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研究背景、存在的科学问题及研究意义：昆虫的发育过程受到三大激素：蜕皮激素(20-羟基蜕皮酮,20-Hydroxyecdysone,20E),保幼激素(Juvenile hormone, JH)以及胰岛素(insulin)共同调控。其中20E是一种重要的昆虫激素,它在昆虫蜕皮变态过程中起着重要的作用。20E以自由扩散的方式进入细胞核结合蜕皮激素核受体(ecdysone receptor, EcR), EcR结合超气门蛋白(ultraspiracle protein, USP)形成异二聚体,启动蜕皮激素接受子3(Hormone receptor 3, HR3),以及Broad等一系列基因转录,经过级联信号传递启动蜕皮和变态的生理过程。最近的研究发现20E在基因组信号通路启动前会先启动G蛋白偶联受体(G protein coupled receptors, GPCR)介导的非基因组信号通路,引起包括钙离子内流和蛋白质磷酸化。20E通过蜕皮激素响应的GPCR (Ecdysone response G protein coupled receptors, ErGPCR),经过磷脂酶C以及蛋白激酶C (protein kinase C, PKC)介导USP的磷酸化,但是20E信号终止(脱敏)的机理尚不清楚。β-抑制蛋白1 (β-arrestin1)是一类进化保守的参与GPCR脱敏的分子,在果蝇中,β-arrestin1 (Kurtz)参与多种受体的脱敏,但β-arrestin1在昆虫蜕皮激素信号中的脱敏机制仍然不清楚。胰岛素控制前胸腺(prothoracic glands, PGs)的生长决定蜕皮激素的释放,并且蜕皮激素通过拮抗胰岛素信号抑制细胞的生长。胰岛素通过胰岛素受体InR将信号转导到细胞内,通过接头蛋白Chico介导PI3K110磷酸化,并进一步磷酸化蛋白激酶B (protein kinase B, PKB,又被称作Akt)。磷酸化的Akt能进一步磷酸化叉头框蛋白(Forkhead box, FoxO),使其定位在细胞质中,抑制凋亡的发生。在果蝇研究中发现,蜕皮激素抑制Akt的磷酸化,但具体分子机理还不清楚。棉铃虫(Helicoverpa armigera)属鳞翅目夜蛾科,是重要的农业害虫,且易于人工饲养,已经逐渐成为研究昆虫生长发育的重要实验生物。本文以鳞翅目昆虫棉铃虫作为研究材料,探索P-arrestin 1在蜕皮激素信号脱敏中的功能及作用机制,对丰富动物甾醇类激素调控机理有重要的意义。胰岛素作为昆虫发育调控重要激素,探究Akt在蜕皮激素信号拮抗胰岛素信号中的作用,对进一步解棉铃虫发育的的分子机理,以及胰岛素和蜕皮激素协同调控昆虫发育的机理提供新的依据。实验结果及结论：1.β-arrestinl参与蜕皮激素信号终止作用利用免疫印迹实验发现β-arrestinl在表皮、中肠、脂肪体的变态时期高表达,幼虫中干扰β-arrestinl可导致提前化蛹以及嵌合蛹的形成,并且干扰和细胞系过表达实验证明β-arrestinl可会降低20E应答基因的表达。进一步的免疫细胞实验发现20E诱导β-arrestinl从细胞质向细胞膜迁移,并与ErGPC R1相互作用,GPCR的抑制剂和PKC的抑制剂能够抑制20E诱导的β-arrestinl的磷酸化以及向细胞膜的迁移。进一步的突变实验发现,20E调控β-arrestinl在丝氨酸170和234位氨基酸的磷酸化和移位。这些结果表明,20E通过ErGPCR1-和PKC-信号诱导β-arrestin1磷酸化；磷酸化的β-arrestin1从细胞质迁移到细胞膜与ErGPCRl相互作用,以反馈调节的方式来阻断20E信号。本文阐明20E信号终止的机制,丰富了动物类固醇激素非基因组信号转导途径。2.蜕皮激素通过抑制Akt磷酸化拮抗胰岛素信号从棉铃虫细胞系干扰Akt或高浓度的20E均能上调凋亡相关基因的表达,导致细胞凋亡。免疫印迹实验结果显示,20E能够抑制Akt-PH结构域的向细胞膜的迁移并抑制Akt的磷酸化,为探究上游的调控机理,我们检测20E诱导后PTEN (phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten,种磷酸酯酶)的表达,结果发现PTEN能受20E诱导上调表达,并且干扰PTEN能解除20E对Akt磷酸化和细胞膜迁移的抑制。干扰转录因子EcRB1和USP1能抑制20E诱导的PTEN的表达。这些结果表明,蜕皮激素通过EcRB1和USP1上调PTEN的表达抑制Akt的磷酸化,从而上调凋亡相关基因的表达导致细胞凋亡,此研究阐明20E信号拮抗胰岛素信号的具体分子机理。