Royalactin誘導幼蟲發育成蜂王

劉 芳 蘇松坤編譯

影響蜜蜂級型分化的決定因子是什么？這是科學家非常關注的問題。工蜂和蜂王都是由受精卵發育而成，只因發育過程中所處的環境和食物不同而引起巨大差異，蜂王的個體大小約是工蜂的1.5倍，而壽命更是工蜂的約20倍。此前的研究表明，蜂王與工蜂兩型分化的形成是由它們進食的蜂王漿決定的，但是，蜂王漿中的何種成分促使幼蟲變身蜂王，一直是個謎。

2011年4月24日，《Nature》報道日本富山縣立大學鐮倉昌樹博士發現蜂王漿中的一種57-kDa蛋白（也稱Royalactin）使蜜蜂幼蟲變成蜂王。這種蛋白質在果蠅（Drosophila melanogaster）上有類似的效果。研究發現，Royalactin能激活一種叫做p70 S6激酶，這個激酶對幼蟲體型的變大有重要的作用，它能夠增加細胞分裂素活化蛋白激酶的活性（該酶在縮短蟲體發育時間中起重要作用），提高卵巢管發育必需的保幼激素水平。

鐮倉昌樹研究發現，敲除蜜蜂和果蠅脂肪體中的表皮生長因子受體（Egfr），能阻礙Royalactin誘導的所有形態變化。這些研究表明，Royalactin是蜂王漿中的一個通過Egfr-調節信號通道來誘導幼蟲發育成為蜂王的特殊因子。

一、蜂王漿中的級型分化誘導因子

鐮倉昌樹分別用新鮮的蜂王漿和在40℃條件下存放30天的蜂王漿喂養蜜蜂幼蟲，發現只有食用新鮮蜂王漿的幼蟲發育成蜂王，而食用在40℃條件下貯藏了30天的幼蟲完全發育成工蜂。研究發現，新鮮蜂王漿中“Royalactin”能促進提高生長激素的分泌量，使幼蟲出現體格變大、卵巢發達等蜂王的特征。

接下來鐮倉昌樹對因長期貯存而成分變化的蜂王漿進行分析。他分析了蜂王漿中的維他命、10-羥基-2-癸烯酸、碳水化合物、脂肪酸和蛋白質，實驗中發現，Royalactin能夠提高蜜蜂的保幼激素水平，該激素在幼蟲發育期間的第5齡決定幼蟲向蜂王方向發育，Royalactin對級型分化的促進作用不是營養性的影響而是形態學上的影響。Royalactin是蜂王漿中誘導級型分化的主要活化因子。

很意外的是，鐮倉昌樹發現蜂王漿和Royalactin對果蠅（Drosophila melanogaster）有類似的影響，果蠅也同樣出現體長、產卵數和壽命等方面的增長。這說明這一蛋白質對生物特征的影響是跨物種的。

二、蜂王漿通過表皮生長因子受體（Egfr）影響果蠅的表型

鐮倉昌樹研究了蜂王漿對表皮生長因子受體（Egfr）變種果蠅的發育的影響，發現蜂王漿不能增加該變種的體型大小，也不能縮短其發育時間。接下來，鐮倉昌樹通過研究確定果蠅中蜂王漿功能的組織特異性實驗，發現是脂肪體中Egfr信號影響著果蠅體型的增加和發育時間的縮短。

接著鐮倉昌樹又證實Royalactin是通過脂肪體中的Egfr來激活S6K來充當形態發生因子，達到增加體型大小，同時也激活MAPK通路，從而降低果蠅的發育時間。他還發現果蠅形態變化伴隨著Royalactin的過表達。

三、Royalactin改變果蠅的激素代謝

為了調查由Royalactin誘導引起果蠅形態上改變和其激素調節的生理上改變之間的關系，鐮倉昌樹檢測了進食蜂王漿的野生型果蠅幼蟲發育過程中活化的蛻皮素、20-羥基蛻皮酮（20E）和保幼激素生物合成的變化情況。同時還檢測了脂肪體中卵黃蛋白的表達，因為保幼激素能誘導脂肪體中卵黃蛋白的生成，而這一物質是卵黃合成必需的，從而促進果蠅產卵。

實驗結果發現，Royalactin通過一種通路來激活脂肪體中的Egfr信號，而且這個通路則不同于調節體型大小和發育時間的通路，誘導保幼激素合成，從而也就導致了卵黃蛋白表達量的增加，因此提高了果蠅的生殖能力。其中脂肪體中的S6K只參與了體型大小的調節。

四、利用RNAi技術抑制蜂王的形成

為確定參與級型發育的信號通路，鐮倉昌樹飼養了經過RNAi技術處理后沒有胰島素受體（InR）和表皮生長因子（Egfr）表達的蜜蜂（Apis mellifera）幼蟲,發現用經蜂王漿飼喂后的InR被抑制的蜜蜂幼蟲，其成蟲體型，發育時間和卵巢管大小不受影響，但是Egfr抑制的幼蟲，與對照組相比，其成蜂體型變小，卵巢管也變小，發育時間延長。這些結果表明，Royalactin激活Egfr，參與了蜜蜂的級型分化。

鐮倉昌樹進一步發現，Royalactin通過Egfr激活S6K來參與蜂王體型大小的調節，受Royalactin影響，Egfr下游的MAPK激活，導致20E生物合成增加，最后縮短了蜜蜂發育的時間。

保幼激素在工蜂幼蟲的局部應用可以得到具有卵巢發育的類似蜂王，但是其體型跟工蜂一樣。因此由Royalactin激活的Egfr通路下游的保幼激素對蜂王的發育有一定的作用。這些作用機制，與在果蠅中Royalactin誘導引起的形態變化和生理變化機制是類似的。

五、總結

鐮倉昌樹第一次證實了蜂王漿中Royalactin通過作用于Egfr來誘導蜂王的形成。并且發現果蠅中的Royalactin帶來其形態和生理的變化機制跟蜜蜂上是一樣的。這些結果為Egfr通路在生長調節中起重要作用提供了新的證據。鐮倉昌樹發現Royalactin是王漿主蛋白MRJP1單體，是級型分化的重要因子。Royalactin通過Egfr誘導使得果蠅的壽命延長，表明Royalactin對壽命的延長有重要的作用。鐮倉昌樹第一次證明Egfr參與了壽命的調節。而需要更多的研究去證明在果蠅和蜜蜂中，Royalactin是通過怎樣的機制來調節壽命的長短。

蜂王漿和級型分化的關系已經研究了100多年，但是蜂王漿中能誘導蜂王的形成的成分鑒定一直很難弄清楚。鐮倉昌樹的研究成果使人們對蜜蜂級型分化有了更深的認識，它為人類研究真社會和社會性的膜翅目進化提供了重要的線索。這項成果也有助于人工大量培養產卵能力強的蜂王，可望在養蜂業中發揮作用。