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饮食限制是目前公认的具有改善衰老相关疾病和延长寿命的有效手段，该效应从单细胞生物到高等哺乳动物均有验证，但是机制还不完全清楚，特别是免疫基因在饮食限制过程中是否受到影响有待进一步研究。解析饮食限制延长寿命现象背后的分子机制，对其合理应用以及开发抗衰老相关药物有一定意义。
家蚕是重要的模式动物，具有寡食性，世代周期短，繁殖力强，遗传背景清晰等特点，是研究饮食限制良好的实验模型。现有的研究表明，与延长寿命相关的一些基因和信号通路在家蚕中都存在，这为利用家蚕模型从分子水平开展限食延长寿命机制的研究奠定了基础。
本研究利用家蚕制作饮食限制模型，通过转录组和蛋白质组解析其延长家蚕寿命的机制。同时，对家蚕进行病原微生物感染，来研究饮食限制能否增强免疫，并通过转录组鉴定受到饮食限制影响的免疫基因，阐明饮食限制对免疫的影响。
本研究主要结果如下：
1、本研究通过严格控制家蚕食叶时间(食叶16h/天)的方式建立了家蚕饮食限制模型。该限食方式造成家蚕食叶量减少19%，幼虫寿命延长15%，整个生命周期延长10%。饮食限制使幼虫和蛹的重量发生显著下降，雌蛾产卵量和雄蛾精巢中的精子数显著降低，但造模过程中幼虫个体健康，无死亡现象。表明采用该方式制备的家蚕饮食限制模型可用于后续研究。
2、饮食限制引起家蚕生理生化变化。使得家蚕幼虫体壁出现尿酸盐积累，进一步检测发现尿酸代谢中三种关键酶基因的表达发生变化，即黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase)，尿酸酶(uricase)，尿囊酸酶(allantoicase)。另外，饮食限制影响了家蚕部分血淋巴生化指标。饮食限制引起家蚕血淋巴蛋白含量降低了44.8%。血淋巴中丙二醛(MDA)的含量显著上调，但总抗氧化能力和超氧化物歧化酶(SOD)并无明显变化，表明饮食限制没有显著影响血淋巴的抗氧化能力。另外，饮食限制加快了家蚕血淋巴体外黑化速度，暗示了其与免疫可能存在关联。
3、转录组和蛋白质组结果均显示能量代谢、脂代谢、氨基酸及蛋白质代谢在饮食限制延长寿命过程中具有重要作用。饮食限制组(DR-PBS)和正常饮食组(AL-PBS)家蚕幼虫脂肪体转录组分析，发现饮食限制引起240个基因表达发生显著变化，其中191个基因表达上调，49个基因表达下调。这些差异表达基因主要涉及氨基酸和蛋白代谢，RNA代谢和转录，能量代谢，氮素代谢以及保幼激素信号通路。DR-PBS组和AL-PBS组家蚕脂肪体的荧光差异凝胶电泳(2D-DIGE)分析，发现31个差异蛋白点，质谱鉴定出11个蛋白点，其中在DR-PBS组中上调的有4个，AL-PBS组中上调的有7个，涉及能量代谢、脂代谢、氨基酸及蛋白质代谢等途径。鉴定出的蛋白点中有7个蛋白与转录组数据相吻合，包括烯醇化酶(Enolase)、3种低分子量30kDa脂蛋白(Low molecular 30 kDa lipoprotein)、60S核糖体蛋白(60S ribosomal protein)、过氧化物还原酶(Peroxiredoxin)、热休克蛋白70kDa蛋白(Heat shock 70 kDa protein)。
4、饮食限制在感染的早期具有一定缓解感染的作用。用四种不同类型的病原微生物即金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)、大肠杆菌(革兰氏阴性菌)、绿僵菌(真菌)和家蚕核型多角体病毒(病毒)对家蚕幼虫进行侵染，发现饮食限制感染组家蚕幼虫出现死亡的时间点比相应的正常饮食感染组推迟12h。通过对饮食限制感染金黄色葡萄球菌组(DR-SA)家蚕幼虫的研究，发现该组在感染12h和24h时血淋巴中金黄色葡萄球菌数量显著低于正常饮食的感染组(AL-SA)，在感染36h时DR-SA中肠围食膜也较AL-SA完整，表明饮食限制延缓金黄色葡萄球菌对中肠的侵袭，在感染的早期DR-SA组家蚕的感染严重程度较轻。
5、与正常饮食组感染金黄色葡萄球菌(AL-SA)相比，饮食限制组感染组(DR-SA)的相关免疫基因表达均下调。DR-SA和AL-SA组的家蚕幼虫脂肪体转录组研究，发现有117个基因表达发生显著差异，其中33个上调，84个下调。感染造成DR-SA组12种免疫相关基因(BmPGRP-S1，BmPGRP-S2，BmCTL10，BmCTL19，BmSPN2，BmSPN7，BmLys，BmCecD，BmEnbocin2，BmGloverin1,BmGloverin2和BmGloverin4)表达下调，这些基因的荧光定量PCR检测证实了同样的结论。本研究转录组取材时间点为感染金黄色葡萄球菌24h，该时间点DR-SA组较低的血淋巴中细菌载量，较轻的感染程度，可能是导致DR-SA组免疫相关基因呈现下调的原因。
6、饮食限制引起感染后不同的识别受体表达发生变化，该受体能够激活下游免疫通路。AL-SA组与AL-PBS组转录组分析发现，感染后免疫识别受体BmPGRP-S1和BmPGRP-S2表达显著上调。DR-SA组与DR-PBS组转录组分析发现，感染后免疫识别受体BmβGRP-2和BmSCRAC1表达显著上调。不同的识别受体可激活的不同免疫通路，提示饮食限制会引起免疫通路激活的类型或激活的程度发生变化。
