郎浩宇，王小斐，陳 芳，廖小軍，胡小松*，鄭 浩*

（1 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院 國(guó)家果蔬加工工程技術(shù)研究中心農(nóng)業(yè)部果蔬加工重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室 食品非熱加工北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京100083 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)（興化）健康食品產(chǎn)業(yè)研究院 江蘇興化225700）

人類及動(dòng)物的腸道是微生物的重要棲息地，人體腸道內(nèi)的菌群數(shù)以億計(jì)，菌群密度高達(dá)1011個(gè)/g[1]。腸道微生物能夠影響宿主對(duì)膳食的攝取能力，與宿主的消化、營(yíng)養(yǎng)代謝、免疫等密切相關(guān)[2]。例如高纖維飲食可以富集短鏈脂肪酸產(chǎn)生菌，增加腸道內(nèi)短鏈脂肪酸濃度，降低內(nèi)毒素產(chǎn)生菌的豐度，減少脂多糖進(jìn)入血液引起的組織器官炎癥[3]。正常狀態(tài)下，腸道菌群與體內(nèi)環(huán)境維持著動(dòng)態(tài)平衡，一旦平衡被打破，腸道微生物結(jié)構(gòu)發(fā)生失調(diào)，會(huì)導(dǎo)致人體多種疾病發(fā)生，例如腸胃疾病、糖尿病、肥胖、腸胃炎癥、神經(jīng)退行性疾病等[4-5]。與健康人群相比，腸道中厚壁菌門與擬桿菌的比例增加，雙歧桿菌的豐度降低[6]。另外在治療疾病時(shí)，一些藥物可與腸道微生物配合達(dá)到更好的治療效果。如在治療II 型糖尿病時(shí)，補(bǔ)充二甲雙胍聯(lián)合益生菌可使腸道中雙歧桿菌、霍氏真桿菌等有益菌顯著增多，另支菌屬等有害菌屬顯著減少，表明二甲雙胍通過(guò)改變腸道微生物的組成，更好地發(fā)揮調(diào)節(jié)血糖作用[7-8]。因此，腸道微生物對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)的消化吸收、疾病的發(fā)生發(fā)展、干預(yù)治療等都發(fā)揮著重要作用，基于腸道微生物的研究也為未來(lái)相關(guān)領(lǐng)域提供了新的方法與思路。

人類腸道菌群是個(gè)極其復(fù)雜的生態(tài)體系[9]，大部分腸道菌株無(wú)法體外培養(yǎng)，并且由于人體試驗(yàn)的復(fù)雜性及倫理問(wèn)題等，研究者們通常利用模式動(dòng)物體系進(jìn)行研究。目前研究的動(dòng)物模型主要是嚙齒動(dòng)物，然而小鼠等動(dòng)物模型成本較高，研究周期長(zhǎng)且無(wú)菌個(gè)體難于獲得。無(wú)脊椎模式動(dòng)物，如果蠅、線蟲等因壽命短，維護(hù)成本低，通量高等優(yōu)點(diǎn)逐漸受到廣泛利用[10]。然而，它們的腸道菌群組成不穩(wěn)定，大部分為環(huán)境菌種，易受到外界因素、試驗(yàn)條件等影響[11]。例如：即使采用相同的飼養(yǎng)條件，黑腹果蠅腸道中的某些菌屬在不同性別、不同年齡的宿主中仍存在偏向性[11]。與上述幾種研究對(duì)象相比，蜜蜂具有生命周期短，成本低，不受倫理問(wèn)題制約以及通量高等優(yōu)勢(shì)，蜜蜂的許多代謝相關(guān)基因和途徑與哺乳動(dòng)物具有保守性，并且在肥胖和糖尿病患病機(jī)制、致病菌抵抗等方面已具備相關(guān)研究基礎(chǔ)[12-13]。

