叶酸，也被称为维生素B9，是单碳代谢（one-carbon metabolism，OCM）的辅助因子，它参与并促进包括嘌呤、胸腺嘧啶和蛋氨酸的生物合成，甘氨酸和丝氨酸的稳态维持，表观遗传信息的保持以及氧化还原防御等重要生物过程。真核生物，如线虫、果蝇及哺乳动物等，自身无法合成叶酸，因此必须从饮食中或通过肠道微生物群的生物合成来获得叶酸。叶酸缺乏可能导致多种健康问题，包括癌症、心血管疾病和发育异常。叶酸和相关的OCM还与多种生物体的衰老过程紧密相关。对叶酸及其代谢的深入研究进一步揭示了叶酸在细胞生命活动中的关键作用。
在人类体内，大多数叶酸通过三种转运体进入细胞，它们分别是质子偶联叶酸转运体（PCFT）、还原性叶酸载体（RFC）和叶酸受体（FRs）。PCFT主要作用于上消化道，而RFC则广泛表达。虽然RFC是将叶酸运输到组织的主要因子，但它与叶酸的结合度相对较低。相比之下，FRs与叶酸的结合能力极强，但其表达谱却有限。FRs通过内吞机制将叶酸转运到细胞中，存在3种亚型：FOLR1、FOLR2及FOLR3。FOLR1是FRs中研究最多、表达最广泛的，但也仅表达于脉络膜丛、肺、甲状腺和肾脏。虽然FRs在正常细胞中表达量较低，但它们的表达在多种癌症中显著增加。
线虫体内有两种可识别的叶酸转运体，FOLT-1（RFC同源物）和FOLR-1（FR同源物）。其中，FOLT-1广泛表达，其缺失会导致性腺和体细胞功能缺陷，进而缩短线虫的寿命。而细菌叶酸则会通过FOLR-1受体刺激线虫生殖细胞增殖，表明FOLR-1能够独立于OCM调节生殖细胞数量。FR的独立作用，不仅体现在线虫中，研究证明FOLR1在哺乳动物系统中是JAK-STAT3和ERK1/2信号通路的调控因子。虽然FR既可以作为OCM的一部分，也可以独立于它，但目前尚不清楚FR是否能调节衰老，我们将通过这篇文章带您了解叶酸受体是如何影响线虫健康和寿命的。
首先，作者先确定FOLR-1蛋白的表达位置。他们利用mNeonGreen荧光蛋白标记了FOLR-1蛋白，通过观察荧光的分布情况发现，在线虫L4中期未能观察到荧光信号，然而在L4后期至年轻成虫阶段，可在靠近生殖器（vulva）的几个细胞中检测到强的荧光表达（图1），而到了成虫第1天大部分线虫体内荧光信号消失，这表明FOLR-1蛋白的表达具有发育阶段特异性。虽然年轻成虫的单细胞分辨率图谱显示folr-1 mRNA至少在子宫-vulva细胞、子宫背侧细胞和RIS神经元中表达，但由于其低水平表达，未能通过荧光标记观察到。
图1 L4后期线虫vulva附近的荧光表达情况
鉴于其表达模式的局限性，作者猜想可能存在一些特殊的因子抑制FOLR-1在其他组织中的表达。据相关报道显示，lin-53对决定vulva细胞命运的基因转录有抑制作用，并且生殖细胞在lin-53缺失后获得了被重新编程成不同类型神经元的能力。那么，LIN-53是否会调控FOLR-1的表达呢？实验显示，lin-53 RNAi诱导了FOLR-1在肠道和性腺中的异位表达（图2），从而证实了lin-53控制了FOLR-1的限制性表达模式。
图2 lin-53 RNAi对FOLR-1表达产生的差异
针对FOLR-1功能缺失对生理功能的潜在影响，作者通过上源生科的CRISPR/Cas9技术服务构建了2个敲除线虫株folr-1(syb5135)和folr-1(syb4116)，通过与野生型线虫株比较，敲除突变体的寿命、运动活力、产子数量等方面并不受影响（图3），然而深入的RNA-seq分析显示，分别有451个和447个基因被上调和下调，这提示我们FOLR-1的功能缺失可能对这些基因的表达调控产生了影响。
图3 构建的敲除株信息及其寿命、活力与野生型线虫的比较
如前所述，我们已知FR在多种癌症中呈现过表达状态。例如，与健康细胞相比，FOLR1在乳腺癌、肺癌、肾癌和卵巢癌中的表达量要高出100-300倍。那么，FR表达的增加对线虫的生理机能又会产生怎样的影响？在同样构建于上源生科的过表达FOLR-1线虫株PHX4824及PHX4825中发现，FOLR-1的毒性会导致线虫寿命缩短，而且与folr-1敲除突变体相反，过表达FOLR-1的线虫株活力存在明显降低（图4）。
图4 过表达线虫株的寿命、活力与野生型线虫的差异性比较
经过仔细观察与研究，作者发现N2、folr-1(syb4116)和folr-19(syb5135)突变体在OP50培养基上的寿命表现相近，且相较于在HT115培养基上的寿命有所缩短。folr-1过表达线虫株在HT115上的寿命缩短，但它们的寿命与N2及folr-1敲除突变体在OP50上的结果相似（图5），表明folr-1过表达以食物依赖的方式诱导毒性反应。
图5 不同食物对敲除和过表达线虫株的寿命影响
尽管已初步发现升高的FOLR-1水平可能通过饮食和微生物群的交互作用诱导毒性，但具体机制仍需深入研究。虽然我们不能从秀丽隐杆线虫实验中得出对人类癌症患者的直接结论，但我们的数据提出了一种可能性，即异常的肠道微生物群和FR表达增加之间的相互作用可能导致癌症患者的健康状况恶化。这项工作强调了限制性FOLR-1表达对维持身体状态和寿命的重要性。因此，作者的数据为进一步研究这种受体在生物生理学中的作用，特别是在其过表达的条件下，提供了重要依据。
撰文：郑惠
审核；陈岚彬
编辑：余雯
