蜜蜂的免疫系統

李貝貝 張洪慶 周 軍 刁青云 譯

（中國農業科學院蜜蜂研究所，

農業部授粉昆蟲生物學重點開放實驗室，北京 100093）

蜜蜂的免疫系統

李貝貝 張洪慶 周 軍 刁青云 譯

（中國農業科學院蜜蜂研究所，

農業部授粉昆蟲生物學重點開放實驗室，北京 100093）

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

蜜蜂基因組被測序以后我們都聽說過這樣一句話——與其他的昆蟲相比，蜜蜂有更少的免疫基因，這其實是一個誤導。蜂群是一個超級復雜的生物體，在不同的水平如單個細胞、個體蜜蜂、蜂群和在當地的種群水平中，都具有物理、化學和行為的防御。蜜蜂有一個強大而有效的免疫系統，與果蠅等獨居性昆蟲相比，蜜蜂只是免疫系統作用方式有點不同而已。

一、行為邊界障礙

蜂箱是一個高度密集、潮濕、溫暖的環境，有許多生活緊密相關的蜜蜂個體，也是寄生蟲完美的寄生環境。蜜蜂已經生存了數百萬年，顯然，他們已經找到了如何與不斷出現的病原體抗爭的方法。

第一道防線是避免正面戰爭。蜜蜂通過在巢內表面不斷擦洗和摩擦，梳理自己的身體表面，避免寄生蟲寄生。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生消毒劑——過氧化氫），蜜蜂在植物葉芽和傷口處收集由免疫系統產生的抗菌樹脂（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，它們在入口處涂上厚厚的一層，在蜂箱內表面處涂上一層，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病、真菌和蠟螟；Marla Spivak證明了一些地區的蜂膠能有效對抗瓦螨。有趣的是，最近發現蜂膠的存在似乎減少蜜蜂群體免疫上的投入，因此，蜂群通過從植物中獲得的具有抗微生物的化學物質治病，這樣在對抗病原體過程中可以降低代謝消耗！或許我們在飼養蜜蜂的時候不使用太多的蜂膠一直是在搬起石頭砸自己的腳。

為了防止幼蟲病的傳播，每一個幼蟲先被分隔在一個個清潔過的巢室中，然后被包裹為蛹狀，這樣能夠保護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生病的蜂巢而沾染上病原體。因此，蜜蜂就會形成一些習慣，盡量避免外來病原體傳播到蜂群中最重要和易受感染的部位，如蜂王和蜂王的產卵圈。

某些必要的采集行為需要設立檢查機制，以防止寄生蟲或毒素進入產卵圈。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，它們必須把花蜜傳遞給一個中年工蜂。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。這個奇異的部位由四個流蘇狀的嘴唇組成，“吞下”植物的花蜜到蜜囊中，就像須鯨從海水中過濾出浮游生物一樣過濾出所有的顆粒。一些種類的蜜蜂比其他種類更能有效地過濾，從而幫助它們抵抗美洲幼蟲病和微孢子蟲。

為了能夠過濾出孢子，蜜蜂分泌抗菌酶進入花蜜。不僅如此，它們自身也供養了兩個特殊的友好型乳酸桿菌，這些有益細菌抑制酵母、致病菌和真菌生長。另一方面，采集花粉的蜜蜂不直接將花粉放在產卵圈的周邊。Martha Gilliam的研究指出，蜜蜂卸載花粉時會帶有能產生抗生素的有益霉菌和細菌，幫助其保存食物，這些菌對致病微生物是致命的。為了進一步隔離幼蟲免受花粉中的病原體侵染，蜜蜂的食物會被飼喂蜂吃掉并消化轉變成蜂王漿 （就像是哺乳動物吃掉食物變成奶），蜂王漿中包含抗菌脂肪酸和多肽。

二、衛生清潔行為

幼蟲患病或死亡后被成年清潔蜂清除到蜂巢外。這個疾病防御機制首先被Park證明，Rothenbuhler將它命名為“衛生清潔行為”。Steve Taber選擇性飼養并用冰凍殺死幼蟲實驗進一步證明 “衛生清潔行為”，Marla Spivak繼續從事這方面的研究，鼓勵了許多商業化蜂王生產者通過這種特性來選擇性育王。

