新型模式平臺
——蜜蜂用于腸道菌群與營養(yǎng)健康研究

郎浩宇，王小斐，陳 芳，廖小軍，胡小松*，鄭 浩*

（1 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院 國家果蔬加工工程技術(shù)研究中心農(nóng)業(yè)部果蔬加工重點開放實驗室 食品非熱加工北京市重點實驗室 北京100083 2 中國農(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，菌群密度高達(dá)1011個/g[1]。腸道微生物能夠影響宿主對膳食的攝取能力，與宿主的消化、營養(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，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，補充二甲雙胍聯(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，腸道微生物對食品營養(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相關(guān)領(lǐng)域提供了新的方法與思路。

人類腸道菌群是個極其復(fù)雜的生態(tài)體系[9]，大部分腸道菌株無法體外培養(yǎng)，并且由于人體試驗的復(fù)雜性及倫理問題等，研究者們通常利用模式動物體系進(jìn)行研究。目前研究的動物模型主要是嚙齒動物，然而小鼠等動物模型成本較高，研究周期長且無菌個體難于獲得。無脊椎模式動物，如果蠅、線蟲等因壽命短，維護(hù)成本低，通量高等優(yōu)點逐漸受到廣泛利用[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]。與上述幾種研究對象相比，蜜蜂具有生命周期短，成本低，不受倫理問題制約以及通量高等優(yōu)勢，蜜蜂的許多代謝相關(guān)基因和途徑與哺乳動物具有保守性，并且在肥胖和糖尿病患病機制、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相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)一步證明了蜜蜂與人等動物的腸道菌群具有相似的功能[16，18]?；诿鄯淠c道微生物與人類等哺乳動物的腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能相似性，且蜜蜂個體具備相關(guān)健康和疾病的表型及途徑、機制[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進(jìn)行總結(jié)，并對蜜蜂構(gòu)造疾病模型的發(fā)展進(jìn)行歸納，最后提出通過飲食干預(yù)蜜蜂進(jìn)行相關(guān)疾病評價的可能性，為建立蜜蜂模式平臺用于研究腸道菌群及營養(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)過卵、幼蟲、蛹和成蟲4 個發(fā)育階段，通過普通PCR 或者熒光原位雜交顯微鏡檢測發(fā)現(xiàn)幼蟲的腸道菌群較為稀少[10]。美國德克薩斯大學(xué)Moran 實驗室首次構(gòu)建和驗證了無菌蜜蜂體系，將羽化前的蜜蜂放入無菌培養(yǎng)杯中，通過正常培養(yǎng)就可以獲得大量無菌個體[20]（圖1）。目前哺乳動物通過剖宮凈化構(gòu)建無菌模型，具有步驟繁瑣、培養(yǎng)條件苛刻、代價高昂、容易污染等缺點，而其它模式昆蟲也需要通過HgCl2、乙醇等化學(xué)試劑在其卵表面滅菌構(gòu)建無菌模型[20]。無菌蜜蜂的獲得較為簡單且蜂王每日產(chǎn)卵量大，為蜜蜂成為模式生物提供了巨大優(yōu)勢。

圖1 實驗室蜜蜂培養(yǎng)示意圖Fig.1 Cultivation of honey bee in the lab

近年來研究發(fā)現(xiàn)蜜蜂腸道微生物的結(jié)構(gòu)組成簡單且特異性強。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 個核心菌種幾乎存在于所有的蜜蜂個體當(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 種革蘭氏陽性菌：屬于厚壁菌門的2 個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。后腸又可以分為回腸和直腸2 個獨立部分，回腸直徑約2 mm 并帶有6 個縱向褶皺。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 則附著生長在S.alvi 之上；革蘭氏陽性菌乳桿菌Firm-4、Firm-5 和雙歧桿菌則作為優(yōu)勢菌種分布在后腸末端的直腸中。

基于無菌操作成本低、飼養(yǎng)簡單、繁殖能力強、子代數(shù)量多、無菌個體易獲得、腸道菌組成簡單等特點，蜜蜂被認(rèn)為是一個優(yōu)秀的腸道微生物模型，其腸道菌的定植也具有實際可操作性，其它模式動物不可比擬。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）對蜜蜂的感染[25]?；跓o菌蜜蜂構(gòu)建平臺通過對比無菌蜜蜂及糞菌移植再造的含有正常腸道菌的蜜蜂個體，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相關(guān)基因的表達(dá)，對宿主的吻屈伸反應(yīng)行為產(chǎn)生影響[16]。Zheng 等[17]通過對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)基因位點對特定食物多糖組分（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單穩(wěn)定、可在體外培養(yǎng)等特點，因此其為研究宿主與腸道微生物之間相互作用的理想動物模型。

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研究人類疾病發(fā)生和發(fā)展機制具有很大的優(yōu)勢：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)、跨膜運輸、細(xì)胞骨架構(gòu)建、神經(jīng)元和突觸形成、細(xì)胞信號轉(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，通過對同源基因的深入研究進(jìn)而對人類發(fā)病機制深入了解，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[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，蜜蜂模式動物作為衰老、糖尿病、行為障礙等疾病的模型被越來越多的科學(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]。宏基因組測序結(jié)果顯示雙胞胎中較為肥胖個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，腸道菌群通過促進(jìn)機體對食物的吸收，因而蓄積脂肪導(dǎo)致增重。通過改變飲食可達(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、小鼠等嚙齒類動物為模式生物，隨著研究的推進(jìn)，嚙齒類動物飼養(yǎng)成本高、周期長，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。哺乳動物肥胖模型中通常對體重、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)行評估，而果蠅肥胖模型中通常對壽命、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)行評估[36-37]。

