中國農(nóng)大新聞網(wǎng)訊 蜜蜂是重要的傳粉者和生產(chǎn)者，而蜜蜂傳粉和產(chǎn)蜜服務(wù)功能的生物學(xué)基礎(chǔ)是它們對花粉和花蜜的專一食性?；壑械奶菨舛瓤梢愿哌_(dá)50%以上，而高糖食物通常會導(dǎo)致動物出現(xiàn)胰島素抵抗和代謝紊亂等癥狀。那么，蜜蜂是如何在完全依賴于粉、蜜食物的情況下維持代謝穩(wěn)態(tài)，避免類似糖尿病的癥狀呢？
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院昆蟲學(xué)系的周欣、張雪團(tuán)隊近期在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）發(fā)表了題為“Lactobacillus Firm-5-derived succinate prevents the honeybees from having diabetes-like symptoms”的研究成果。該研究揭示去除天然腸道菌群的蜜蜂的確獲得了類似人類I型糖尿病的癥狀，而腸道菌的定植則恢復(fù)了宿主對胰島素分泌的調(diào)控，幫助宿主在高糖食物下維持代謝穩(wěn)態(tài)。
進(jìn)一步的機(jī)制研究表明，腸道菌定植能夠刺激無菌蜜蜂頭部胰島素樣肽基因（Insulin-like peptides 1，ilp1）的表達(dá)，緩解無菌蜜蜂的類I型糖尿病癥狀，包括降低血淋巴葡萄糖含量，同時提高脂質(zhì)和糖代謝相關(guān)基因表達(dá)，促進(jìn)能量儲存物質(zhì)甘油三酯的積累。代謝組分析發(fā)現(xiàn)，腸道菌定植組中蜜蜂三羧酸循環(huán)代謝物發(fā)生了顯著變化，其中琥珀酸含量顯著升高。而為無菌蜂補(bǔ)充琥珀酸可以大幅提高無菌蜜蜂頭部ilp1的表達(dá)，同時顯著降低其血糖水平。通過組學(xué)分析和體內(nèi)、體外實驗證實，蜜蜂腸道菌Lactobacillus Firm-5是發(fā)酵產(chǎn)生琥珀酸的優(yōu)勢菌。Lactobacillus Firm-5具有編碼單亞基型琥珀酸還原酶（Fumarate reductase，F(xiàn)rd）的基因，通過反向三羧酸途徑發(fā)酵產(chǎn)生琥珀酸。對無菌蜜蜂直接補(bǔ)充琥珀酸或者接種Lactobacillus Firm-5，都能夠有效緩解由ilp1表達(dá)受損而導(dǎo)致的高血糖等代謝紊亂癥狀。進(jìn)一步研究揭示，Lactobacillus Firm-5產(chǎn)生的琥珀酸激活了腸道糖異生，進(jìn)而激活腦部胰島素基因的表達(dá)。而使用RNAi對果糖-1，6-二磷酸酶（Fructose-1，6-bisphosphatase，F(xiàn)bp）基因敲降，抑制腸道糖異生則顯著降低了擁有正常菌群及定植了Lactobacillus Firm-5的蜜蜂頭部ilp1基因的表達(dá)。這一機(jī)制與人類調(diào)節(jié)胰島素分泌的方式非常相似，表明蜜蜂與哺乳動物在代謝調(diào)控上存在共性。
能量代謝穩(wěn)態(tài)在蜜蜂的個體生長發(fā)育，行為分工的轉(zhuǎn)換和維持群體功能過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本研究揭示了蜜蜂腸道微生物在維持宿主能量代謝穩(wěn)態(tài)中扮演著關(guān)鍵角色，這一調(diào)控機(jī)制在昆蟲中是首次發(fā)現(xiàn)。研究結(jié)果揭示了蜜蜂如何依賴腸道細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物來維持健康，不僅為保護(hù)蜜蜂這一關(guān)鍵傳粉昆蟲提供了新思路，也為研究人類代謝性疾病開辟了新視角。
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院2018級博士生韓本鳳為論文第一作者，中國農(nóng)大植物保護(hù)學(xué)院周欣和張雪為論文通訊作者。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院鄭浩教授團(tuán)隊、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院沈杰教授團(tuán)隊、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院樓慧強(qiáng)教授團(tuán)隊、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所孟麗峰副研究員為本工作提供了重要的支持和指導(dǎo)。本研究獲得了國家自然科學(xué)基金面上項目、青年科學(xué)基金項目、國家高層次人才特支計劃、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才發(fā)展計劃，以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)三亞研究院項目的資助和支持。
