果蠅的先天免疫

吳夢雨 貴州醫(yī)科大學(xué)

一、體液免疫

果蠅的體液免疫是通過脂肪體調(diào)節(jié)抗菌肽（AMPs）的釋放或通過其他體液免疫分子的調(diào)節(jié)來抵御入侵病原體的免疫機制，在果蠅的先天免疫中發(fā)揮重要作用。果蠅的體液免疫主要包括TOLL通路，IMD通路。據(jù)研究，JAK-STAT信號通路，JUK信號通路等也參與體液免疫的調(diào)節(jié)作用。

（一）TOLL信號通路

革蘭氏陽性菌和真菌引起的體內(nèi)免疫反應(yīng)主要由果蠅 Toll 信號通路介導(dǎo)并進行調(diào)控[1]。革蘭氏陽性菌和真菌等微生物中存在一些與其生命活動有關(guān)且可被宿主免疫蛋白識別的保守結(jié)構(gòu)，稱之為病原相關(guān)分子模式 ( pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)。果蠅中識別PAMPs配體的模式識別受體( PRR)主要包括肽聚糖識別蛋白(PGRP) 和革蘭氏陰性菌結(jié)合蛋白 ( GNBP)，它們也是 Toll 信號通路上游的模式識別受體。果蠅的基因組中能轉(zhuǎn)錄出數(shù)種PGRP蛋白，并有3個 GNBPs基因，其中PGRP-SA，PGRP-LC，PGRPLE，GNBP1參與了免疫反應(yīng)。在革蘭氏陽性菌誘導(dǎo)激活的 Toll 信號通路中，需要兩個PRR的作用，即PGRP-SA和 GNBPl，兩者作用于 Toll信號通路上游的配體 spatzle，使配體 Spatzle 被蛋白水解酶切割后形成有活性的二聚體[2]。有活性的 Spatzle能與Toll 膜蛋白受體發(fā)生結(jié)合，誘使 Toll 受體胞內(nèi)域招募含死亡域的蛋白 MyD88，該蛋白C-端的磷酸肌醇結(jié)合域招募 Tube 蛋白[3]，Tube蛋白再招募Pelle蛋白。Tube 蛋白招募Pelle蛋白后，由于 Pelle 蛋白具有磷酸激酶的活性，能對靶蛋白 Cactus (與 NF-κB 蛋白同源)進行磷酸化修飾，導(dǎo)致 Cactus 蛋白發(fā)生降解，使與其結(jié)合的 Dorsal或 Dif 因子解離，釋放出來的 NF-κB 蛋白因子進入細胞核[4]，有效地誘導(dǎo) AMPs 基因的表達，增強果蠅抵御微生物入侵的能力。

（二）IMD信號通路

IMD通路是在研究果蠅imd突變體時發(fā)現(xiàn)的一條免疫途徑，當(dāng)革蘭氏陰性菌入侵時，果蠅會通過PGRP-LC或PGRP-LE識別病原微生物細胞壁上的DAP型PGN(DAP-type PGN)，誘發(fā)IMD信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，調(diào)控產(chǎn)生大多數(shù)抗菌肽，如Diptericin，Attacin，Drosocin和Cecropin等。[5]IMD通路激活后招募dFADD蛋白，dFADD蛋白再招募caspase蛋白和DREDD蛋白。至此，IMD信號通路上游被激活。IMD通路下游至少存在三個反應(yīng)。首先是級聯(lián)反應(yīng)中最上游的激酶TAK1刺激依ikk而來的卵裂和relish的激活。第二種是通過FADD Dredd通路激活了Relish，這個分支中有一個負調(diào)控環(huán)Dnr-1作為caspase抑制劑，能更有效的使通路保持正常運作。三是通過JNK通路的TAK1激活以調(diào)節(jié)早期反應(yīng)基因、傷口愈合和黑色素化。通路中有序的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，更有利的保障了機體免疫系統(tǒng)的正常工作。

（三）JAK-STAT信號通路

JAK-STAT通路是一種獨立的由細胞因子激活的免疫信號應(yīng)答途徑，在動物中的進化高度保守。JAK-STAT信號通路在果蠅中首次被發(fā)現(xiàn)，可調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答及多種發(fā)育過程[7]。昆蟲的JAK-STAT信號通路相對哺乳動物較簡單，具有可在不同條件下激活通路的三種配體（Upd1，Upd2，Upd3）[8]，一種受體（Domeless），一種Jak(Hopscotch)和一種STAT（STAT92E）。病原體入侵后，細胞外信號(Upd1，2，3)與跨膜蛋白（Dome）結(jié)合導(dǎo)致受體多聚化，并招募JAK（Hop）使Dome發(fā)生反式磷酸化。隨后，Hop激活位于c端附近保守的酪氨酸殘基上STAT92E，使其發(fā)生的磷酸化，導(dǎo)致STAT92E發(fā)生二聚并轉(zhuǎn)移至細胞核，調(diào)控抗菌肽基因等的靶基因的轉(zhuǎn)錄[6]，增強機體免疫其他效應(yīng)能力。