家蚕是重要的模式动物，具有寡食性，世代周期短，繁殖力强，遗传背景清晰等特点，是研究饮食限制良好的实验模型。现有的研究表明，与延长寿命相关的一些基因和信号通路在家蚕中都存在，这为利用家蚕模型从分子水平开展限食延长寿命机制的研究奠定了基础。
本研究利用家蚕制作饮食限制模型，通过转录组和蛋白质组解析其延长家蚕寿命的机制。同时，对家蚕进行病原微生物感染，来研究饮食限制能否增强免疫，并通过转录组鉴定受到饮食限制影响的免疫基因，阐明饮食限制对免疫的影响。
本研究主要结果如下：
1、本研究通过严格控制家蚕食叶时间(食叶16h/天)的方式建立了家蚕饮食限制模型。该限食方式造成家蚕食叶量减少19%，幼虫寿命延长15%，整个生命周期延长10%。饮食限制使幼虫和蛹的重量发生显著下降，雌蛾产卵量和雄蛾精巢中的精子数显著降低，但造模过程中幼虫个体健康，无死亡现象。表明采用该方式制备的家蚕饮食限制模型可用于后续研究。
2、饮食限制引起家蚕生理生化变化。使得家蚕幼虫体壁出现尿酸盐积累，进一步检测发现尿酸代谢中三种关键酶基因的表达发生变化，即黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase)，尿酸酶(uricase)，尿囊酸酶(allantoicase)。另外，饮食限制影响了家蚕部分血淋巴生化指标。饮食限制引起家蚕血淋巴蛋白含量降低了44.8%。血淋巴中丙二醛(MDA)的含量显著上调，但总抗氧化能力和超氧化物歧化酶(SOD)并无明显变化，表明饮食限制没有显著影响血淋巴的抗氧化能力。另外，饮食限制加快了家蚕血淋巴体外黑化速度，暗示了其与免疫可能存在关联。
3、转录组和蛋白质组结果均显示能量代谢、脂代谢、氨基酸及蛋白质代谢在饮食限制延长寿命过程中具有重要作用。饮食限制组(DR-PBS)和正常饮食组(AL-PBS)家蚕幼虫脂肪体转录组分析，发现饮食限制引起240个基因表达发生显著变化，其中191个基因表达上调，49个基因表达下调。这些差异表达基因主要涉及氨基酸和蛋白代谢，RNA代谢和转录，能量代谢，氮素代谢以及保幼激素信号通路。DR-PBS组和AL-PBS组家蚕脂肪体的荧光差异凝胶电泳(2D-DIGE)分析，发现31个差异蛋白点，质谱鉴定出11个蛋白点，其中在DR-PBS组中上调的有4个，AL-PBS组中上调的有7个，涉及能量代谢、脂代谢、氨基酸及蛋白质代谢等途径。鉴定出的蛋白点中有7个蛋白与转录组数据相吻合，包括烯醇化酶(Enolase)、3种低分子量30kDa脂蛋白(Low molecular 30 kDa lipoprotein)、60S核糖体蛋白(60S ribosomal protein)、过氧化物还原酶(Peroxiredoxin)、热休克蛋白70kDa蛋白(Heat shock 70 kDa protein)。
4、饮食限制在感染的早期具有一定缓解感染的作用。用四种不同类型的病原微生物即金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)、大肠杆菌(革兰氏阴性菌)、绿僵菌(真菌)和家蚕核型多角体病毒(病毒)对家蚕幼虫进行侵染，发现饮食限制感染组家蚕幼虫出现死亡的时间点比相应的正常饮食感染组推迟12h。通过对饮食限制感染金黄色葡萄球菌组(DR-SA)家蚕幼虫的研究，发现该组在感染12h和24h时血淋巴中金黄色葡萄球菌数量显著低于正常饮食的感染组(AL-SA)，在感染36h时DR-SA中肠围食膜也较AL-SA完整，表明饮食限制延缓金黄色葡萄球菌对中肠的侵袭，在感染的早期DR-SA组家蚕的感染严重程度较轻。
5、与正常饮食组感染金黄色葡萄球菌(AL-SA)相比，饮食限制组感染组(DR-SA)的相关免疫基因表达均下调。DR-SA和AL-SA组的家蚕幼虫脂肪体转录组研究，发现有117个基因表达发生显著差异，其中33个上调，84个下调。感染造成DR-SA组12种免疫相关基因(BmPGRP-S1，BmPGRP-S2，BmCTL10，BmCTL19，BmSPN2，BmSPN7，BmLys，BmCecD，BmEnbocin2，BmGloverin1,BmGloverin2和BmGloverin4)表达下调，这些基因的荧光定量PCR检测证实了同样的结论。本研究转录组取材时间点为感染金黄色葡萄球菌24h，该时间点DR-SA组较低的血淋巴中细菌载量，较轻的感染程度，可能是导致DR-SA组免疫相关基因呈现下调的原因。
6、饮食限制引起感染后不同的识别受体表达发生变化，该受体能够激活下游免疫通路。AL-SA组与AL-PBS组转录组分析发现，感染后免疫识别受体BmPGRP-S1和BmPGRP-S2表达显著上调。DR-SA组与DR-PBS组转录组分析发现，感染后免疫识别受体BmβGRP-2和BmSCRAC1表达显著上调。不同的识别受体可激活的不同免疫通路，提示饮食限制会引起免疫通路激活的类型或激活的程度发生变化。