《Advanced Science》：Blocking Honeybee Preference for Neonicotinoids by Interfering With Dopamine Signaling
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蜜蜂（Apis mellifera）偏好含有新烟碱类杀虫剂的花蜜，尽管严重暴露风险导致蜂群崩溃。这种偏好行为的神经机制尚不清楚，阻碍了有效阻断策略的开发。新烟碱类杀虫剂作为乙酰胆碱受体激动剂发挥作用，而多巴胺是成瘾行为中重要的神经调质。研究人员假设新烟碱类杀虫
蜜蜂（Apis mellifera）偏好含有新烟碱类杀虫剂的花蜜，尽管严重暴露风险导致蜂群崩溃。这种偏好行为的神经机制尚不清楚，阻碍了有效阻断策略的开发。新烟碱类杀虫剂作为乙酰胆碱受体激动剂发挥作用，而多巴胺是成瘾行为中重要的神经调质。研究人员假设新烟碱类杀虫剂可激活蜜蜂脑内多巴胺信号，强化其摄食行为。在此，研究人员证明蜜蜂偏好含噻虫嗪的食物而非未污染选项，且长期摄入与脑内多巴胺浓度的短暂性、状态依赖性升高相关。引入多巴胺受体拮抗剂氟奋乃静可降低噻虫嗪偏好。该研究首次揭示了蜜蜂中新烟碱类杀虫剂诱导偏好行为的关键多巴胺相关机制，并为未来通过调控偏好相关多巴胺通路减少蜜蜂对含杀虫剂食物源吸引力的策略提供了潜在基础，从而有助于保护蜜蜂授粉服务。
**研究背景与问题**
蜜蜂（Apis mellifera）是重要的传粉昆虫，在农业生产力和生物多样性保护中发挥关键作用。全球107种主要作物中超过90%依赖蜜蜂授粉，若缺乏这些授粉服务，作物产量可能下降5%–8%。新烟碱类杀虫剂约占全球杀虫剂市场的30%，在农业中广泛使用，对环境和蜜蜂构成长期风险。全球蜂蜜样品分析发现75%含有至少一种新烟碱类化合物，表明蜜蜂普遍暴露于杀虫剂。田间监测研究在花粉中检测到噻虫嗪残留量为3.26 ng g
?1（11.18 nM），在花蜜中为3.20 ng g
?1（10.97 nM），与环境相关浓度范围（1–10 nM）相当。
已有研究表明，亚致死浓度新烟碱类杀虫剂暴露会损害蜜蜂的学习、记忆和运动功能，降低授粉和采集效率，降低存活率和繁殖率，最终导致蜂群崩溃。鉴于这些不利影响，人们可能预期采集蜂会避开含有新烟碱类杀虫剂的花蜜或花粉以最小化暴露风险。然而，与预期相反，近期研究揭示蜜蜂不回避含新烟碱类杀虫剂的花蜜，反而表现出摄食偏好，尤其是对新烟碱类杀虫剂噻虫嗪。鉴于维持蜂群的高采集需求，这种偏好导致含杀虫剂食物进入蜂巢的量增加，从而对巢内蜜蜂构成严重威胁，并因杀虫剂残留在家蜂产品（如蜂蜜、蜂蜡和蜂胶）中积累而危害人类健康。虽然对新烟碱类杀虫剂花蜜的行为偏好已有充分文献记载，但蜜蜂在食物选择过程中是否能通过感觉通路检测含新烟碱类杀虫剂的食物，以及驱动蜜蜂新烟碱类杀虫剂偏好行为的机制是什么，仍不清楚。理解这些机制对于探索新烟碱类杀虫剂如何影响蜜蜂神经系统至关重要，并可能有助于开发创新的戒断疗法来阻断这种新烟碱类杀虫剂偏好行为，最终降低外源杀虫剂对蜂群和人类健康的风险。
