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文章题目：The greater wax moth Galleria mellonella: biology and use in immune studies

原文作者：Iwona Wojda, Bernard Staniec, Michal Sulek, Jakub Kordaczuk

发表期刊：Pathogens and Disease(FEMS)

发表时间：2020-09-24

DOI：https://doi.org/10.1093/femspd/ftaa057

单位：波兰玛丽亚·居里-斯克沃多夫斯卡大学生物科学研究所免疫生物学系/动物学与自然保护系

摘要与研究背景

大蜡螟（Galleria mellonella）作为一种广泛分布于全球（除南极洲外）的鳞翅目昆虫，传统上被视为蜂业害虫。然而，近年来因其易于繁殖、后代数量多、发育周期短、已知基因组及免疫转录组，逐渐成为免疫学研究中重要的无脊椎动物模型。大蜡螟仅具备先天免疫系统，但表现出显著的适应性可塑性，其免疫通路与哺乳动物白细胞介素-1、干扰素通路具有同源性，血细胞功能类似于巨噬细胞。本文基于Wojda等人的综述，系统梳理其生物学特征、免疫机制及作为“微型宿主”在微生物致病性、毒力因子评估及抗菌药物筛选中的应用。

一、大蜡螟的生物学与全生命周期特征

大蜡螟属于完全变态昆虫（Holometabola），生命周期包括卵、幼虫、蛹、成虫四个阶段，其生物学特性是构建感染模型的基础。

1. 卵期（Eggs）

雌虫夜间产卵，分批产出，每批50至355枚。卵呈椭圆形，长0.44-0.47 mm，宽0.29-0.39 mm，表面具网状多边形纹饰。初产为白色，老化后变为奶油色或淡粉色。孵化前约4天可见幼虫暗色环带，孵化多发生在早晨08:30-11:00，存活率约84%-100%。

2. 幼虫期（Larvae）——核心实验阶段

幼虫经历7个龄期（L1-L7），总时长约45天，末两个龄期生长最显著。

形态与行为：头部高度骨化，体节具9对气门（周气门式）。幼虫吐丝构建保护性管道取食蜂蜡、花粉及蜜蜂蜕皮，缺乏食物时发生同类相食。体色随龄期由灰白变为粗壮的乳白至淡褐，背部具明显蜕裂线。

温度适应性：最适发育温度29-33°C，但关键特性是能在37°C下存活，使其能模拟人体温度下的病原体感染与毒力表达。

特殊降解能力：研究发现其唾液或肠道微生物含酚氧化酶相关机制，可降解聚乙烯为乙二醇，具备环境生物修复潜力。

左为图1.G. mellonella及成虫的系统发育关系 （照片：M. Kucharczyk）。

右为图2.被G. mellonella占据的废弃蜂巢：蜂巢外发的蛹茧(p)（A）；受蜂巢病影响的蜡质组（如（B）中箭头所示）及其放大图像（C）；蜡质表面的(e)与丝线(s)

（照片：G. K. Wagner）。

3. 蛹期（Pupae）

末龄幼虫在茧中化蛹，离蛹型，初期白黄，渐变为深褐至红褐。腹节VIII-IX具雌雄二态性（雌性显著大于雄性），此期不取食，活动停止。

4. 成虫期（Adults）

口器退化不取食，寿命7-30天，体色红褐至淡奶油色，夜行性。雄性稍小色浅，通过双组分信息素（n-nonanal + n-undecanal）及75 kHz声脉冲引诱雌性交配。

图3.G. mellonella幼虫的形态结构。G.mellonella幼虫的背侧(I)、腹侧（II）及侧视（III）图像：A–骨化头部（具侧生茎突）；B–腹腔口；C–腹部；D–触角；E–取食口器；F–对胸足；G–爬爪；H–对前足；I–肛前足；J–前胸气孔；K–腹气孔；L–第八腹节气孔（最大气孔）。

