超越神经与肠道机制：多器官系统视角解析昆虫抗药性（Insecticide Resistance）的整合生理学

　　本综述突破传统抗性机制的孤立视角，首次系统提出昆虫抗药性的多器官系统整合框架。文章深入探讨脂肪体代谢、循环转运、马氏管（Malpighian tubules）排泄、呼吸调节及内分泌调控等器官系统的协同作用，揭示抗性昆虫通过器官间信号传导与代偿机制维持生理平衡。通过多组学技术（multi-omics）和单细胞RNA测序等前沿方法，为开发靶向性害虫治理策略提供新范式。

　　

Highlight

尽管神经聚焦机制主导了抗性研究，但新兴证据表明昆虫抗药性本质上是一种多器官现象。本文重点突出脂肪体、循环系统、生殖系统、呼吸系统、排泄系统和内分泌系统通过解毒、毒素转运、跨代效应、氧化磷酸化、毒素消除和激素调节等过程协同介导抗性。

Multi-organ involvement in insecticide resistance

虽然神经系统、肠道和表皮机制是抗药性的主要驱动因素，但其他生理系统的作用仍未被充分探索。脂肪体、循环系统、生殖系统、呼吸系统、排泄系统和内分泌系统通过解毒（detoxification）、毒素转运、跨代效应、氧化磷酸化、毒素消除和激素调节显著促进抗性（图1）。其中，脂肪体作为代谢中枢，通过细胞色素P450（CytP450）和谷胱甘肽S-转移酶（GST）等酶系进行解毒；马氏管通过主动外排机制加速毒素清除；气管系统通过调节呼吸代谢降低药物渗透；而内分泌信号（如保幼激素JH）则调控抗性基因的跨器官表达。

Potential system integration and crosstalk

Witwicka等人（2025）关于熊蜂（Bombus terrestris）暴露于噻虫胺（clothianidin）的研究为多器官抗性机制提供了关键见解：虽然能量代谢基因在所有组织中一致下调，但其他效应具有高度器官特异性——离子转运基因在大脑中被扰乱，肌肉相关基因在后腿中受影响，而解毒基因在脂肪体和马氏管中显著上调。这些发现表明，抗性需要不同器官之间的精细协调与补偿机制，例如脂肪体产生的解毒酶可能通过血淋巴运输至其他组织，内分泌激素则跨系统调控解毒通路表达。

Prospective methodological approaches for a multi-organ perspective

多组学技术（multi-omics）、单细胞RNA测序（scRNA-seq）和先进成像技术为多器官系统研究提供了强大工具。CRISPR-Cas9基因编辑和RNA干扰（RNAi）技术可用于验证不同组织中解毒酶、转运蛋白和信号元件的功能；空间转录组学（spatial transcriptomics）能够解析基因表达的器官内异质性；而质谱成像（MSI）和荧光报告系统则可实时追踪杀虫剂在器官间的动态分布与代谢过程。

Potential implications of a multi-organ system perspective

多器官系统视角为害虫治理策略带来多重启示：首先，它支持设计同时靶向多个生理途径的整合控制方法，例如同步抑制脂肪体解毒（Li等人，2022a）、马氏管排泄（Li等人，2024a）和激素调控（Bogwitz等人，2005），从而提高杀虫剂效果并延缓抗性发展；其次，器官特异性生物标志物（如CytP450亚型或转运蛋白表达谱）可实现抗性早期监测；此外，针对微生物组-宿主互作（如肠道菌群介导的解毒）的干预策略可能开辟新的生态友好型防控路径。

Challenges in a multi-organ perspective to insecticide resistance

多器官系统方法仍面临显著挑战：器官间相互作用的分子协调机制（如脂肪体与排泄器官的信号对话）尚不明确；缺乏组织特异性抗性标志物使得田间诊断困难；多器官抗性的能量代价与适应性权衡需进一步量化；当前技术难以在真实环境下实现多器官动态过程的实时监测。解决这些瓶颈需结合功能基因组学、系统生物学和微观生理学模拟等交叉学科方法。

Conclusion

多器官系统方法代表昆虫抗药性研究的范式转变——抗性不再被视为局部反应，而是涉及靶点修饰、解毒通路、代谢调整和组织特异性基因表达的协调生理响应。脂肪体、马氏管、内分泌信号和肠道微生物组等系统通过复杂互作网络，使昆虫在维持适应性的同时抵消杀虫剂毒性。未来研究需整合跨器官调控图谱、开发多靶点干预策略，并推动基于系统生物学的可持续害虫治理。