果蝇糖尿病(果蝇白糖)

• 1、最新研究：每天3分钟！这个像刷牙一样简单的方法，可有效延缓视神经衰老
• 2、实验室里的明星模式生物一一果蝇
• 3、可用于研究视网膜神经元病理生理学模型：果蝇视网膜

最新研究：每天3分钟！这个像刷牙一样简单的方法，可有效延缓视神经衰老

自然衰老过程会剥夺人眼对于光的敏感性，以及分辨色彩的能力。而一项新研究发现，有一种方法不但能延缓衰老、挽救视力，还像刷牙那么简单。

据美国有线电视新闻网CNN6月30日报道，SCI期刊《老年医学杂志》（The Journals of Gerontology）发表的一份新研究指出，每天只需盯着深红色的光几分钟，就可以显著改善视力下降的状况，这是首次在人类身上发现该情况。而无数人将有望走进这种居家的日常光疗新时代。

自然衰老过程会剥夺人眼对于光的敏感性。图据CNN

研究人员邀请了24名（12名男性，12名女性）参与者，年龄在28至72岁之间，均无眼部疾病。在研究开始时，所有参与者都测试了视杆细胞和视锥细胞的灵敏度。

随后，每位参与者都将一个发射波长在670纳米的LED手持红光电筒带回家，并且每天都要看3分钟该电筒发出的深红色光线。据悉，这一波长接近可见光谱的末端，但还达不到红外光的波段。实验持续两周后，研究人员重新测试他们的视杆细胞和视锥细胞的灵敏度。

结果发现，670nm的深红光对年轻人没有太大影响。但40岁左右和40岁以上的参与者，视锥细胞的敏感度（分辨颜色的能力）得到显著提高，达到20%。此外，视杆细胞灵敏度（在暗光情况下的视力）也得到了显著改善。

该研究首席作者、英国伦敦大学学院的神经科学教授格伦·杰弗里（Glen Jeffery）指出，老年人比年轻人更容易出现视力问题，“视网膜比人体任何器官都更早衰老”。40岁及以上人群患白内障、糖尿病性视网膜病变、青光眼、年龄相关性黄斑变性等眼部疾病的风险是最大的。这也是为何40岁以上人群进行常规眼部检查的频率要从2~4年缩短为1~2年。

本次实验用LED手持红光电筒。图据路透社

而这种红色光疗，让人们“不需要长时间使用就能产生强大的效果”。杰弗里教授指出，光会刺激线粒体，提高其健康程度，而线粒体就像是细胞中的电池。“我们的研究表明，通过简单的短暂暴露于适当波长的光中即可为视网膜细胞衰弱的能量系统‘充电’，就像对电池重新充电一样，可以显着改善老年人衰弱的视力。”

杰弗里教授进一步解释道，当损伤在线粒体和线粒体DNA中累积的时候，人类和动物就产生了衰老。因此，减少线粒体损伤是一种延缓衰老的方式。事实上，科学家们也就此提出了线粒体衰老疗法。而能量代谢活跃的视网膜本就富含线粒体，这也是为何杰弗里教授和团队选择视力衰退这种特定的衰老迹象来测试深红光的效果。

此前的一些研究中，红光已经显示出了提高线粒体功能的效果。2015年的一份研究显示，近红外光能刺激果蝇机体的能量制造，提高其活动性，延长其寿命。而2017年的一份研究还显示，可见的近红外光能对老鼠的视网膜功能产生25%的提升效果。

此外，红色光的安全性是早已得到研究验证的。美国印第安纳大学医学院助理教授Raj Maturi指出，红光“获得FDA批准会是一条很容易的路”。

不过，为了进一步验证本次实验的成效，科学家们还需在更大范围的人群中进行更长时间的双盲试验。

“我们每个人都会衰老。所以，如果可以的话，让我们衰老得轻一点。”杰弗里教授说。

红星新闻记者 王雅林 林容

编辑 李彬彬

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实验室里的明星模式生物一一果蝇

人类利用果蝇研究生命奥秘有着悠久的历史。早在一百多年前，果蝇就走进了科学家的实验室。1901年，美国昆虫学家伍德沃思(C. W. Woodworth, 1865—1940 )最早把果蝇引进哈佛大学实验室，他的同事美国遗传学家卡斯尔(W.E. Castle, 1867—1962 )首次利用黑腹果蝇(Drosophila melanogaster )开展遗传学研究，引起了遗传学家摩尔根(T. H. Morgan, 1866—1945 )的浓厚兴趣。摩尔根于1907年在哥伦比亚大学建立著名的“蝇室”，并逐渐形成了一个大的果蝇遗传学研究中心。果蝇作为遗传学研究的经典模式生物，其研究历史已超过一个世纪。