蜜蜂腸道菌群組成簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，僅由少數(shù)的核心菌種組成，且在腸道不同部位的分布具有一定規(guī)律。蜜蜂腸道菌均為特異性菌種，與外界環(huán)境菌種無(wú)關(guān)[14]，并且核心腸道菌均可進(jìn)行體外培養(yǎng)[15]。研究發(fā)現(xiàn)腸道菌可以幫助蜜蜂代謝食物組分，產(chǎn)生短鏈脂肪酸和氨基酸等，促進(jìn)胰島素樣肽等激素信號(hào)相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)一步證明了蜜蜂與人等動(dòng)物的腸道菌群具有相似的功能[16，18]。基于蜜蜂腸道微生物與人類等哺乳動(dòng)物的腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能相似性，且蜜蜂個(gè)體具備相關(guān)健康和疾病的表型及途徑、機(jī)制[12，19]，奠定了其作為“腸道微生物-宿主疾病”模型的基礎(chǔ)。本文首先就蜜蜂腸道菌群的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)蜜蜂構(gòu)造疾病模型的發(fā)展進(jìn)行歸納，最后提出通過(guò)飲食干預(yù)蜜蜂進(jìn)行相關(guān)疾病評(píng)價(jià)的可能性，為建立蜜蜂模式平臺(tái)用于研究腸道菌群及營(yíng)養(yǎng)健康的關(guān)聯(lián)及干預(yù)和治療疾病提供了理論依據(jù)和可行性操作流程。

1 蜜蜂作為腸道微生物研究的模式生物

蜜蜂在出生后經(jīng)過(guò)卵、幼蟲、蛹和成蟲4 個(gè)發(fā)育階段，通過(guò)普通PCR 或者熒光原位雜交顯微鏡檢測(cè)發(fā)現(xiàn)幼蟲的腸道菌群較為稀少[10]。美國(guó)德克薩斯大學(xué)Moran 實(shí)驗(yàn)室首次構(gòu)建和驗(yàn)證了無(wú)菌蜜蜂體系，將羽化前的蜜蜂放入無(wú)菌培養(yǎng)杯中，通過(guò)正常培養(yǎng)就可以獲得大量無(wú)菌個(gè)體[20]（圖1）。目前哺乳動(dòng)物通過(guò)剖宮凈化構(gòu)建無(wú)菌模型，具有步驟繁瑣、培養(yǎng)條件苛刻、代價(jià)高昂、容易污染等缺點(diǎn)，而其它模式昆蟲也需要通過(guò)HgCl2、乙醇等化學(xué)試劑在其卵表面滅菌構(gòu)建無(wú)菌模型[20]。無(wú)菌蜜蜂的獲得較為簡(jiǎn)單且蜂王每日產(chǎn)卵量大，為蜜蜂成為模式生物提供了巨大優(yōu)勢(shì)。

圖1 實(shí)驗(yàn)室蜜蜂培養(yǎng)示意圖Fig.1 Cultivation of honey bee in the lab

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)蜜蜂腸道微生物的結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)單且特異性強(qiáng)。蜜蜂腸道菌群主要有9 種細(xì)菌，占蜜蜂腸道總菌量的95%以上[23]。其中5 個(gè)核心菌種幾乎存在于所有的蜜蜂個(gè)體當(dāng)中：包括2 種革蘭氏陰性菌Snodgrassella alvi （β-變形菌綱）和Gilliamella apicola （γ-變形菌綱）；3 種革蘭氏陽(yáng)性菌：屬于厚壁菌門的2 個(gè)乳桿菌屬類群乳桿菌Firm-4、Firm-5 （Lactobacillus Firm-4、Firm-5）以及屬于放線菌門的雙歧桿菌 （Bifidobacterium），這5 個(gè)類群的細(xì)菌形成了蜜蜂腸道的核心菌群[16，21]。除核心菌以外，其余的4 個(gè)菌種：Bartonella apis，Apibacter adventoris，F(xiàn)rischella perrara 和Acetobacteraceae 數(shù)量不多且分布不穩(wěn)定，但在腸道里也有專屬的生態(tài)位[22-23]。蜜蜂腸道菌群在腸道內(nèi)的分布具有一定的規(guī)律，菌群多存在于后腸且數(shù)量豐富，可達(dá)到108～109個(gè)。后腸又可以分為回腸和直腸2 個(gè)獨(dú)立部分，回腸直徑約2 mm 并帶有6 個(gè)縱向褶皺。S.alvi 形成一層生物膜緊密黏附在回腸腸腔內(nèi)側(cè)腸壁上，G.apicola 則附著生長(zhǎng)在S.alvi 之上；革蘭氏陽(yáng)性菌乳桿菌Firm-4、Firm-5 和雙歧桿菌則作為優(yōu)勢(shì)菌種分布在后腸末端的直腸中。