二、大蜡螟的免疫系统机制

大蜡螟缺乏适应性免疫，仅依赖先天免疫，但其系统复杂且具有保守性。

1. 体液免疫（Humoral Immunity）

抗菌肽：感染后被诱导表达，包括天蚕素A/D、防御素、Gallerimycin、Gloverin、阴离子肽及溶菌酶，与黑腹果蝇具同源性。

酚氧化酶系统：损伤或感染后从类绛色细胞释放，催化黑色素合成，参与包囊和凝血；受丝氨酸蛋白酶抑制剂调控以防过度活化。

载脂蛋白III：多功能兼职蛋白，作为模式识别受体中和内毒素、增强抗菌分子活性并促进凝血。

IMPI：动物中首个发现的特异性金属蛋白酶抑制剂，对抗病原分泌的毒力金属蛋白酶。

2. 细胞免疫（Cellular Immunity）

血淋巴中含5种血细胞：原血细胞、颗粒细胞、浆细胞、类绛色细胞和球细胞。

主要通过吞噬作用、结节化形成黑化结节包裹大量微生物和包囊作用针对大型寄生虫清除病原体。

3. 免疫训练与跨代免疫（Immune Priming）

不同于经典适应性免疫，大蜡螟表现先天免疫记忆（同源或异源激发）。初级感染或免疫刺激可增强后续抗性，且该性状可通过表观遗传机制传递给后代。

图4.大蜡螟实验感染的方法。强制喂食（A、B）：需将针头（毛细管）准确且轻柔地插入幼虫口孔，避免损伤幼虫，并确保注入并被幼虫摄入精确体积的孢子。通过表皮感染可采用以下方法：将幼虫置于滤纸上，并用含所需浓度真菌孢子的水溶液冲洗（C和D）；或将幼虫置于接种有孢子真菌（例如B. bassiana）的培养皿中轻轻滚动（E）。亦可通过将针头插入末节或倒数第二节前足，直接将微生物引入血腔（F、G）。

三、宿主-病原体互作

大蜡螟与其天然病原体（如白僵菌 、苏云金芽胞杆菌 ）处于拮抗共进化。

昆虫策略：

合成几丁质角质层阻挡入侵；识别PAMP激活免疫；合成抗菌肽及IMPI等抑制剂；执行吞噬包囊。

病原体反制：

分泌脂酶/蛋白酶/几丁质酶降解屏障；减少PAMP规避识别；分泌蛋白酶破坏抗菌肽；修饰细胞壁阻碍结合；伪装避免被血细胞识别。

这种动态平衡是研究免疫逃逸与防御机制的窗口。

图5.大蜡螟的体表覆盖层处于开放状态，浸没于铺有Sylgard硅橡胶的培养皿中的林格氏缓冲液中。（A）整体结构示意图；（B与C）立体显微镜下观察到的内脏器官；（D）脂肪体解剖结构；（E）肠道解剖结构；（F）已解剖的肠道。字母标注：AS——气囊；Cu——角质层；FB——脂肪体；G——肠道；SG——纺丝腺

四、作为免疫研究模型的优势与应用

1. 模型核心优势

伦理与成本：无脊椎动物无严格动物伦理限制，饲养维护成本极低。

操作便捷：幼虫体型较大（12-20 mm），易于注射、采血及解剖。

温度兼容：37°C耐受性好，适用于人源病原体的温度依赖性毒力研究。

高通量：生命周期短，感染致死实验可在数日内完成，适合药物初筛。

2. 应用领域

致病机理研究：评估微生物毒力因子。

新药筛选：测试头孢他啶-阿维巴坦、天蚕素A联合疗法等对耐药菌的体内疗效与毒性。

生物防治：利用Gallerimycin、Cecropin B等免疫分子进行转基因作物抗病改良。

五、研究局限与结论

局限性:

样本地理偏倚，部分宏基因组研究以北美洲为主，大蜡螟虽广布但实验室种群多源自特定商用品系；缺乏标准化饲养，饲料中抗生素/激素残留可能影响免疫基线；仅有先天免疫，无法模拟哺乳动物适应性免疫的复杂响应。

结论:

大蜡螟是具有极高科研价值的替代模型。其免疫通路的进化保守性、37°C适应性及免疫可塑性，使其成为连接昆虫免疫学与人类病理学研究的桥梁。尽管存在局限，其在抗菌药物临床前体内测试、宿主-病原体共进化研究中仍不可替代。

参考文献

Wojda I, Staniec B, Sulek M, Kordaczuk J. The greater wax moth Galleria mellonella: biology and use in immune studies. Pathogens and Disease. 2020;78(9):ftaa057. doi:10.1093/femspd/ftaa057                                                      

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