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

雖然蜂群遭受嚴重細菌（例如美洲幼蟲腐臭病）感染，絕大多數幼蟲感染后并不表現出明顯癥狀。

三、其他行為

許多蜜蜂病原體對溫度敏感，蜜蜂個體或者群體能夠發熱來殺死微孢子蟲 (Martin-Hernandez 2009)、白堊病（Starks 2000），甚至螨（Currie 2008）。 在蜂群崩潰失調癥蜂群中，寒冷和缺少溫度調節在病原體增殖和蜜蜂免疫應答中發揮主要作用。

最后，蜜蜂會犧牲自己或者放棄蜂巢來抵抗寄生蟲。瓦螨的自然宿主東方蜜蜂，在螨種群建立時只需飛逃，就可以把螨留在幼蟲上。飛逃可能是一種遠離寄生物累積并建立新的沒有病原菌蜂群的一種行為。薩凡納蜜蜂和非洲化蜜蜂的標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大量寄生。

蜂群可能會責備蜂王讓它們染病并且企圖用帶有更成功的混合基因的新蜂王取代老蜂王。這種行為的缺點是蜂房中的剩余蜂群取決于新王是否成功交配和接管產卵的任務。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。不論發生何種情況，結果都是成為無蜂王群。在瓦螨數量增加時，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王群出現幾率增大。

溫度降低的早春和秋天是疾病多發的時間，蜂群在這個階段會損失許多老成員。可能是蜂群為了防止在夏天之前積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、機械和生理屏障

蜜蜂第一道屏障僅是避免、排除和移動，在染病蜜蜂傳染其他蜜蜂之前殺死它。蜜蜂通過強壯的防護層的保護免受病原體侵染。只要這種生物活性防護層是完整的，細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。當呼吸道受傷的時候，暴露的血淋巴（一種充滿昆蟲體腔的液體，有充當血液和細胞內淋巴液的功能，但是不攜帶氧氣）就會用類似哺乳動物的方法迅速凝固。免疫細胞（血細胞）在受傷處吞噬侵染物，酚酶的化學級聯反應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損壞蜜蜂皮膚表層，短暫的暴露血淋巴，這個短暫的時間可能就會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）內表層有一層特殊的表皮，當病原菌（不是有益菌）感染時可以脫落，然后慢慢移動到中腸。

昆蟲用一種靈巧的方法保護中腸，中腸中由幾丁質內層（又稱圍食膜），保護柔弱的中腸上皮組織免受花粉粒和潛在入侵者 （小孢子蟲發育時必須穿過圍食膜和刺穿上皮細胞才能感染蜜蜂）的危害。這些腸道內腔對病原體有強烈抵抗作用，它是弱酸性的并且其上皮細胞能產生消化酶，抗菌肽和結合蛋白。然而，腸道仍舊是美洲幼蟲腐臭病、歐洲幼蟲腐臭病、白堊病侵染蜜蜂的主要途徑。

五、個體免疫系統反應

雖然昆蟲不表現出復雜的適應或后天獲得的免疫能力（就像人對新的病原體產生抗體），昆蟲的先天性免疫系統與人類基本相似。

個體免疫系統的第一步是識別自我和非我成分。每種類型病原體中的特定蛋白質是蜜蜂免疫系統識別入侵者的關鍵，比如細菌的表面蛋白就不同。蜜蜂防護系統既包括后天形成的，也包括先天存在的，一直處于備戰狀態。血細胞識別入侵者，氧化酶開始一系列的化學反應，一般結果是將入侵者吞噬或者包裹，用一系列的化學物質（例如奎寧、酚類和活性氧）將其殺死。這些血細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）。

這個防御系統工作很快。Haine（2008）發現黃粉蟲能夠在30分鐘內清理注入體內的四百萬個細菌！在這個快速反應過程中，血細胞釋放化學物質進入細胞核，使某些免疫反應基因表達量增高，接著轉錄RNA信使，移出細胞核轉移到核糖體，將基因指令翻譯成抗菌肽。這就是誘導效應，至少需要1～3h開始（在99.5%的細菌死亡之后），12～18h達到最高水平。誘導反應會持續數周，這些抗菌肽會傳遞給同伴使其在感染之前有抗性。獨居的昆蟲無法做到這點。

需要注意的是抗菌肽在脂肪體中大量產生，采集蜂體內脂肪體含量較少，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的群中不能夠積累足夠的脂肪，這一點證明了營養與免疫力的相互關系。

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