基于無(wú)菌操作成本低、飼養(yǎng)簡(jiǎn)單、繁殖能力強(qiáng)、子代數(shù)量多、無(wú)菌個(gè)體易獲得、腸道菌組成簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，蜜蜂被認(rèn)為是一個(gè)優(yōu)秀的腸道微生物模型，其腸道菌的定植也具有實(shí)際可操作性，其它模式動(dòng)物不可比擬。目前所有的蜜蜂腸道核心菌種均可以進(jìn)行體外培養(yǎng)，部分可以進(jìn)行基因操作，這些都有利于無(wú)菌/限菌蜜蜂體系的構(gòu)建[10]。研究者將RNAi 技術(shù)應(yīng)用于蜜蜂腸道共生菌，使改造后的工程菌能在蜜蜂腸道中持續(xù)釋放特定的雙鏈RNA，激活蜜蜂的RNAi 應(yīng)答，減少特定病原體（病毒、寄生螨蟲等）對(duì)蜜蜂的感染[25]。基于無(wú)菌蜜蜂構(gòu)建平臺(tái)通過(guò)對(duì)比無(wú)菌蜜蜂及糞菌移植再造的含有正常腸道菌的蜜蜂個(gè)體，研究發(fā)現(xiàn)腸道菌可以幫助宿主代謝食物組分，產(chǎn)生短鏈脂肪酸和氨基酸等物質(zhì)，促進(jìn)胰島素樣肽、胰島素接收蛋白、卵黃蛋白原等激素信號(hào)相關(guān)基因的表達(dá)，對(duì)宿主的吻屈伸反應(yīng)行為產(chǎn)生影響[16]。Zheng 等[17]通過(guò)對(duì)蜜蜂腸道菌群宏基因組及腸道菌基因組的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌和γ-變形菌是食物中半纖維素和果膠的主要分解者，證明相關(guān)基因位點(diǎn)對(duì)特定食物多糖組分（木聚糖、阿拉伯聚糖、半乳聚糖）的重要作用及調(diào)控情況，揭示了蜜蜂腸道微生物與人體腸道微生物群落的相似性，為解析腸道菌群對(duì)食物的高效降解提供了基礎(chǔ)。綜上所述，由于蜜蜂生活史短、易飼養(yǎng)、成本低且腸道微生物組成簡(jiǎn)單穩(wěn)定、可在體外培養(yǎng)等特點(diǎn)，因此其為研究宿主與腸道微生物之間相互作用的理想動(dòng)物模型。

2 蜜蜂作為疾病模型的研究進(jìn)展

腸道微生態(tài)的平衡是影響宿主健康的重要因素。蜜蜂作為疾病模型對(duì)研究人類疾病發(fā)生和發(fā)展機(jī)制具有很大的優(yōu)勢(shì)：人類和蜜蜂的細(xì)胞生物學(xué)方面非常相似，包括調(diào)節(jié)基因表達(dá)、跨膜運(yùn)輸、細(xì)胞骨架構(gòu)建、神經(jīng)元和突觸形成、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞凋亡[26-28]；人類的許多疾病基因與蜜蜂具有一定的同源性，通過(guò)對(duì)同源基因的深入研究進(jìn)而對(duì)人類發(fā)病機(jī)制深入了解，不僅可以揭示疾病發(fā)生的細(xì)胞分子通路，還可以研究對(duì)疾病有調(diào)控作用的基因及其表達(dá)產(chǎn)物，尋找可能的干預(yù)作用靶點(diǎn)[29-30]。隨著蜜蜂高質(zhì)量基因組的獲取[31]以及物種內(nèi)變異與進(jìn)化的研究，蜜蜂模式動(dòng)物作為衰老、糖尿病、行為障礙等疾病的模型被越來(lái)越多的科學(xué)家所關(guān)注。

2.1 肥胖癥

研究表明健康的腸道菌群可以調(diào)節(jié)宿主的體重，免于肥胖[32]。宏基因組測(cè)序結(jié)果顯示雙胞胎中較為肥胖個(gè)體者腸道中碳水化合物代謝相關(guān)的菌群豐度較高，且肥胖者腸道菌群定植的無(wú)菌小鼠體重明顯高于其它小鼠[33]。Caesar 等[34]發(fā)現(xiàn)11 周齡的小鼠喂食豬油組體重顯著增高，且擬桿菌豐度較高，而魚油組中雙歧桿菌、乳桿菌、鏈球菌和艾克曼菌（Akkermansia muciniphila）的相對(duì)豐度較高。艾克曼菌的豐度與體內(nèi)甘油三酯的含量呈負(fù)相關(guān)，被認(rèn)為在控制肥胖等代謝疾病中起著重要作用。這表明肥胖與腸道微生物有直接關(guān)系，腸道菌群通過(guò)促進(jìn)機(jī)體對(duì)食物的吸收，因而蓄積脂肪導(dǎo)致增重。通過(guò)改變飲食可達(dá)到緩解肥胖癥的目的，喂食白藜蘆醇的小鼠，可改善腸道菌群組成和功能，從而改善肥胖及相關(guān)的代謝指標(biāo)[35]。