新烟碱类杀虫剂是靶向昆虫烟碱型乙酰胆碱受体（nAChRs，神经信号接收蛋白）的杀虫剂，模拟神经递质乙酰胆碱的作用，从而破坏中枢神经系统信号传导，诱导昆虫抽搐、麻痹和死亡。因此，类似于尼古丁的成瘾效应，新烟碱类杀虫剂可能刺激脑内多巴胺系统的多巴胺释放，这与食物渴望有关，可能干扰奖赏通路并强化摄食偏好。因此，研究人员假设这种正反馈由口服摄入新烟碱类杀虫剂后迅速增强的脑内多巴胺信号介导，诱导蜜蜂对含新烟碱类杀虫剂食物的摄食偏好增加。
**主要技术方法**
本研究以蜜蜂（Apis mellifera）为研究对象，蜂群来源于中国农业科学院蜜蜂研究所蜂场（北京），实验时间为2023年5月至2026年8月。研究采用固定选择实验和五选择实验评估蜜蜂对噻虫嗪的摄食偏好；采用触角电位图（EAG）技术检测蜜蜂触角对噻虫嗪挥发物的电生理响应；采用flyPAD自动化设备进行双选择实验以实时监测摄食行为；采用超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）定量分析蜜蜂脑内多巴胺和5-羟色胺水平；采用喙伸反射（PER）实验评估蜜蜂对噻虫嗪的偏好反应；通过口服和局部涂抹多巴胺受体拮抗剂氟奋乃静进行药理学干预实验。
**研究结果**
**蜜蜂偏好摄入含噻虫嗪的食物**：研究人员首先建立了对蜜蜂存活无显著影响的噻虫嗪暴露浓度范围。结果表明，长期暴露于10 nM以上浓度的噻虫嗪显著损害蜜蜂健康，因此选取1、5和10 nM浓度进一步探究摄食偏好。在固定选择实验中，含噻虫嗪（>1 nM）的蔗糖溶液10天累计摄入量显著高于对照组。在更模拟自然采集条件的五选择实验中，蜜蜂从第一天起即表现出对含噻虫嗪溶液的偏好，每日摄食百分比和食物摄入量显著高于对照组，呈剂量依赖性增加。偏好指数进一步证实含噻虫嗪蔗糖溶液具有更高的偏好值。这些结果确认蜜蜂即使在低于亚致死浓度且存在清洁食物源的情况下仍维持对含噻虫嗪蔗糖溶液的偏好，且这种偏好既快速（1天内）又持续（10天以上）。
**蜜蜂可能不通过感觉通路检测含噻虫嗪的食物**：研究人员采用触角电位图（EAG）检测蜜蜂触角是否能基于挥发性化合物区分不同浓度的噻虫嗪溶液。结果显示各组间EAG响应无显著差异，表明噻虫嗪溶液缺乏可被蜜蜂触角嗅觉受体检测的挥发性化合物。结合前人研究——吻部味觉受体神经元对毒素比触角或跗节上的更敏感，且吻部味觉受体神经元不对新烟碱类杀虫剂产生响应——表明蜜蜂在摄入前不太可能通过嗅觉或味觉通路检测含噻虫嗪的食物。为验证偏好是否在摄入后发展，研究人员采用flyPAD自动化设备进行精确双选择实验。结果显示各组间活动次数无显著差异，再次确认蜜蜂无法检测含噻虫嗪食物；然而，1、5和10 nM噻虫嗪溶液的累计摄食持续时间和吸食次数均显著高于蔗糖组。这些结果支持蜜蜂随机选择食物源但仍发展出对含噻虫嗪食物的偏好，该偏好可能源于摄入后的正反馈。
**脑内多巴胺介导蜜蜂对噻虫嗪的偏好**：研究人员首先测量了10天摄食暴露后静息状态下蜜蜂脑内多巴胺水平，发现各组间无显著差异，表明噻虫嗪暴露未诱导脑内多巴胺水平的持续升高。基于先前研究证明多巴胺信号的短暂激活介导蜜蜂的食物渴望，研究人员进一步检测了脑内多巴胺水平是否可能短暂升高而非持续处于高水平。