综述：Galleria mellonella作为纳米毒理学中简单而可靠的体内模型：技术与应用

《Wiley Interdisciplinary Reviews-Nanomedicine and Nanobiotechnology》：Galleria mellonella as a Simple Yet Reliable In Vivo Model for Nanotoxicology: Techniques and Applications

　　greater wax moth（G. mellonella）作为新型纳米毒性替代模型，具有成本低、伦理争议小、免疫系统与人类高度相似等特点。其应用涵盖生存分析、组织学检测、氧化应激评估及基因表达研究，尤其在免疫毒性领域表现突出。但存在实验标准化不足、长期毒性研究有限等问题，需进一步优化方法和扩大应用范围。

　　纳米材料是当前科学领域中发展迅速的一类工具，其应用已渗透到多个学科中。然而，这些材料与生物体之间的相互作用引发了诸多安全问题，使得开发可靠的模型来预测和评估其毒性效应变得尤为重要。传统的体外实验方法虽然在某些方面具有优势，例如成本低、操作简便，但它们在模拟生物体内复杂的生理反应方面存在明显局限。而小鼠等体内实验模型虽然更接近人体反应，但其使用往往伴随着高昂的成本、较长的实验周期以及伦理上的争议。因此，寻找一种兼具简单性、伦理可行性以及生理相关性的替代模型成为当前研究的重点。

在此背景下，**蜡虫（Galleria mellonella）**作为一种潜在的体内实验模型，正逐渐受到关注。该昆虫的幼虫阶段在研究纳米毒理学方面展现出独特的潜力。其自身具备与人类相似的先天免疫系统，能够在不依赖复杂哺乳动物模型的情况下，对纳米材料的毒性进行初步评估。同时，其生长温度与人体相近，且易于饲养和操作，这使其成为一种具有吸引力的替代研究工具。尽管它不能完全取代更为复杂的动物模型，但在早期纳米毒理学筛查中，它提供了一种可行的解决方案，并在毒性评估中具有重要价值。

### 纳米材料的毒性风险与评估需求

纳米材料因其独特的物理化学性质，如高比表面积和小尺寸，在医学、环境科学和工业中展现出广泛的应用前景。然而，这些特性也使得它们在与生物体相互作用时，可能产生意想不到的毒性效应。例如，纳米材料可能引发免疫失调，包括炎症反应、免疫抑制或自身免疫；还可能通过氧化应激和直接或间接的DNA相互作用，导致遗传损伤。某些纳米材料甚至可能穿透中枢神经系统，从而对神经功能产生潜在影响。此外，随着人类对纳米材料的接触日益增多，如环境中的纳米塑料，这些材料可能通过吸入或摄入进入人体，与多种生物系统相互作用，进而引发代谢紊乱或其他细胞应激反应。

为了全面评估这些风险，研究需要从多个角度出发，包括对细胞和组织的毒性分析、免疫反应的评估以及生物分布和清除机制的研究。然而，目前的纳米毒理学研究仍存在诸多挑战，特别是在标准化方面。不同的实验室在实验条件、纳米材料的剂量以及评估方法上存在差异，这导致研究结果难以比较和复现。此外，传统方法如细胞毒性检测常依赖于荧光染料或酶联免疫吸附试验（ELISA），但这些方法可能受到纳米材料本身的干扰，从而产生假阴性结果。因此，迫切需要更精确、更全面的评估体系，以确保纳米材料的安全性。

### Galleria mellonella 作为纳米毒理学模型的优势

Galleria mellonella 是一种广泛分布于全球蜂巢中的鳞翅目昆虫，其幼虫阶段因其生物学特性而成为研究纳米毒理学的理想模型。该昆虫的幼虫不仅具备与人类相似的先天免疫系统，还具有易于饲养、成本低廉、伦理争议较小等优势。与传统的哺乳动物模型相比，其生长温度接近人体（37°C），这有助于模拟生物体内更真实的生理环境。此外，其开放式的循环系统和可操作的组织结构，使其能够作为研究纳米材料在体内分布和生物累积的平台。

在实验操作方面，Galleria mellonella 幼虫可以通过注射或强制喂食的方式引入纳米材料。这种方法使得研究人员能够精准控制剂量，并对纳米材料的毒性进行系统评估。同时，幼虫的血淋巴（hemolymph）可被提取，用于研究其免疫反应，如血细胞数量变化、吞噬作用或黑化反应。这些特性使得 Galleria mellonella 成为一种在纳米毒理学领域具有广泛应用的模型，尤其适用于初步筛查和毒性评估。

