文明明，趙治恒，畢 潔，戴 煌，賀艷萍，張 威，王加華，舒在習(xí)，肖安紅

（武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430023）

糖是生命體的主要能量來(lái)源，是維持生命基本活動(dòng)的重要物質(zhì)[1]。同時(shí)為了增添食品風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)、防腐或其他功能特性，糖作為常用的添加劑被廣泛用于食品工業(yè)中[2]。隨著人們生活水平的逐步提高，高糖的奶茶、果汁等飲料受到越來(lái)越多的年輕人的青睞。2014～2019 年，我國(guó)食糖消費(fèi)量由1440 萬(wàn)噸提升至1580 萬(wàn)噸，截止到2020 年2 月底，2019/2020榨季累計(jì)銷(xiāo)糖401.72 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)18.9%[3]。糖的高攝入會(huì)引起嚴(yán)重的公共健康問(wèn)題，如肥胖和非傳染性疾病等[4?6]。大量研究表明，添加糖攝入過(guò)量會(huì)引起多種疾病的發(fā)生，如胰島素抵抗、腎功能損害[7]、慢性血管病[8]以及心血管疾病[9]等。因此，探究高糖飲食對(duì)發(fā)育、壽命及抗氧化能力的影響具有非常重要的研究意義和實(shí)際指導(dǎo)作用。

為了有效研究高糖飲食對(duì)發(fā)育、壽命及抗氧化能力的影響，選擇合適的研究對(duì)象至關(guān)重要。模式生物黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）具有遺傳背景清晰、與人類(lèi)70%的致病基因在進(jìn)化上高度保守[10]、生存期短、繁殖量大、飼養(yǎng)成本低等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，果蠅的代謝系統(tǒng)[11]、行為特征、生理功能和生長(zhǎng)發(fā)育等方面與哺乳動(dòng)物類(lèi)似，故常應(yīng)用于繁殖力[12]、衰老或壽命[13]、功能保健食品評(píng)價(jià)[14]等領(lǐng)域。研究發(fā)現(xiàn)，高糖攝入除了會(huì)縮短壽命之外[15]，還會(huì)引起果蠅胰島素抵抗和肥胖，表現(xiàn)為與哺乳動(dòng)物相似的癥狀[16]。此外，高糖攝入量會(huì)導(dǎo)致果蠅出現(xiàn)腎臟疾病和心肌病[17]。然而，目前研究高糖飲食對(duì)果蠅壽命的影響，大多數(shù)研究只是針對(duì)果蠅的單一性別進(jìn)行探討，針對(duì)綜合雌性單獨(dú)培養(yǎng)、雄性單獨(dú)培養(yǎng)及雌雄混養(yǎng)的條件下高糖對(duì)壽命的影響的報(bào)道較少。本文分析了不同性別培養(yǎng)條件下高糖對(duì)壽命的影響，考慮到交配效應(yīng)對(duì)壽命的影響，并進(jìn)行了雌雄混養(yǎng)，并進(jìn)一步探討了其影響機(jī)理。

氧化應(yīng)激是指當(dāng)機(jī)體在遭遇不利因素刺激時(shí)，一種產(chǎn)生高水平活性氧和自由基的生理狀態(tài)[18]。機(jī)體存在兩類(lèi)抗氧化系統(tǒng)，一類(lèi)是酶抗氧化系統(tǒng)，包括超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-Px）等；另一類(lèi)是非酶抗氧化系統(tǒng)，包括維生素C、維生素E、谷胱甘肽、α-硫辛酸、微量元素硒（Se）等[19]。在不利的環(huán)境下，氧衍生物可以破壞核酸、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，改變氧化平衡[20]。營(yíng)養(yǎng)狀況也能引起氧化應(yīng)激，增加細(xì)胞分子反應(yīng)的級(jí)聯(lián)，并改變組織的代謝狀態(tài)[21]。營(yíng)養(yǎng)氧化應(yīng)激被描述為由于營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足或過(guò)量而導(dǎo)致的餐后抗氧化防御和促氧化負(fù)荷之間的不平衡[22]。即使在人體正常生理狀態(tài)下，營(yíng)養(yǎng)也會(huì)引起氧化應(yīng)激。飲食因素也可以作為炎癥和促氧化因素[23]。已有研究證實(shí)，高糖飲食對(duì)機(jī)體脂代謝及抗氧化能力有損[24]，與普通低硒組相比，高糖低硒組大鼠肝臟丙二醛含量、總超氧化物歧化酶活性明顯升高，而現(xiàn)有研究在高糖飲食對(duì)果蠅氧化應(yīng)激的作用效果及機(jī)制方面的討論尚不完全。

