近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院周欣、羅詩琦研究團隊在《Nature Communications》期刊上發(fā)表題為“Gut microbiota-derived butyrate primes systemic immunity in honey bees by mediating lipid metabolic reprogramming”的研究成果。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院羅詩琦副教授為論文通訊作者，博士研究生劉佳銘為第一作者，周欣教授為論文做出了重要貢獻。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，定植活菌的蜜蜂在遭遇病原菌感染時，其存活率顯著高于無菌蜜蜂或僅接種滅活細菌的個體，表明真正發(fā)揮免疫保護作用的并非細菌的結(jié)構(gòu)成分，而是其在體內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生的代謝物。進一步研究鎖定了一種關(guān)鍵分子——丁酸，這是一種由腸道菌產(chǎn)生的短鏈脂肪酸。實驗表明，僅通過向無菌蜜蜂補充丁酸，即可在很大程度上恢復(fù)其對病原菌的抵抗能力。

研究進一步揭示，丁酸并不直接作用于病原菌，而是通過“重編程”宿主自身代謝系統(tǒng)來增強免疫能力。丁酸首先作用于蜜蜂脂肪體，系統(tǒng)性重塑脂質(zhì)代謝通路，一方面促進甘油酸酯化生成甘油二酯，另一方面促進甘油三酯脂解釋放甘油二酯。甘油二酯作為花生四烯酸代謝通路的關(guān)鍵前體，為合成關(guān)鍵免疫信號分子——前列腺素E2（PGE2）提供底物支持。

PGE2是重要的免疫激活信號分子。一方面，它會刺激蜜蜂大量合成抗菌肽，發(fā)揮類似天然抗生素的作用；另一方面，它會動員免疫細胞在循環(huán)系統(tǒng)關(guān)鍵部位迅速集結(jié)，形成高效的“病原清除前線”。實驗顯示，直接給無菌蜜蜂補充PGE2，可在很大程度上“模擬”腸道菌群帶來的保護效果；如果人為阻斷前列腺素的合成，即使蜜蜂擁有完整腸道菌群，其抵抗力也會顯著下降。這說明PGE2是這條“腸道菌—代謝—免疫”調(diào)控鏈條中的核心樞紐。

結(jié)合GPCR拮抗劑/激動劑實驗與CUT&Tag測序技術(shù)，研究發(fā)現(xiàn)丁酸通過兩條分子通路發(fā)揮作用：第一，激活GPR41受體，啟動細胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)；第二，抑制組蛋白去乙?；富钚?，影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，改變相關(guān)基因的“開關(guān)狀態(tài)”，從而在表觀遺傳層面重塑脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達模式。

該研究首次在蜜蜂中系統(tǒng)構(gòu)建了“腸道菌代謝物—宿主脂質(zhì)代謝重編程—前列腺素信號—系統(tǒng)免疫激活”的完整調(diào)控軸，回答了腸道微生物如何遠程調(diào)控全身免疫這一關(guān)鍵科學(xué)問題。