2024年11月15日，清华大学生命科学学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院张伟课题组在 Nature Communications期刊上发表了题为“Mating reconciles fitness and fecundity by switching diet preference in flies”的研究论文（DOI: 10.1038/s41467-024-54369-w）。该研究揭示了黑腹果蝇通过调整蛋白质摄入偏好来平衡生殖行为与生存能力的机制，并阐明了这一现象背后的雌雄二态性神经调控网络。

在动物的多种生命活动中，蛋白质摄入尤为关键。酵母是果蝇主要的蛋白来源，摄入高蛋白质的食物虽然可以增加生殖能力但会显著缩短寿命，但昆虫如何根据内在需求平衡生存与生殖的矛盾尚不清楚。本研究发现，未交配的雌雄果蝇均倾向于选择富含蛋白质的食物，以维持高繁殖能力。有趣的是，交配后雌雄果蝇的饮食调节方式呈现出显著差异（图1c）：交配后的雌性通过增加蛋白质摄入以保证后代顺利繁衍，但这一行为伴随着寿命的缩短（图1a）；相反，交配后的雄性则减少蛋白质摄入，从而提高适应性和存活率（图1b）。

图1.交配状态调控雌雄果蝇对蛋白的进食偏好

进一步研究表明，anterior leucokinin (ALK) 神经元参与调控雌雄果蝇交配后蛋白偏好的改变。这些神经元在雌雄果蝇中的表达模式基本一致（图2a, d），且钙成像结果表明ALK神经元在交配后雌雄果蝇中均会被激活（图2b, e）。然而，其功能在雌雄个体间呈现显著差异：失活雄性果蝇的ALK神经元后，交配后雄性的蛋白偏好不再降低（图2c）；相反，失活雌性果蝇的ALK神经元后，交配不再引起雌性对蛋白质的偏好增加（图2f）。

图2.ALK神经元的功能具有雌雄二态性    

为进一步探究ALK神经元在雌雄两性中发挥不同功能的机制，研究人员利用果蝇单细胞测序数据库对雌雄ALK神经元中的神经肽表达情况进行了分析。结果显示，short neuropeptide F (sNPF) 在雄性ALK神经元中呈高水平表达，且这些神经元通过释放sNPF抑制FB-LAL神经元的活性，从而降低雄性交配后对蛋白质的摄入（图3a-c, f）。相比之下，sNPF在雌性ALK神经元中的表达水平较低，未参与调控雌性交配后的蛋白偏好改变。雌性ALK神经元主要通过LK 神经肽来调控交配后蛋白摄入偏好的变化（图3d, f）。这些结果揭示了ALK神经元通过性别特异性的神经肽信号实现不同的功能分化，进而调控交配后雌雄果蝇的饮食行为。

图3.调控雌雄果蝇交配后蛋白偏好改变的神经环路  

根据果蝇交配前后的蛋白摄入规律，我们设计了一种间歇性蛋白进食的食谱策略：雄性果蝇在交配前期摄入蛋白质，交配后降低蛋白摄入；雌性果蝇则仅在交配后增加酵母摄入。试验结果显示，这种间歇性蛋白进食模式能够显著延长雄蝇和雌蝇的寿命，同时增强其生殖能力（图4）。这一结果表明，昆虫能够根据内在需求做出精准的行为调节，从而实现寿命延长与生殖力提升的双重目标。

图4.间歇性蛋白摄入增强生殖力并增强寿命

清华大学生命学院博士后刘晨曦（已出站，现工作单位为中国农业大学）和清华大学生命学院2020级博士生田宁为本文共同第一作者，刘晨曦博士和张伟研究员为本文共同通讯作者，清华大学药学院2021级博士生常沛参与了该工作。该研究工作得到国家自然科学基金委、北京市科委、清华大学自主科研基金、北京市脑科学与类脑研究中心等资助。张伟课题组受到清华-北大生命科学联合中心和清华大学-IDG/麦戈文脑科学研究院的支持。