《Current Opinion in Insect Science》：Sir Vincent B. Wigglesworth's Contributions to Insect Physiology and Endocrinology
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文森特·布莱恩·威格尔斯沃思爵士（1899–1994）被广泛认为是推动昆虫学从以观察与描述为主的博物学向严谨的实验生物学转型的核心奠基者。其针对昆虫生理机制复杂性的创新性研究，为现代昆虫生理学与内分泌学奠定了理论基础。通过预测三种主控激素——促前胸腺激素（pr
文森特·布莱恩·威格尔斯沃思爵士（1899–1994）被广泛认为是推动昆虫学从以观察与描述为主的博物学向严谨的实验生物学转型的核心奠基者。其针对昆虫生理机制复杂性的创新性研究，为现代昆虫生理学与内分泌学奠定了理论基础。通过预测三种主控激素——促前胸腺激素（prothoracicotropic hormone, PTTH）、蜕皮酮（ecdysone）及保幼激素（juvenile hormone, JH），研究人员不仅阐明了昆虫生长、发育与繁殖的调控过程，还确立了跨动物界的神经内分泌调控基本机制。威格尔斯沃思的贡献并非孤立发现的集合，而是构建了一套统一的、连贯的昆虫胚后发育理论：该过程由精准时序的神经内分泌信号主导，且其调控逻辑可延伸至多种其他生理过程。
INTRODUCTION
文森特·B·威格尔斯沃思爵士被公认为昆虫生理学与内分泌学的创始人，尽管其本人始终强调前人研究的基础性贡献，这一态度在其文集第11章与第12章中均有明确体现。威格尔斯沃思早期的学术训练为其后期成就提供了独特支撑：他早年对昆虫学抱有浓厚兴趣，随后于剑桥大学系统修读医学课程，并在诺贝尔生理学或医学奖得主弗雷德里克·高兰·霍普金斯爵士指导下完成了两年的生物化学研究。其临床视角下的整体机体功能认知与生物化学家对分子机制的关注形成了有效协同，最终奠定了现代昆虫生理学的基本原则与研究框架。本综述重点梳理其在锥蝽（Rhodnius prolixus）中的开创性发现——威格尔斯沃思一生共发表264篇研究论文，这些成果为后续更深入的研究铺平了道路，文中亦对相关延伸文献进行了标注以供读者参考。受篇幅所限，本文无法涵盖威格尔斯沃思与R. prolixus相关的所有科学发现，读者可参阅Guarneri与Lorenzo近期主编的《Triatominae研究二十年》合集以获取更全面的信息。
THE “CREATION OF A NEW SCIENCE”
1926年，伦敦卫生与热带医学院帕特里克·阿尔弗雷德·巴克斯顿教授为威格尔斯沃思设立讲师职位，正式确立了其对昆虫生理学研究的投入。该职位的设立初衷十分明确：寻找同时具备医学资质与昆虫学、生理学、生物化学交叉背景的研究人员。这一决策源于当时学界对热带医学发展瓶颈的共识——缺乏对媒介昆虫生理机制的深入理解严重制约了相关领域的进步。威格尔斯沃思早期对医学相关昆虫尤其是作为模式物种的接吻虫R. prolixus的关注，贯穿了其后续整个研究生涯，即便在其后续担任农业研究委员会昆虫生理学部主任、转任剑桥大学教职期间，这一研究主线仍未改变。
“模式物种”概念在比较生理学中的内涵为：因某种特性而成为解答特定生理学问题的理想实验材料的生物类群。这一对“克罗格原则”的延伸历经时间检验，对包括昆虫生理学在内的比较生理学发展具有重要价值。半翅目猎蝽科昆虫R. prolixus作为恰加斯病的传播媒介，是昆虫生理学研究中最早的模式物种之一，其生理学研究历史已逾百年。基于早期关于该接吻虫饲养与生物学特性的研究，以及Mellanby提出的“R. prolixus是理想的实验动物”这一前瞻性判断，威格尔斯沃思将其作为核心模型，取得了一系列生理学与内分泌学突破。学界普遍认为：“昆虫的描述性研究历史悠久，但威格尔斯沃思创造了一门新科学——昆虫生理学”。1939年，威格尔斯沃思出版了其标志性教科书《昆虫生理学原理》的首版，该书后续经七次修订再版，至今仍是领域内的经典著作。值得注意的是，威格尔斯沃思发表的264篇论文中，245篇为独立作者。尽管其培养了一批杰出的昆虫生理学家（如Michael Locke、Ken Davey、John Edwards、Simon Maddrell等），但他从未在这些学生的研究成果中署名——这与当前的学术惯例形成鲜明对比。威格尔斯沃思的同时代学者及其形成的“研究家族谱系”进一步推动了这门新科学的发展，相关研究覆盖R. prolixus及多种其他昆虫模型，最终为美国国立卫生研究院资助的R. prolixus基因组测序项目提供了充分的理论依据——该基因组是首个完成测序的非双翅目重要人类寄生虫病媒介昆虫基因组。
