昆虫肠道免疫启动的动态响应：超微结构与转录组学揭示的古老防御机制

这篇综述通过结合超微结构观察和转录组学分析，系统研究了赤拟谷盗（Tribolium castaneum）幼虫肠道在遭遇天然病原体苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis tenebrionis, Btt）后触发的免疫启动（immune priming）机制。研究发现，病原体衍生的毒力因子（如Cry3Aa毒素和鞘磷脂酶C）通过诱导肠道损伤和应激反应（如内质网应激ER stress），激活特定免疫基因（如抗菌肽Attacin/Coleoptericin）的表达，从而形成针对二次感染的记忆性保护。该成果为无脊椎动物先天免疫记忆的进化起源和分子机制提供了新见解。

　　

背景

免疫启动（immune priming）是先天免疫系统对病原体二次感染产生增强防御的现象。在无脊椎动物中，这一过程虽缺乏适应性免疫的分子基础，却表现出类似记忆的特征。赤拟谷盗（Tribolium castaneum）与其天然病原体苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis tenebrionis, Btt）的互作模型为解析这一机制提供了理想体系。Btt通过质粒编码的Cry毒素（如Cry3Aa）和鞘磷脂酶C等毒力因子破坏宿主肠道屏障，而宿主则通过动态基因表达和细胞结构重塑实现免疫记忆。

结果

早期响应：损伤与应激主导
口服Btt培养上清24小时内，幼虫肠道出现显著超微结构改变：围食膜（peritrophic matrix）破损、微绒毛肿胀、线粒体形态异常及自噬溶酶体增多。转录组分析显示，差异表达基因（DEGs）数量在24小时达峰值，涉及内质网应激（ER stress）相关基因（如GRP78、TMEM214）和脂代谢酶（如鞘磷脂酶）的调控。值得注意的是，抗菌肽基因（Attacin、Coleoptericin）和肽聚糖识别蛋白（PGRP）显著上调，表明早期免疫激活。

毒力因子的关键作用
比较Btt与缺失质粒p188的突变株（Btt Δp188）的蛋白质组，发现Cry3Aa毒素和鞘磷脂酶C是触发免疫启动的核心因子。这些毒素通过破坏肠上皮细胞膜结构，诱导宿主产生类似实际感染的应激状态，为后续免疫记忆奠定基础。

长期效应：从损伤到保护
5天后，尽管基因表达差异减弱，但肠道仍保留微绒毛肿胀等结构特征。当幼虫二次暴露于活Btt孢子时，primed个体特异性上调解毒酶（如细胞色素P450）和病原结合蛋白（如载脂蛋白Apolipophorin）基因，存活率提高15.3%，但伴随生长减缓（16% vs 对照23.4%），揭示免疫代价。

讨论

该研究揭示了毒力因子驱动的“损伤-应激-记忆”轴：Btt毒素通过破坏肠道屏障，激活内质网应激和免疫通路，形成短暂的表观记忆。这种机制与脊椎动物的“训练免疫”（trained immunity）有相似之处，但依赖上皮细胞结构重塑而非专业免疫细胞。研究还提出进化启示：病原体毒力因子可能同时作为宿主免疫启动的诱导剂，在协同进化中形成复杂互作网络。

方法学亮点

实验采用多组学整合策略：

1. 透射电镜捕捉肠道超微结构动态；
2. RNA-seq解析时间分辨转录组（3h/24h/5d）；
3. 比较蛋白质组学锁定Btt关键毒力因子；
4. 生存分析验证功能表型（Cox比例风险模型）。

这一工作为理解无脊椎动物免疫记忆的分子基础提供了范式，也为农业害虫防控（如Bt抗性管理）提供了新思路。