蜂王漿影響蜜蜂學(xué)習(xí)記憶的研究進(jìn)展

關(guān)鍵詞： 蜂王漿；蜜蜂；學(xué)習(xí)記憶；王漿主蛋白；10-羥基-2-癸烯酸 （10-HDA）；DNA 甲基化轉(zhuǎn)移酶

中圖分類號： S896.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號： 1004–390X （2024） 06?0090?09

蜂王漿是5～14 日幼齡工蜂咽下腺和上顎腺分泌的一種專門用于飼喂蜂王與3 日齡內(nèi)幼蟲的黃色乳狀物質(zhì)[1-2]，對蜂王和工蜂個體發(fā)育和生殖具有重要影響。據(jù)報道，蜂王漿的主要功能包括：（1） 作為供給蜂王與蜜蜂幼蟲的重要食物營養(yǎng)來源[3-5]；（2） 對蜜蜂蜂王與工蜂級型分化起關(guān)鍵作用，調(diào)控個體生長與發(fā)育[6-12]；（3） 可影響蜜蜂的認(rèn)知行為能力[13-15]。蜂王與工蜂同是來自二倍體的受精卵，經(jīng)級型分化最終發(fā)育成蜂王與工蜂，并在蜂群中承擔(dān)截然不同的工作。工蜂因擁有良好的認(rèn)知能力使之能順利完成復(fù)雜的外界采集活動[16-21]，而蜂王認(rèn)知能力如何目前尚不完全清楚。一般來說，工蜂在羽化出房21 d 后才出巢采集，蜂王則通常在羽化出房后第5～13 天即達(dá)到性成熟并完成婚飛[22-23]，能在如此短時間內(nèi)完成婚飛并順利返回蜂群從事產(chǎn)卵工作，說明蜂王具有很強的認(rèn)知能力。有研究對西方蜜蜂蜂王的學(xué)習(xí)記憶能力進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)5 日齡蜂王的學(xué)習(xí)能力遠(yuǎn)高于同日齡工蜂，且與20 日齡工蜂相當(dāng)，15日齡蜂王在學(xué)習(xí)訓(xùn)練時的伸吻率甚至超過95%，可見，蜂王具有超強的學(xué)習(xí)記憶能力[15]。由于蜂王終生食用蜂王漿，而工蜂僅在幼蟲期前3 d 食用蜂王漿，后期食用蜂蜜和花粉，蜂王與工蜂的學(xué)習(xí)能力差異可能與蜂王漿密切相關(guān)?；诖耍疚慕Y(jié)合有關(guān)蜂王漿的最新研究，從蜂王漿影響蜜蜂認(rèn)知行為的角度出發(fā)，綜述了蜂王漿影響蜜蜂學(xué)習(xí)記憶能力的研究進(jìn)展。

1 蜂王漿的成分

1.1 蜂王漿成分及王漿主蛋白

蜂王漿成分復(fù)雜，主要含有60%～70% 的水分、12%～15% 的蛋白質(zhì)、10%～16% 的糖、3%～6%的脂肪以及0.8%～3.0% 的維生素、鹽和自由氨基酸[24-25]。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)：蜂王漿中含有20 種有機酸，其中10-羥基-2-癸烯酸（10-hydroxy-2-decenoicacid，10-HDA） 和癸二酸（1，10-decanedioicacid） 占有機酸總含量的80%～90%[26]。10-HDA 是蜂王漿的獨有物質(zhì)，癸二酸具有抗真菌、抗氧化和抗炎活性，二者均可作為蜂王漿質(zhì)量評價的標(biāo)準(zhǔn)。蜂王漿中含有多種蛋白質(zhì)，其中近82%～90% 屬于王漿主蛋白（major royal jelly proteins，MRJPs） 家族，且約48% 的蛋白成分屬于水溶性蛋白[27-29]。MRJPs 家族已鑒定出9 種成分，分別為MRJP-1～MJRP-9[29-31]。

