(资料图片)
细胞氧化还原调控广泛参与细胞信号转导及细胞代谢过程。饮食限制可改善健康和生存状况，而在不同饮食条件下，氧化还原平衡在不同细胞器和不同组织会发生怎样的变化尚不清楚，导致代谢的氧化还原调控机制不明。因此，探索不同饮食条件下的精确氧化还原图谱具有重要意义。中国科学院生物物理研究所陈畅课题组与华东理工大学赵玉政课题组合作，在Stress Biology上，发表了题为Exploring the precision redox map during fasting-refeeding and satiation in C. elegans的学术论文，绘制了线虫在禁食、再进食及饱食下的精准氧化还原图谱。
该研究构建了12种表达氧化还原敏感探针的线虫品系：将响应H2O2的Hyperion探针和响应GSH/GSSG的Grx1-roGFP2探针分别特异表达在线虫的2种组织（体壁肌肉和神经元）和3种细胞器（细胞质、线粒体和内质网）中。进一步，研究将这12种线虫进行禁食、再进食及饱食处理，利用共聚焦显微镜进行氧化还原探针的成像及数据分析，绘制了H2O2及 GSSG/GSH在不同饮食条件下的相对水平的精准氧化还原图谱。研究发现：禁食使肌肉组织中线粒体H2O2水平增加，这与以往关于禁食下大鼠离体实验结果及线虫总体检测结果H2O2水平下降不同，更好地解释了禁食诱导线粒体未折叠蛋白响应延长线虫寿命的结果；而禁食特异提高神经元内质网GSSG/GSH水平，增加了内质网氧化力，系首次发现。该团队既往研究发现内质网还原应激加速衰老，增加内质网氧化力延缓衰老。这一发现从内质网氧化力调控方面解释了禁食益处。该研究首次发现在神经元中禁食条件下线粒体、内质网、细胞质中H2O2水平均降低，其生理意义值得进一步研究。再进食后，饮食限制引起的H2O2及GSSG/GSH的变化在体壁肌肉和神经元的大多数细胞器中被逆转。在饱食状态下，研究首次精准发现H2O2水平在肌肉组织线粒体、内质网和细胞质及神经元内质网中均显著增加；而GSSG/GSH除了在线虫体壁肌肉的内质网中增加外，在两种组织的大多数细胞器中不变，为探究饱食代谢机制提供了新线索。以往工作聚焦不同进食条件下总体的氧化还原的变化的体外研究，而该工作是在体的氧化还原分子特异、细胞器特异、组织特异的不同进食条件下的精准氧化还原特性表征，为进一步探索代谢中的氧化还原机制和优化饮食策略提供了新的科学依据和思路。
研究工作得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项（B类）和国家自然科学基金的支持。
线虫在禁食、再进食和饱食状态下的氧化还原图谱
