专题：2025年CC讲坛
由北京君和创新公益基金会、中国科学院大学校友会联合主办，主题为“和而不同，思想无界”的CC讲坛第65期演讲2025年4月20日在中国科学院大学（北京玉泉路校区）礼堂举行。来自中国农业大学植物保护学院昆虫学系讲师张雪出席，并以《蜜蜂不得糖尿病的生命智慧》为题发表演讲。
演讲实录：
大家好，我是来自中国农业大学的张雪，我今天要讲一个蜜蜂和糖尿病的故事。
据统计，全世界每11秒钟就有一个人因为糖尿病引起的并发症而死亡，而我国糖尿病患者人数已经超过了10亿，大家身边是不是有亲戚朋友正在经受糖尿病的困扰呢？糖尿病患者的饮食上，最需要注意的是什么？对，就是忌糖。
大家有没有想过，蜜蜂天天吃蜂蜜，为什么不得糖尿病？
在回答这个问题之前，我也想在这儿提及一下，再过一个月，就是“520世界蜜蜂日”了。
其实蜜蜂是一个大家都很喜欢的动物昆虫，它除了为我们提供可口的蜂蜜以外，它其实还是特别重要一个传粉昆虫，蜜蜂为超过70%的农作物传粉，它的传粉经济价值超过了3，000亿美元，而没有蜜蜂的话，我们的很多农产品都会消失，所以保护蜜蜂，其实就是保护我们自己。
蜜蜂的传粉生物学基础，就是它的花粉和花蜜的一个专食性。
它的食物里边富含各种碳水化合物，而在花蜜里边，它的糖含量甚至可以高达70%，而经过蜜蜂的一个酿造，去酿造成蜂蜜，经过一个水分的挥发，蜂蜜的糖含量可以高达80%。
给大家一个直观的印象，就是我们其实在实验室也对蜜蜂进行饲养，实验室的蜜蜂吃什么呢？我们会喂食50%的糖水，因为科学家证明，50%的糖水是蜜蜂更偏好的，因为太高的浓度，就更粘稠了，它不太喜欢。
所以在实验室，我们要配置30毫升的糖溶液的话，需要加入一半的糖含量，就是15克这么多的糖，可想象它是非常甜的。
比如说人、还有一些常规的模式动物，小鼠，还有果蝇，在长期的一个高糖饮食下是很容易造成代谢紊乱，然后引起肥胖、心血管疾病、还有糖尿病等多种疾病。为什么蜜蜂却可以适应这么高糖的饮食，而不得糖尿病？
在回答这个问题之前，我先介绍一下蜜蜂的肠道菌。因为蜜蜂除了是一个重要的传粉昆虫，它还是一个非常重要的社会性昆虫，因为社会性昆虫，导致它的肠道菌可以在通过社会性行为，在世代间进行传播，所以它的肠道菌和蜜蜂也有一个超过8，000万年的共进化历史。
在长期的共进化过程中，它肠道菌已经形成了特殊的菌种，这些肠道菌在环境里边是不存在的，而这些肠道菌主要是定植在蜜蜂的后肠，就相当于我们人的大肠。
然后这些肠道菌种是形成一个稳定的菌群结构，共同发挥功能，所以它和蜜蜂已经形成了一个非常紧密的互作关系。
蜜蜂的肠道菌对于蜜蜂的一些食物降解起到一个非常重要的作用。
我们知道蜜蜂还吃花粉，花粉里边是富含纤维素、半纤维素、果胶等特别复杂多糖大分子的。实际上大分子，蜜蜂以及哺乳动物是没法自己降解的，就完全依赖于肠道菌进行降解，而肠道菌也参与了蜜蜂的氨基酸、脂肪等的一些代谢，而肠道菌的这些代谢产物，反过来又能够调控蜜蜂的生长发育、免疫以及行为。
既然肠道菌和蜜蜂有一个这么长期的共进化历史，肠道菌对于蜜蜂在食性转变以及适应这种高糖饮食的过程中，是不是起到一个关键作用呢？
为了验证这个问题，我们也是在实验室的条件下，构建了无菌的蜜蜂模型，也就是说去除蜜蜂的肠道菌。我们的结果发现，就是缺失了肠道菌群的话，蜜蜂也会得糖尿病。
人的糖尿病主要是什么表现？就是高血糖，对吧？所以糖尿病人要时常用血糖仪监测一下血糖的含量。
所以我们也是给蜜蜂做了一个相同的测试，就是从它的胸部和腹部体节，去抽取血淋巴，测试糖含量，然后也发现，确实无菌的蜜蜂的血糖含量，比正常菌群的蜜蜂是明显要高的，而且我们给蜜蜂也喂食了模拟天然菌构建的人工菌群，也发现确实菌群的定值，能够显著降低无菌蜜蜂的一个血糖的含量。
而我们知道，其实人来说，他的一天血糖是波动的，比如说餐前和餐后是不一样的，所以我们去医院做糖尿病的一个检测的话，医生会为我们去做一个糖耐量的测试，也就是说过夜空腹以后再去喝一大杯的葡萄糖水，然后再去测喝糖水前后的一个血糖含量。