1.2 東方蜜蜂與西方蜜蜂的蜂王漿成分比較

在蜂王漿產(chǎn)量方面，東方蜜蜂（Apis cerana）產(chǎn)漿量僅（3.21±0.43） g，而西方蜜蜂（A. mellifera）產(chǎn)漿量達(dá)（80.50±7.83） g[24]；在10-HDA 含量方面，東方蜜蜂蜂王漿的10-HDA 含量為（0.9±0.2）%，而西方蜜蜂蜂王漿的10-HDA 含量則為（2.4±0.2）%（表1）；在王漿主蛋白含量方面，東、西方蜜蜂蜂王漿中的MRJPs 均占90%，但組成有所差異，其中，東方蜜蜂蜂王漿的MRJPs 包括37% MRJP-1、15% MRJP-2、30% MRJP-3、5%MRJP-4 和3% MRJP-7，而西方蜜蜂蜂王漿的MRJPs包括6% MRJP-1、20% MRJP-2、40% MRJP-3、12% MRJP-4 和12% MRJP-5[24]。

2 王漿主蛋白（MRJPs） 參與蜜蜂學(xué)習(xí)記憶

2.1MRJPs 家族成員在蜜蜂頭部的表達(dá)

已被鑒定出的9 種MRJPs中，雖對每種MRJPs的功能均有一定研究，也發(fā)現(xiàn)了各自的一些功能（表2），然而該基因家族各成員在蜜蜂體內(nèi)的功能（如它們在蜜蜂體內(nèi)的基因表達(dá)及調(diào)控方法和路徑等） 仍不明確。在9 種MRJPs 基因中，mrjp-1、mrjp-2、mrjp-3 和mrjp-7 在蜜蜂蕈形體（也稱蘑菇體） 中均有表達(dá)[13， 42， 57]，其中，mrjp-1 基因在蜜蜂咽下腺和蕈形體中均有表達(dá)，這也是目前唯一被認(rèn)為參與了蜜蜂學(xué)習(xí)與記憶過程的MRJPs基因家族成員[13， 42]。

2.2 mrjp-1基因?qū)γ鄯鋵W(xué)習(xí)記憶的影響

KUCHARSKI等[42]發(fā)現(xiàn)：mrjp-1基因在幼齡工蜂蕈形體中表達(dá)，且其表達(dá)量隨著日齡的增長而上調(diào)，推測該基因與幼齡工蜂學(xué)習(xí)能力隨著日齡增加而提高有一定關(guān)聯(lián)。另外，將工蜂脫離蜂群進(jìn)行隔離飼養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)：由于處于密閉隔離狀態(tài)，工蜂缺少必要的感官刺激而表現(xiàn)出學(xué)習(xí)能力顯著降低的現(xiàn)象[58]。HOJO 等[13]對正常蜂群飼養(yǎng)蜜蜂和隔離飼養(yǎng)蜜蜂的mrjp-1基因表達(dá)量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)：正常蜂群的mrjp-1 基因表達(dá)量是隔離飼養(yǎng)蜜蜂的100倍。LI 等[59]的研究也證明：蜜蜂嗅覺學(xué)習(xí)能力下降與mrjp-1 基因表達(dá)量下降相關(guān)。因此，HOJO等[13]得出結(jié)論：mrjp-1 基因與蜜蜂學(xué)習(xí)能力相關(guān)，降低mrjp-1 基因表達(dá)量會影響蜜蜂的學(xué)習(xí)能力。蔚添添等[60]通過RNAi 技術(shù)將mrjp-1 基因沉默表達(dá)后，發(fā)現(xiàn)蜜蜂學(xué)習(xí)能力顯著降低，這一結(jié)果與HOJO 等[13]的結(jié)論一致。

