蜜蜂的免疫系統(tǒng)

李貝貝 張洪慶 周 軍 刁青云 譯

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所，

農(nóng)業(yè)部授粉昆蟲(chóng)生物學(xué)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，北京 100093）

蜜蜂的免疫系統(tǒng)

李貝貝 張洪慶 周 軍 刁青云 譯

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所，

農(nóng)業(yè)部授粉昆蟲(chóng)生物學(xué)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，北京 100093）

蜂群崩潰失調(diào)癥的明顯標(biāo)志是工蜂突然 “消失”。消失原因之一是蜂群的免疫反應(yīng)水平，這種免疫反應(yīng)可以正常抵抗感染，但蜂群中存在這種積極反饋循環(huán)，能導(dǎo)致蜂巢內(nèi)大部分或全部蜜蜂死亡。為了更好地了解發(fā)生了什么，我們必須全面掌握蜜蜂的免疫系統(tǒng)是如何發(fā)揮功能的。

蜜蜂基因組被測(cè)序以后我們都聽(tīng)說(shuō)過(guò)這樣一句話(huà)——與其他的昆蟲(chóng)相比，蜜蜂有更少的免疫基因，這其實(shí)是一個(gè)誤導(dǎo)。蜂群是一個(gè)超級(jí)復(fù)雜的生物體，在不同的水平如單個(gè)細(xì)胞、個(gè)體蜜蜂、蜂群和在當(dāng)?shù)氐姆N群水平中，都具有物理、化學(xué)和行為的防御。蜜蜂有一個(gè)強(qiáng)大而有效的免疫系統(tǒng)，與果蠅等獨(dú)居性昆蟲(chóng)相比，蜜蜂只是免疫系統(tǒng)作用方式有點(diǎn)不同而已。

一、行為邊界障礙

蜂箱是一個(gè)高度密集、潮濕、溫暖的環(huán)境，有許多生活緊密相關(guān)的蜜蜂個(gè)體，也是寄生蟲(chóng)完美的寄生環(huán)境。蜜蜂已經(jīng)生存了數(shù)百萬(wàn)年，顯然，他們已經(jīng)找到了如何與不斷出現(xiàn)的病原體抗?fàn)幍姆椒ā?/p>

第一道防線(xiàn)是避免正面戰(zhàn)爭(zhēng)。蜜蜂通過(guò)在巢內(nèi)表面不斷擦洗和摩擦，梳理自己的身體表面，避免寄生蟲(chóng)寄生。它們用唾液中的抗菌分泌物消毒所有的表面（比如葡萄糖氧化酶能產(chǎn)生消毒劑——過(guò)氧化氫），蜜蜂在植物葉芽和傷口處收集由免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的抗菌樹(shù)脂（即蜂膠），將它們收集回蜂箱。蜜蜂用蜂膠圍繞蜂群制作抗生素膜，它們?cè)谌肟谔幫可虾窈竦囊粚?，在蜂箱?nèi)表面處涂上一層，用蜂膠密封所有的蜂箱縫隙，在蜜蜂巢脾表面上涂一層。

蜂膠涂層已被證明能抑制美洲幼蟲(chóng)病、真菌和蠟螟；Marla Spivak證明了一些地區(qū)的蜂膠能有效對(duì)抗瓦螨。有趣的是，最近發(fā)現(xiàn)蜂膠的存在似乎減少蜜蜂群體免疫上的投入，因此，蜂群通過(guò)從植物中獲得的具有抗微生物的化學(xué)物質(zhì)治病，這樣在對(duì)抗病原體過(guò)程中可以降低代謝消耗！或許我們?cè)陲曫B(yǎng)蜜蜂的時(shí)候不使用太多的蜂膠一直是在搬起石頭砸自己的腳。

為了防止幼蟲(chóng)病的傳播，每一個(gè)幼蟲(chóng)先被分隔在一個(gè)個(gè)清潔過(guò)的巢室中，然后被包裹為蛹狀，這樣能夠保護(hù)蜂蛹免受巢房外的污染。病原體主要由采集蜂帶入蜂群，這些采集蜂可能從被污染的花朵、采集病原菌污染的水或者盜取了一個(gè)生病的蜂巢而沾染上病原體。因此，蜜蜂就會(huì)形成一些習(xí)慣，盡量避免外來(lái)病原體傳播到蜂群中最重要和易受感染的部位，如蜂王和蜂王的產(chǎn)卵圈。

某些必要的采集行為需要設(shè)立檢查機(jī)制，以防止寄生蟲(chóng)或毒素進(jìn)入產(chǎn)卵圈。采集花蜜是引入病原菌的潛在途徑，可以看看蜜蜂是如何處理花蜜的。

