中国农业大学植保学院周欣、张雪团队在解析蜜蜂肠道菌调控宿主能量代谢方面取得突破性进展

　　中国农大新闻网讯 蜜蜂是重要的传粉者和生产者，而蜜蜂传粉和产蜜服务功能的生物学基础是它们对花粉和花蜜的专一食性。花蜜中的糖浓度可以高达50%以上，而高糖食物通常会导致动物出现胰岛素抵抗和代谢紊乱等症状。那么，蜜蜂是如何在完全依赖于粉、蜜食物的情况下维持代谢稳态，避免类似糖尿病的症状呢？

 

　　中国农业大学植物保护学院昆虫学系的周欣、张雪团队近期在《美国科学院院刊》（PNAS）发表了题为“Lactobacillus Firm-5-derived succinate prevents the honeybees from having diabetes-like symptoms”的研究成果。该研究揭示去除天然肠道菌群的蜜蜂的确获得了类似人类I型糖尿病的症状，而肠道菌的定植则恢复了宿主对胰岛素分泌的调控，帮助宿主在高糖食物下维持代谢稳态。

 

　　进一步的机制研究表明，肠道菌定植能够刺激无菌蜜蜂头部胰岛素样肽基因（Insulin-like peptides 1，ilp1）的表达，缓解无菌蜜蜂的类I型糖尿病症状，包括降低血淋巴葡萄糖含量，同时提高脂质和糖代谢相关基因表达，促进能量储存物质甘油三酯的积累。代谢组分析发现，肠道菌定植组中蜜蜂三羧酸循环代谢物发生了显著变化，其中琥珀酸含量显著升高。而为无菌蜂补充琥珀酸可以大幅提高无菌蜜蜂头部ilp1的表达，同时显著降低其血糖水平。通过组学分析和体内、体外实验证实，蜜蜂肠道菌Lactobacillus Firm-5是发酵产生琥珀酸的优势菌。Lactobacillus Firm-5具有编码单亚基型琥珀酸还原酶（Fumarate reductase，Frd）的基因，通过反向三羧酸途径发酵产生琥珀酸。对无菌蜜蜂直接补充琥珀酸或者接种Lactobacillus Firm-5，都能够有效缓解由ilp1表达受损而导致的高血糖等代谢紊乱症状。进一步研究揭示，Lactobacillus Firm-5产生的琥珀酸激活了肠道糖异生，进而激活脑部胰岛素基因的表达。而使用RNAi对果糖-1，6-二磷酸酶（Fructose-1，6-bisphosphatase，Fbp）基因敲降，抑制肠道糖异生则显著降低了拥有正常菌群及定植了Lactobacillus Firm-5的蜜蜂头部ilp1基因的表达。这一机制与人类调节胰岛素分泌的方式非常相似，表明蜜蜂与哺乳动物在代谢调控上存在共性。

 

　　能量代谢稳态在蜜蜂的个体生长发育，行为分工的转换和维持群体功能过程中发挥着至关重要的作用。本研究揭示了蜜蜂肠道微生物在维持宿主能量代谢稳态中扮演着关键角色，这一调控机制在昆虫中是首次发现。研究结果揭示了蜜蜂如何依赖肠道细菌及其代谢产物来维持健康，不仅为保护蜜蜂这一关键传粉昆虫提供了新思路，也为研究人类代谢性疾病开辟了新视角。

 

　　中国农业大学生物学院2018级博士生韩本凤为论文第一作者，中国农大植物保护学院周欣和张雪为论文通讯作者。中国农业大学食品科学与营养工程学院郑浩教授团队、中国农业大学植物保护学院沈杰教授团队、中国农业大学生物学院楼慧强教授团队、中国农业科学院蜜蜂研究所孟丽峰副研究员为本工作提供了重要的支持和指导。本研究获得了国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目、国家高层次人才特支计划、中国农业大学2115人才发展计划，以及中国农业大学三亚研究院项目的资助和支持。