來自美國馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家在PLOS One雜志上發(fā)表的一項研究中指出，在細胞水平上果蠅對胰島素的響應(yīng)跟人類很像，這令這些常見的、易于繁殖的昆蟲非常適合用于新型糖尿病治療中的實驗室研究。這項研究將加速了糖尿病的研究進程。
常見的果蠅Drosophila melanogaster（即黑腹果蠅），看上去它就像一個長著翅膀的芝麻，能夠產(chǎn)生數(shù)以千計的后代，它的生活史很短，在一個月左右。這些生物在很多方面跟人類不同，但是它們跟我們共用超過60%的遺傳密碼。馬里蘭大學(xué)的Leslie Pick和Georgeta Crivat等科學(xué)家們都發(fā)現(xiàn)，這些相同之處控制著在兩個物種中都起作用的基本生物過程。
Drosophila melanogaster，非常容易繁殖、飼養(yǎng)和用于實驗室研究，因此被廣泛應(yīng)用于科研中。馬里蘭大學(xué)昆蟲學(xué)系的主席Pick進行了實驗，通過利用有關(guān)果蠅的相對簡單的基因組信息來闡明人類的生物學(xué)過程。她的研究主要關(guān)注的是，是否果蠅也利用跟人類和其它哺乳動物一樣的胰島素。Pick說，“我們希望利用所有我們已經(jīng)有效用于果蠅的遺傳學(xué)工具。我們能夠大量地、非常快地飼養(yǎng)它們，因此能夠設(shè)置有效的篩選試驗來評估新的糖尿病治療”。
Pick及其共同作者在11月6日PLOS One雜志上發(fā)表的這項研究成果中，發(fā)現(xiàn)人類用來調(diào)節(jié)血糖的基本機制——在糖尿病患者體內(nèi)，這個過程出錯——實際上與果蠅相同。
在人體內(nèi)，胰島素控制葡萄糖——供給哺乳動物細胞能量的一種糖——的產(chǎn)生和運輸。葡萄糖到人體細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運，開始于胰島素結(jié)合到細胞上一個專門的胰島素受體。這引起一個稱為GLUT4的糖轉(zhuǎn)運蛋白從細胞內(nèi)部轉(zhuǎn)運到細胞膜上，使得葡萄糖通過細胞膜，從血液中進入到細胞中。而在糖尿病患者體內(nèi)，這個過程出錯，使得糖在血液中積累。在主要糖尿病類型——糖尿病類型1中，人體不能產(chǎn)生胰島素，在糖尿病類型2中，細胞關(guān)閉對胰島素的響應(yīng)，高的血糖水平能夠嚴重地損害很多器官。因此，這種疾病是世界上zui嚴重的健康問題之一。
果蠅的系統(tǒng)跟人體系統(tǒng)的差別很大。葡萄糖不是它們體內(nèi)糖的主要形式，它們也沒有像哺乳動物那樣的血液系統(tǒng)，所以研究者們不能確定是否胰島素在它們的細胞中起著跟在人體細胞中一樣的作用。但是，在2009年的一項實驗中，Pick和合作者采用基因工程技術(shù)使5個類胰島素樣果蠅基因無效。
由此而產(chǎn)生的 “糖尿病果蠅”具有在人類糖尿病中出現(xiàn)的很多臨床癥狀。Pick說，“它們變的非常非常小和行動遲緩，體脂肪降低，血糖循環(huán)水平更高，不能很好的進行繁殖。”Pick稱，其他試圖理解糖尿病的研究者們，在哺乳動物中也進行了相同的實驗，這些哺乳動物不能在這樣的遺傳改變中存活。 “雖然果蠅狀態(tài)不是很好，但是它們存活了下來，”Pick說。這表明，我們可以利用果蠅代替哺乳動物進行更多糖尿病相關(guān)的實驗。
當(dāng)然，研究者們需要知道，發(fā)生在兩個物種中的細胞過程是否相似？Pick和合作者求助于美國國立衛(wèi)生研究院的Samuel Cushman——GLUT4的人體葡萄糖轉(zhuǎn)運過程的共同發(fā)現(xiàn)者。這兩個研究團隊將他們的專業(yè)知識相結(jié)合，利用全內(nèi)反射熒光顯微鏡（Total internal reflection fluorescence microscopy, TIRFM），采用一個標(biāo)記GLUT4分的熒光標(biāo)簽，將GLUT4插入到果蠅體內(nèi)。
令科學(xué)家非常驚訝的是，盡管這個蛋白對果蠅來說是外源的，如同人類細胞對胰島素的反應(yīng)一樣，它們的細胞將GLUT4準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)運到細胞膜上。在高功率熒光顯微鏡下，“你能追蹤它們轉(zhuǎn)運到細胞膜上的過程。”Pick說。“這非常的令人震驚。盡管我們希望這種情況發(fā)生，但是果蠅和哺乳動物之間存在如此多的差別，因此我們自己也持懷疑態(tài)度。”
研究者的下一個步驟是在果蠅尋找體內(nèi)承擔(dān)GLUT4任務(wù)的糖轉(zhuǎn)運蛋白。Pick稱，“利用果蠅模式來研究是否我們可以篩選促進糖攝取的化合物——其單獨起作用或者與胰島素一起發(fā)揮作用，使糖尿病的治療更加有效。”