首先，采集蜂在采集到有毒的花蜜（或農(nóng)藥）后不返回蜂巢。那些成功返回的蜜蜂也不被允許直接將花蜜存入蜂巢或者飼喂給幼蟲(chóng)，它們必須把花蜜傳遞給一個(gè)中年工蜂。采集者和接受者都使用蜜囊（在胃的前面）去除花蜜中的花粉、灰塵和感染的孢子。這個(gè)奇異的部位由四個(gè)流蘇狀的嘴唇組成，“吞下”植物的花蜜到蜜囊中，就像須鯨從海水中過(guò)濾出浮游生物一樣過(guò)濾出所有的顆粒。一些種類(lèi)的蜜蜂比其他種類(lèi)更能有效地過(guò)濾，從而幫助它們抵抗美洲幼蟲(chóng)病和微孢子蟲(chóng)。

為了能夠過(guò)濾出孢子，蜜蜂分泌抗菌酶進(jìn)入花蜜。不僅如此，它們自身也供養(yǎng)了兩個(gè)特殊的友好型乳酸桿菌，這些有益細(xì)菌抑制酵母、致病菌和真菌生長(zhǎng)。另一方面，采集花粉的蜜蜂不直接將花粉放在產(chǎn)卵圈的周邊。Martha Gilliam的研究指出，蜜蜂卸載花粉時(shí)會(huì)帶有能產(chǎn)生抗生素的有益霉菌和細(xì)菌，幫助其保存食物，這些菌對(duì)致病微生物是致命的。為了進(jìn)一步隔離幼蟲(chóng)免受花粉中的病原體侵染，蜜蜂的食物會(huì)被飼喂蜂吃掉并消化轉(zhuǎn)變成蜂王漿 （就像是哺乳動(dòng)物吃掉食物變成奶），蜂王漿中包含抗菌脂肪酸和多肽。

二、衛(wèi)生清潔行為

幼蟲(chóng)患病或死亡后被成年清潔蜂清除到蜂巢外。這個(gè)疾病防御機(jī)制首先被Park證明，Rothenbuhler將它命名為“衛(wèi)生清潔行為”。Steve Taber選擇性飼養(yǎng)并用冰凍殺死幼蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明 “衛(wèi)生清潔行為”，Marla Spivak繼續(xù)從事這方面的研究，鼓勵(lì)了許多商業(yè)化蜂王生產(chǎn)者通過(guò)這種特性來(lái)選擇性育王。

衛(wèi)生行為至少涉及七個(gè)基因，最重要的是能及時(shí)聞到患病幼蟲(chóng)的氣味并且在它傳染之前清走。 “衛(wèi)生清潔行為”可以用來(lái)選育蜜蜂。需要注意的是，這種方法去除死亡幼蟲(chóng)能導(dǎo)致幼蟲(chóng)年齡不均勻，形成不規(guī)則圖案（鳥(niǎo)槍圖案或者花子），或者造成其他病毒的侵染。

雖然蜂群遭受?chē)?yán)重細(xì)菌（例如美洲幼蟲(chóng)腐臭?。└腥?，絕大多數(shù)幼蟲(chóng)感染后并不表現(xiàn)出明顯癥狀。

三、其他行為

許多蜜蜂病原體對(duì)溫度敏感，蜜蜂個(gè)體或者群體能夠發(fā)熱來(lái)殺死微孢子蟲(chóng) (Martin-Hernandez 2009)、白堊病（Starks 2000），甚至螨（Currie 2008）。 在蜂群崩潰失調(diào)癥蜂群中，寒冷和缺少溫度調(diào)節(jié)在病原體增殖和蜜蜂免疫應(yīng)答中發(fā)揮主要作用。

最后，蜜蜂會(huì)犧牲自己或者放棄蜂巢來(lái)抵抗寄生蟲(chóng)。瓦螨的自然宿主東方蜜蜂，在螨種群建立時(shí)只需飛逃，就可以把螨留在幼蟲(chóng)上。飛逃可能是一種遠(yuǎn)離寄生物累積并建立新的沒(méi)有病原菌蜂群的一種行為。薩凡納蜜蜂和非洲化蜜蜂的標(biāo)志是分蜂和潛逃行為。意大利蜜蜂很少飛逃，因此意大利蜜蜂更容易被瓦螨和東方蜜蜂微孢子蟲(chóng)大量寄生。

蜂群可能會(huì)責(zé)備蜂王讓它們?nèi)静〔⑶移髨D用帶有更成功的混合基因的新蜂王取代老蜂王。這種行為的缺點(diǎn)是蜂房中的剩余蜂群取決于新王是否成功交配和接管產(chǎn)卵的任務(wù)。不幸的是，在這樣的病群中新女王很有可能早就被感染了，或者新王不能與足夠健康的雄蜂交配。不論發(fā)生何種情況，結(jié)果都是成為無(wú)蜂王群。在瓦螨數(shù)量增加時(shí)，病毒增多，這能夠幫助解釋與二十年前相比為什么我們觀察到的無(wú)王群出現(xiàn)幾率增大。

溫度降低的早春和秋天是疾病多發(fā)的時(shí)間，蜂群在這個(gè)階段會(huì)損失許多老成員?？赡苁欠淙簽榱朔乐乖谙奶熘胺e累病菌或順利越冬而 “清理”老成員、染病蜜蜂，以降低病原菌流行。