### Galleria mellonella 的免疫与生理特征

Galleria mellonella 的免疫系统主要由先天免疫构成，分为细胞免疫和体液免疫两个分支。细胞免疫主要由血细胞（hemocytes）介导，这些细胞能够执行吞噬、凝集和包被等免疫功能。而体液免疫则涉及抗菌肽（AMPs）、调理素（opsonins）和黑色素的分泌。其中，黑色素的合成和沉积在应对外来物质时起着重要作用，其合成主要由酚氧化酶（phenoloxidase, PO）催化，该酶在体液免疫中发挥关键作用。此外，Galleria mellonella 的免疫通路（如 Toll、Imd 和 JAK–STAT）在结构和功能上与人类免疫系统存在高度相似性，例如 Toll 通路与人类 Toll-like 受体（TLR）通路相似，而 Imd 通路则与人类 TNF-α 通路具有一定的对应关系。这些通路的激活能够调控细胞因子的产生，并影响抗菌肽的表达，使其成为研究纳米材料免疫效应的重要模型。

除了免疫系统，Galleria mellonella 还具有与哺乳动物相似的生理结构，如脂肪体（fat body）和中肠（midgut），这些组织在纳米材料的代谢和吸收过程中起着关键作用。通过研究这些组织对纳米材料的反应，可以更全面地了解其在生物体内的分布、积累和清除机制。此外，其透明化处理技术也使得荧光标记的纳米材料在体内可以被可视化，从而为纳米材料的生物分布和毒性评估提供了新的手段。

### Galleria mellonella 的实验方法与技术

在实验方法上，Galleria mellonella 为纳米毒理学研究提供了多种可行的手段。例如，通过**Kaplan–Meier 生存分析**，研究人员可以评估不同剂量纳米材料对幼虫的毒性效应，并计算其半数致死剂量（LD50）。此外，幼虫的健康状态也可以通过多个指标进行评估，如活动性、茧形成、黑化程度以及发育时间等。这些指标能够提供关于纳米材料对生物体整体影响的全面信息。

在分子层面，研究人员可以通过提取血淋巴中的RNA，利用定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）等技术，分析与免疫反应和毒性相关的基因表达变化。例如，研究显示纳米材料可能影响抗菌肽、调理素以及抗氧化基因的表达。同时，通过免疫印迹（Western blot）等技术，可以进一步研究纳米材料对免疫通路的调控作用。

对于纳米材料的**生物分布和积累**，研究人员可以利用透明化技术（如荧光标记和共聚焦显微镜）对整个幼虫或特定组织进行观察。例如，通过分析幼虫的中肠和脂肪体，可以研究纳米材料在消化道和代谢系统中的分布情况。此外，利用电镜（如透射电镜和扫描电镜）可以进一步观察纳米材料在细胞内的定位和形态变化，为毒性机制研究提供更直观的数据支持。

在评估纳米材料的**氧化应激**时，可以通过检测活性氧（ROS）的水平，利用荧光染色和流式细胞术（flow cytometry）进行分析。同时，一些研究还结合了**代谢组学**技术，如液相色谱-质谱联用（LC–MS），以研究纳米材料对代谢和能量代谢的影响。这些方法能够提供更深入的分子层面信息，有助于理解纳米材料的毒性机制。

### 当前局限与未来展望

尽管 Galleria mellonella 在纳米毒理学研究中展现出诸多优势，但其仍存在一些局限性。首先，目前缺乏统一的标准化实验方案，不同实验室在幼虫饲养条件、实验参数设置以及评估方法上存在较大差异，这影响了研究结果的可比性和可重复性。其次，该模型缺乏适应性免疫系统，因此在研究某些复杂的免疫反应时可能无法完全模拟人体的免疫机制。此外，尽管其在某些方面与哺乳动物具有相似性，但在代谢途径和清除机制上仍存在差异，这限制了其在药代动力学研究中的应用。

面对这些挑战，研究者们正努力推动 Galleria mellonella 在纳米毒理学领域的应用。一方面，需要建立更加标准化的实验流程，以确保不同实验室之间的结果一致性；另一方面，应进一步探索其在更复杂免疫反应和代谢过程中的潜力。此外，结合其他技术手段，如计算机模拟和高通量筛选，也可能有助于提高该模型的预测能力。

总体而言，Galleria mellonella 作为一种简便、经济且符合伦理的体内模型，正在成为纳米毒理学研究的重要工具。它不仅能够提供关于纳米材料毒性评估的初步数据，还能作为连接体外实验与更复杂哺乳动物模型的桥梁，从而减少对哺乳动物的依赖，提高研究效率。未来，随着研究的深入和技术的进步，该模型有望在纳米材料的安全评估和毒理学研究中发挥更大的作用。