《The Short Neuropeptide F Regulates Appetitive But Not Aversive Responsiveness in a Social Insect》的研究报告

一、研究作者、机构及发表信息

这项研究的主要作者包括 Louise Bestea、Marco Paoli、Patrick Arrufat、Julio Carcaud、Jean-Christophe Sandoz、Rodrigo Velarde、Martin Giurfa 和 Maria Gabriela de Brito Sanchez，分别来自多个研究单位，如 University of Bristol、French National Centre for Scientific Research、University of Paris-Saclay 等。研究成果发表在期刊《iScience》上，发布时间为 2022 年 1 月 21 日，DOI 为 10.1016/j.isci.2021.103619。

二、研究背景

研究领域涉及神经科学、昆虫行为学及分子生物学。本研究探讨了短神经肽 F（short neuropeptide F, 简称为 sNPF）在蜂类社会化行为中如何调节食物相关的响应（appetitive responsiveness），并且是否参与对负性刺激（aversive responsiveness）的调节。

此前的研究显示，神经肽 Y（neuropeptide Y, NPY）及其同源物在食物和压力相关的响应中扮演了重要角色，尤其在促进饥饿及压力耐受方面。虽然在无社会性的昆虫中，sNPF 对食欲响应的研究已有进展，但关于 sNPF 在蜜蜂（Apis mellifera）等高度社会化昆虫中的研究较少。蜜蜂作为一个经典模式生物，因其社会化行为而对饥饿和防御的调节与个体昆虫有显著不同。本研究旨在探讨 sNPF 是否在蜜蜂的食物相关和负性刺激相关的响应中扮演关键角色，重点研究其如何影响饥饿状态下蜜蜂的感官、行为和神经活动。

研究目标包括： 1. 通过实验提高蜜蜂体内 sNPF 水平，并观察其是否增强其食物相关的行为响应。 2. 验证 sNPF 对感官模块如嗅觉及味觉的具体调节作用。 3. 探讨 sNPF 是否也参与对负性刺激情境（例如电击和高温）的响应调节。 4. 研究 sNPF 在蜜蜂大脑嗅觉中枢的神经活动中的作用并分析神经回路变化。

三、研究流程及实验设计

1. 样本选取及分组

实验对象为通过捕捉获得的蜜蜂采集工蜂（forager bees），这些蜜蜂被分为多个实验组和对照组，具体包括： - 饥饿组（starved）：完全禁食。 - 部分喂食组（partially-fed，简称 p-fed）：喂食少量混合食物。 - 部分喂食基础上给予 sNPF 处理组：进一步依据 sNPF 浓度分为 sNPF 1 mg/ml 组和 sNPF 10 mg/ml 组。 - 部分喂食+溶剂对照组：以 DMSO/acetone 溶剂做对照。

为了比较饥饿与部分喂食状态对蜜蜂行为与神经活动的影响，实验在喂食或处理后 20-30 分钟之间进行。

2. 实验1：食物摄入量测定

实验通过限定蜜蜂在注射器中，提供一定体积的纯蔗糖溶液或加入苦味剂的蔗糖溶液，记录蜜蜂摄入量。目的是观察 sNPF 是否可增加蜜蜂的食物摄入行为。

3. 实验2：味觉响应性测定

通过触角给予从低到高梯度浓度的蔗糖溶液，测量蜜蜂是否展现出伸舌反射（Proboscis Extension Response，PER）。PER 代表对味觉刺激的敏感性，用评分系统量化响应程度。

4. 实验3：嗅觉响应性测定

使用两种芳香气味物质（Linalool 和 2-Phenylethanol）刺激蜜蜂，观察是否会诱发 PER，并记录响应比例，从而评估嗅觉相关的调节作用。

5. 实验4：神经活动记录

采用钙成像技术（calcium imaging），记录大脑触角叶（antennal lobe）中投射神经元（Projection Neurons, PNs）的活动变化。SNPF 处理后分析其是否能够恢复喂食后神经活动的下降。

6. 实验5与实验6：对负性刺激的响应分析

分别采取电击刺激（electric shock）和高温刺激（thermal stimulus）方式，观察蜂群在处理后是否对刺激情境展现不同程度的刺针伸出反应（Sting Extension Response, SER）。

四、研究结果

1. sNPF 促进蜜蜂的食物摄入
   实验结果显示，与部分喂食基础状态相比，给予 sNPF 的蜜蜂显著增加了蔗糖溶液的摄入量，达到饥饿组的水平。这表明 sNPF 能够调节蜂群的觅食行为。

2. sNPF 增强味觉响应性
   在味觉实验中，sNPF 处理提高了蜜蜂对低浓度蔗糖溶液的 PER 响应。更高浓度的 sNPF 处理组（10 mg/ml）能使蜜蜂总体味觉敏感性接近饥饿组水平。

3. sNPF 增强嗅觉响应性
   结果显示，低剂量 sNPF (1 mg/ml) 显著提高了蜜蜂对芳香气味的 PER，但效果未达到饥饿组表现。

4. 神经活动的变化
   钙成像数据证实，喂食限制了触角叶神经元的活跃程度，而 sNPF 处理则成功恢复了神经活动至饥饿状态水平。证明 sNPF 对大脑嗅觉回路具有恢复作用。

5. 对负性刺激的响应
   无论电击响应还是高温刺激，sNPF 对负性响应无显著影响，表明 sNPF 与蜜蜂群体防御中的社会性信号（如警报信息素）可能无关。

五、研究结论及价值

通过一系列精细行为学、生理学与神经科学实验，本研究确定了 sNPF 在蜂类饥饿状态下的重要作用，显示其能够显著提高蜂群的食物摄入及感官响应性，而对负性刺激的响应无显著调节作用。

本研究不仅填补了蜂类社会化行为中神经肽调节机制的空白，还揭示了 sNPF 在调控觅食行为和感官敏感性方面的重要性，为理解蜂类社会性行为的基础机制提供了新视角。这一发现还可为其他社会化昆虫行为研究提供思路。

六、研究亮点

1. sNPF 在嗅觉神经回路调控中的作用首次被证实。
2. 实验设计多样，覆盖了感官、生理及行为层面的研究。
3. 引入高效的钙成像技术解析神经活动。

七、潜在的研究扩展

作者指出，本研究未能通过 RNai 方法进一步探讨 sNPF 信号通路的遗失效应，对特定神经元或回路的实验证据也尚待补充。此外，未来研究可深入探索 sNPF 与其他信号分子的潜在协同作用。