血脑屏障通过改变激素水平来控制蚂蚁的行为
在包括蚂蚁在内的许多动物中，血脑屏障(BBB)通过控制各种物质进出大脑的运动来确保正常的大脑功能。现在，研究人员在 9 月 7 日的《细胞》杂志上报道了一个意外的发现，即木蚁的 BBB 在控制行为方面发挥着积极作用，而这对整个蚁群的功能至关重要。关键是血脑屏障中产生一种特定的激素降解酶。
“在这些蚂蚁中，血脑屏障会产生一种特殊版本的保幼激素酯酶 (Jhe)，它会降解保幼激素 (JH3)，”共同主要作者Karl Glastad (@Laevorotatory) 和 Linyang Ju ( @LinyangJ)说道。 )，均在费城宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院资深作者 Shelley Berger ( @berger_lab )的实验室中进行。
“通常，酶会分泌到血淋巴(昆虫血液)中;然而，蚂蚁 BBB 产生的副本保留在 BBB 细胞中，在那里它控制进入工蚁大脑的 JH3 激素的量，”Ju 说。
众所周知，JH3 激素可以促进社会昆虫工蚁的觅食。同一蚁群中不同类型的工蚁从事着截然不同的“工作”。新的发现表明，这在一定程度上是由于血脑屏障中 JH3 降解酶的不同水平导致的，从而导致大脑中激素 JH3 的水平不同。
研究人员表示，这一发现强调了在正确的时间、正确的地点表达的单一蛋白质如何对复杂社会中的个体行为产生重大影响。不仅仅是蚂蚁;还有蚂蚁。研究人员已经有证据表明类似的机制也可能在小鼠行为中发挥作用。
研究人员利用单细胞 RNA 测序来了解两种蚂蚁行为种姓(觅食者和士兵)大脑细胞间基因活动的差异，从而得出了这一发现。他们的分析表明，编码Jhe(激素JH3的降解酶)的基因仅在BBB细胞中发现。它还显示了采集者和士兵的 BBB 细胞之间的显着差异。他们想更多地了解这对蚂蚁行为意味着什么。
他们的研究表明，有意操纵 Jhe 降解酶的水平会重新编程蚂蚁种姓之间不同的大脑和复杂行为，从而将士兵种姓转变为觅食行为。他们继续在果蝇中证明Jhe 酶天然存在于细胞外。当他们让果蝇 BBB 表达蚂蚁版本的 Jhe 酶时，他们看到了与蚂蚁中观察到的类似的行为变化。
格拉斯塔德说：“不同种姓的 BBB 之间这种单一酶 [Jhe] 的表达差异控制着觅食或作为士兵留在巢内进行防御的极其重要的决定，甚至可以重新编程苍蝇以改变其寻找食物的行为。”
为了了解类似的机制是否适用于其他动物，研究人员还分析了一组小鼠内皮细胞(包括小鼠 BBB 的内皮细胞)的已发表数据。他们发现，小鼠 BBB 细胞还比任何其他内皮细胞类型表达更高水平的几种激素降解酶。最值得注意的是，这些包括降解激素睾酮的酶。
伯杰说：“这表明，通过血脑屏障控制激素进入大脑的功能远远超出了蚂蚁的范围，而且在蚂蚁身上观察到的不同行为条件下的激素门控可能存在于其他生物体中，包括哺乳动物。” 研究人员表示，在未来的研究中，他们希望更多地了解这种机制的起源和普遍性，以及它是否是控制蚂蚁外部行为的收敛策略。
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