二、細胞免疫

（一）血細胞類型

果蠅細胞免疫主要發(fā)生于果蠅血腔內(nèi)，由其血細胞介導(dǎo)完成，其血細胞主要類型包括： 漿血細胞 （plasmatocytes）、薄層細胞 （lamellocytes） 和晶細胞（crystalcell）。不同類型的 3 種血細胞 行使不同的生物學(xué)功能，并在果蠅細胞免疫反應(yīng)中扮演不同角色。漿母細胞作為專業(yè)的吞噬細胞是幼蟲血液循環(huán)中最豐富的血細胞類型，晶體細胞在防御相關(guān)的黑色素化中起著關(guān)鍵作用片細胞封裝了大量的入侵者，而薄層細胞主要在胚胎發(fā)生過程中發(fā)揮重要的作用。

（二）細胞免疫的防御方式

一旦病原體進入宿主的血腔，它們就必須面對一個復(fù)雜的先天防御機制。

A.黑化作用。昆蟲黑化分兩個過程：首先形成包囊，然后發(fā)生黑化。目前認為血淋巴成分引起黑化是由可溶性模式識別受體(pattern―recognition receptors，PRRs)啟動的，該受體與靶標結(jié)合，激活酶級聯(lián).最終引起與瘧原蟲有關(guān)的蛋白質(zhì)交聯(lián)和黑化[9]。

B.吞噬作用。即細胞對顆粒物質(zhì)的吸收和消化，是一種成熟的防御方式。吞噬細胞先附著在目標顆粒上，然后在吞噬體中對細胞骨架進行修飾、內(nèi)化和吞噬。

C.結(jié)節(jié)作用。結(jié)節(jié)是指多細胞的血細胞聚集。這樣的結(jié)節(jié)聚集物附著在組織上，更大的結(jié)節(jié)最終被包裹。而結(jié)節(jié)作用是指一種局限于無脊椎動物的細胞免疫反應(yīng)。結(jié)節(jié)作用使病原體周圍的血細胞形成多層、重疊的鞘，再形成被囊體，最終伴隨著被囊體的黑色素化病原體在被囊體內(nèi)被殺死。

D.細胞粘附調(diào)理素作用。細胞粘附對于多細胞生物的功能至關(guān)重要，它不僅參與許多生理過程，如發(fā)育、傷口愈合、止血，而且在病理條件下參與癌細胞轉(zhuǎn)移、炎癥反應(yīng)等。免疫系統(tǒng)的細胞介導(dǎo)反應(yīng)依賴于粘附受體來控制免疫細胞在靜息、非粘附狀態(tài)和激活、粘附狀態(tài)之間的過渡。粘附蛋白存在于非粘附的循環(huán)血細胞表面，在接觸到粘附受體之前，這些血細胞保持非粘附狀態(tài)；接觸粘附受體后，血細胞轉(zhuǎn)變成貼壁細胞，暴露在受體表面以某種方式將這些非活性粘附蛋白轉(zhuǎn)化為活性狀態(tài)[10]使病原體失活。

E.脫顆粒反應(yīng)。中性粒細胞擁有無數(shù)黏附分子、受體和諸如溶菌酶和蛋白酶這類天然抗菌劑的前體物質(zhì)，也是體內(nèi)專職的吞噬細胞之一。病原體激活中性粒細胞使其形成內(nèi)吞噬體，隨后，粒細胞顆粒中的抗菌蛋白酶釋放出來，這一過程即為脫顆粒作用。

F.凝塊反應(yīng)，免疫逃避機制等。大多數(shù)入侵的病原體在經(jīng)歷如此復(fù)雜的免疫機制后被滅活達到機體免疫的目的。

三、小結(jié)

以果蠅為模式生物，在胚胎發(fā)育、基因表達調(diào)控、疾病發(fā)病機制以及昆蟲先天免疫等方面的研究發(fā)揮了重要的作用。因此，利用果蠅的研究方法和研究成果，為蜜蜂和家蠶等經(jīng)濟昆蟲的先天免疫研究提供借鑒，即為更好地做好經(jīng)濟昆蟲的飼養(yǎng)奠定基礎(chǔ)，也為其他 昆蟲和高等哺乳動物的先天免疫研究提供參考。另外，害蟲嚴重威脅著人類健康與農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，對昆蟲天然免疫系統(tǒng)的研究可為尋找害蟲防治新方法提供了新的突破口。

最近幾年果蠅的先天免疫研究已取得很大進展，大量研究資料表明，果蠅能利用其先天免疫系統(tǒng)抵抗微生物入侵，綜上所述，以果蠅為模式生物在抗細菌，真菌等免疫反應(yīng)方面開展廣泛的研究，從而使我們對果蠅體內(nèi)先天免疫機制有了清晰的認識。然而，鑒于果蠅體內(nèi)先天免疫的復(fù)雜性，仍有很多問題有待研究。