果蝇属昆虫纲双翅目果蝇科果蝇属，体型较小，身长3~4 mm，广泛分布于全球温带和热带气候区，现已发现3 000多种。成虫常产卵在腐烂的果实表面，每只雌蝇产卵量为200-700个， 卵经1 d即可孵化成幼虫。幼虫多以腐烂果实上的酵母菌、真菌为食，少数以树液或花粉为食。果蝇的生活周期一般较短，完成一个世代所需的时间，视种类和生态环境而异。果蝇由卵发育为成虫大体经过卵、幼虫、蛹和成虫4个阶段，属完全变态发育。

黑腹果蝇是实验室里最重要的模式生物之一。它具有许多其他模式动物无法比拟的优势:个 体小，繁殖快，容易饲养，雌雄易区分；染色体数目少，基因组小，只有4对染色体，且形态、 大小等均有明显差异；易于遗传学操作。幼虫的唾腺细胞中含有巨大的多线染色体，比一般细胞染色体大百余倍，其上分布着深浅不同、粗细各异的横纹，可用于研究染色体变异的各种遗传学效应。果蝇基因突变的类型多，如眼色、翅形、体色、刚毛等性状都有多种变异，为遗传学研究提供了丰富的材料。果蝇胚胎发育速度快，易于观察，是研究胚胎发育调控机制的绝佳材料。果 蝇的神经系统比人类的简单得多，但同样能完成比较复杂的行为，如觅食、飞行、求偶、交配、 学习、记忆以及调节昼夜节律等。因此，研究果蝇神经系统及其对行为的控制机制，为进一步阐明基因一神经(脑)一行为之间的关系提供了理想的动物模型。2000年3月，黑腹果蝇全基因组测序工作基木完成，编码蛋白质的基因有1.3万多个，其中约一半与哺乳动物编码蛋白质的基因具有较高的同源性，大约75%的人类疾病基因在果蝇中都能找到同源基因。因此，利用果蝇作为研究人类疾病的动物模型具有重要意义，可用于肿瘤、神经退行性疾病(如帕金森病、老年痴呆症)和代谢性疾病(如糖尿病)等发病机制的研究。

迄今为止，果蝇研究在生命科学领域已取得了巨大成就，产生了6个诺贝尔生理学或医学奖。摩尔根以果蝇作为模式生物，发现了基因的连锁互换定律，由于在染色体遗传理论上 的杰出贡献，获得了1933年诺贝尔生理学或医学奖。摩尔根的学生，美国遗传学家缪勒(H. J. Muller, 1890—1967 )用X射线诱导果蝇突变成功，证明X射线能使果蝇的突变率提高150倍，被誉为“果蝇的突变大师”，获得了1946年诺贝尔生理学或医学奖。美国生物学家刘易斯 (E. B. Lewis， 1918—2004)、遗传学家威绍斯(E. F. Wieschaus, 1947—)和德国遗传学家福尔哈德(C. N. Volhard, 1942—)通过研究果蝇早期胚胎发育的基因调控，揭示了动物早期胚胎发 育的遗传调控机制，共同获得了1995年诺贝尔生理学或医学奖。2004年，美国科学家阿克塞尔 (R.Axel, 1946—)和巴克(L. B. Buck, 1947—)发现果蝇的脑部有一个特定的嗅觉功能区域，获得了当年的诺贝尔生理学或医学奖。2011年诺贝尔生理学或医学奖由美国科学家博伊特勒 (B. A. Beutler, 1957—)、法国科学家霍夫曼(J. A. Hoffmann, 1941—)和加拿大科学家斯坦曼 (R. M. Steinman, 1943—2011 )分享，其中霍夫曼发现了一种称为Toll的基因参与果蝇的胚胎发育，该基因也在果蝇的先天性免疫中起到关键作用。美国科学家霍尔(J. C. Hall, 1945—)、罗斯巴什(M. Rosbash, 1944—)和杨(M. W. Young, 1949—),通过研究果蝇发现了控制生物钟的分子机制，共同获得了2017年诺贝尔生理学或医学奖。