在对无蔗糖1 nM噻虫嗪刺激表现出喙伸反射（PER）的蜜蜂中，三个噻虫嗪组的脑内多巴胺水平和PER率均显著高于对照组。5-羟色胺水平在静息状态和PER状态下各组间均无显著差异，表明脑内多巴胺而非5-羟色胺与噻虫嗪相关PER反应性有关。进一步检测蜜蜂活跃摄食期间和摄食后的脑内多巴胺动态发现，活跃摄食期间噻虫嗪处理组脑内多巴胺水平显著高于对照组，但摄食后10分钟和30分钟不再与对照组有显著差异。这些结果表明脑内多巴胺水平在活跃摄食期间快速升高但摄食后不持续，蜜蜂对含噻虫嗪食物的偏好可能与脑内多巴胺信号的短暂激活有关，这与成瘾样行为的多巴胺调控机制一致。
**阻断蜜蜂对噻虫嗪的偏好**：鉴于表现出噻虫嗪偏好的蜜蜂脑内多巴胺水平短暂升高，研究人员进一步测试阻断多巴胺信号是否能降低这种偏好。在五选择实验中向噻虫嗪溶液补充多巴胺受体拮抗剂氟奋乃静后，含噻虫嗪食物的摄食百分比和累计食物摄入量均显著低于对照组。为排除氟奋乃静苦味导致味觉厌恶的可能性，研究人员将氟奋乃静直接涂抹于蜜蜂胸部。在涂抹氟奋乃静前，蜜蜂表现出对含噻虫嗪食物的偏好；涂抹后，噻虫嗪组蜜蜂的PER率显著降低，表明多巴胺阻断可有效降低蜜蜂对噻虫嗪的摄食偏好。为排除仅涂抹溶液本身导致PER变化的可能性，研究人员使用不含氟奋乃静的PBS和DMF溶液进行对照，结果显示PBS和DMF处理对噻虫嗪溶液的PER率均无显著影响，因此观察到的PER率降低是氟奋乃静阻断多巴胺信号的结果。
**讨论与结论**
讨论部分指出，蜜蜂中的多巴胺是一种多功能神经调质，远超出享乐性食物奖赏的范畴，还涉及厌恶性强化学习、运动活动和觉醒调节、昼夜节律以及劳动分工和采集专业化。因此，广泛使用多巴胺拮抗剂可能影响多条多巴胺能通路，不能解释为仅与奖赏相关回路有关。此外，行为学和神经化学测量未在回路水平分辨率下进行；多巴胺从全脑匀浆中定量，无法区分多巴胺合成、储存和突触释放。因此，研究结果支持多巴胺在调节杀虫剂相关偏好中的作用，但不排除多巴胺扰动产生的更广泛效应。鉴于多巴胺调控偏好可能导致杀虫剂暴露增加，未来采用实时多巴胺检测结合摄食行为监测的研究对于建立多巴胺动态与噻虫嗪相关摄食行为之间的直接联系至关重要。此外，当前研究在实验室条件下使用笼养工蜂进行，缺乏自然蜂群的完整社会背景（如摇摆舞招募和交哺行为）。未来蜂群水平的研究应验证实验室条件下观察到的多巴胺相关噻虫嗪偏好是否能扩展到蜂群水平对污染花蜜源的吸引或招募。此外，由于本研究仅关注噻虫嗪，未来研究应扩展到其他新烟碱类杀虫剂（如吡虫啉）以及噻虫嗪的主要活性代谢物噻虫胺，在环境相关残留浓度下确定这些化合物是否能诱导类似的的多巴胺相关偏好反应。
研究结论部分翻译如下：研究结果表明，蜜蜂对新烟碱类杀虫剂的偏好可能源于多巴胺系统短暂激活驱动的增强性食欲动机，且通过氟奋乃静阻断多巴胺信号可有效降低这种摄食偏好。这种关联是相关性的，测量结果未建立多巴胺活动与奖赏特异性回路之间的因果联系。新烟碱类杀虫剂噻虫嗪的风险在于蜜蜂对含杀虫剂溶液的偏好增加了采集受污染花蜜的可能性，从而对蜂群健康构成长期威胁。基于调控偏好相关多巴胺通路或开发对蜜蜂吸引力较低的杀虫剂制剂的策略，有助于减少蜜蜂对杀虫剂的暴露，从而确保农业生态系统中稳定的授粉服务。
