惊！变形翼病毒不同毒株竟让蜜蜂免疫反应大不同 —— 开启昆虫免疫与宿主 - 病原体动态研究新篇

为解决蜜蜂对变形翼病毒（DWV）不同毒株免疫反应不明等问题，马丁路德大学哈勒 - 维滕贝格分校研究人员开展相关研究，发现 DWV - B 或因引发较弱免疫反应而更具毒性。该研究揭示了毒株特异性免疫反应，推荐科研读者阅读。

　　

在奇妙的大自然中，所有生物都面临着寄生虫和病原体的威胁。就像人类会生病一样，昆虫也不例外。近年来，昆虫的数量在全球范围内出现了下降，这其中，西方蜜蜂（Apis mellifera）的处境格外引人关注。作为重要的传粉昆虫，西方蜜蜂的健康状况直接影响着生态平衡和农业生产。然而，它们却遭受着多种因素的困扰，其中变形翼病毒（Deformed wing virus，DWV）的感染尤为严重。

DWV 是一种对蜜蜂极具破坏力的病毒，它如同一个隐藏在暗处的 “杀手”，一旦蜜蜂感染，就会出现各种各样的症状。比如翅膀畸形，这使得蜜蜂无法正常飞行；学习和记忆能力下降，它们可能会迷失方向，找不到回家的路；成熟加速但寿命却大大缩短，严重时甚至会导致整个蜂群的消亡。而且，当 DWV 通过瓦螨（Varroa destructor）传播时，危害会更加严重。瓦螨就像是病毒的 “帮凶”，在吸食蜜蜂的血液时，将病毒传播给更多的蜜蜂。

目前，全球 DWV 主要有两种变异株，即 DWV-A 和 DWV-B。其中，DWV-B 正逐渐取代 DWV-A，在欧洲和北美地区广泛传播。虽然这两种变异株都对蜜蜂健康有害，但关于它们的分子动态和相对毒力，不同的研究却得出了不同的结果。有的研究发现，DWV-B 对成年蜜蜂的毒力更强；而有的研究则表明，在蛹期，DWV-B 的毒力与 DWV-A 没有差异，甚至更低。这就像一团迷雾，让科学家们对 DWV 的致病机制感到困惑，也凸显出进一步研究的必要性。

另外，昆虫在受到病毒感染时，会启动一系列的免疫反应。蜜蜂也不例外，它们拥有一些经典的抗病毒途径，如 RNA 干扰（RNAi）途径、Toll 途径和免疫缺陷（Imd）途径等。同时，蜜蜂的分子反应还包括一些非经典的免疫基因，如卵黄原蛋白（Vitellogenin）。而且，免疫反应会受到多种因素的影响，比如其他应激源的存在，像瓦螨和农药等，都会干扰蜜蜂的免疫能力。此外，病原体的基因型也会影响免疫反应，不同的病毒株可能会引发不同的免疫反应。但之前关于蜜蜂对 DWV 不同变异株的免疫反应研究并不充分，尤其是在分子层面，还有很多未知等待探索。

为了揭开这些谜团，德国马丁路德大学哈勒 - 维滕贝格分校的研究人员在《BMC Genomics》期刊上发表了一篇题为 “Transcriptomic analysis of honey bee pupae reveals strain - specific immune responses to deformed wing virus infection” 的论文。通过深入研究，他们发现了蜜蜂对不同 DWV 变异株感染的独特转录谱，揭示了 DWV-B 可能通过引发较弱的宿主免疫反应，从而具有更高的毒力并在全球范围内传播的机制。这一发现为我们理解昆虫免疫和宿主 - 病原体动态提供了重要的线索，对于保护蜜蜂健康和维护生态平衡具有重要意义。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们进行了实验感染，从德国马丁路德大学哈勒 - 维滕贝格分校的养蜂场选取了两个不同的蜂群，收集白眼中期的蜜蜂工蜂蛹，分别注射 DWV-A、DWV-B 以及两者的混合液，同时设置对照组注射无病毒接种物。其次，通过定量 PCR（qPCR）技术来筛选实验感染的样本，以此确认蜜蜂是否感染 DWV 以及是否存在其他感染病毒。最后，对样本进行 RNA 分离、cDNA 合成，然后进行测序和分析。利用这些技术，研究人员全面地对蜜蜂感染不同 DWV 变异株后的基因表达变化进行了研究。

