貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)對免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)機制

王玲玲

(大連海洋大學(xué) 遼寧省海洋動物免疫學(xué)與疫病防控重點實驗室，遼寧省海洋動物免疫學(xué)重點實驗室，遼寧 大連 116023)

貝類是軟體動物門Mollusca動物的統(tǒng)稱，其種類和數(shù)量僅次于節(jié)肢動物，是動物界的第二大類群，已定名的現(xiàn)生種類超過10萬種，還有數(shù)萬化石種類。經(jīng)過漫長的進(jìn)化，貝類具備了高效復(fù)雜的適應(yīng)機制，演化出各式各樣的生活習(xí)性，適應(yīng)高度差異化的生境，形成了廣泛的生物空間分布特征[1]。

生物體在“適者生存”的自然法則下長期進(jìn)化形成了對外界環(huán)境變化的適應(yīng)能力，而神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)(neuroendocrine system,NES)在生物體響應(yīng)環(huán)境脅迫、維持內(nèi)穩(wěn)態(tài)和保障生存中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。脊椎動物的神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)主要由下丘腦-垂體-靶器官軸組成，參與調(diào)節(jié)生長、生殖、應(yīng)激、免疫和基礎(chǔ)代謝等生命活動過程。神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)構(gòu)成的互惠性調(diào)節(jié)關(guān)系已成為近年來神經(jīng)學(xué)、內(nèi)分泌學(xué)、生理學(xué)、免疫學(xué)乃至醫(yī)學(xué)等研究領(lǐng)域的熱點，它們間的相互作用構(gòu)成的統(tǒng)一整體稱為神經(jīng)內(nèi)分泌免疫系統(tǒng)(neuroendocrine-immune regulatory system,NEI)。神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)通過其廣泛的外周神經(jīng)突觸及其分泌的神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)激素，以及神經(jīng)和內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子，共同調(diào)控免疫系統(tǒng)。免疫系統(tǒng)通過釋放細(xì)胞因子和激素樣物質(zhì)反饋作用于神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)，兩者之間相互作用、相互依賴，共同維持機體的內(nèi)穩(wěn)態(tài)[2]。

近年來,低等無脊椎動物中神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能及其免疫調(diào)節(jié)機制引起了廣泛關(guān)注。貝類是真體腔原口動物，它們適應(yīng)性強、分布廣且進(jìn)化地位特殊。研究發(fā)現(xiàn)，貝類尚未分化出完整的神經(jīng)和內(nèi)分泌器官，但具備類似于高等動物神經(jīng)內(nèi)分泌免疫系統(tǒng)的分子組成，是研究無脊椎動物神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)起源與進(jìn)化的關(guān)鍵類群。貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答、應(yīng)激反應(yīng)和能量代謝等過程，在維持機體內(nèi)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用[3]。本文總結(jié)了近年來在貝類神經(jīng)內(nèi)分泌領(lǐng)域的研究進(jìn)展，重點闡述了貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的分子組成、激活機制及其對免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)機制，對進(jìn)一步了解海洋無脊椎動物的適應(yīng)機制、推動水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

1 貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的分子組成

軟體動物進(jìn)化形成了索式神經(jīng)系統(tǒng)。原始的貝類未出現(xiàn)分化顯著的神經(jīng)節(jié)，其神經(jīng)系統(tǒng)主要由環(huán)狀神經(jīng)中樞和神經(jīng)中樞派生的兩對神經(jīng)索構(gòu)成。較為高等的貝類神經(jīng)系統(tǒng)主要由頭、足、臟和側(cè)神經(jīng)節(jié)及神經(jīng)索組成。有些種類的主要神經(jīng)節(jié)集中在一起形成腦，外有軟骨包圍[4]。例如，雙殼貝類長牡蠣Crassostreagigas的神經(jīng)系統(tǒng)主要由1對頭神經(jīng)節(jié)、1個臟神經(jīng)節(jié)和與神經(jīng)節(jié)相連的神經(jīng)索及神經(jīng)纖維組成。頭神經(jīng)節(jié)位于唇瓣基部，左右各1個，臟神經(jīng)節(jié)位于閉殼肌前端平滑肌與橫紋肌之間的凹陷內(nèi)，在神經(jīng)節(jié)內(nèi)部，神經(jīng)元聚集成團(tuán)，神經(jīng)纖維匯集成束[5]。目前普遍認(rèn)為，從軟體動物開始出現(xiàn)真正的內(nèi)分泌細(xì)胞類群和內(nèi)分泌腺體。性腺、肝胰腺和視腺等是貝類重要的內(nèi)分泌腺體。