最早的肥胖模型主要以傳統(tǒng)的大鼠、小鼠等嚙齒類動(dòng)物為模式生物，隨著研究的推進(jìn)，嚙齒類動(dòng)物飼養(yǎng)成本高、周期長(zhǎng)，應(yīng)用模型向線蟲、斑馬魚、果蠅等其它模式生物轉(zhuǎn)變。食物誘導(dǎo)肥胖與人體肥胖的產(chǎn)生最為接近，模型構(gòu)建主要包括高脂肪和高碳水化合物誘導(dǎo)2 種方法。哺乳動(dòng)物肥胖模型中通常對(duì)體重、體脂指數(shù)、脂肪質(zhì)量、脂肪細(xì)胞形態(tài)、血脂指數(shù)、甘油三酯、總膽固醇、高低密度脂蛋白膽固醇等進(jìn)行評(píng)估，而果蠅肥胖模型中通常對(duì)壽命、體重、脂肪體、甘油三酯、糖異生和β-氧化有關(guān)的幾種基因的表達(dá)進(jìn)行評(píng)估[36-37]。

蜜蜂除了以花蜜、花粉、蜂糧為正常食物外，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)也可以通過(guò)配置不同比例的糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)來(lái)干預(yù)飲食。通過(guò)喂食高糖、高蛋白、高脂飲食來(lái)干預(yù)蜜蜂的飲食也可以建立如同果蠅一樣的肥胖模型[19]。給成年工蜂喂食高糖飲食后脂肪和體重顯著增加，類似的成年工蜂在喂食高蛋白花粉、低蛋白花粉和無(wú)蛋白飲食后，卵黃蛋白原（Vg）、總蛋白濃度和脂肪體內(nèi)的蛋白質(zhì)濃度具有顯著差異[12]。高蛋白和高糖飲食對(duì)蜜蜂的存活率、體重、脂肪、總蛋白質(zhì)含量以及血淋巴中的Vg 濃度均有影響，表明可以通過(guò)干預(yù)飲食，構(gòu)建蜜蜂的肥胖模型。

2.2 II 型糖尿病

II 型糖尿病 （Type 2 diabetes mellitus，T2D）是一種由遺傳和環(huán)境因素共同引起的復(fù)雜內(nèi)分泌疾病。T2D 患者腸道內(nèi)微生物菌群紊亂，種類和數(shù)量發(fā)生改變，腸球菌數(shù)量增多，雙歧桿菌和腸桿菌豐度減少，尤其是產(chǎn)生丁酸鹽的細(xì)菌數(shù)量差異較大[38]。研究表明通過(guò)改變果蠅、大鼠和秀麗隱桿線蟲的碳水化合物、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等飲食的結(jié)構(gòu)可以構(gòu)建II 型糖尿病模型[39-41]。2011年，Musselman等[42]首次明確提出高糖飲食可以誘導(dǎo)果蠅出現(xiàn)胰島素抵抗，血糖升高，脂肪大量?jī)?chǔ)存的癥狀。Na等[43]通過(guò)給成年果蠅喂食高糖飲食，發(fā)現(xiàn)果蠅壽命縮短，心臟功能惡化，出現(xiàn)胰島素抵抗，這些表型與人類II 型糖尿病患者的臨床癥狀十分相似。在果蠅T2D 模型中，可以通過(guò)檢測(cè)壽命、血淋巴中的葡萄糖和海藻糖含量、游離脂肪酸含量、胰島素的分泌水平、胰島素樣肽（Insulin Like Peptide，ILP）的表達(dá)水平、β 氧化相關(guān)基因的表達(dá)水平，對(duì)T2D 進(jìn)行評(píng)估。研究表明喂食靈芝孢子粉促進(jìn)糖原合成和抑制糖異生來(lái)降低血糖水平，調(diào)節(jié)膽固醇穩(wěn)態(tài)以改善II 型糖尿病血脂[44]。