一百多年来，果蝇在生命科学研究中占有重要地位，为科学作出了巨大贡献。从果蝇研究中获取的大量信息，极大地推动了生命科学各领域的快速发展。时至今日，针对果蝇的研究日益拓展深化，广泛应用于遗传学、发育生物学、神经生物学、细胞生物学、行为生物学、免疫学、进化生物学等各个领域。作为一种理想的模式生物，果蝇将在未来继续发挥更大的作用，为生命科学研究再立新功。

可用于研究视网膜神经元病理生理学模型：果蝇视网膜

已经证明D. melanogaster能够进行视觉位置学习并记住物体的位置，因此是研究空间记忆等复杂行为的有用系统。果蝇确实表现出强烈的趋光反应，趋光性可作为果蝇视觉能力的指标。趋光行为涉及到色度和消色差辨别，它不仅与光的强度有关，还取决于波长。利用对特定波长光的敏感性，开发了一种可编程光学刺激器，通过将光感受器暴露于蓝光而非红光下，诱导果蝇视网膜退化。哺乳动物的视网膜退化可能是视紫红质释放后，视网膜再生生色团的酶视觉循环途径失效的结果。维持视紫红质水平的酶视觉循环也存在于D. melanogaster视网膜，因此有机会利用它来探索光感受器周期缺陷。靶基因和基因突变动物的开发是研究视网膜缺陷的有力工具。mdx小鼠（Duchenne型肌营养不良的哺乳动物模型）和D. melanogaster果蝇来探索在缺乏功能性全长肌营养不良蛋白的情况下视网膜的稳态。mdx动物的视网膜表现出神经元结构的改变，主要损害突触前的光感受器终末和突触后的位置。凋亡神经元的自噬功能受损，导致自噬体的积聚。用mTOR抑制剂雷帕霉素（作为自噬的促进剂）治疗营养不良的果蝇可重新激活自噬体周转，防止神经元细胞死亡和结构损伤，并改善视力，这表明营养不良蛋白是突触稳定和神经元存活所必需的。因此，适当的自噬似乎是果蝇和脊椎动物视网膜中生理细胞和视觉特性的关键先决条件，抵消了神经退行性变的特征。

来自意大利图西杜莎大学的Davide Cervia团队最近研究了D. melanogaster果蝇的视觉系统。糖尿病视网膜病变是全世界高血糖症最常见的视觉并发症。视网膜神经元的退化在微血管损伤和糖尿病视网膜病变的临床症状出现之前就已被认识到。因此，糖尿病视网膜病变中视网膜神经元内稳态的恢复可能会减少高条件性损伤造成的损伤。用高糖方案喂养成蝇10天。在保持其他组分不变的情况下，独立地改变蔗糖来制备日粮。结果表明，果蝇具有正常的运动能力和活动能力，肌纤维结构未见明显改变。果蝇的体重和体形正常，但全身葡萄糖浓度较高，磷酸化Akt水平较高，即成年果蝇日粮蔗糖利用率的增加会导致高血糖和糖尿病初期，短期内对整体代谢状况的影响较小。高血糖果蝇对光的反应性在趋光性实验中表现出显著的降低，从而清楚地表明了视觉缺陷。在分子水平上，高血糖果蝇表现出典型的视网膜神经退行性变特征，即细胞凋亡、氧化应激和自噬功能失调。以高糖饮食喂养的D. melanogaster动物受到视觉损伤和神经视网膜损伤的影响，至少部分发生在糖尿病视网膜病变早期。模拟人类疾病的果蝇模型是通过靶点识别发现药物的关键工具。这对于人类治疗学中特定化合物的翻译是重要的，尽管由于与哺乳动物的进化和功能距离，果蝇的使用受到一定限制。因此，在将苍蝇研究与人类生理学和药理学进行比较之前，应该先对更复杂的生物进行数据验证。尽管有这些局限性，大量的证据表明果蝇视觉系统是一个灵活的活体模型，可以用来研究视网膜神经元的病理生理学，很容易分析不同的实验参数、分子靶点和治疗方法。

文章在《中国神经再生研究（英文版）》杂志2022年 2 月 2 期发表。

文章来源：Catalani E, Silvestri F, Cervia D (2022) A Drosophila perspective on retina functions and dysfunctions. Neural Regen Res 17(2):341-343