貝類的神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)能合成和釋放單胺類、膽堿類、肽類、氨基酸類等多種神經(jīng)遞質(zhì)及激素。在長牡蠣、香港牡蠣Crassostreahongkongensis、櫛孔扇貝Chlamysfarreri、縊蟶Sinonovaculaconstricta等貝類中已鑒定出兒茶酚胺(catecholamines,CAs)、乙酰膽堿(acetylcholine,ACh)、谷氨酸(glutamate,Glu)、γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)、腦啡肽(enkephalin,ENK)、酰胺肽FMRFamide等神經(jīng)遞質(zhì)及其代謝關(guān)鍵酶和相關(guān)受體[6-9]，以及甲狀腺激素(thyroid hormone,TH)[10]、胰島素(insulin)[11]、皮質(zhì)醇(cortisol)和促性腺激素釋放激素(reproductive regulation-related hormone,GnRH)[12]等激素。這些神經(jīng)遞質(zhì)和激素被證實在貝類響應(yīng)外界刺激、調(diào)節(jié)免疫防御能力及適應(yīng)環(huán)境變化等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

貝類中存在結(jié)構(gòu)和功能相對完善的兒茶酚胺、乙酰膽堿、腦啡肽、一氧化氮、谷氨酸和皮質(zhì)醇等系統(tǒng)，并進(jìn)化形成原始而簡單的神經(jīng)內(nèi)分泌免疫調(diào)節(jié)軸(圖1)。

圖1 貝類原始簡單的神經(jīng)內(nèi)分泌免疫調(diào)節(jié)軸Fig.1 A primitive and simple neuroendocrine-immune regulatory axis in the molluscs

1.1 兒茶酚胺

兒茶酚胺(catecholamines,CAs)是指含有鄰苯二酚基本結(jié)構(gòu)的胺類。機體內(nèi)具有生物學(xué)活性的兒茶酚胺主要包括多巴胺(dopamine,DA)、去甲腎上腺素(norepinephrine,NE)和腎上腺素(epinephrine or adrenalin,E)。DA是大腦中含量最豐富的兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)，NE和E既是腎上腺髓質(zhì)所分泌的激素，又是交感和中樞神經(jīng)系統(tǒng)合成和分泌的神經(jīng)遞質(zhì)。在線蟲、軟體動物和節(jié)肢動物等無脊椎動物中都發(fā)現(xiàn)了含有兒茶酚胺的神經(jīng)元。與僅擁有多巴胺神經(jīng)元的線蟲相比，軟體動物開始出現(xiàn)去甲腎上腺素和腎上腺素神經(jīng)元。在貝類中已鑒定出DA、NE和E，它們廣泛分布于神經(jīng)節(jié)、肝胰腺、血淋巴細(xì)胞和血清中，通常在神經(jīng)節(jié)和血淋巴細(xì)胞中含量較高。兒茶酚胺神經(jīng)元最早出現(xiàn)于擔(dān)輪幼蟲，分布于幼蟲腹緣[13]。

兒茶酚胺是由苯丙氨酸經(jīng)一系列催化反應(yīng)后生成的。在此過程中，苯丙氨酸羥化酶(phenylalanine hydroxylase,PAH)、酪氨酸羥化酶(tyrosine hydroxylase,TH)、多巴脫羧酶(dopa decarboxylase,DDC)、多巴胺羥化酶(dopamine beta hydroxylase,DBH)、苯乙醇胺-N-甲基轉(zhuǎn)移酶(phenylethanolamine-N-methyl transferase,PNMT)、單胺氧化酶(monoamine oxidase,MAO)和兒茶酚鄰位甲基轉(zhuǎn)移酶(catechol-O-methyltransferase,COMT)等發(fā)揮重要作用[14]。在貝類中已鑒定出PAH[15]、DDC[16]、DBH[17-18]和MAO[19]等多種兒茶酚胺代謝酶，這些代謝酶在結(jié)構(gòu)上與脊椎動物同源酶類似。從長牡蠣基因組中篩選得到7個DBH家族成員，它們在成體不同組織中的表達(dá)特征呈現(xiàn)出顯著差異，其中DBH-1在長牡蠣血淋巴細(xì)胞、臟神經(jīng)節(jié)和肝胰腺中表達(dá)量較高，在性腺、唇瓣、肌肉、外套膜和鰓中表達(dá)量較低。體外重組的長牡蠣DBH-1具有轉(zhuǎn)化多巴胺為去甲腎上腺素的活性。櫛孔扇貝中的PAH具有催化苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為酪氨酸的活性，MAO能催化5-羥色胺、去甲腎上腺素、腎上腺素和多巴胺脫氨基，DDC能轉(zhuǎn)化L-多巴為多巴胺。以上研究表明，這些代謝酶具有與脊椎動物同源酶類似的活性和功能，在血淋巴細(xì)胞和多種組織中催化合成兒茶酚胺。