如上所述，除mrjp-1 基因?qū)γ鄯鋵W(xué)習(xí)記憶產(chǎn)生影響之外，其他MRJPs 基因是否參與蜜蜂學(xué)習(xí)記憶的形成（圖1）？這一問題有待進(jìn)一步研究。此外，尚不清楚mrjp-1 基因是否影響以及如何影響蜜蜂的長期記憶。

3 10-HDA對蜜蜂學(xué)習(xí)記憶的影響

3.1 10-HDA及其生理活性

10-HDA 是自然界中唯一存在于蜂王漿中的物質(zhì)，屬不飽和脂肪酸，在蜂王漿中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.4%～2.0%，是蜂王漿中含量最高的脂肪酸成分[61]。1921 年，10-HDA 首次被發(fā)現(xiàn)并提取自工蜂上顎腺，其具有重要的生物學(xué)功能，如降血壓、抗腫瘤、抗高膽固醇、抗炎等 [61-62]。進(jìn)一步研究證實10-HDA 具有高效的神經(jīng)調(diào)節(jié)活性，如10-HDA 處理可使大鼠海馬神經(jīng)元顯著增加，并促進(jìn)其神經(jīng)細(xì)胞增殖， 提高其增殖率和存活率[63-65]；也可作為新型自噬誘導(dǎo)劑促進(jìn)帕金森病的神經(jīng)保護(hù)[66-67]。另有研究顯示：喂食10-HDA可以促進(jìn)脊椎動物（如大鼠） 大腦神經(jīng)干細(xì)胞中神經(jīng)元的生成并抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞生成[68]，海馬區(qū)作為大鼠學(xué)習(xí)記憶的重要大腦功能區(qū)，10-HDA能增強其初級海馬神經(jīng)元活性并參與該神經(jīng)元生長[68-69]。

3.2 10-HDA 與蜜蜂學(xué)習(xí)記憶

目前尚無直接證據(jù)表明10-HDA 參與了蜜蜂自身學(xué)習(xí)記憶的形成過程（圖1）。NAGARAJA等[70]以印度蜜蜂（A. cerana indica） 和卡尼鄂拉蜂（A. mellifera carnica） 雄蜂為研究對象，用不同氣味測試其嗅覺學(xué)習(xí)記憶，發(fā)現(xiàn)2 種蜜蜂的雄蜂均表現(xiàn)出對10-HDA 氣味刺激有更好的記憶，其伸吻率顯著高于對報警信息素成分乙酸異戊酯的伸吻率。此外，對蜜蜂形態(tài)遺傳標(biāo)記的研究結(jié)果顯示：mrjp3 微衛(wèi)星位點基因與蜜蜂產(chǎn)高含量10-HDA的蜂王漿密切相關(guān)[71]。如前所述，蜜蜂大腦蕈形體中也有mrjp-3 基因表達(dá)[8， 42]，但尚不清楚該基因是否參與蜜蜂學(xué)習(xí)過程和記憶存儲。若10-HDA 直接或間接參與了工蜂和蜂王學(xué)習(xí)記憶的形成過程，那么在一定程度上就能解釋蜂王與工蜂認(rèn)知能力的差異與蜂王漿相關(guān)，這一猜測需大量試驗驗證。

4 蜂王漿濃度對蜜蜂學(xué)習(xí)記憶的影響

4.1 對蜜蜂學(xué)習(xí)行為的影響

SHI 等[14]分別用含有0%、10% 和20% 蜂王漿（royal jelly，RJ） 的糖水飼喂出房工蜂，7 d 后測定其學(xué)習(xí)記憶能力，并采用RT-qPCR 測定喂食蜂王漿后工蜂2 個記憶相關(guān)基因（GluRA 和Nmdar1）的相對表達(dá)量，結(jié)果顯示：飼喂蜂王漿后工蜂記憶能力顯著提高，飼喂10% 和20% RJ 糖水的工蜂，其Nmdar1 基因相對表達(dá)量顯著高于飼喂0% RJ 糖水的工蜂；飼喂20% RJ 工蜂的GluRA 基因相對表達(dá)量顯著高于飼喂0% RJ 的工蜂，且與對照組無顯著差異。此外，用含有0%、10% 和40% RJ 的糖水飼喂新出房的工蜂和蜂王，5 d 后測定其學(xué)習(xí)和記憶能力，結(jié)果顯示：飼喂40% RJ 的蜂王和工蜂，其學(xué)習(xí)和記憶能力均顯著提高，兩者對工蜂氣味的辨識能力也顯著提高，但對蜂王的辨識能力無明顯變化。