RHODNIUS PROLIXUS: AN IDEAL MODEL SYSTEM
威格尔斯沃思研究成功的关键要素之一是其对实验对象R. prolixus的选择。该物种是研究生长、发育与繁殖的理想模型，其核心优势在于：蜕皮周期具有离散性，且仅在昆虫单次大量吸血后才启动。同样，雌性成虫的成功产卵也依赖于充足的血液摄入。此外，吸血行为还会触发一系列短期生理响应以应对内环境挑战。一方面，大量摄食血液为生长、发育与繁殖提供了必需的营养物质；另一方面，这也对内环境稳态维持提出了挑战：大量血液摄入带来显著的体重负荷，多余的水分与盐分需要快速排出；血液中可能携带病原体或毒素，代谢过程也可能产生有毒物质，这些物质均需被中和并排出体外。血液摄入触发的短期与长期事件的精准时序，结合该昆虫相对较大的体型与良好的实验操作适应性，为开展经典、可重复的实验提供了极高的可操作性，最终催生了这门新科学。在后基因组时代，基因组测序技术与相关工具的成熟进一步强化了该模型的优势。
THE MOLTING CYCLE AND REPRODUCTION
A molting hormone: The brain and the concept of neurosecretion
威格尔斯沃思的早期激素研究聚焦于蜕皮周期的启动机制，其工作建立在Kope?关于脑参与蜕皮调控的前期发现基础之上。Kope?发现舞毒蛾（Lymantria dispar）脑释放“化蛹激素”，这是无脊椎动物内分泌活动的首次证明，也是动物界首次发现神经系统产生激素（神经激素）的证据，即神经分泌细胞与神经分泌概念的首次提出。威格尔斯沃思在R. prolixus中寻求该发现的确定性实验证据，旨在明确蜕皮过程中新表皮形成与旧表皮脱落（蜕皮）的调控机制。其开展的经典去头/移植实验证明，蜕皮所需的信号起源于头部：若若虫在吸血后的特定“临界期”前被去头，将无法完成蜕皮；若在临界期后被去头，则可正常蜕皮。这证实了蜕皮周期早期头部会释放体液性信号。更具概念突破性的是，威格尔斯沃思推测该“蜕皮激素”由脑前脑的神经分泌细胞释放。这一发现的意义远超昆虫学范畴，将昆虫系统提升为理解全动物界神经系统远程调控的经典模型，确立了神经内分泌学的基本原理——该原理同样适用于昆虫脑/心侧体（corpora cardiaca, CC）与脊椎动物脑/垂体轴的调控逻辑。
威格尔斯沃思的去头/移植实验进一步通过联体技术得到优化：将两个或多个昆虫手术连接使其共享血淋巴，从而探究特定发育阶段产生的循环激素对其他发育阶段靶组织/器官的调控效应。值得一提的是，该技术至今仍被用于哺乳动物衰老研究中的大鼠与小鼠实验。
Two-stage control of molting: prothoracicotropic hormone and ecdysone
家蚕研究中发现幼虫与蛹的蜕皮激素来源于前胸腺，这一发现促使威格尔斯沃思重新审视其前期实验。通过深入研究，威格尔斯沃思证实R. prolixus脑释放的激素并非直接作用于表皮的蜕皮激素，而是由CC释放的一种激素——现称为促前胸腺激素（PTTH），该激素作用于前胸腺（prothoracic gland, PG），诱导其释放“主控”蜕皮激素，即蜕皮酮（活性形式为20-羟基蜕皮酮，20-hydroxyecdysone, 20E）。这一蜕皮的两级调控机制与家蚕中的发现完全一致。在R. prolixus的一系列精巧实验中，吸血后24小时去头的四龄若虫，植入刚度过“临界期”若虫的脑部背区后可诱导蜕皮；但若对吸血若虫在中胸后进行结扎，则无法诱导蜕皮。威格尔斯沃思由此得出结论：胸部的信号对蜕皮周期至关重要，该信号即来自PG。他观察到PG由两条嵌入脂肪体的细胞链组成，贯穿前胸与中胸，在每个蜕皮周期中呈现规律性体积变化：临界期增大，周期结束时缩小，成虫中PG完全消失（成虫不再蜕皮）。将刚度过临界期的四龄若虫PG移除并植入吸血后24小时去头的四龄若虫腹部，可诱导后者蜕皮；将PG植入后胸结扎的四龄若虫腹部，其腹部也可完成蜕皮周期。