與其它動(dòng)物一樣，蜜蜂也利用胰島素/胰島素樣信號(hào)傳導(dǎo)途徑維持體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)穩(wěn)態(tài)。蜜蜂與人類的ILP 基因序列、結(jié)構(gòu)和功能較為相似，同時(shí)具有調(diào)節(jié)身體生長(zhǎng)和葡萄糖穩(wěn)態(tài)的功能。蜜蜂具有2 種胰島素樣肽（AmIlp1，AmIlp2），在脂肪體內(nèi)不同的位置表達(dá)。喂食高脂飲食的蜜蜂比高蛋白飲食的蜜蜂AmIlp 1 表達(dá)明顯更高，而AmIlp 2 和胰島素受體底物基因的表達(dá)不受飲食的影響。當(dāng)蜜蜂以30%或15%的蔗糖為食時(shí)，其中喂食高蔗糖的蜜蜂的血淋巴中，葡萄糖和果糖含量顯著升高，其代謝率也顯著提高[18，44]。長(zhǎng)期給蜜蜂喂食高果糖和高蔗糖將引發(fā)有關(guān)蛋白質(zhì)、酪氨酸和苯丙氨酸代謝的表達(dá)差異，其中胰島素的分泌水平和ILP 的表達(dá)水平的差異是評(píng)估II 型糖尿病的重要指標(biāo)之一。因此可以通過(guò)壽命、體重、血淋巴中的葡萄糖和海藻糖含量變化對(duì)蜜蜂II 型糖尿病進(jìn)行評(píng)估，其II 型糖尿病的表型和評(píng)估方法與人類患者和其它模型生物有很多共同點(diǎn)。

2.3 神經(jīng)退行性疾病

人類神經(jīng)退行性疾病主要包括阿爾茨海默病、Tau 蛋白病、帕金森病、朊病毒病、多谷氨酰胺疾病和肌萎縮側(cè)索硬化。近年來(lái)熱度較高的“腦腸軸” 概念描述了中樞神經(jīng)系統(tǒng)與胃腸道之間的關(guān)聯(lián)。維持腸道的穩(wěn)態(tài)對(duì)于宿主的健康至關(guān)重要，腸道營(yíng)養(yǎng)不良可能會(huì)對(duì)腸道生理產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致腦腸軸信號(hào)異常，進(jìn)而造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。同時(shí)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的壓力也會(huì)影響腸道功能，導(dǎo)致微生物群的改變。營(yíng)養(yǎng)失衡、重金屬攝取或其它環(huán)境刺激也會(huì)導(dǎo)致腸道菌群的平衡被打破，進(jìn)而改變與疾病相關(guān)基因的表達(dá)，最終導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病。研究表明可以通過(guò)喂食除草劑百草枯、農(nóng)藥魚藤酮、1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶等環(huán)境相關(guān)毒素構(gòu)建果蠅和小鼠帕金森癥模型[46-48]，這些毒素導(dǎo)致活性氧的形成從而破壞多巴胺神經(jīng)元并選擇性殺死神經(jīng)元。通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)的評(píng)估、神經(jīng)遞質(zhì)的檢測(cè)以及產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)和谷氨酸信號(hào)相關(guān)的基因表達(dá)的變化，評(píng)估帕金森癥模型。而通過(guò)特殊飲食也可以改善神經(jīng)退行性疾病，通過(guò)給自閉癥譜系障礙小鼠模型喂食生酮飲食，顯著改變其腸道菌群組成，緩輕疾病癥狀。通過(guò)飲食調(diào)控改善宿主腸道菌群，緩解神經(jīng)退行性疾病是未來(lái)的重要方向[49]。

