若虫期杂食性饮食通过增强中黑盲蝽成虫的组成免疫与代谢能力提升免疫应答

《Communications Biology》：Nymphal diets boost adults’ immunity via strengthened constitutive immunity and metabolic capacity in Adelphocoris suturalis

本研究针对昆虫早期营养如何持久影响成虫免疫功能的科学问题，通过以中黑盲蝽（Adelphocoris suturalis）为模型，比较了若虫期杂食（NO）与植食（NP）饮食对成虫抵抗球孢白僵菌（Beauveria bassiana）感染能力的影响。研究发现，NO组成虫存活率显著更高，其免疫优势源于若虫期饮食增强了成虫的组成免疫（如酚氧化酶原PPO活性、血细胞计数）和诱导免疫应答，并伴随着代谢相关基因的上调。该研究揭示了发育营养编程对昆虫成年期免疫力的持久塑造作用，为理解营养与发育免疫学的整合机制提供了新视角。

　　

在昆虫的世界里，幼年时期的“伙食”好坏，往往能决定其一生的“命运”。这不仅体现在体型大小、繁殖能力等显而易见的特征上，还可能深刻影响其抵抗疾病的内在能力——免疫力。然而，尽管营养对免疫的即时调节作用已被广泛认识，但早期生命阶段的饮食经历是否会对成年后的免疫功能产生持久影响，仍是一个有待深入探索的谜题。中黑盲蝽（Adelphocoris suturalis）是一种重要的农业害虫，它有一个有趣的习性：除了吃植物，还会捕食小型昆虫或虫卵，这种杂食性行为为其研究早期营养对后期生命的影响提供了绝佳的模型。另一方面，球孢白僵菌（Beauveria bassiana）作为一种常见的昆虫病原真菌，是研究昆虫抗真菌免疫的理想挑战源。为了解决早期饮食如何塑造成虫免疫功能这一科学问题，来自湖北大学的研究团队开展了一项细致的研究，其成果发表在《Communications Biology》上。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，他们设计了若虫期两种饮食处理（纯植物来源的植食性饮食NP，以及包含植物和蚜虫的杂食性饮食NO），并在成虫期进行球孢白僵菌感染实验，通过生存分析评估抵抗力。其次，利用高通量转录组测序（RNA-seq）技术，系统分析了不同饮食处理和感染时间点下成虫的基因表达谱。此外，通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）验证了关键免疫和代谢相关基因的表达。同时，研究还定量检测了生理免疫参数，包括酚氧化酶（PO）和酚氧化酶原（PPO）活性以及血细胞计数。为了特异性评估免疫激活能力，还采用了β-1,3-葡聚糖注射实验。最后，通过生化方法测定了成虫体内的蛋白质、甘油三酯和总碳水化合物等营养储备含量。

若虫期饮食的宏量营养成分分析

研究人员首先量化了若虫期两种食物来源（绿豆芽和豌豆蚜）的宏量营养素含量。结果显示，蚜虫的总蛋白质和甘油三酯含量显著高于绿豆芽，而总碳水化合物含量则显著较低。这明确了杂食性饮食（NO）相比植食性饮食（NP）具有更高的蛋白质和脂肪输入。

若虫期杂食性饮食增强成虫对球孢白僵菌的抗性

生存分析表明，与模拟对照（Ctrl）相比，球孢白僵菌（Bb）感染显著降低了两种饮食组成虫的存活率。关键发现是，若虫期经历植食性饮食的成虫（NP-Bb）中位致死时间（LT₅₀）显著短于若虫期经历杂食性饮食的成虫（NO-Bb），后者中位致死时间超过8天。这表明若虫期的杂食性饮食能显著增强成虫对病原真菌感染的抵抗力。

RNA-Seq揭示若虫期饮食和感染驱动的基因表达谱

通过转录组测序，研究人员获得了96,293个单基因（unigenes）。差异表达基因（DEGs）分析发现，NO组和NP组之间存在1530个DEGs，其中感染组（NO-Bb vs NP-Bb）的差异尤为显著，在感染早期（2 dpi）达到峰值。KEGG通路富集分析显示，这些DEGs显著富集在内分泌系统、免疫系统、消化系统、氨基酸代谢、脂质代谢、碳水化合物代谢和信号转导等通路。