下面让我们来看看具体的研究结果。

1. 蛹的存活率：研究人员将注射后的蜜蜂饲养到 3 天以上，观察成年羽化率来衡量病毒的毒力。结果发现，对照组的蜜蜂几乎都能成功羽化，羽化率高达 98%。而感染了 DWV 的蜜蜂情况则截然不同，注射 DWV-B 的蜜蜂只有 6.3% 能存活到羽化，注射 DWV-A 和混合感染的蜜蜂甚至没有一只能够羽化。虽然只有感染 DWV-B 的蜜蜂有少量存活，但与 DWV-A 和混合感染组相比，差异并不显著。这表明 DWV 对蜜蜂的杀伤力极大，不同变异株虽然在致死率上表现略有差异，但总体都严重威胁着蜜蜂的生存。
2. 感染状态的确认：通过将质量修剪后的读数与 DWV 参考基因组进行比对，研究人员发现，在感染 DWV 的样本组中，与 DWV-A 或 DWV-B 匹配的读数比例在 17% - 56% 之间，而对照组的这一比例则小于 0.3%。这清楚地表明，实验成功感染了 DWV，且对照组几乎没有受到 DWV 的污染。此外，DWV-A 组中 DWV 读数的总和显著低于 DWV-B 组和混合感染组，而 DWV-B 组和混合感染组之间则没有显著差异。这说明不同变异株在蜜蜂体内的复制情况存在差异，DWV-B 和混合感染时病毒的数量相对较多。
3. 转录组评估：研究人员对蜜蜂蛹的转录组进行了分析，平均每个蛹获得了约 2230 万个与蜜蜂参考基因组的伪比对结果。多维缩放分析显示，感染 DWV 的样本组之间存在聚类现象，尤其是 DWV-A 和混合感染组的表达谱高度重叠。进一步分析差异表达基因（DEGs）发现，DWV-A 单独感染或混合感染时，会引发大量的宿主免疫反应，与对照组相比，分别有 2906 个和 3827 个差异表达基因。而 DWV-B 感染时，对宿主基因表达的影响较小，与对照组相比仅有 189 个差异表达基因。不过，在 DWV-B 感染组中，有更高比例（44.4%）的差异表达基因超过了 log2 倍变化阈值，经过筛选后有 84 个差异表达基因。这表明 DWV-A 和混合感染对蜜蜂基因表达的影响更为显著，而 DWV-B 感染的影响相对较小，但 DWV-B 感染组中部分基因的表达趋势与其他感染组相似，只是表达水平较低。
4. 不同感染组中一致差异调节的基因：为了探究蜜蜂对 DWV 的一般免疫反应，研究人员比较了 DWV-A、DWV-B 和混合感染组与对照组之间差异转录基因的交集。结果发现，与对照组相比，三个感染组中有 4 个基因一致下调，70 个基因一致上调。下调的基因包括丝氨酸蛋白酶胰凝乳蛋白酶 - 2（chymotrypsin - 2）等，上调的基因中，有两个未表征的蛋白编码基因变化最为明显，此外还包括几丁质酶 - 3 - 样蛋白 1 等。这些基因中，虽然大部分与经典免疫反应基因并不对应，但其中一些基因，如预测结构与其他昆虫的 Osiris 基因有低置信度匹配的 LOC726094，之前已被证明与蜜蜂免疫相关。这说明蜜蜂对 DWV 感染的免疫反应涉及到一些特殊的基因，这些基因的作用还有待进一步研究。
5. 病毒株特异性反应的基因：研究人员以 DWV-B 感染作为基线，比较了 DWV-A 和混合感染与 DWV-B 之间的差异表达基因。结果发现，有 10 个基因在 DWV-A 和混合感染中一致下调，28 个基因一致上调。下调的基因中包括两个富含亮氨酸重复蛋白等，它们与病原体相关分子模式（PAMPs）的感知有关。上调的基因中，折叠变化差异最大的是糖酵解基因 l - 乳酸脱氢酶（l-lactate dehydrogenase），此外还包括富含脯氨酸的蛋白质 36 - 样等。这表明不同的 DWV 变异株会引发蜜蜂不同的基因表达反应，这些差异可能与病毒株的毒力和感染机制有关。
6. 免疫反应基因的差异调节：虽然差异表达基因与蜜蜂免疫途径没有显著重叠，但部分经典免疫基因在感染后出现了差异表达。例如，抗菌肽 abaecin 和 hymenoptaecin 在所有三个 DWV 感染组中均上调；DWV-A 和混合感染组中，toll 样受体 6 等基因也上调，同时，溶菌酶 2 等两个 toll 途径基因下调。此外，感染组中上调的基因与丝氨酸蛋白酶基因有显著重叠，并且与之前一项关于病原体保守分子反应的荟萃分析中上调的基因也有显著重叠。这说明蜜蜂对 DWV 感染的免疫反应涉及多个基因和途径，是一个复杂的过程。
7. GO 分析：功能富集分析发现，DWV-A 和混合感染与对照组相比，在丝氨酸蛋白酶活性相关的基因本体（GO）术语上显著富集，所有三个 DWV 感染组在细胞外空间成分相关的 GO 术语上显著富集。当考虑所有差异表达基因（不设置 log2 倍变化阈值）时，发现 DWV 感染下调的基因在与线粒体翻译相关的 GO 术语上富集。这进一步揭示了蜜蜂在感染 DWV 后，基因表达变化在功能上的特点，为理解病毒感染对蜜蜂细胞功能的影响提供了线索。

综合研究结果和讨论，这项研究意义重大。研究人员发现，不同 DWV 变异株感染蜜蜂后，会导致独特的转录谱变化。DWV-B 感染引发的宿主免疫反应相对较弱，这可能是其毒力更高、在全球范围内传播的原因之一。蜜蜂对 DWV 感染既有核心的转录反应，包括一些经典和非经典免疫基因的变化，也存在病毒株特异性的反应。此外，研究还发现代谢基因在 DWV 感染过程中呈现出有趣的表达模式，其中 l - 乳酸脱氢酶的上调表明有氧糖酵解（AG）可能在病毒感染中发挥作用，但这种代谢变化对病毒复制和蜜蜂宿主的影响还需要进一步研究。

这项研究首次提供了蜜蜂对 DWV 感染存在毒株特异性免疫反应的证据，并将这些发现融入到更广泛的昆虫免疫和宿主 - 病原体动态研究中。它为我们深入理解蜜蜂与 DWV 之间的相互作用机制奠定了基础，也为后续研究指明了方向。未来，我们可以通过功能表征感染中表达的基因、利用代谢组学和基因编辑技术进一步探索代谢与免疫的相互作用，以及通过大规模种群遗传学方法研究病毒基因型对免疫反应的影响等。这不仅有助于我们更好地了解蜜蜂的免疫动态，还能为保护全球传粉昆虫的健康提供有力的支持，对维护生态平衡和农业生产的稳定具有重要的现实意义。