與人類相似，蜜蜂的視覺(jué)、聽覺(jué)、嗅覺(jué)等本體感覺(jué)都通過(guò)大腦處理信息并傳遞給中樞神經(jīng)系統(tǒng)。蜜蜂中振動(dòng)信號(hào)和某些行為相關(guān)的基因，與人類帕金森癥中涉及的基因（例如DJ-1，SUMO-1，UBC 7，EAAT2）是同源的[50]。給蜜蜂喂食新煙堿類農(nóng)藥可導(dǎo)致其體重、基礎(chǔ)代謝率降低，且對(duì)蜜蜂的學(xué)習(xí)行為、活動(dòng)行為和神經(jīng)生理學(xué)產(chǎn)生負(fù)面影響[50]。此外，研究表明給蜜蜂喂食錳金屬元素會(huì)影響蜜蜂的運(yùn)動(dòng)行為，下調(diào)運(yùn)動(dòng)相關(guān)基因 （DJ-1，SUMO-1，UBC7）和多巴胺生成基因（Dop1）的表達(dá)，上調(diào)一些與谷氨酸信號(hào)傳導(dǎo)的相關(guān)基因的表達(dá)[51]。含有除草劑、殺蟲劑、重金屬以及缺乏營(yíng)養(yǎng)的飲食會(huì)顯著降低蜜蜂的成活率，且明顯降低絳色細(xì)胞和王漿腺的大小，嚴(yán)重影響與嗅覺(jué)和觸覺(jué)相關(guān)的學(xué)習(xí)行為，使其表現(xiàn)出與人類神經(jīng)退行性疾病相似的癥狀[51，53]。蜜蜂體內(nèi)與學(xué)習(xí)、振動(dòng)信號(hào)有關(guān)基因的表達(dá)水平以及神經(jīng)遞質(zhì)（如章魚胺、多巴胺、5-羥色胺和酪胺）的濃度檢測(cè)方法較為成熟，為其作為神經(jīng)退行性疾病模型的研究提供了可靠依據(jù)。

2.4 炎癥性疾病

腸道菌群可以保護(hù)腸道免受外源病原體和潛在的有害本體細(xì)菌的侵害，并調(diào)節(jié)宿主的免疫表達(dá)。腸道微生物可通過(guò)產(chǎn)生乳酸和短鏈脂肪酸來(lái)控制腸道pH 值，從而防止病原體的入侵[54]。炎癥性腸炎患者的免疫系統(tǒng)存在缺陷，導(dǎo)致宿主體內(nèi)的細(xì)菌炎癥反應(yīng)不當(dāng)?；瘜W(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)（例如，葡聚糖硫酸鈉、2，4，6-三硝基苯磺酸TNBS、右旋糖酐硫酸鈉等）通過(guò)破壞上皮細(xì)胞的通透性，激活巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞，引起免疫應(yīng)答，導(dǎo)致中腸細(xì)胞死亡率增加、中腸組織損傷，引起炎癥并導(dǎo)致腸炎從而構(gòu)建腸道炎癥模型[55-56]。研究表明富含不飽和脂肪及纖維的地中海飲食，可改善腸道菌群及減少代謝內(nèi)毒素從而改善宿主的炎癥表現(xiàn)[57]。

蜜蜂通過(guò)激活高度保守的免疫途徑，系統(tǒng)性地表達(dá)和釋放抗菌肽來(lái)抵抗細(xì)菌、真菌和病毒病原體的入侵，這是哺乳動(dòng)物和昆蟲固有的免疫應(yīng)答標(biāo)志之一。細(xì)菌入侵感染后，細(xì)菌數(shù)量的增加會(huì)導(dǎo)致蜜蜂抗菌肽表達(dá)增強(qiáng)，以配合免疫系統(tǒng)清除細(xì)菌病原體。定植Snodgrassella alvi 及Gillimella apicola 的西蜂對(duì)于血淋巴感染的大腸桿菌具有顯著抑制效果，且宿主會(huì)表達(dá)更多的抗菌肽，證明抑菌肽是宿主抵抗致病菌檢測(cè)指標(biāo)之一。在寄生蟲感染后同樣也會(huì)引起蜜蜂宿主免疫基因的表達(dá)。研究表明定植昆氏乳桿菌 （Lactobacillus kunkeei）、植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）乳酸菌后，可通過(guò)降低腸道內(nèi)的pH 值及調(diào)節(jié)宿主的免疫從而抑制東方蜜蜂微孢子蟲 （Nosema ceranae）及幼蟲芽孢桿菌（Paenibacillus.larvae）的定植?？股厥姑鄯淠c道細(xì)菌減少且免疫功能受損，導(dǎo)致編碼抗菌肽的基因（Defensin 1）表達(dá)下調(diào)[58]。蜜蜂炎癥的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)包括免疫反應(yīng)基因表達(dá)水平的變化，對(duì)外來(lái)病原體和有害環(huán)境因素的抗菌活性的變化，以及蜜蜂腸道形態(tài)、上皮細(xì)胞和圍食膜的變化，因此蜜蜂也可作為免疫和炎性疾病的潛在模型[59]。

