蜜蜂毒肽apamin在果蝇模型中的免疫调节机制及其对肠道菌群的靶向调控作用

本研究通过果蝇模型系统揭示了蜜蜂毒肽apamin（一种18氨基酸神经毒素）的新型抗菌功能，其作用不依赖二硫键结构且通过膜锚定形式增强。研究发现apamin能选择性抑制致病菌（如铜绿假单胞菌P. aeruginosa、粪肠球菌E. faecalis），同时促进益生菌（如植物乳杆菌L. plantarum）生长，并通过激活肠道干细胞（ISCs）增殖、中肠酸化及肠内分泌细胞钙信号通路改善肠道屏障功能。关键机制涉及肽聚糖识别蛋白（PGRP-LA/SCs）的调控，为蜜蜂免疫防御及抗菌肽（AMPs）的转化应用提供新见解。

　　

ABSTRACT

蜜蜂毒肽apamin作为18氨基酸神经毒素，在果蝇模型中展现出独立于二硫键的抗菌活性。膜锚定形式（tApamin^ΔC
）显著增强其对铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）等致病菌的抑制作用，同时促进益生菌如植物乳杆菌（L. plantarum）的增殖。这种肠道特异性抗菌效应与肠道干细胞（ISCs）增殖、中肠pH酸化及肠内分泌细胞（EEs）钙信号激活密切相关，且依赖特定肽聚糖识别蛋白（PGRP-LA和PGRP-SCs）的功能。

INTRODUCTION

蜜蜂（Apis mellifera/cerana）种群衰退威胁生态平衡，其毒液肽（VPs）和抗菌肽（AMPs）的免疫调控机制亟待解析。apamin作为SK通道阻断剂，其传统神经毒性功能外的新型作用在果蝇模型中首次被揭示。

RESULTS

1. 基因编码的apamin具有不依赖二硫桥的抗菌活性
通过构建UAS-Apamin^ΔC
（缺失C端6残基）和膜锚定tApamin^ΔC
，证实其抗菌功能不依赖结构稳定性。膜锚定形式使雌性果蝇感染后存活率提升，并增加运动轨迹长度（P<0.01）。

2. apamin重塑肠道菌群微环境
16S rRNA测序显示，tApamin^ΔC
显著增加蓝细菌门（Cyanobacteria）丰度，并促进乳酸菌（Lactobacillus）等益生菌定植。COG分析提示其通过己糖激酶增强先天免疫应答。

3. apamin改善肠道生理状态
在肠干细胞（esg-GAL4驱动）或肠内分泌细胞（Pros-GAL4驱动）中表达apamin可重现抗菌效应。Dpn⁺
神经样细胞增多提示其通过非经典通路促进ISC自我更新。中肠pH降低（酚红染色）和EE细胞钙信号（CalexA系统）激活进一步佐证其调控机制。

4. 神经行为与应激保护的双重效应
神经元表达tApamin^ΔC
降低运动速度（P<0.05），但全身表达改善睡眠剥夺或DSS诱导的肠道屏障损伤（Smurf实验），提示其多组织协同作用。

5. PGRP依赖性抗菌机制
敲低PGRP-LA或SC2（非LC/LE）完全消除apamin抗菌活性，且其作用不依赖IMD通路转录因子Relish（Rel）。蜜蜂其他AMPs（如Abaecin、Defensin-2）在果蝇中同样展现广谱抗菌性。

6. 蜜蜂饲喂实验验证转化价值
口服apamin显著提高蜜蜂在铜绿假单胞菌感染后的存活率（Log-rank test, P<0.01），证实其跨物种应用潜力。

DISCUSSION

研究首次在果蝇中系统解析apamin的肠道免疫调控网络，其通过PGRP-SC2/LA依赖性途径靶向菌群，为蜜蜂种群保护及AMP药物开发提供新策略。膜锚定设计增强效价的发现，为肽类抗生素改造提供技术参考。