R. prolixus中的这一激素级联确保了初始信号（吸血）启动过程，而表皮合成与分化等高能耗步骤仅在PG感知到内部能量储备充足时才被触发，实现了生长的精准时序调控。
现代研究验证了上述发现：蜕皮酮的前体20E由PG利用膳食胆固醇经Halloween基因编码的酶合成，随后通过囊泡介导的分泌过程进入血淋巴，在外周组织（如表皮、中肠、脂肪体、卵巢、马氏管）中经另一Halloween基因 shade编码的酶转化为20E。20E通过转运蛋白依赖的易化扩散进入靶细胞，通常与蜕皮激素受体（ecdysone receptor, EcR）及超气门蛋白（ultra-spiracle protein, USP）结合形成胞质异二聚体复合物，随后入核。该蜕皮激素受体复合物作为转录因子，结合至被称为蜕皮激素反应元件（ecdysone response element, EcRE）的增强子区域，该区域位于蜕皮激素反应基因的调控区上游。目前，R. prolixus中蜕皮类固醇的释放、滴度变化及相关通路均已得到明确解析。
除PTTH对PG的经典调控外，多种其他信号也参与精细调控与信号串扰。自PTTH被发现以来，大量因子（多为神经肽）被证实可刺激或抑制PG的蜕皮酮合成。保幼激素（见下一节）在昆虫整个生命周期中均影响PG活性，因此PG被视为协调发育转变的决策中心，可响应多种信号输入。
The “triumvirate”: the discovery of juvenile hormone, a status quo hormone
在阐明PTTH与20E的两级调控机制的同时，威格尔斯沃思通过识别一种可抑制向成虫变态的激素，解决了发育命运决定的另一核心谜题，从而提出了激素“三巨头”理论。
威格尔斯沃思通过R. prolixus中的一系列简洁且具有决定性的实验，发现了头部另一腺体——咽侧体（corpora allata, CA）的内分泌功能。其早期研究观察到CA在变态过程中的内分泌活性呈现显著变化：若虫期活性较高，临近成虫变态的末龄若虫期活性降低，成虫期再次恢复活性，并提出CA分泌一种拮抗变态的激素。
该激素后被命名为“保幼激素”（JH）——威格尔斯沃思发现其可逆转成虫表皮的分化。通过将低JH滴度的晚期五龄若虫（通常变态为成虫）与高JH滴度的年轻四龄若虫联体，威格尔斯沃思发现老年若虫未变态为成虫，而是蜕皮为巨大的超数六龄若虫，而年轻若虫按预期蜕皮为五龄若虫。年轻若虫转移的高浓度JH干扰了老年若虫的内分泌状态，直接证明了该激素的抑制功能。威格尔斯沃思通过系列手术、移植与生理学实验定位了JH的分泌来源，证实CA是JH的合成与分泌器官。其1940年发表的相关论文被《实验生物学杂志》评为经典论文，Riddiford对该研究的评述强调了威格尔斯沃思以现代视角定义蜕皮过程中细胞变化的能力。
JH的核心功能是维持幼体“现状”：在任何若虫蜕皮周期中，JH的存在确保20E激活幼体发育程序，抑制成虫结构形成。JH作为分化抑制因子，维持幼体形态，因此成虫分化的前提是JH缺失。另一联体实验验证了这一点：吸血后8天去头的五龄若虫与吸血后24小时去头的四龄若虫联体，四龄若虫蜕皮为早熟成虫，而五龄若虫按预期蜕皮为成虫。该模型的简洁性与逻辑性使其可推广至所有昆虫目，后续研究反复证实了其普适性，适用于半变态与全变态昆虫。
现代研究进一步验证了上述发现：威格尔斯沃思在1940年已明确了JH的功能生物学特性，但由于JH（倍半萜类化合物）的化学结构复杂性，其分离与结构鉴定直至20世纪60年代才得以完成。后续研究发现不同昆虫中存在多种JH同源物，而近90年后，现代液相色谱-质谱技术最终确证R. prolixus中的特异性JH同源物为JH III skipped bisepoxide（JHSB3）。合成JHSB3的获得使得对威格尔斯沃思经典整体生物实验准确性的回溯验证成为可能，凸显了经典整体生物实验的持久可靠性。目前已知昆虫体内的无环倍半萜类JH由CA通过包含13步酶促反应的生物合成途径产生。JH通过膜受体Met（Methoprene-tolerant，JH核受体）直接调控基因表达：Met通常以同源二聚体形式存在，与JH结合后，与Taiman（Tai）形成异二聚体活性复合物，通过结合靶基因的JH反应元件（JH response element, JHRE）调控基因转录。锌指转录因子Krüppel同源物1（Kr-h1）是JH-Met-Tai复合物的典型靶基因，具有双重调控功能：一方面在幼体阶段防止早熟变态，另一方面在成虫阶段促进繁殖相关过程。