因此，本文以模式生物——黑腹果蠅為研究對(duì)象，用含有高濃度蔗糖的培養(yǎng)基飼養(yǎng)果蠅，研究高糖對(duì)果蠅壽命、運(yùn)動(dòng)和抗氧化能力的影響，為今后研究高糖飲食對(duì)生物體的影響提供理論依據(jù)，有利于為人類(lèi)膳食結(jié)構(gòu)中的糖類(lèi)成分選擇提供更合理的建議，以期為人類(lèi)樹(shù)立科學(xué)健康的飲食觀念提供一定的指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑腹果蠅品系（w1118） 由清華大學(xué)果蠅中心提供；總蛋白（TP）測(cè)定試劑盒（A045-2-2）、丙二醛（MDA）測(cè)定試劑盒（A003-1-2）、總超氧化物歧化酶（T-SOD）測(cè)試盒（A001-1-2）、過(guò)氧化氫酶（CAT）測(cè)定試劑盒（A007-1-1） 均購(gòu)自南京建成生物工程研究所。

SPL-450 生化培養(yǎng)箱 天津市萊玻特瑞儀器設(shè)備有限公司；Kimble 749540-0000 微量電動(dòng)組織勻漿器 美國(guó)Kimble 公司；SCILOGEX D3024R 高速冷凍離心機(jī) 美國(guó)賽洛捷克公司；Enspire 多功能酶標(biāo)儀 美國(guó)珀金埃爾默公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 果蠅的培養(yǎng)

1.2.1.1 培養(yǎng)條件 實(shí)驗(yàn)中所用黑腹果蠅品系（w1118）在武漢輕工大學(xué)糧油儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期飼養(yǎng)，培養(yǎng)于恒溫光照培養(yǎng)箱中，（25±1） ℃、光照12 h：黑暗12 h，濕度70%的條件下。

1.2.1.2 果蠅培養(yǎng)基配制 普通培養(yǎng)基的配制[25]：30 g玉米粉，30 g 紅糖，2 g 酵母，2 g 瓊脂，300 mL 的蒸餾水，100 ℃加熱配制。冷卻后，加入2 mL 丙酸，以防止霉菌生長(zhǎng)。高糖培養(yǎng)基的配制，蔗糖濃度參照張曉月[26]的實(shí)驗(yàn)方法：100 g 蔗糖，21 g 玉米粉，5 g 酵母，2 g 瓊脂，300 mL 蒸餾水，加熱攪拌均勻后煮沸三次。

1.2.2 果蠅生存實(shí)驗(yàn) 收集普通培養(yǎng)基中的雌、雄果蠅，未交配，在普通培養(yǎng)基中單獨(dú)飼養(yǎng)至2 d 齡后，將雌、雄果蠅等分為兩組，分別接入高糖培養(yǎng)基、普通培養(yǎng)基中繼續(xù)飼養(yǎng)，每種培養(yǎng)基各接入3 管，每管20 頭，普通培養(yǎng)基中果蠅為對(duì)照組。每天在同一時(shí)間觀察統(tǒng)計(jì)果蠅的數(shù)目，保證培養(yǎng)基每隔7 d 更換一次，直到果蠅全部死亡即為實(shí)驗(yàn)終止，計(jì)算平均壽命（mean lifespan, MLS），并繪制生存曲線[27]。

