近日，來自加州大學舊金山分校的研究人員在【 nature communication 】上發表了一篇題為「 Integrative single-cell characterization of a frugivorous and an insectivorous bat kidney and pancreas 」的論文，這篇文章為我們揭開了「果蝠為何食用大量糖分而不影響健康」的神秘一角。
果食性，就是以水果為主要飲食也能很好生存的能力，擁有這一能力使得哺乳動物得以擴充套件其生態席位，果蝠就是其中一個展現果食性的群體，從生理和分子適應力變化上看，適應以水果為主的飲食需要多重形態學和代謝方面的適應力變化。這包括感覺適應力的提升，如增強的視覺和嗅覺，以及形態適應力，包括頭骨、舌頭、小腸、腎臟和胰腺等器官的變化，還有代謝適應力的調整，包括轉運蛋白的損失和增加的活性。
果食性帶來的一個主要挑戰是高血糖水平，可能導致糖尿病。果蝠在迅速控制高糖水平方面表現出色，盡管它們攝入的糖分比非果食性蝙蝠更多，卻能更快地降低血糖。因此果蝠的胰腺對葡萄糖和胰島素表現出高度敏感。此外，水果富含水分，但相對貧乏電解質如鈉和鈣，因此果蝠的腎臟必須做出多種調整來進行適應。因此，研究人員重點關註了果蝠的胰腺和腎臟功能的特殊性。
在這項研究中，科學家運用整合的單細胞RNA測序（scRNA-seq）和單細胞ATAC測序（scATAC-seq）技術，對昆蟲食蝙蝠和果食蝙蝠的成年個體進行了研究，旨在辨識與果食性適應有關的腎臟和胰腺中的細胞群、基因和調控元素差異。研究人員總計分析了來自八只昆蟲食蝙蝠和七只果食蝙蝠的34,696個細胞，同時建立了一個跨物種的整合分析框架，利用人類和小鼠單細胞腎臟和胰腺標記物對細胞類別進行了註釋。
上圖所示的就是代表性的演化樹，展示了蝙蝠果食性的演變。圖中的甲蟲表示以昆蟲為食的譜系，香蕉表示以水果為食的譜系。數碼單位為百萬年。
作者團隊的研究揭示了食蟲蝙蝠和食果蝙蝠在細胞類別、基因表現和基因調控方面的差異。在果食蝙蝠的腎臟中，更多的集合管細胞被觀察到，並行現與液體和電解質平衡相關的基因表現變化，如圖二所示。而在果食蝙蝠的胰腺中，研究人員發現了相對更少的外分泌細胞，以及與胰島素分泌和葡萄糖響應有關的基因表現變化，如下圖所示。
透過單細胞ATAC測序的轉錄因子（TF）分析，作者發現了兩種蝙蝠的飲食類別之間TF結合位點的差異。簡單來說，研究結果表明，果食蝙蝠的腎臟和胰腺表現出了許多糖尿病的特征，例如腎臟中鉀的排泄、糖的生成和葡萄糖的重吸收增加，以及胰腺中胰島素的分泌增加和高血糖。
在果蝠中，胰腺和腎臟的組成正在不斷演變，以適應它們的飲食。胰腺有更多的細胞來產生胰島素，它告訴身體降低血糖，並且有更多的細胞來產生胰高血糖素。與此同時，果蝠的腎臟在過濾血液時有更多的細胞來捕獲稀缺的鹽。當我們仔細檢視時能夠觀察到，這些細胞中的調控DNA已經發生了前進演化，其可以開啟或關閉水果代謝的相關基因。相比之下，大棕色蝙蝠擁有更多的細胞來分解蛋白質和保留水分。這些細胞中的基因表現經過調整，以適應昆蟲飲食。盡管果蝠的某些生物學特性與人類糖尿病患者相似，但果蝠似乎演變出了一些人類只能夢想的東西：熱愛甜食卻沒有任何不良後果。
研究團隊的Gordon說：「從實驗室老鼠等模型生物中退一步，在自然界中發現人類健康危機的可能解決方案，這是非常了不起的。」 蝙蝠已經明白了這一點，這一切都存在於它們的 DNA 中，而這一切，都是自然選擇的結果。
參考文獻：
Gordon, W.E., Baek, S., Nguyen, H.P. et al. Integrative single-cell characterization of a frugivorous and an insectivorous bat kidney and pancreas. Nat Commun 15, 12 (2024). https:// doi.org/10.1038/s41467- 023-44186-y