3 蜜蜂腸道微生物與飲食干預(yù)和疾病發(fā)生的研究思路

蜜蜂幼蟲的腸道菌群很少，因此構(gòu)建無(wú)菌蜜蜂模型也較為簡(jiǎn)單。通常的操作流程為：從蜂脾中取出未羽化的成蟲，置于無(wú)菌培養(yǎng)箱中1～2 d。將羽化后的蜜蜂飼喂無(wú)菌糖水及無(wú)菌花粉，置于無(wú)菌環(huán)境中培養(yǎng)即可獲得無(wú)菌蜜蜂。類似地，可通過(guò)對(duì)無(wú)菌蜜蜂進(jìn)行糞菌移植，再造含有正常腸道菌的蜜蜂個(gè)體，或者定植特殊腸道微生物構(gòu)建單菌蜜蜂個(gè)體，定植后5～7 d 腸道菌群可達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。將帶有特殊腸道微生物菌的蜜蜂模型，通過(guò)飲食或者化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行5～15 d 的干預(yù)、造模，可構(gòu)建成所需要的蜜蜂疾病模型（見圖2）。干預(yù)之后通過(guò)檢測(cè)蜜蜂的生理生化指標(biāo)（見圖3），對(duì)蜜蜂疾病模型進(jìn)行評(píng)估?！胺逝趾吞悄虿☆惷鄯洹蓖ㄟ^(guò)對(duì)血糖含量以及胰島素抵抗、TOR 信號(hào)通路和糖異生相關(guān)基因的表達(dá)的改變、脂肪體脂滴形態(tài)以及甘油三酯含量等進(jìn)行評(píng)估；“神經(jīng)類疾病蜜蜂”可以通過(guò)對(duì)嗅覺(jué)、視覺(jué)、記憶等相關(guān)的行為、吻屈伸、學(xué)習(xí)等行為試驗(yàn)，以及神經(jīng)遞質(zhì)的產(chǎn)生和神經(jīng)元的表達(dá)等進(jìn)行檢測(cè)；“炎癥病類蜜蜂” 通過(guò)對(duì)抗菌肽的產(chǎn)生、血細(xì)胞濃度及酶活的變化等進(jìn)行評(píng)估（見圖3）。蜜蜂疾病評(píng)價(jià)模型從蜂脾中取未羽化的成蟲算起，到評(píng)價(jià)疾病指標(biāo)，共需要12～24 d時(shí)間。蜜蜂疾病模型具有構(gòu)建方法簡(jiǎn)單、易于操作、飼養(yǎng)簡(jiǎn)單和通量大的優(yōu)點(diǎn)，會(huì)在未來(lái)人類疾病探究中起到重要作用。

4 總結(jié)和展望

近年來(lái)，腸道微生物在宿主健康、疾病發(fā)生和發(fā)展、營(yíng)養(yǎng)干預(yù)及治療等方面?zhèn)涫荜P(guān)注。作為非哺乳動(dòng)物的蜜蜂生命周期短、成本低、通量高，且腸道微生物與人類等哺乳動(dòng)物的腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能相似，許多基因及代謝途徑和哺乳動(dòng)物保守性高，個(gè)體具備相關(guān)健康和疾病的表型，奠定了其作為“腸道微生物-宿主疾病”模型的基礎(chǔ)。本文綜述了蜜蜂作為腸道微生物模型和疾病模型具有的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。但腸道微生物如何影響人類健康，仍然存在許多懸而未解的問(wèn)題。蜜蜂具有諸多人類及動(dòng)物的同源器官和生物學(xué)途徑、相似的疾病表型以及易于調(diào)控的腸道微生物組。以飲食干預(yù)為指導(dǎo)治療疾病，利用蜜蜂模式動(dòng)物對(duì)飲食進(jìn)行多指標(biāo)活性評(píng)價(jià)，有利于闡釋疾病病理機(jī)制及食物的作用機(jī)制，為食品營(yíng)養(yǎng)與健康疾病的研究做出新的貢獻(xiàn)。

圖2 蜜蜂腸道微生物與飲食干預(yù)和疾病發(fā)生的研究流程Fig.2 Using honey bee to study interactions among gut microbiota，dietary intervention，and diseases

圖3 蜜蜂作為模式動(dòng)物研究腸道菌群與健康疾病Fig.3 Honey bee as model organism for the research of gut microbiota and diseases