計(jì)算公式：

雌雄混養(yǎng)方法同上，每隔4 d 更換一次新鮮培養(yǎng)基。

1.2.3 高糖對(duì)幼蟲(chóng)的化蛹與羽化的影響 在普通培養(yǎng)基中挑取3 d 齡普通幼蟲(chóng)，分別接入含有高糖培養(yǎng)基、普通培養(yǎng)基的培養(yǎng)管中，每個(gè)培養(yǎng)管中的幼蟲(chóng)數(shù)為20 頭，每種培養(yǎng)基各接3 管，高糖培養(yǎng)基為實(shí)驗(yàn)組，普通培養(yǎng)基為對(duì)照組。觀察并記錄果蠅幼蟲(chóng)到化蛹經(jīng)歷的時(shí)間、幼蟲(chóng)到羽化所經(jīng)歷的時(shí)間、化蛹率以及羽化率。計(jì)算公式為：

1.2.4 攀爬能力的測(cè)定 利用果蠅的反趨地性行為測(cè)試果蠅的運(yùn)動(dòng)水平[28]。取羽化后8 h 內(nèi)的果蠅，以普通培養(yǎng)基果蠅為對(duì)照組，高糖培養(yǎng)基果蠅為實(shí)驗(yàn)組，分別置于培養(yǎng)管內(nèi)（管壁7 cm 處做標(biāo)記），每管果蠅20 頭（雌、雄果蠅各10 頭），適應(yīng)3 min 后，輕輕晃動(dòng)培養(yǎng)管，使果蠅落在底部，果蠅會(huì)自發(fā)向上爬，記錄10 s 到達(dá)培養(yǎng)管7 cm 刻度及以上果蠅的數(shù)目（A），每管果蠅至少測(cè)試5 次，兩次測(cè)試間隔至少1 min，確保每次晃動(dòng)的力度相同。

攀爬指數(shù)（climbing index, CI）計(jì)算公式為：

1.2.5 果蠅體內(nèi)抗氧化酶的活力及丙二醛（MDA）含量的測(cè)定 以普通培養(yǎng)基喂養(yǎng)的雄蠅為對(duì)照組，測(cè)定高糖喂養(yǎng)果蠅第3、18 d 以及30 d 后雄蠅體內(nèi)抗氧化酶活性和丙二醛含量。此處選擇第3、18 d 以及30 d 分別代表年輕、成熟、老齡果蠅。

1.2.5.1 樣品前處理 選取部分果蠅，將其饑餓2 h，二氧化碳?xì)怏w麻醉后稱(chēng)其質(zhì)量，液氮處理，按照果蠅體重1:49（g/mL）的比例加入預(yù)冷的生理鹽水，進(jìn)行冰浴勻漿，制備成2%的組織勻漿。并于轉(zhuǎn)速5000 r/min、溫度4 ℃、15 min 的條件下進(jìn)行離心，吸取上清液，冷藏于?80 ℃冰箱備用。每組測(cè)三個(gè)生物學(xué)重復(fù)[29?30]。

1.2.5.2 相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定 取上清液按照試劑盒說(shuō)明書(shū)上方法分別測(cè)定各管果蠅體內(nèi)總蛋白質(zhì)含量（用于計(jì)算抗氧化酶活性）、MDA 含量、T-SOD 活性、CAT 活性。

1.2.6 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序 用普通培養(yǎng)基飼養(yǎng)的雄蠅作對(duì)照組，用高糖培養(yǎng)基飼養(yǎng)雄蠅作為實(shí)驗(yàn)組，基于Illumina NovaSeq 平臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。從整只果蠅中提取總RNA[25]，利用帶有Oligo（dT）的磁珠富集mRNA，將mRNA 片段化，以mRNA 為模板反轉(zhuǎn)錄合成cDNA，連接接頭，最后進(jìn)行Illumina 測(cè)序。利用Illumina 測(cè)序平臺(tái)對(duì)篩選出的差異基因作GO 富集分析（Gene Ontology），對(duì)基因具體的生物學(xué)功能和可能參與的代謝途徑進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