四、機(jī)械和生理屏障

蜜蜂第一道屏障僅是避免、排除和移動(dòng)，在染病蜜蜂傳染其他蜜蜂之前殺死它。蜜蜂通過(guò)強(qiáng)壯的防護(hù)層的保護(hù)免受病原體侵染。只要這種生物活性防護(hù)層是完整的，細(xì)菌和病毒就不能侵染。即便蜜蜂呼吸道也有一種能滲透水的表層。當(dāng)呼吸道受傷的時(shí)候，暴露的血淋巴（一種充滿(mǎn)昆蟲(chóng)體腔的液體，有充當(dāng)血液和細(xì)胞內(nèi)淋巴液的功能，但是不攜帶氧氣）就會(huì)用類(lèi)似哺乳動(dòng)物的方法迅速凝固。免疫細(xì)胞（血細(xì)胞）在受傷處吞噬侵染物，酚酶的化學(xué)級(jí)聯(lián)反應(yīng)將凝塊降解成惰性的不滲透的屏障。注意，這種粗略的處理可能會(huì)損壞蜜蜂皮膚表層，短暫的暴露血淋巴，這個(gè)短暫的時(shí)間可能就會(huì)使病毒侵入蜜蜂的身體。

蜜蜂身體中最虛弱的部分是腸道，蜜蜂身體中的腸道能夠接觸到大量的外界病原體。前腸（這部分從口腔到胃部）內(nèi)表層有一層特殊的表皮，當(dāng)病原菌（不是有益菌）感染時(shí)可以脫落，然后慢慢移動(dòng)到中腸。

昆蟲(chóng)用一種靈巧的方法保護(hù)中腸，中腸中由幾丁質(zhì)內(nèi)層（又稱(chēng)圍食膜），保護(hù)柔弱的中腸上皮組織免受花粉粒和潛在入侵者 （小孢子蟲(chóng)發(fā)育時(shí)必須穿過(guò)圍食膜和刺穿上皮細(xì)胞才能感染蜜蜂）的危害。這些腸道內(nèi)腔對(duì)病原體有強(qiáng)烈抵抗作用，它是弱酸性的并且其上皮細(xì)胞能產(chǎn)生消化酶，抗菌肽和結(jié)合蛋白。然而，腸道仍舊是美洲幼蟲(chóng)腐臭病、歐洲幼蟲(chóng)腐臭病、白堊病侵染蜜蜂的主要途徑。

五、個(gè)體免疫系統(tǒng)反應(yīng)

雖然昆蟲(chóng)不表現(xiàn)出復(fù)雜的適應(yīng)或后天獲得的免疫能力（就像人對(duì)新的病原體產(chǎn)生抗體），昆蟲(chóng)的先天性免疫系統(tǒng)與人類(lèi)基本相似。

個(gè)體免疫系統(tǒng)的第一步是識(shí)別自我和非我成分。每種類(lèi)型病原體中的特定蛋白質(zhì)是蜜蜂免疫系統(tǒng)識(shí)別入侵者的關(guān)鍵，比如細(xì)菌的表面蛋白就不同。蜜蜂防護(hù)系統(tǒng)既包括后天形成的，也包括先天存在的，一直處于備戰(zhàn)狀態(tài)。血細(xì)胞識(shí)別入侵者，氧化酶開(kāi)始一系列的化學(xué)反應(yīng)，一般結(jié)果是將入侵者吞噬或者包裹，用一系列的化學(xué)物質(zhì)（例如奎寧、酚類(lèi)和活性氧）將其殺死。這些血細(xì)胞可能程序性死亡或者被一種黑色素聚合物包裹（你能在被蜜蜂移除白色死蛹中看到這些黑色部分）。

這個(gè)防御系統(tǒng)工作很快。Haine（2008）發(fā)現(xiàn)黃粉蟲(chóng)能夠在30分鐘內(nèi)清理注入體內(nèi)的四百萬(wàn)個(gè)細(xì)菌！在這個(gè)快速反應(yīng)過(guò)程中，血細(xì)胞釋放化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核，使某些免疫反應(yīng)基因表達(dá)量增高，接著轉(zhuǎn)錄RNA信使，移出細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到核糖體，將基因指令翻譯成抗菌肽。這就是誘導(dǎo)效應(yīng)，至少需要1～3h開(kāi)始（在99.5%的細(xì)菌死亡之后），12～18h達(dá)到最高水平。誘導(dǎo)反應(yīng)會(huì)持續(xù)數(shù)周，這些抗菌肽會(huì)傳遞給同伴使其在感染之前有抗性。獨(dú)居的昆蟲(chóng)無(wú)法做到這點(diǎn)。

需要注意的是抗菌肽在脂肪體中大量產(chǎn)生，采集蜂體內(nèi)脂肪體含量較少，因此采集蜂含有的抗菌肽較少。采集蜂壽命短也就容易理解了。然而要注意的是蜜蜂在缺少蛋白質(zhì)的群中不能夠積累足夠的脂肪，這一點(diǎn)證明了營(yíng)養(yǎng)與免疫力的相互關(guān)系。

（作者RANDY OLIVER發(fā)表在Scientific Beekeeping.com，PloS Pathog 8(12):e1003083.doi:10.1371/journal.ppat.1003083）