蜜蜂的免疫系统

李贝贝 张洪庆 周 军 刁青云 译

（中国农业科学院蜜蜂研究所，

农业部授粉昆虫生物学重点开放实验室，北京 100093）

蜜蜂的免疫系统

李贝贝 张洪庆 周 军 刁青云 译

（中国农业科学院蜜蜂研究所，

农业部授粉昆虫生物学重点开放实验室，北京 100093）

蜂群崩溃失调症的明显标志是工蜂突然 “消失”。消失原因之一是蜂群的免疫反应水平，这种免疫反应可以正常抵抗感染，但蜂群中存在这种积极反馈循环，能导致蜂巢内大部分或全部蜜蜂死亡。为了更好地了解发生了什么，我们必须全面掌握蜜蜂的免疫系统是如何发挥功能的。

蜜蜂基因组被测序以后我们都听说过这样一句话——与其他的昆虫相比，蜜蜂有更少的免疫基因，这其实是一个误导。蜂群是一个超级复杂的生物体，在不同的水平如单个细胞、个体蜜蜂、蜂群和在当地的种群水平中，都具有物理、化学和行为的防御。蜜蜂有一个强大而有效的免疫系统，与果蝇等独居性昆虫相比，蜜蜂只是免疫系统作用方式有点不同而已。

一、行为边界障碍

蜂箱是一个高度密集、潮湿、温暖的环境，有许多生活紧密相关的蜜蜂个体，也是寄生虫完美的寄生环境。蜜蜂已经生存了数百万年，显然，他们已经找到了如何与不断出现的病原体抗争的方法。

第一道防线是避免正面战争。蜜蜂通过在巢内表面不断擦洗和摩擦，梳理自己的身体表面，避免寄生虫寄生。它们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产生消毒剂——过氧化氢），蜜蜂在植物叶芽和伤口处收集由免疫系统产生的抗菌树脂（即蜂胶），将它们收集回蜂箱。蜜蜂用蜂胶围绕蜂群制作抗生素膜，它们在入口处涂上厚厚的一层，在蜂箱内表面处涂上一层，用蜂胶密封所有的蜂箱缝隙，在蜜蜂巢脾表面上涂一层。

蜂胶涂层已被证明能抑制美洲幼虫病、真菌和蜡螟；Marla Spivak证明了一些地区的蜂胶能有效对抗瓦螨。有趣的是，最近发现蜂胶的存在似乎减少蜜蜂群体免疫上的投入，因此，蜂群通过从植物中获得的具有抗微生物的化学物质治病，这样在对抗病原体过程中可以降低代谢消耗！或许我们在饲养蜜蜂的时候不使用太多的蜂胶一直是在搬起石头砸自己的脚。

为了防止幼虫病的传播，每一个幼虫先被分隔在一个个清洁过的巢室中，然后被包裹为蛹状，这样能够保护蜂蛹免受巢房外的污染。病原体主要由采集蜂带入蜂群，这些采集蜂可能从被污染的花朵、采集病原菌污染的水或者盗取了一个生病的蜂巢而沾染上病原体。因此，蜜蜂就会形成一些习惯，尽量避免外来病原体传播到蜂群中最重要和易受感染的部位，如蜂王和蜂王的产卵圈。

某些必要的采集行为需要设立检查机制，以防止寄生虫或毒素进入产卵圈。采集花蜜是引入病原菌的潜在途径，可以看看蜜蜂是如何处理花蜜的。

首先，采集蜂在采集到有毒的花蜜（或农药）后不返回蜂巢。那些成功返回的蜜蜂也不被允许直接将花蜜存入蜂巢或者饲喂给幼虫，它们必须把花蜜传递给一个中年工蜂。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、灰尘和感染的孢子。这个奇异的部位由四个流苏状的嘴唇组成，“吞下”植物的花蜜到蜜囊中，就像须鲸从海水中过滤出浮游生物一样过滤出所有的颗粒。一些种类的蜜蜂比其他种类更能有效地过滤，从而帮助它们抵抗美洲幼虫病和微孢子虫。

为了能够过滤出孢子，蜜蜂分泌抗菌酶进入花蜜。不仅如此，它们自身也供养了两个特殊的友好型乳酸杆菌，这些有益细菌抑制酵母、致病菌和真菌生长。另一方面，采集花粉的蜜蜂不直接将花粉放在产卵圈的周边。Martha Gilliam的研究指出，蜜蜂卸载花粉时会带有能产生抗生素的有益霉菌和细菌，帮助其保存食物，这些菌对致病微生物是致命的。为了进一步隔离幼虫免受花粉中的病原体侵染，蜜蜂的食物会被饲喂蜂吃掉并消化转变成蜂王浆 （就像是哺乳动物吃掉食物变成奶），蜂王浆中包含抗菌脂肪酸和多肽。

二、卫生清洁行为

幼虫患病或死亡后被成年清洁蜂清除到蜂巢外。这个疾病防御机制首先被Park证明，Rothenbuhler将它命名为“卫生清洁行为”。Steve Taber选择性饲养并用冰冻杀死幼虫实验进一步证明 “卫生清洁行为”，Marla Spivak继续从事这方面的研究，鼓励了许多商业化蜂王生产者通过这种特性来选择性育王。

卫生行为至少涉及七个基因，最重要的是能及时闻到患病幼虫的气味并且在它传染之前清走。 “卫生清洁行为”可以用来选育蜜蜂。需要注意的是，这种方法去除死亡幼虫能导致幼虫年龄不均匀，形成不规则图案（鸟枪图案或者花子），或者造成其他病毒的侵染。