1.2.7 熒光定量 先采用Trizol 法提取果蠅總RNA，再用MLV 逆轉(zhuǎn)錄酶（Invitrogen）合成cDNA。將合成的cDNA 模板稀釋10 倍，待用。qRT-PCR 反應(yīng)體系：2 μL cDNA，上游、下游引物各0.5 μL，10 μL SYBR Green qPCR superMix（Takara），7 μL dd H2O。qRT-PCR 反應(yīng)程序：95 ℃預(yù)熱2 min，隨后95 ℃ 10 s，50～56 ℃ 20 s，72 ℃ 20 s，39 個(gè)循環(huán)（具體基因引物參見(jiàn)表1）。目的基因與內(nèi)參基因（rp49）之間的相對(duì)表達(dá)量通過(guò)2?ΔCT公式計(jì)算，ΔCT=CT目標(biāo)基因?CTrp49，每組實(shí)驗(yàn)3 個(gè)生物學(xué)重復(fù)。用Student’st檢驗(yàn)來(lái)統(tǒng)計(jì)基因表達(dá)量之間的差異性，P<0.05 為差異顯著。

表1 實(shí)驗(yàn)中所用引物Table 1 Primers used in the experiment

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。采用GraphPad Prism 7.0 和SPSS 20.0 作圖和數(shù)據(jù)分析，用t-檢驗(yàn)和單因素方差分析其顯著性，生存實(shí)驗(yàn)采用Log-rank 檢驗(yàn)來(lái)評(píng)估壽命的顯著性。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，chi-square 表示卡方檢驗(yàn)，df 表示自由度，n 表示樣本數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 高糖對(duì)果蠅壽命的影響

2.1.1 高糖對(duì)雌性果蠅壽命的影響 通過(guò)給果蠅飼喂高糖培養(yǎng)基，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糖攝入量過(guò)高會(huì)在一定程度上縮短雌性果蠅的平均壽命。與對(duì)照相比，高糖組雌性果蠅平均壽命由44.70 d 縮短到29.05 d，縮短了35.01%（表2，P<0.01）；而生存曲線沒(méi)有顯著差異（圖1, chi-square= 3.39, df=1,P=0.0656；n=60）。此外，還發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是對(duì)照組還是高糖組果蠅，雌性果蠅的平均壽命顯著高于雄性果蠅的平均壽命，這與前人的研究結(jié)果類(lèi)似[31]。

圖1 雌性果蠅壽命曲線Fig.1 Life span curve of female Drosophila melanogaster

表2 高糖對(duì)果蠅壽命的影響Table 2 Effect of high sucrose on life span of Drosophila melanogaster

2.1.2 高糖對(duì)雄性果蠅壽命的影響 高糖縮短了雄性果蠅的平均壽命，與對(duì)照組相比，高糖組雄性果蠅平均壽命由34.62 d 縮短到19.73 d（表2，P<0.01），縮短了43.01%。同時(shí)，高糖組的生存曲線具有極顯著差異，中位生存期極顯著縮短，即高糖組累計(jì)生存率為50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的生存時(shí)間較對(duì)照組顯著縮短，說(shuō)明了攝入過(guò)多的糖會(huì)導(dǎo)致雄果蠅壽命縮短（圖2,chi-square=10.36, df=1,P=0.0013；n=60）。

圖2 雄性果蠅壽命曲線Fig.2 Life span curve of male Drosophila melanogaster

2.1.3 高糖對(duì)雌雄混養(yǎng)果蠅壽命的影響 高糖縮短了雌雄混養(yǎng)果蠅的平均壽命，與對(duì)照組相比，高糖組雌雄混養(yǎng)果蠅平均壽命由32.83 d 縮短到21.62 d，縮短了34.15%（表2，P<0.05）。同時(shí)，高糖組的果蠅中位生存期、最高壽命均極顯著縮短（圖3, chisquare=31.82, df=1,P<0.0001；n=60）。