4.2對蜜蜂學(xué)習(xí)記憶相關(guān)基因的影響

谷氨酸是脊椎動物和無脊椎動物大腦中主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)之一，在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中對細(xì)胞分化和突觸形成起關(guān)鍵作用[72]。谷氨酸受體基因GluRA （AmGluRA） 在工蜂蛹和成年工蜂大腦中均有表達(dá)，影響蜜蜂的記憶能力，具體表現(xiàn)為在學(xué)習(xí)之前（1 h） 谷氨酸受體拮抗劑可明顯損害工蜂的長期記憶（24 h），而在學(xué)習(xí)之后或者記憶檢測之前使用拮抗劑則對工蜂記憶無明顯影響[73]。同樣地，N-甲基-D-天門冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA） 作為一種神經(jīng)遞質(zhì)，也存在于影響蕈形體功能行使的蜜蜂大腦神經(jīng)元中，NMDA 受體基因Nmdar1 的表達(dá)水平對蜜蜂學(xué)習(xí)記憶的形成過程具有關(guān)鍵作用[74-75]。SHI 等[14]對工蜂體內(nèi)GluRA 和Nmdar1 基因相對表達(dá)量的研究與前人研究結(jié)果相符合，證明可以通過蜂王漿影響GluRA 和Nmdar1 基因的表達(dá)水平，進(jìn)而調(diào)控蜜蜂的學(xué)習(xí)記憶能力。以上研究均顯示蜂王漿在一定程度上可以影響蜜蜂的學(xué)習(xí)和記憶能力，但具有蜂王漿濃度依賴性，其分子機理有待進(jìn)一步解析。

5 蜂王漿影響蜜蜂的表觀遺傳學(xué)和學(xué)習(xí)記憶

5.1與蜜蜂學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的表觀遺傳學(xué)研究

表觀遺傳學(xué)與蜜蜂學(xué)習(xí)記憶的相關(guān)性研究主要是針對DNA 甲基化進(jìn)行探索。蜜蜂體內(nèi)存在3 種甲基化轉(zhuǎn)移酶， 分別為Dnmt1、Dnmt2 和Dnmt3，與哺乳動物甲基化轉(zhuǎn)移酶非常相似且同源性高[76]，其中Dnmt3 與蜜蜂學(xué)習(xí)記憶的相關(guān)性較大[77-79]。據(jù)BIERGANS 等[77-78]報道，DNA 甲基化轉(zhuǎn)移酶（主要是Dnmt3） 參與調(diào)控蜜蜂長期記憶相關(guān)的嗅覺辨識力，對DNA 甲基化轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行抑制后，蜜蜂的學(xué)習(xí)記憶能力均受到不同程度損害。此外，LOCKETT 等[79]和GONG 等[80]研究發(fā)現(xiàn)：DNA 甲基化參與了蜜蜂消退學(xué)習(xí)的過程，且這一過程表現(xiàn)出表觀雙向調(diào)節(jié)現(xiàn)象。