对CA调控机制的详细研究表明，其活性受兴奋性与抑制性因子的共同调控，这些因子分别被称为抑咽侧体素与促咽侧体素，具有多效性功能，包括调节内脏肌肉收缩、改变离子转运、调控中肠消化酶释放及调节摄食行为等，体现了其对发育与行为事件的全局性、灵活性调控。
JH, ecdysone, and reproduction
威格尔斯沃思发现CA在成虫期重新恢复活性，这推动了其对JH在繁殖中作用的研究。通过联体、切除与移植等一系列精巧实验，其证实CA是雄性成虫生殖系统附腺正常功能维持与雌性成虫充分产卵的必要条件。现代研究进一步表明，成虫期PG退化消失，卵巢接管了蜕皮酮的合成与释放功能，调控雌性繁殖的多个方面，且卵巢蜕皮酮合成的调控同样依赖于类似PTTH的信号。值得注意的是，威格尔斯沃思曾推测卵巢可能对CA存在激素调控作用，提示卵巢本身可能作为内分泌器官发挥作用。
现代研究充分验证了威格尔斯沃思关于R. prolixus产卵机制的初始发现，Davey与Leyria等人的研究对其进行了系统性拓展。目前CA及其JH合成释放功能已被确认为昆虫繁殖活动的核心调控枢纽。在雌虫中，JH在昆虫繁殖过程中促进卵黄发生：JH与蜕皮类固醇协同作用，驱动卵巢沉积卵黄。卵黄蛋白前体卵黄原蛋白由昆虫脂肪体合成，经血淋巴运输至卵巢，被发育中的卵母细胞摄取并包装为卵黄颗粒；部分昆虫的卵巢滤泡细胞也可合成卵黄原蛋白。JH同时调控上述两个位点的生物合成过程及卵母细胞的营养摄取。有研究提出，JH在昆虫进化中的原始功能是调控雌性成虫繁殖，其后才被招募为调控变态的主控激素。
通过JH与蜕皮类固醇的互作及滴度动态变化，辅以神经肽的调控，昆虫的生长、变态与繁殖过程实现了精细的时序与定量调控，这一核心结论最初正是由威格尔斯沃思通过实验确立的。
A VERY BROAD SPECTRUM OF RESEARCH
尽管神经内分泌对生长、发育与繁殖的调控构成了威格尔斯沃思学术遗产的核心，但其研究贡献覆盖了昆虫生理功能的全谱，包括气管呼吸、感觉生理、水分保持、消化、孵化及细菌共生等（详见其克罗尼安讲座）。例如，其最早发表的R. prolixus相关研究聚焦“排泄生理学：马氏管”，针对大量吸血带来的排泄与渗透调节挑战展开机制解析，详细阐述了吸血后快速利尿的机制，后续Maddrell等人的开创性研究进一步拓展了相关认知；“昆虫体壁与表皮生理学”研究中，其系统探究了昆虫体壁的结构与功能，为理解20E与JH的最终作用靶点及分化机制提供了关键的结构与功能背景；在应用昆虫学领域，其文集中的相关论述也体现了研究成果的实践导向。
现代视角来看，威格尔斯沃思的264篇论文与《昆虫生理学原理》涵盖了极为广泛的研究主题，仍是等待数据挖掘与实验验证的宝库。新一代科研人员应深入探索其中的生理学现象，在分子层面进行验证，延续这位昆虫生理学奠基人开辟的研究道路。
FINAL THOUGHTS
文森特·威格尔斯沃思的学术遗产以思想严谨性、实验设计的精巧性与概念整合的深刻性为核心特征。通过发现蜕皮与变态的三种主控激素——PTTH（神经激素）、20E与JH，研究人员不仅阐明了昆虫生长、发育与繁殖的调控过程，还确立了跨动物界的神经内分泌调控基本机制。其研究方法——以R. prolixus为模型的巧妙选择，结合切除、移植与联体等技术——在生化与分子生物学工具尚未成熟的年代，为生物学现象提供了功能性解释。其简洁、优雅且具有确定性的实验设计，为高质量生理学研究树立了标杆。威格尔斯沃思成功实现了巴克斯顿的期望，将昆虫学转变为一门动态的、实验性的科学。1939年，《昆虫生理学原理》首版的出版正式确立了这门新兴学科，这本不可或缺的著作首次提供了全面的生理学框架，弥补了传统昆虫学描述性研究的不足。R. prolixus作为双翅目物种之外的重要补充模型，不仅在广义研究语境中具有价值，在媒介生物学领域也持续发挥重要作用：其为生态学、进化、发育、行为、生理学、内分泌学、遗传学及病原体互作等领域提供了独特的实验证据，揭示了其适应吸血习性的信号通路特征。