圖3 雌雄混養(yǎng)果蠅壽命曲線Fig.3 Life span curve of mixed Drosophila melanogaster

2.2 高糖對(duì)果蠅化蛹與羽化的影響

果蠅的一個(gè)完整的生活周期分為4 個(gè)明顯的時(shí)期，即卵、幼蟲(chóng)、蛹、成蟲(chóng)?；际侵咐ハx(chóng)在幼蟲(chóng)和成蟲(chóng)之間的一個(gè)發(fā)育階段，也是幼蟲(chóng)轉(zhuǎn)變成為成蟲(chóng)過(guò)程的過(guò)渡時(shí)期。羽化是昆蟲(chóng)脫去蛹?xì)ぷ優(yōu)槌上x(chóng)的過(guò)程，即成長(zhǎng)為成蟲(chóng)的過(guò)程。果蠅的化蛹和羽化均為果蠅生長(zhǎng)發(fā)育的重要生理過(guò)程。與對(duì)照組相比，高糖組的果蠅化蛹所需時(shí)間延長(zhǎng)，化蛹率和羽化率均顯著降低（表3，P<0.05），高糖組的化蛹率為75.00%±0.05%，對(duì)照組的化蛹率為95.00%±0.03%；高糖組的羽化率為70.00%±0.05%，對(duì)照組的羽化率為90.00%±0.03%，化蛹率和羽化率均降低了20%左右。

表3 高糖對(duì)幼蟲(chóng)化蛹與羽化的影響Table 3 Effect of high sucrose on pupation and eclosion of Drosophila melanogaster

2.3 高糖對(duì)果蠅攀爬能力的影響

果蠅在一個(gè)垂直的空間內(nèi)會(huì)自發(fā)向上運(yùn)動(dòng)，即具有反趨地性行為，果蠅攀爬能力實(shí)驗(yàn)就是利用果蠅這種特性，測(cè)試果蠅的運(yùn)動(dòng)能力。對(duì)照組果蠅的攀爬指數(shù)為81.75%±0.04%，高糖組果蠅的攀爬指數(shù)為65.25%±0.05%，果蠅的攀爬能力顯著降低（圖4，P<0.05），說(shuō)明當(dāng)攝入糖過(guò)量時(shí)，果蠅的運(yùn)動(dòng)能力會(huì)降低。

圖4 高糖對(duì)果蠅攀爬指數(shù)的影響Fig.4 Effect of high sucrose on climbing index of Drosophila melanogaster

2.4 高糖對(duì)果蠅抗氧化能力的影響

2.4.1 高糖對(duì)果蠅體內(nèi)T-SOD 活性的影響 高糖對(duì)果蠅體內(nèi)T-SOD 活性有明顯的抑制作用（圖5）。與對(duì)照組相比，18 d 和30 d 時(shí)，高糖組極顯著降低（P<0.01）。同一培養(yǎng)環(huán)境下的果蠅，第3、18 d 和第30 d 時(shí)相比，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，其T-SOD 活力值有所下降。即30 d 齡比3 d 齡和18 d 齡果蠅體內(nèi)T-SOD 活力有所降低，即清除氧自由基的能力有所降低，這一結(jié)果與邵嬋[32]的研究結(jié)果相符合，40 d 齡果蠅體內(nèi)SOD 活力低于25 d 齡的果蠅。

圖5 高糖對(duì)果蠅體內(nèi)T-SOD 活性的影響Fig.5 Effect of high sucrose on T-SOD activity in Drosophila melanogaster

2.4.2 高糖對(duì)果蠅體內(nèi)CAT 活性的影響 高糖在一定程度上降低了果蠅體內(nèi)CAT 活性（圖6）。不論是3、18 d 還是30 d 的果蠅，高糖組果蠅體內(nèi)CAT活性均顯著低于對(duì)照組果蠅（P<0.01）。同一培養(yǎng)環(huán)境下的果蠅，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，其CAT 活力值有所下降。由圖可知，30 d 齡與3 d 齡果蠅相比，體內(nèi)的CAT 活力受到抑制，即清除氧自由基的能力降低。

圖6 高糖對(duì)果蠅體內(nèi)CAT 活性的影響Fig.6 Effect of high sucrose on CAT activity in Drosophila melanogaster

2.4.3 高糖對(duì)果蠅體內(nèi)MDA 含量的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高糖在一定程度上增加了果蠅體內(nèi)丙二醛MDA 含量（圖7）。與對(duì)照組相比，高糖處理第3、18 和30 d 果蠅體內(nèi)MDA 含量極顯著增加（P<0.001）。這說(shuō)明，糖攝入量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致果蠅抗脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的能力降低，果蠅的抗氧化能力也減弱。與此同時(shí)，同一高糖培養(yǎng)環(huán)境下的果蠅，第30 d 時(shí)較3、18 d 時(shí)相比，其MDA 含量有所升高，這也說(shuō)明隨著日齡的增加，雄性果蠅抗氧化能力逐漸減弱，這與健康成年人體內(nèi)MDA 的變化相似[33]，成年人隨著年齡的增大，機(jī)體內(nèi)MDA 含量也隨之增加。

