如果说免疫系统是动物抵御疾病的“防火墙”，那么肠道微生物便是这套防御体系背后默默运作的“隐形调度员”。尽管它们始终局限在肠道内，从未进入血液循环，却能远程调控宿主的全身免疫反应，这一看似矛盾的现象，长期以来困扰着科学家。而蜜蜂，凭借其结构简单且高度稳定的肠道菌群，以及相对清晰的免疫通路，为解开这一谜题提供了绝佳的研究模型。
近日，中国农业大学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》上发表了一项突破性成果，题为Gut microbiota-derived butyrate primes systemic immunity in honey bees by mediating lipid metabolic reprogramming，首次系统揭示了蜜蜂肠道共生菌如何通过一种关键代谢物丁酸，重塑宿主的脂质代谢网络，进而驱动前列腺素的合成，最终激活全身免疫反应，显著提升蜜蜂对病原菌感染的抵抗力。这项研究不仅打通了“肠道微生物—宿主代谢—免疫系统”之间的调控链条，也为理解传粉昆虫健康维持机制提供了全新的理论视角。
研究发现，真正赋予蜜蜂免疫保护能力的，并非肠道细菌本身的结构成分，而是它们在体内持续产生的代谢产物。当研究人员将活菌定植于蜜蜂体内后，这些个体在面对病原菌挑战时的存活率远高于无菌蜜蜂或仅接种灭活细菌的对照组。进一步筛选锁定了一种名为丁酸的短链脂肪酸，这是由肠道菌群产生的重要代谢物。令人惊讶的是，仅向无菌蜜蜂补充丁酸，便足以在很大程度上恢复其抗感染能力，说明丁酸正是微生物与宿主免疫之间传递信息的关键“信使”。
但丁酸并非直接杀伤病原体，而是通过“重编程”宿主自身的代谢系统来间接增强免疫力。具体而言，它首先作用于蜜蜂的脂肪体，一个兼具能量储存与免疫调控功能的核心器官。在这里，丁酸系统性地重塑脂质代谢通路：一方面促进甘油酸酯化生成甘油二酯，另一方面又刺激甘油三酯分解，同样释放出甘油二酯。这种分子作为花生四烯酸代谢的关键前体，为后续合成前列腺素E2（PGE2）提供了充足底物。而PGE2，正是启动免疫应答的“动员信号”。
作为重要的免疫激活因子，PGE2具有双重作用：它既能诱导蜜蜂大量合成抗菌肽，发挥类似天然抗生素的效果；又能迅速调动免疫细胞向循环系统的关键部位聚集，构筑高效的“病原清除前线”。实验进一步证实，若直接向无菌蜜蜂补充PGE2，其免疫保护效果几乎可媲美拥有完整肠道菌群的个体；反之，一旦人为阻断前列腺素的合成通路，即便蜜蜂体内菌群健全，其抗病能力也会大幅削弱。这充分说明，PGE2是整条“肠道菌—代谢—免疫”调控轴中的核心枢纽。
那么，丁酸又是如何精准调控宿主基因表达的？借助GPCR受体激动剂与拮抗剂实验，结合CUT&Tag高通量测序技术，研究团队揭示了两条并行的分子机制：其一，丁酸激活宿主细胞表面的GPR41受体，触发下游信号传导；其二，它还能抑制组蛋白去乙酰化酶的活性，改变染色质的开放状态，从而在表观遗传层面调控脂质代谢相关基因的“开关”，实现对代谢网络的深度重塑。
这项研究的创新之处在于，首次在蜜蜂中完整构建了“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”的调控轴，从机制上回答了肠道微生物如何远程指挥全身免疫这一长期悬而未决的问题。更重要的是，它揭示了一个颠覆性的观点：免疫系统的强化并非仅依赖传统免疫通路的激活，而是深深植根于代谢状态的动态调整之中，“代谢”与“免疫”之间存在明确的因果联系。尤为引人注目的是，蜜蜂中发现的这一“丁酸—代谢—免疫”调控逻辑，与哺乳动物中的已有认知高度相似，暗示这种策略可能是在动物演化过程中被反复选择和保留的一种高效免疫调控模式。
综上所述，蜜蜂的免疫系统并非孤立作战的堡垒，而是一个与肠道微生物及能量代谢系统紧密协作的动态网络。肠道细菌通过分泌丁酸这一“分子信使”，悄然重塑了宿主的代谢格局与免疫响应能力。这项研究不仅深化了我们对蜜蜂—微生物共生关系及其协同演化机制的理解，也为探索“微生物如何塑造动物健康”这一生命科学核心命题提供了极具启发性的新范例。
本论文由中国农业大学植物保护学院罗诗琦副教授担任通讯作者，博士研究生刘佳铭为第一作者，周欣教授对研究作出重要贡献。已毕业的硕士生吴亚帅、在读博士生李振芳及已毕业博士唐浚博也参与了此项工作。