5.2 蜂王漿影響蜜蜂學(xué)習(xí)記憶的表觀遺傳學(xué)研究

蜂王漿影響蜜蜂DNA 甲基化水平，進(jìn)而調(diào)控蜜蜂學(xué)習(xí)記憶的研究鮮有報道，目前僅發(fā)現(xiàn)：經(jīng)飼喂蜂王漿后，蜂王與工蜂的學(xué)習(xí)記憶能力均顯著提高，但工蜂頭部Dnmt3 基因的表達(dá)與蜜蜂幼蟲級型分化過程中蜂王與工蜂幼蟲全個體DNA 甲基化水平相反[81]；經(jīng)學(xué)習(xí)訓(xùn)練后，工蜂Dnmt3 基因表達(dá)又上調(diào)[81]，與LOCKETT 等[79]報道的結(jié)果相一致。分析其原因可能是：（1） 盡管蜂王和工蜂基因型相同，但級型分化使二者頭部DNA 甲基化水平本身就有較大差異[82]，DNA 甲基化轉(zhuǎn)移酶多重調(diào)控功能共同作用，使Dnmt3 基因表達(dá)呈現(xiàn)不同的變化；（2） 蜂王漿成分復(fù)雜，對蜜蜂有多方面的影響，如：其活性成分丁酸苯酯是一種已知的組蛋白去乙?；敢种苿┖蜕L調(diào)節(jié)劑，該成分可改善小鼠認(rèn)知缺陷[83]和延長果蠅壽命[84]，在蜜蜂中也具有作為蜂王發(fā)育的營養(yǎng)來源、控制大腦基因表達(dá)的表觀遺傳網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)劑等多重功能[81]，從而影響蜜蜂基因表達(dá)，繼而對其行為產(chǎn)生影響。因此，認(rèn)為蜜蜂學(xué)習(xí)記憶的行為表現(xiàn)可能是蜂王漿食物因素條件下，與表觀遺傳組成復(fù)雜共同網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的結(jié)果。然而，由于缺乏充足證據(jù)，當(dāng)前僅能從定性角度認(rèn)為DNA 甲基化確實參與了蜜蜂的學(xué)習(xí)記憶，具體如何參與和調(diào)控還需進(jìn)一步研究。

6 小結(jié)與展望

蜂王漿因可增強人體免疫力和提高記憶力而被人們認(rèn)識和關(guān)注，是不可多得的營養(yǎng)佳品，盡管多種成分已經(jīng)被鑒定，其功能不斷被發(fā)現(xiàn)，但因其成分復(fù)雜至今未被完全了解。就蜜蜂社會群體而言，蜂王漿作為蜂王和蜜蜂幼蟲的食物來源，除了參與調(diào)控蜂王與工蜂級型分化外，對蜜蜂個體和群體的影響很少被研究，其在蜜蜂社會中的作用和功能尚未完全解析，就如本研究所述，蜂王漿對蜜蜂認(rèn)知行為影響的研究也僅處于初步探索階段。可見，人們對于蜂王漿在蜜蜂社會群體中的作用關(guān)注較少，還需要進(jìn)行更多探索和挖掘。例如：正常蜂群中工蜂的生殖系統(tǒng)無法正常發(fā)育，但在無王群中，工蜂卵巢和王漿腺均得到發(fā)育并可以成功產(chǎn)卵[85]，那么王漿腺如何參與調(diào)控其生殖系統(tǒng)發(fā)育并是否影響其認(rèn)知行為能力？蜂王漿高產(chǎn)蜜蜂的王漿腺更為發(fā)達(dá)，那么其學(xué)習(xí)記憶能力是否比普通蜂群中的蜜蜂更好？此外，東方蜜蜂和西方蜜蜂的蜂王漿中有一些成分含量差異較大，這種差異是否會影響蜜蜂的認(rèn)知能力和生活習(xí)性？東方蜜蜂擅長采集零星蜜源，而西方蜜蜂擅長采集大宗蜜源，這些行為是否與二者獲得學(xué)習(xí)記憶與消退記憶的雙向調(diào)控機制相關(guān)？對上述問題的深入探討和研究，必然會讓我們對蜂王漿在蜜蜂社會群體中的作用更加了解，也有助于為東、西方蜜蜂生態(tài)適應(yīng)性差異研究提供更多的理論啟示。

責(zé)任編輯：何承剛