圖7 高糖對(duì)果蠅體內(nèi)MDA 含量的影響Fig.7 Effect of high sucrose on MDA content in Drosophila melanogaster

2.5 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與熒光定量驗(yàn)證

通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，與對(duì)照組果蠅相比，如圖8 所示，高糖組有269 個(gè)基因上調(diào)表達(dá)，447 個(gè)基因下調(diào)表達(dá)（差異倍數(shù)大于等于2 倍，P<0.05）。進(jìn)一步，對(duì)篩選出的差異基因作GO 富集分析（圖9），對(duì)這些差異基因按照分子功能、細(xì)胞組分和生物學(xué)過(guò)程分類(lèi)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大部分差異表達(dá)基因參與代謝過(guò)程、細(xì)胞過(guò)程生物調(diào)控及應(yīng)激反應(yīng)等，例如與水解DNA、凋亡細(xì)胞降解過(guò)程相關(guān)的脫氧核糖核酸酶DNaseII基因，與谷胱甘肽合成相關(guān)的GstE7 與GstD5 基因、與電子呼吸鏈相關(guān)的mt:ND4L基因。經(jīng)過(guò)富集分析發(fā)現(xiàn)，有57 個(gè)差異表達(dá)基因與果蠅發(fā)育過(guò)程相關(guān)，有227 個(gè)差異表達(dá)基因與機(jī)體代謝活動(dòng)相關(guān)。通過(guò)熒光定量PCR 進(jìn)一步驗(yàn)證了部分基因的表達(dá)量。如圖10 所示，與對(duì)照組果蠅相比，DNaseII與mt:ND4L基因出現(xiàn)下調(diào)表達(dá)（P<0.01），提示高糖果蠅可能是由于有氧呼吸或細(xì)胞凋亡途徑損傷而影響果蠅生長(zhǎng)發(fā)育；而GstE7 與GstD5 基因出現(xiàn)上調(diào)表達(dá)（P<0.01），說(shuō)明果蠅氧化應(yīng)激異常可能也與果蠅發(fā)育受阻相關(guān)。

圖8 表達(dá)量差異基因的火山圖Fig.8 The volcano of differential expression genes

圖9 差異基因的GO 功能注釋分類(lèi)統(tǒng)計(jì)圖Fig.9 GO functional classification on differential expression genes for each pairwise

圖10 差異基因的qRT-PCR 驗(yàn)證Fig.10 Results of DEGs in qRT-PCR

3 討論與結(jié)論

本研究以果蠅為對(duì)象，探明了高糖飲食對(duì)果蠅發(fā)育、壽命及抗氧化能力的影響。首先，生存實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高糖飲食導(dǎo)致果蠅壽命顯著縮短，這與其它學(xué)者研究結(jié)果一致。Lushchak 等[34]發(fā)現(xiàn)，雌性果蠅食用2%～20%的蔗糖，與食用相同濃度的果糖或葡萄糖的果蠅相比，平均壽命縮短了13%～27%。另外，也有研究者用含有不同比例的糖/蛋白培養(yǎng)基喂養(yǎng)果蠅，結(jié)果顯示，改變二者的比例對(duì)果蠅壽命有明顯的影響，糖和蛋白的比例搭配合理能夠健康延壽，比例失衡會(huì)導(dǎo)致短壽[35]。唐潤(rùn)東等[36]通過(guò)對(duì)雌性黑腹果蠅飼喂不同糖分的食物，發(fā)現(xiàn)糖分含量的高低密切影響著雌蠅的體質(zhì)量和壽命，對(duì)中腸干細(xì)胞形態(tài)和分布影響較小。適當(dāng)減少糖攝入量能夠減緩果蠅體質(zhì)量增長(zhǎng)，延長(zhǎng)壽命。以上研究均表明糖分控制對(duì)果蠅的發(fā)育十分重要。