所以参考人类，我们也是给蜜蜂做了一个糖耐量的检测，就是让蜜蜂去饥饿12个小时之后，单只给它饲喂一定量的糖溶液，去测它的血糖含量，也是发现，无菌的蜜蜂，就是缺失肠道菌群的蜜蜂，它无论是饥饿条件下，还是吃了糖水以后，它的血糖含量都是明显高于正常菌群的蜜蜂的。
我们知道糖尿病其实分型主要分为一型和二型糖尿病，一型糖尿病主要是由于胰岛素分泌不足导致的，而二型糖尿病是由于胰岛素阻抗导致的，那蜜蜂得的是几型糖尿病？
所以我们也是测定了蜜蜂脑部的胰岛素样肽基因表达，发现无菌的蜜蜂脑部的胰岛素表达是不足的，胰岛素表达分泌不足的话，就会导致你的体细胞没法有效去获取葡萄糖，然后进行一些代谢和能量的储存，通常会导致一些消瘦的表型，蜜蜂是不是这样？
但对于蜜蜂来说，我们没法通过它的体型大小去判断它是否消瘦，因为蜜蜂是肠道菌主要定植在它成熟期，但是蜜蜂成虫羽化以后，它的体型大小已经固定了，但是蜜蜂以及其他昆虫，有一个重要的能量储存器官——脂肪体，所以我们也是对蜜蜂的腹部脂肪体进行了观测，发现确实无菌蜜蜂的脂肪体细胞数量，是明显少于正常菌群蜜蜂的，而且在单个脂肪体的脂细胞里边，它脂肪的储存脂滴数量也是少于正常有菌蜜蜂的，所以说明无菌蜜蜂确实有一个消瘦的表型。
为什么有菌的蜜蜂就不得糖病？肠道菌怎么去调控了它的一个高糖适应，以及胰岛素表达呢？
所以我们对无菌和正常菌群的蜜蜂，进行了一个肠道代谢物的测定，然后我们发现这些差异的代谢物，主要是富集在重要的能量生成通路——三羧酸循环上的，并且我们发现有菌的蜜蜂，它能够通过一个反向的三羧酸循环去积累琥珀酸。
琥珀酸是不是调控胰岛素表达一个重要物质？我们就给无菌的蜜蜂去饲喂了琥珀酸，发现确实饲喂琥珀酸以后，能够显著激活它脑部的胰岛素样肽基因表达，同时也能够降低它的一个血糖含量。
进一步我们又通过对肠道基因组的一个测序，以及肠道菌的一个体外培养，以及单菌的定值等一系列的一个验证，我们发现，其实蜜蜂肠道里边重要的一个乳杆菌，它主要产生了琥珀酸，而肠道的琥珀酸它又能够通过激活你的肠上皮细胞的一个糖异生，然后通过肠脑轴，去调控脑部胰岛素样肽基因的表达。所以是在肠道菌的这种机制，帮助蜜蜂适应这种高糖饮食下发挥了一个重要的作用。
这给我们人类糖尿病有一个什么样的启示呢？
其实非常有趣的是，科学家也发现，在人类具有一个相似的肠道菌，去调控能量代谢的一个相关的机制，然后发现，比如常吃这种全麦面包或者高纤维素饮食的人，他的肠道也会积累琥珀酸，而且琥珀酸也是通过相似的激活肠道糖异生去调控宿主的胰岛，糖的耐量以及胰岛素的一个敏感性，通过这种相似的机制去调控整体的一个能量代谢。
其实蜜蜂和人类的肠道菌群还有很多相似之处，首先它们都是通过这种社会性行为进行传播的，比如说人的话，是在出生以后，通过从母体以及环境中获得了一个肠道菌，而蜜蜂也是类似的，它是在羽化以后，通过社会行为以及从蜂巢环境里边获得肠道菌，而且它们定植部位也是一样的，前面已经提到，人主要是定植在大肠，就相当于蜜蜂的后肠，所以它们定植部位是一样的，而且它们的组成也是相对特异，而且这些肠道菌都和宿主有一定的共进化历史，所以蜜蜂也被用来研究肠道菌和宿主互作关系，以及肠道菌去影响疾病发生发展的一个模式动物，目前我们已经将蜜蜂建成了，包括代谢、消化以及各种神经疾病的一个疾病模型。
而肠道菌除了调控蜜蜂代谢和生理以外，它其实对蜜蜂的各种行为也起到一个非常重要的调控作用。
比如说蜜蜂在蜂巢内，工蜂分为哺育蜂和采集蜂这种行为分工，我们发现哺育蜂和采集蜂，它的肠道菌群组成是不一样的，而且肠道菌很可能在哺育蜂向采集蜂的行为转换中发挥了一个重要作用，而且肠道菌能够调控蜜蜂的一个学习记忆能力，并且其实对于同巢蜜蜂之间的相互识别，肠道菌也发挥了一个非常重要的功能。
