2024年6月26日，来自韩国汉阳大学Jiwon Shim研究组在《自然》上发表了标题为”Drosophila immune cells transport oxygen through PPO2 protein phase transition.“的研究成果，发现果蝇晶体细胞（crystal cells）在氧气控制中的新角色，通过氧化前酚氧化酶2（Prophenoloxidase 2, PPO2）蛋白来储存和运输氧气。
据介绍，在脊椎动物中，氧气主要通过血红蛋白（haemoglobin）运输。长期以来，人们一直认为昆虫的呼吸完全依赖于复杂的气管系统，而没有循环系统或免疫细胞的辅助。
果蝇（Drosophila）作为模式生物，在遗传学和发育生物学研究中具有重要地位。其独特的气管系统能够高效地进行气体交换，以满足其代谢需求。然而，果蝇幼虫在发育过程中会钻洞觅食，这可能会暴露于低氧环境中。为了应对这种挑战，果蝇进化出了晶体细胞，通过PPO2蛋白的晶体结构来储存和运输氧气，从而维持内部氧气平衡。
晶体细胞（crystal cells）如何控制内部氧气平衡，以及环境氧气浓度如何决定血细胞（haemocytes）的定位
研究人员描述了果蝇晶体细胞（被称为血细胞的髓细胞样免疫细胞）通过氧合丙酚氧化酶2（PPO2）蛋白来控制呼吸。晶体细胞引导血细胞在幼虫体壁的气管和血液循环之间移动，以收集氧气。在铜和中性pH值的帮助下，氧气被截留在晶体细胞中PPO2的晶体结构中。相反，当碳酸酐酶降低细胞内的pH值时，PPO2晶体会溶解，然后附着在气管上重新组合成晶体。
从生理学角度看，缺乏晶体细胞或PPO2的幼虫，或表达PPO2铜结合突变体的幼虫，在常氧条件下表现出缺氧反应，并且容易缺氧。这些缺氧表型可以通过高氧、表达节肢动物血蓝蛋白或阻止幼虫穴居活动以暴露其呼吸器官来挽救。因此，研究人员认为昆虫免疫细胞与气管系统合作，通过PPO2晶体的相变来储备和运输氧气，从而促进体内氧气平衡，其过程与脊椎动物的呼吸作用类似。
该研究首次揭示了果蝇晶体细胞在氧气运输中的重要功能，打破了昆虫呼吸系统完全依赖气管系统的传统认知 。晶体细胞通过PPO2蛋白的相分离和转化，直接参与氧气的获取和运输，确保动物在低氧环境中的生存和发育 。这一发现不仅丰富了我们对昆虫生理学的理解，也为研究其他动物的呼吸机制提供了新的视角 。
文章来源：
Shin, Mingyu, Chang, Eunji, Lee, Daewon,Drosophila immune cells transport oxygen through PPO2 protein phase transition.