另一方面，化蛹與羽化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高糖降低了果蠅的化蛹率和羽化率，說(shuō)明了高糖抑制果蠅的發(fā)育。Rovenko 等[16]發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，在高蔗糖培養(yǎng)基中果蠅幼蟲(chóng)消耗食物量減少，蛹化速率減慢，蛹的死亡率增加。同時(shí)，本文轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)也證明，在高糖組中，部分與發(fā)育相關(guān)基因出現(xiàn)了差異表達(dá)。

果蠅體內(nèi)SOD 活性、CAT 活性、MDA 含量與果蠅的衰老存在一定的相關(guān)性。SOD 和CAT 是一類(lèi)具有抗氧化能力的酶，這類(lèi)酶能夠有效清除體內(nèi)的活性氧自由基并使脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)減少，從而延緩衰老，因此，SOD 和CAT 二者活性水平的高低可以間接反應(yīng)生物體清除氧自由基的能力強(qiáng)弱[37]。MDA是自由基對(duì)不飽和脂肪酸引發(fā)的脂質(zhì)過(guò)氧化作用而產(chǎn)生的脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物，通常作為機(jī)體脂質(zhì)過(guò)氧化程度的指標(biāo)，可以間接反映生物活性氧的變化以及細(xì)胞損傷的程度[38]。衰老的自由基理論是1956 年由Harman 提出的[39]。隨后，也有研究表明，衰老與機(jī)體的氧化損傷有著非常密切的關(guān)系，歸因于在機(jī)體代謝過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧沒(méi)有及時(shí)清除而造成的損傷累積[40]。本研究結(jié)果表明，高糖飲食導(dǎo)致果蠅壽命和抗氧化能力顯著下降，其原因可能由于機(jī)體代謝過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)量的自由基，導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)正常的自由基代謝失衡，引起氧化損傷加劇。這與另一項(xiàng)研究結(jié)果一致，與對(duì)照組比較，高糖組大鼠H9C2 心肌細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重?fù)p傷，細(xì)胞凋亡程度升高，細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷指標(biāo)8-羥基脫氧鳥(niǎo)苷和硝基酪氨酸水平升高，細(xì)胞ROS 水平升高，抗氧化酶SOD2、CAT、GPx 的mRNA 和蛋白水平表達(dá)降低，SOD2 酶活性降低[41]。研究人員在秀麗隱桿線蟲(chóng)（Caenorhabditis elegans）上觀察到與果蠅類(lèi)似的現(xiàn)象。朱國(guó)麗等[42]通過(guò)基因芯片測(cè)序，以秀麗隱桿線蟲(chóng)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，研究高糖對(duì)線蟲(chóng)壽命的影響，實(shí)驗(yàn)表明，線蟲(chóng)壽命會(huì)因糖攝入過(guò)多而縮短，同時(shí)線蟲(chóng)的氧化應(yīng)激蛋白GST-4 表達(dá)量增加。這一結(jié)果與本研究結(jié)果類(lèi)似，在高糖組中，氧化應(yīng)激基因GstD5、GstE7 出現(xiàn)了上調(diào)表達(dá)，從而引發(fā)了果蠅氧化應(yīng)激異常。另外，與氧化呼吸電子傳遞鏈相關(guān)的mt:ND4L基因表達(dá)量下調(diào)，說(shuō)明高糖組果蠅可能是由于有氧氧化途徑存在缺陷而導(dǎo)致果蠅生長(zhǎng)發(fā)育受到影響。

綜上，本文以黑腹果蠅為研究對(duì)象，探討高糖飲食對(duì)果蠅發(fā)育、壽命及抗氧化能力的影響。結(jié)果表明，高糖飲食會(huì)導(dǎo)致果蠅壽命縮短，抑制了果蠅的發(fā)育和運(yùn)動(dòng)能力。果蠅體內(nèi)T-SOD、CAT 抗氧化酶活力降低，清除自由基的能力減弱，MDA 含量增加，體內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化損傷增加。通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)高糖組果蠅的差異表達(dá)基因富集在果蠅發(fā)育過(guò)程、機(jī)體代謝活動(dòng)調(diào)控及應(yīng)激反應(yīng)等方面從而縮短果蠅壽命。