若虫期杂食性饮食的成虫表现出增强的免疫力

通过比对昆虫免疫相关基因数据库，研究鉴定出695个免疫相关单基因，其中58个在NP和NO组间差异表达。热图分析显示，无论在感染与否的情况下，NO组成虫均表现出更多上调的免疫相关基因，这种趋势在感染早期（2 dpi）尤为明显。RT-qPCR验证进一步确认，在2 dpi时，诸如GNBP1e、CTL2、Toll4b、Tube2、cSP16和Alo2a等关键免疫基因的表达在NO-Bb组中达到最高水平，显示出饮食与感染之间存在显著的交互作用。

在生理免疫参数方面，刚羽化的NO组成虫（0 dpi）就表现出显著更高的PPO活性和血细胞计数。在2 dpi时，饮食与感染对PPO活性、PO活性和血细胞计数均产生显著的交互影响，且NO-Bb组的所有参数均最高。这表明若虫期杂食性饮食不仅提升了成虫的基础（组成性）免疫水平，也增强了其应对感染的诱导性免疫应答能力。

β-1,3-葡聚糖注射证实若虫期饮食塑造成虫免疫激活能力

为了排除病原体其他因素的影响，直接测试若虫期饮食是否调节成虫的免疫激活能力，研究人员向1.5日龄成虫注射真菌特异性免疫诱导剂β-1,3-葡聚糖。结果与自然感染实验高度一致：β-1,3-葡聚糖注射引发了时间依赖性的免疫相关基因上调以及PPO/PO活性和血细胞计数的升高，并且在对应的时间点（如12 hpi，相当于自然感染的2 dpi），NO组成虫的免疫应答强度始终高于NP组。这强有力地证明，若虫期饮食确实预先设定了成虫的免疫应答能力。

代谢相关基因表达模式与免疫应答呈正相关

研究人员监测了成虫体内宏量营养素（碳水化合物、脂质、蛋白质）的动态变化，并分析了相关代谢基因的表达模式。结果显示，刚羽化时（0 dpi），NO组成虫具有显著更高的蛋白质含量和更低的甘油三酯水平。感染2天后，两组成虫的营养储备均出现下降，但NP-Bb组的碳水化合物消耗尤为显著。基因表达分析发现，在碳水化合物、脂质和氨基酸代谢通路中，NO组成虫同样表现出更多上调的基因，这种模式与免疫相关基因的表达趋势相似。特别是在感染早期（2 dpi），NO-Bb组成虫上调了更多与能量供应（如糖酵解、TCA循环）、脂质分解（如Lipase1f）以及为黑色素合成和抗氧化提供底物的氨基酸代谢（如PAH1, TH1, GCL3）相关的基因。这表明若虫期杂食性饮食可能建立了一个更强大的代谢基础设施，以支持诱导免疫所需的能量和生物合成需求。

讨论与结论

本研究通过整合生存分析、转录组学、生理免疫参数检测和营养代谢监测，多层次地揭示了若虫期杂食性饮食对中黑盲蝽成虫免疫功能的持久增强作用。其重要意义在于：

1. 1.
   揭示了发育营养编程在免疫系统中的存在：研究表明，早期的营养经历能够“编程”成年期的免疫能力，这种影响超越了成虫期即时营养供给的作用。
2. 2.
   阐明了协同作用的机制：若虫期高质量营养（杂食性饮食）通过多种互补途径增强成虫免疫力：(a) 促进免疫组织（如血细胞库）的发育投资，提高基础组成免疫水平（PPO、血细胞）；(b) 建立更高效的代谢基础设施，确保免疫激活时能量和分子的充足供应；(c) 使成虫在病原体挑战下能启动更强健的诱导免疫应答（包括免疫基因表达、PO/PPO活化和血细胞增殖）。
3. 3.
   连接了营养学、发育生物学和免疫学：该研究框架将早期营养环境、发育过程与成年免疫功能联系起来，为理解生物体健康提供了一个整合的视角，即生命早期的经历可以通过塑造生理系统的结构和功能 capacity，对后期的适应度产生深远影响。

这项研究不仅增进了我们对昆虫免疫可塑性的认识，也为探讨其他动物（包括人类）早期营养对终身健康的影响提供了类比和启示。未来的研究可进一步通过功能实验（如基因敲低、特定营养素操纵等）验证其中的因果关系，并探索微生物组等潜在介导因素。