虽然蜂群遭受严重细菌（例如美洲幼虫腐臭病）感染，绝大多数幼虫感染后并不表现出明显症状。

三、其他行为

许多蜜蜂病原体对温度敏感，蜜蜂个体或者群体能够发热来杀死微孢子虫 (Martin-Hernandez 2009)、白垩病（Starks 2000），甚至螨（Currie 2008）。 在蜂群崩溃失调症蜂群中，寒冷和缺少温度调节在病原体增殖和蜜蜂免疫应答中发挥主要作用。

最后，蜜蜂会牺牲自己或者放弃蜂巢来抵抗寄生虫。瓦螨的自然宿主东方蜜蜂，在螨种群建立时只需飞逃，就可以把螨留在幼虫上。飞逃可能是一种远离寄生物累积并建立新的没有病原菌蜂群的一种行为。萨凡纳蜜蜂和非洲化蜜蜂的标志是分蜂和潜逃行为。意大利蜜蜂很少飞逃，因此意大利蜜蜂更容易被瓦螨和东方蜜蜂微孢子虫大量寄生。

蜂群可能会责备蜂王让它们染病并且企图用带有更成功的混合基因的新蜂王取代老蜂王。这种行为的缺点是蜂房中的剩余蜂群取决于新王是否成功交配和接管产卵的任务。不幸的是，在这样的病群中新女王很有可能早就被感染了，或者新王不能与足够健康的雄蜂交配。不论发生何种情况，结果都是成为无蜂王群。在瓦螨数量增加时，病毒增多，这能够帮助解释与二十年前相比为什么我们观察到的无王群出现几率增大。

温度降低的早春和秋天是疾病多发的时间，蜂群在这个阶段会损失许多老成员。可能是蜂群为了防止在夏天之前积累病菌或顺利越冬而 “清理”老成员、染病蜜蜂，以降低病原菌流行。

四、机械和生理屏障

蜜蜂第一道屏障仅是避免、排除和移动，在染病蜜蜂传染其他蜜蜂之前杀死它。蜜蜂通过强壮的防护层的保护免受病原体侵染。只要这种生物活性防护层是完整的，细菌和病毒就不能侵染。即便蜜蜂呼吸道也有一种能渗透水的表层。当呼吸道受伤的时候，暴露的血淋巴（一种充满昆虫体腔的液体，有充当血液和细胞内淋巴液的功能，但是不携带氧气）就会用类似哺乳动物的方法迅速凝固。免疫细胞（血细胞）在受伤处吞噬侵染物，酚酶的化学级联反应将凝块降解成惰性的不渗透的屏障。注意，这种粗略的处理可能会损坏蜜蜂皮肤表层，短暂的暴露血淋巴，这个短暂的时间可能就会使病毒侵入蜜蜂的身体。

蜜蜂身体中最虚弱的部分是肠道，蜜蜂身体中的肠道能够接触到大量的外界病原体。前肠（这部分从口腔到胃部）内表层有一层特殊的表皮，当病原菌（不是有益菌）感染时可以脱落，然后慢慢移动到中肠。

昆虫用一种灵巧的方法保护中肠，中肠中由几丁质内层（又称围食膜），保护柔弱的中肠上皮组织免受花粉粒和潜在入侵者 （小孢子虫发育时必须穿过围食膜和刺穿上皮细胞才能感染蜜蜂）的危害。这些肠道内腔对病原体有强烈抵抗作用，它是弱酸性的并且其上皮细胞能产生消化酶，抗菌肽和结合蛋白。然而，肠道仍旧是美洲幼虫腐臭病、欧洲幼虫腐臭病、白垩病侵染蜜蜂的主要途径。

五、个体免疫系统反应

虽然昆虫不表现出复杂的适应或后天获得的免疫能力（就像人对新的病原体产生抗体），昆虫的先天性免疫系统与人类基本相似。

个体免疫系统的第一步是识别自我和非我成分。每种类型病原体中的特定蛋白质是蜜蜂免疫系统识别入侵者的关键，比如细菌的表面蛋白就不同。蜜蜂防护系统既包括后天形成的，也包括先天存在的，一直处于备战状态。血细胞识别入侵者，氧化酶开始一系列的化学反应，一般结果是将入侵者吞噬或者包裹，用一系列的化学物质（例如奎宁、酚类和活性氧）将其杀死。这些血细胞可能程序性死亡或者被一种黑色素聚合物包裹（你能在被蜜蜂移除白色死蛹中看到这些黑色部分）。

这个防御系统工作很快。Haine（2008）发现黄粉虫能够在30分钟内清理注入体内的四百万个细菌！在这个快速反应过程中，血细胞释放化学物质进入细胞核，使某些免疫反应基因表达量增高，接着转录RNA信使，移出细胞核转移到核糖体，将基因指令翻译成抗菌肽。这就是诱导效应，至少需要1～3h开始（在99.5%的细菌死亡之后），12～18h达到最高水平。诱导反应会持续数周，这些抗菌肽会传递给同伴使其在感染之前有抗性。独居的昆虫无法做到这点。

需要注意的是抗菌肽在脂肪体中大量产生，采集蜂体内脂肪体含量较少，因此采集蜂含有的抗菌肽较少。采集蜂寿命短也就容易理解了。然而要注意的是蜜蜂在缺少蛋白质的群中不能够积累足够的脂肪，这一点证明了营养与免疫力的相互关系。

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