蔺哲广 郑火青 胡福良（浙江大学动物科学学院，杭州310058）

真社会性昆虫群体中类细胞凋亡免疫机制的发现

蔺哲广 郑火青 胡福良
（浙江大学动物科学学院，杭州310058）

2016年6月6日，《Scientific Reports》在线发表了“Social apoptosis in honey bee superorganisms”，并迅速被ScienceDaily、NewsReality、ScienceNews、China National News、myScience等网络媒体报道。该研究首次揭示了发育中的东方蜜蜂（Apis cerana）工蜂幼虫较西方蜜蜂（Apis mellifera）更为脆弱、敏感的生理特性致使其在被狄斯瓦螨（Varroa destructor）寄生后更易死亡，从而有效限制了瓦螨的繁殖与传播。这种通过牺牲部分患病个体以避免疾病在群体中传播，从而保全整体健康的现象很可能是群居生物抵抗疾病的一种基本防御策略。社会性昆虫跨世代（transgenerational）群体免疫的新机制——类细胞凋亡免疫的提出，增进了当前对社会性昆虫生物学的了解，提升了对狄斯瓦螨与其原始寄主间互作关系的认识，且在蜂群抗病育种方面具有颇高的应用价值。该项成果由浙江大学与瑞士蜜蜂研究中心、瑞士伯尔尼大学、泰国清迈大学等研究团队合作取得。

蜜蜂作为一种典型的真社会性昆虫（eusocial insect）可以被视作超级生物体，蜂群内世代层叠、协同合作的个体组成了一个功能上类似于多细胞生物的有机体，这种协作配合可通过社会性免疫机制利于被寄生虫侵染的蜂群的生存，如包囊作用（encapsulation）、发热反应的社会性模拟。然而，一旦寄生虫转移了寄主，如蜜蜂的体外寄生虫狄斯瓦螨从其原始寄主东方蜜蜂迁移至西方蜜蜂，早先已有的社会性免疫便突显出不足。

目前普遍认为，狄斯瓦螨及其所携播的病毒是威胁西方蜜蜂生存的重要生物因子。由于蜂群发育中的幼虫持久地被瓦螨侵染并导致蜂螨数量的指数增长，被感染的蜂群若得不到及时的杀螨处理通常会在6个月至2年间死亡。与之相对，被瓦螨侵染的东方蜜蜂群能够健康存活。在蜂群的一系列抗螨性状中，与工蜂幼虫相关的限制瓦螨种群增长的机制至关重要——成年工蜂探测并移除被瓦螨侵染的工蜂幼虫，从而打断瓦螨的繁殖周期。该卫生行为是社会性免疫的重要内容，其在蜂群中的诱发基于被感染幼虫所释放的信号、寄生虫的信息素、工蜂探测上述信息的能力以及发生清理行为的临界阈值。虽已有研究表明，东方蜜蜂工蜂清理被瓦螨寄生的封盖子的能力强于西方蜜蜂，但这一抗病特性的机制始终不明。由于以往针对此机制的研究均是在成年工蜂存在的情况下，因而混淆了信息素、探测能力和清理阈值几者间的作用关系，导致被瓦螨侵染的幼虫在诱发清理行为中所起的作用尚不明确。该研究通过在无成年工蜂的情况下监测东方蜜蜂和西方蜜蜂幼虫被瓦螨侵染后的发育和存活情况，得以将在诱发卫生行为中幼虫所扮演的角色分离出来，进而来弥补对上述问题认识的不足。

该研究共向314个刚封盖的工蜂幼虫巢房中分别人工转染了1只朝鲜基因型的狄斯瓦螨，其中包括一个地区的6个西方蜜蜂群和三个不同地区各4～5群东方蜜蜂。转染组和对照组巢房同时置于模拟幼虫最佳发育环境的培养箱中，于发育成熟出房前1天打开封盖并记录个体的发育状况。结果显示，狄斯瓦螨对被其寄生的东方蜜蜂和西方蜜蜂幼虫间的影响有显著差异：转染的西方蜜蜂工蜂的发育情况与对照组相类似，而三个不同地区的东方蜜蜂被寄生的个体停滞在早期发育阶段的比率较对照组显著更高，即被瓦螨侵染的东方蜜蜂的个体发育显著迟缓，而仍停滞在幼虫或预蛹期的个体大部分已腐烂或明显死亡。那么在蜂群中，即工蜂存在的情况下，即便假设两个蜂种具有相同的探测卫生行为信号能力、相同的清理阈值，本实验所观察到的幼虫敏感性的差异很有可能会使得东方蜜蜂幼虫（或蛹）更早、更频繁地产生某种异常信息素，从而诱发更为有效的卫生行为；此外，幼虫（或蛹）的死亡亦会直接诱发工蜂的清理。

研究者进一步使用直径约50 μm的玻璃针对两个蜂种刚封盖的幼虫实施了无菌针刺，以此模拟瓦螨寄生幼虫时的刺吸行为对幼虫体表所造成的创伤，并在处理后将其分别置于培养箱内或放回原群以进行比较。在培养箱中，东方蜜蜂幼虫死亡更早、比例更高；蜂群中，东方蜜蜂工蜂移除的被针扎幼虫数量更多且速度更快。此结果表明东方蜜蜂幼虫较西方蜜蜂对创伤的反应更快且更为强烈，并且受伤的工蜂幼虫可被东方蜜蜂成年蜂更为高效地探测并移除。此外，相较于在培养箱中对幼虫死亡的评估，蜂群中被工蜂移除的幼虫比例更高的原因可能是成年蜂对生理机能失常个体的容忍度更低，即便一些培养箱中能够发育存活的幼虫也因生理缺陷而被选择性清理。

综上，东方蜜蜂幼虫的高敏感性诱发了更为高效的卫生行为，从而为蜂群的健康生存奠定了基础。推而广之，更加脆弱的被寄生或患病的工蜂幼虫很可能与成年蜂高效的卫生行为相关，这增强了蜂群被寄生虫和病原感染时的社会性免疫，并进而有助于蜂群的健康。

超级生物体可以受益于敏感、脆弱的个体，这与一般认为社会性群体需要强壮的个体来维持其健康生存的观点相违背。这一似乎并不符常理的结果表明，脆弱的因子能够有助于一个社会性整体的强大。同时，此研究为社会性昆虫自杀或高死亡率的适应值（adaptive value）理论提供了实证支撑，因而构成了细胞凋亡的社会性模拟这样一个通过牺牲部分个体而阻止疾病传播的机制。

鉴于蜂群中同时存有大量的个体，一些个体的死亡并不会影响蜂群的整体存活，其利他性的死亡通过防止疾病的进一步传播反而促进了群体的健康。这种未成熟个体的利他性死亡是蜜蜂跨世代社会性免疫的一项新机制。不论何种病原，社会性的细胞凋亡很可能是群居昆虫抵抗疾病的一种基本防御策略。

“敏感个体组成抗病蜂群”这一概念的提出对于蜜蜂抗病育种有重要意义。在传统育种中，个体的抗病性被作为一项重要指标，选育高抗病能力的个体是蜂群抗病育种的一个方向。但该项研究结果表明，幼虫和蛹阶段个体对病原的抗性并非越高越好，而相反，敏感、脆弱的个体对于蜂群高效的社会性免疫或许起到关键作用。

原文：Paul Page，Zheguang Lin，NinatBuawangpong，Huoqing Zheng，Fuliang Hu，Peter Neumann，Panuwan-Chantawannakul&Vincent Dietemann.Social apoptosis in honey bee superorganisms.Sci.Rep.6，27210；doi：10.1038/srep27210（2016）.