日期：2024-11-11
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院昆蟲學(xué)系的周欣、張雪團(tuán)隊近期在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）發(fā)表了題為“Lactobacillus Firm-5-derived succinate prevents the honeybees from having diabetes-like symptoms”的研究成果。該研究揭示去除天然腸道菌群的蜜蜂的確獲得了類似人類I型糖尿病的癥狀，而腸道菌的定植則恢復(fù)了宿主對胰島素分泌的調(diào)控，幫助宿主在高糖食物下維持代謝穩(wěn)態(tài)。
進(jìn)一步的機(jī)制研究表明，腸道菌定植能夠刺激無菌蜜蜂頭部胰島素樣肽基因（Insulin-like peptides 1，ilp1）的表達(dá)，緩解無菌蜜蜂的類I型糖尿病癥狀，包括降低血淋巴葡萄糖含量，同時提高脂質(zhì)和糖代謝相關(guān)基因表達(dá)，促進(jìn)能量儲存物質(zhì)甘油三酯的積累。代謝組分析發(fā)現(xiàn)，腸道菌定植組中蜜蜂三羧酸循環(huán)代謝物發(fā)生了顯著變化，其中琥珀酸含量顯著升高。而為無菌蜂補(bǔ)充琥珀酸可以大幅提高無菌蜜蜂頭部ilp1的表達(dá)，同時顯著降低其血糖水平。通過組學(xué)分析和體內(nèi)、體外實驗證實，蜜蜂腸道菌Lactobacillus Firm-5是發(fā)酵產(chǎn)生琥珀酸的優(yōu)勢菌。Lactobacillus Firm-5具有編碼單亞基型琥珀酸還原酶（Fumarate reductase，F(xiàn)rd）的基因，通過反向三羧酸途徑發(fā)酵產(chǎn)生琥珀酸。對無菌蜜蜂直接補(bǔ)充琥珀酸或者接種Lactobacillus Firm-5，都能夠有效緩解由ilp1表達(dá)受損而導(dǎo)致的高血糖等代謝紊亂癥狀。進(jìn)一步研究揭示，Lactobacillus Firm-5產(chǎn)生的琥珀酸激活了腸道糖異生，進(jìn)而激活腦部胰島素基因的表達(dá)。而使用RNAi對果糖-1，6-二磷酸酶（Fructose-1，6-bisphosphatase，F(xiàn)bp）基因敲降，抑制腸道糖異生則顯著降低了擁有正常菌群及定植了Lactobacillus Firm-5的蜜蜂頭部ilp1基因的表達(dá)。這一機(jī)制與人類調(diào)節(jié)胰島素分泌的方式非常相似，表明蜜蜂與哺乳動物在代謝調(diào)控上存在共性。
能量代謝穩(wěn)態(tài)在蜜蜂的個體生長發(fā)育，行為分工的轉(zhuǎn)換和維持群體功能過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本研究揭示了蜜蜂腸道微生物在維持宿主能量代謝穩(wěn)態(tài)中扮演著關(guān)鍵角色，這一調(diào)控機(jī)制在昆蟲中是首次發(fā)現(xiàn)。研究結(jié)果揭示了蜜蜂如何依賴腸道細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物來維持健康，不僅為保護(hù)蜜蜂這一關(guān)鍵傳粉昆蟲提供了新思路，也為研究人類代謝性疾病開辟了新視角。
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院2018級博士生韓本鳳為論文第一作者，中國農(nóng)大植物保護(hù)學(xué)院周欣和張雪為論文通訊作者。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院鄭浩教授團(tuán)隊、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院沈杰教授團(tuán)隊、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院樓慧強(qiáng)教授團(tuán)隊、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所孟麗峰副研究員為本工作提供了重要的支持和指導(dǎo)。本研究獲得了國家自然科學(xué)基金面上項目、青年科學(xué)基金項目、國家高層次人才特支計劃、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才發(fā)展計劃，以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)三亞研究院項目的資助和支持。
日期：2024-11-11
