中国农业大学植保学院周欣/罗诗琦团队揭示肠道菌通过代谢重编程调控蜜蜂免疫的新机制

如果说免疫系统是动物抵御疾病的“防火墙”，那么肠道微生物就是这套系统背后的“隐形调度员”。这些分布在肠道内部的微生物，究竟如何在不进入血液循环的情况下，远程调控宿主的全身免疫防御？这一关键问题仍存在诸多研究空白。蜜蜂拥有组成简单、稳定的肠道菌群，其免疫系统的核心通路也较为明晰，这使其成为解析该问题的理想模型。

近日，植物保护学院农林生物安全全国重点实验室周欣、罗诗琦研究团队在《Nature Communications》上发表题为《Gut microbiota-derived butyrate primes systemic immunity in honey bees by mediating lipid metabolic reprogramming》的研究论文，首次系统揭示了蜜蜂肠道共生菌如何通过关键代谢物丁酸，重塑宿主脂质代谢网络，驱动前列腺素合成，从而激活系统免疫反应，显著提升蜜蜂对病原菌感染的抵抗能力。该研究在机制层面打通了“肠道微生物—宿主代谢—免疫系统”之间的调控链条，为理解传粉昆虫健康维持机制提供了新的理论框架。

肠道菌的关键“信使分子”——丁酸

研究团队发现，定植活菌的蜜蜂在遭遇病原菌感染时，其存活率显著高于无菌蜜蜂或仅接种灭活细菌的个体，表明真正发挥免疫保护作用的并非细菌的结构成分，而是其在体内持续产生的代谢物。进一步研究锁定了一种关键分子——丁酸，这是一种由肠道菌产生的短链脂肪酸。实验表明，仅通过向无菌蜜蜂补充丁酸，即可在很大程度上恢复其对病原菌的抵抗能力。

调控免疫的新机制：免疫增强，先从“动脂肪”开始

研究进一步揭示，丁酸并不直接作用于病原菌，而是通过“重编程”宿主自身代谢系统来增强免疫能力。具体而言，丁酸首先作用于蜜蜂脂肪体（兼具能量代谢与免疫调控功能的重要器官），系统性重塑脂质代谢通路，一方面促进甘油酸酯化生成甘油二酯，另一方面促进甘油三酯脂解释放甘油二酯。甘油二酯作为花生四烯酸代谢通路的关键前体，为合成关键免疫信号分子——前列腺素E2（PGE2）提供底物支持。

前列腺素E2：免疫系统的“动员信号”

PGE2是重要的免疫激活信号分子。一方面，它会刺激蜜蜂大量合成抗菌肽，发挥类似天然抗生素的作用；另一方面，它会动员免疫细胞在循环系统关键部位迅速集结，形成高效的“病原清除前线”。实验显示，直接给无菌蜜蜂补充PGE2，可在很大程度上“模拟”肠道菌群带来的保护效果；如果人为阻断前列腺素的合成，即使蜜蜂拥有完整肠道菌群，其抵抗力也会显著下降。这说明PGE2是这条“肠道菌—代谢—免疫”调控链条中的核心枢纽。

分子机制：微生物如何“调控”宿主基因表达？

结合GPCR拮抗剂/激动剂实验与CUT&Tag测序技术，研究发现丁酸通过两条分子通路发挥作用：第一，激活GPR41受体，启动细胞内的信号传导；第二，抑制组蛋白去乙酰化酶活性，影响染色质结构，改变相关基因的“开关状态”，从而在表观遗传层面重塑脂质代谢相关基因的表达模式。

创新性：

该研究首次在蜜蜂中系统构建了“肠道菌代谢物—宿主脂质代谢重编程—前列腺素信号—系统免疫激活”的完整调控轴，回答了肠道微生物如何远程调控全身免疫这一关键科学问题；

同时，研究从机制上揭示免疫增强并非仅源于经典免疫信号通路的激活，而是建立在深层次代谢重编程基础之上，打通了“代谢”与“免疫”之间的因果联系；

最后，在蜜蜂中揭示出的调控逻辑与哺乳动物中已知的“丁酸—代谢—免疫”调控模式高度相似，提示这一机制可能是动物演化过程中反复出现的一种高效免疫调控策略。

这项研究表明，蜜蜂的免疫系统并非“孤军作战”的防御体系，而是与肠道微生物、能量代谢系统深度协同的网络。肠道细菌通过“分子信使”丁酸，重塑了宿主的代谢与免疫格局。该研究进一步深化了对蜜蜂免疫系统与肠道共生菌协同演化机制的认识，也为理解“微生物如何塑造动物健康”这一重要生命科学问题提供了新的范例。

植物保护学院罗诗琦副教授为论文通讯作者，长期从事蜜蜂功能与演化基因组学研究。博士研究生刘佳铭为第一作者，周欣教授为论文做出了重要贡献。已毕业的硕士研究生吴亚帅、博士研究生李振芳、已毕业的博士研究生唐浚博参与了该项工作。本研究得到了科技部重点研发项目，国家自然科学基金和中国农业大学2115人才培育发展支持计划的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69073-0