵黄前期（PE）阶段表达。
总之，本研究揭示了埃及伊蚊中存在的TOR-GATA开关机制，这一重要“开关”可控制依赖氨基酸信号的ILPs基因表达，以调节生殖周期中的营养代谢。
东南大学生命科学与技术学院凌琳教授为该论文的第一作者和共同通讯作者。该研究得到了国家人才工程计划、中央高校基本科研经费（4031002205）和 NIH项目（R01AI036959）的资助。