而对于蜜蜂来说，因为它是社会性动物，它也存在这种社交行为障碍，而且科学家发现社交行为障碍的蜜蜂和人类抑郁症的调控基因通路是相似的，所以这就证明，人和蜜蜂其实有相似的社会行为调控的一个分子机制，所以其实蜜蜂也可以用来去研究肠道菌对于这种社交行为以及神经失调的一个模型。
所以我们团队也是建立了蜜蜂的自闭症的疾病模型，我们发现，把自闭症儿童的一个肠道菌去定植给蜜蜂，同样也会引起蜜蜂的一个学习记忆行为的衰退。
伴随着它血淋巴的这些代谢物的变化，特别是一些氨基酸类的代谢物，我们知道很多氨基酸，它是一个神经递质的前体物，特别我们也是发现，一个重要的色氨酸神经递质前体物，也是发生了一个显著变化，这也提示我们，这种氨基酸代谢可能在自闭症的发生发展上起到了一个重要的作用。
回到蜜蜂和糖尿病的问题，因为我们之前是拿无菌蜜蜂去做的实验，大家肯定会问，自然界中存在这种无菌蜜蜂吗？天然的蜜蜂会不会得糖尿病？
我们说自然界中其实不存在无菌蜜蜂的，因为在工蜂羽化以后，它会在蜂巢内通过各种的，比如说粪口传播，以及交哺行为、梳理行为等各种社会性行为获得肠道菌。
但是蜜蜂会面临各种环境的一个胁迫，在环境的这种胁迫下，可能也会导致它的肠道菌群的紊乱，造成它的一个糖尿病的表型。
而事实也确实如此，蜜蜂正在面临各种各样的环境胁迫。在本世纪初的时候，爆发了蜜蜂种群崩溃综合症，已经造成了年均近50%的蜂群的损失，蜜蜂种群数量其实是在严重下降的。
而对于导致蜜蜂种群崩溃综合症的原因，目前还没有被证明，但是科学家普遍认为各种的环境毒性物质，比如说抗生素滥用导致的环境残留，以及农田大量施用除草剂，以及杀虫剂等农药，都是可能造成蜜蜂种群崩溃综合症的一个重要原因。
我们为了验证抗生素对于蜜蜂的影响，也是在天然蜂场里边对蜜蜂进行一个环境相当的抗生素的处理，发现抗生素处理以后，即使低剂量的抗生素处理，它虽然不会影响肠道菌种的数量，但是会造成肠道菌群结构一个不可逆的破坏，这种破坏就改变了肠道菌的代谢功能，从而可能会通过胰岛素的调控以及能量代谢的调控，影响蜜蜂的行为分工的一个转换，所以我们也是对蜂巢内采集蜂的数量进行了一个监测，发现抗生素处理以后，确实是明显减少了蜂巢内的采集蜂的数量，甚至导致采集蜂数量的消失。
所以就是说，抗生素处理对于蜜蜂来说，会影响它的采集蜂行为分工的一个转换，从而影响整体蜂巢的一个维持。
而抗生素抗性，其实是本世纪我们人类面临的最重要的一个公共卫生问题之一，它会每年造成数百万人的死亡。
而抗生素其实对于我国的蜜蜂来说，影响也是非常严重的，我们前期从我国14个省市的地区进行了蜜蜂的一个采样，发现抗生素抗性基因在蜜蜂的肠道内是大量的一个积累的，我们监控鉴定了78种37类抗生素抗性基因，而抗生素抗性基因不光能威胁蜜蜂的一个健康，同时这种天然的昆虫以及天然野生动物，它也能作为一个抗性基因的池子，然后比如蜜蜂，通过这种蜂产品和传粉行为，也能将抗性基因再传回我们人类，所以对人类，也是威胁人类的健康。
综上所述，蜜蜂为我们生产各种各样的蜂产品，然后为我们农作物传粉，保障全球的粮食安全。同时蜜蜂也是一个重要的研究肠道菌和疾病的一个模型动物，所以因此保护蜜蜂就是保护我们自己，而这种抗生素的滥用正在威胁蜜蜂的健康，也同时最终也会作用于我们人类自己。
而肠道菌在维持蜜蜂正常的生理和代谢行为的基础上，其实也会为我们蜜蜂的健康干预以及种群保护提供一个新思路，包括益生菌以及基因工程菌的策略，已经被应用于蜜蜂，在缓解蜜蜂在抗生素处理以后，它的代谢和行为的异常，以及在提高蜜蜂的抗病能力上显示出了一定的成效。
但是我们要说的是，提供一种高效稳定和可控的肠道菌的策略，还需要我们对肠道菌群的一个互作机制，以及肠道菌与宿主的一个互作关系更加深入的研究，而我们也将在这个方向上继续耕耘，争取为蜜蜂的种群保护提供一些新思路新方法，还有新理论，谢谢大家。
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