肠道共生菌通过Lolal‑dpp轴调节昆虫宿主生殖

微小肠道伙伴如何塑造昆虫的生育力

对于许多昆虫来说，产下大量健康卵子的能力决定了它们种群是繁荣还是衰退。本研究揭示了一个隐秘的合作者——生活在肠道中的微生物——如何左右这种生殖成功。通过追踪从细菌提供的维生素到能量产生再到蛋白质回收的一系列事件，研究人员展示了肠道共生菌如何帮助一种重要的果实作物害虫——东方果蝇——保持高繁殖力。研究结果还暗示了以微生物为基础的新策略，可能在不大量依赖农药的情况下遏制昆虫害虫。

昆虫腹中有益的细菌

东方果蝇的消化道中携带着热闹的细菌群落，尤其以肠杆菌属（Enterobacter）成员为主。当科学家用抗生素清除这些肠道微生物时，雌蝇虽能存活，但卵巢停滞：卵子发育不良，产卵量大幅下降且后代成活率更低。补入培养的肠道细菌能恢复卵巢生长和产卵量，强烈表明这些微生物提供了昆虫自身无法合成的关键因子。

缺失的维生素与能量通路

通过对果蝇体液中小分子进行广泛筛查，研究团队发现当细菌被移除时有一种化合物显著减少：烟酸（nicotinic acid），即维生素B3的一种形式。该维生素是NAD的构件，而NAD是推动线粒体中能量产生的关键辅酶。缺失肠道细菌时，卵巢中的烟酸、NAD和细胞能量水平急剧下降，线粒体出现肿胀和损伤。通过在饮食中补充烟酸，或重新引入一种专门合成该维生素的单一肠道细菌Enterobacter hormaechei，可部分恢复NAD水平、ATP能量产生、线粒体健康和卵子形成。

蛋白质回收作为控制开关

研究者随后探究卵巢能量不足如何导致产卵减少。他们发现，当肠道细菌或烟酸缺失时，一条重要的蛋白质回收通路——泛素‑蛋白酶体系统（ubiquitin–proteasome system）——减慢。该系统将不需要或过量的蛋白标记以便降解，这一过程需要大量ATP。当能量不足时，总体蛋白标记水平下降。在本来正常的果蝇中阻断这一路径的关键酶，会复制无菌雌蝇所表现出的生殖问题，强调了高效蛋白质周转对产卵的重要性。

主调控因子的脆弱平衡

更深入的工作绘制了成千上万被标记蛋白的图谱，并识别出一个尤其重要的参与者：名为Lolal的调控蛋白。在正常情况下，活跃的蛋白回收使Lolal维持在适中水平。在缺乏肠道细菌的雌蝇中，Lolal的标记减少、降解变慢，从而在卵巢中积累。过量的Lolal提升了一种称为dpp的发育信号的活性，而当该信号过强时，会扰乱卵细胞的发育进程并阻断成熟卵的形成。降低无菌雌蝇体内的Lolal或dpp水平可挽救大部分生殖能力；相反，在健康雌蝇中人为提高Lolal则损害其生育力，证实了这种调控蛋白过量是有害的。

从微生物维生素到害虫防治的设想

综上所述，结果描绘出一条清晰的因果链：肠道细菌合成烟酸；这种维生素支撑果蝇的能量代谢；充足的能量为蛋白质回收机制提供动力，使Lolal被有效抑制；适当调节的Lolal–dpp信号则允许卵巢生成健康的卵子。当链条中的任何早期环节被破坏——失去细菌、失去烟酸或能量受损——Lolal便积累、dpp过度激活，生殖受阻。除了阐明微小共生体如何悄然影响昆虫生育外，这项工作还表明，扰动这些微生物维生素通路可能为减少有害昆虫繁殖提供有针对性且对环境友好的方法。

引用: Qiao, J., Li, Z., Zheng, W. et al. The Lolal-dpp axis mediates the regulation of host reproduction by gut symbionts in insects. Nat Commun 17, 2260 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69021-y

关键词: 昆虫肠道微生物组, 共生细菌, 维生素B3 烟酸, 蛋白质泛素化, 昆虫生殖