蜜蜂除了以花蜜、花粉、蜂糧為正常食物外，在實驗室內(nèi)也可以通過配置不同比例的糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)來干預(yù)飲食。通過喂食高糖、高蛋白、高脂飲食來干預(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，脂肪大量儲存的癥狀。Na等[43]通過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，可以通過檢測壽命、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T2D 進(jìn)行評估。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]。

與其它動物一樣，蜜蜂也利用胰島素/胰島素樣信號傳導(dǎo)途徑維持體內(nèi)的營養(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，同時具有調(diào)節(jié)身體生長和葡萄糖穩(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，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)水平的差異是評估II 型糖尿病的重要指標(biāo)之一。因此可以通過壽命、體重、血淋巴中的葡萄糖和海藻糖含量變化對蜜蜂II 型糖尿病進(jìn)行評估，其II 型糖尿病的表型和評估方法與人類患者和其它模型生物有很多共同點。

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)對于宿主的健康至關(guān)重要，腸道營養(yǎng)不良可能會對腸道生理產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致腦腸軸信號異常，進(jìn)而造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。同時中樞神經(jīng)系統(tǒng)的壓力也會影響腸道功能，導(dǎo)致微生物群的改變。營養(yǎng)失衡、重金屬攝取或其它環(huán)境刺激也會導(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。通過對運動試驗的評估、神經(jīng)遞質(zhì)的檢測以及產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)和谷氨酸信號相關(guān)的基因表達(dá)的變化，評估帕金森癥模型。而通過特殊飲食也可以改善神經(jīng)退行性疾病，通過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)退行性疾病是未來的重要方向[49]。

與人類相似，蜜蜂的視覺、聽覺、嗅覺等本體感覺都通過大腦處理信息并傳遞給中樞神經(jīng)系統(tǒng)。蜜蜂中振動信號和某些行為相關(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，且對蜜蜂的學(xué)習(xí)行為、活動行為和神經(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影響蜜蜂的運動行為，下調(diào)運動相關(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、重金屬以及缺乏營養(yǎng)的飲食會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)重影響與嗅覺和觸覺相關(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)、振動信號有關(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)。腸道微生物可通過產(chǎn)生乳酸和短鏈脂肪酸來控制腸道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)和釋放抗菌肽來抵抗細(xì)菌、真菌和病毒病原體的入侵，這是哺乳動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)量的增加會導(dǎo)致蜜蜂抗菌肽表達(dá)增強，以配合免疫系統(tǒng)清除細(xì)菌病原體。定植Snodgrassella alvi 及Gillimella apicola 的西蜂對于血淋巴感染的大腸桿菌具有顯著抑制效果，且宿主會表達(dá)更多的抗菌肽，證明抑菌肽是宿主抵抗致病菌檢測指標(biāo)之一。在寄生蟲感染后同樣也會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]。蜜蜂炎癥的評估標(biāo)準(zhǔn)包括免疫反應(yīng)基因表達(dá)水平的變化，對外來病原體和有害環(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)建無菌蜜蜂模型也較為簡單。通常的操作流程為：從蜂脾中取出未羽化的成蟲，置于無菌培養(yǎng)箱中1～2 d。將羽化后的蜜蜂飼喂無菌糖水及無菌花粉，置于無菌環(huán)境中培養(yǎng)即可獲得無菌蜜蜂。類似地，可通過對無菌蜜蜂進(jìn)行糞菌移植，再造含有正常腸道菌的蜜蜂個體，或者定植特殊腸道微生物構(gòu)建單菌蜜蜂個體，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)之后通過檢測蜜蜂的生理生化指標(biāo)（見圖3），對蜜蜂疾病模型進(jìn)行評估。“肥胖和糖尿病類蜜蜂”通過對血糖含量以及胰島素抵抗、TOR 信號通路和糖異生相關(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)行評估；“神經(jīng)類疾病蜜蜂”可以通過對嗅覺、視覺、記憶等相關(guān)的行為、吻屈伸、學(xué)習(xí)等行為試驗，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；“炎癥病類蜜蜂” 通過對抗菌肽的產(chǎn)生、血細(xì)胞濃度及酶活的變化等進(jìn)行評估（見圖3）。蜜蜂疾病評價模型從蜂脾中取未羽化的成蟲算起，到評價疾病指標(biāo)，共需要12～24 d時間。蜜蜂疾病模型具有構(gòu)建方法簡單、易于操作、飼養(yǎng)簡單和通量大的優(yōu)點，會在未來人類疾病探究中起到重要作用。

4 總結(jié)和展望

近年來，腸道微生物在宿主健康、疾病發(fā)生和發(fā)展、營養(yǎng)干預(yù)及治療等方面?zhèn)涫荜P(guān)注。作為非哺乳動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物保守性高，個體具備相關(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和優(yōu)勢。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題。蜜蜂具有諸多人類及動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，利用蜜蜂模式動物對飲食進(jìn)行多指標(biāo)活性評價，有利于闡釋疾病病理機制及食物的作用機制，為食品營養(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