兒茶酚胺通過與分布在不同細(xì)胞上的相應(yīng)受體結(jié)合，介導(dǎo)相應(yīng)的級聯(lián)反應(yīng)，實現(xiàn)其生理調(diào)節(jié)功能。高等動物中兒茶酚胺受體主要包括α-腎上腺素受體(α-adrenergic receptor,αAR)、β-腎上腺素受體(β-adrenergic receptor,βAR)和多巴胺受體(dopamine receptor)[18]。在不同貝類中已鑒定出高等動物兒茶酚胺受體的同源蛋白，包括長牡蠣2個腎上腺素受體α1AR和α2AR[20]，縊蟶1個多巴胺受體DopR2-1，櫛孔扇貝1個腎上腺素受體ADR等。已鑒定出的貝類兒茶酚胺受體均含有7個疏水性跨膜結(jié)構(gòu)域，屬于7次跨膜的G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor,GPCR) 家族成員[21]。貝類腎上腺素受體和多巴胺受體分別含有與高等動物同源蛋白類似的保守結(jié)構(gòu)域，這些結(jié)構(gòu)對于其與去甲腎上腺素、腎上腺素和多巴胺的結(jié)合，以及信號的跨膜傳遞非常重要。目前，對貝類兒茶酚胺受體的研究主要聚焦于結(jié)構(gòu)和表達(dá)特征的分析，對其介導(dǎo)的信號通路及生理活動等的研究報道則較少。去甲腎上腺素受體廣泛分布于脊椎動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)和所有外周組織。在長牡蠣的性腺、唇瓣、肌肉、外套膜、鰓和血淋巴細(xì)胞中均檢測到α1AR和α2AR mRNA表達(dá)，其中，α1AR mRNA 在肝胰腺中的表達(dá)量最高[20]，α2AR mRNA在血淋巴細(xì)胞中的表達(dá)量最高。高等動物的免疫細(xì)胞主要表達(dá)β型 AR，但在軟體動物中目前尚未鑒定出β型AR[22]。將長牡蠣α2AR轉(zhuǎn)染到HEK293T細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，它能結(jié)合去甲腎上腺素，并參與調(diào)控胞內(nèi)cAMP的含量。以上研究表明，貝類已進(jìn)化形成了相對完善的兒茶酚胺神經(jīng)系統(tǒng)，能從頭合成多巴胺、腎上腺素和去甲腎上腺素，具備了與哺乳動物兒茶酚胺系統(tǒng)類似的分子基礎(chǔ)(圖2)。

圖2 貝類中兒茶酚胺的代謝途徑Fig.2 Metabolism of catecholamines in the molluscs

1.2 乙酰膽堿

乙酰膽堿是經(jīng)典的膽堿類神經(jīng)遞質(zhì)，在高等動物中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中均有分布，但主要由副交感神經(jīng)(傳出/運動迷走神經(jīng))釋放，在調(diào)節(jié)興奮性、注意力、學(xué)習(xí)、記憶和應(yīng)激反應(yīng)等生理活動中發(fā)揮著重要作用。乙酰膽堿信號通路主要由乙酰膽堿、乙酰膽堿轉(zhuǎn)運體、乙酰膽堿受體(acetylcholine receptor,AChR)、膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(choline acetyltransferase,ChAT)和乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase,AChE)等組成[23]。乙酰膽堿主要通過兩種乙酰膽堿受體發(fā)揮作用，其中毒蕈堿型乙酰膽堿受體(muscarinic acetylcholine receptor,mAChR)為7次跨膜的G蛋白偶聯(lián)受體，共分為M1、M2、M3、M4和M5 5種亞型，而煙堿型乙酰膽堿受體(nicotinic acetylcholine receptor,nAChR)為門控型離子通道受體。nAChRs 由5個同源或異源亞基構(gòu)成，在高等動物中已鑒定出17種nAChRs 亞基。

乙酰膽堿作為古老的信號分子也存在于原始的原生生物中，主要發(fā)揮生理調(diào)節(jié)功能。隨著神經(jīng)系統(tǒng)的出現(xiàn)與進(jìn)化，乙酰膽堿作為神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮神經(jīng)調(diào)節(jié)功能。近年來，相繼在節(jié)肢動物、軟體動物及線蟲中鑒定出膽堿神經(jīng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件。在貝類中已鑒定出膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶、乙酰膽堿酯酶、乙酰膽堿轉(zhuǎn)運體和乙酰膽堿受體等膽堿系統(tǒng)的成員，并在幼蟲不同發(fā)育時期和成體不同組織中檢測到乙酰膽堿。在櫛孔扇貝個體發(fā)育過程中，乙酰膽堿神經(jīng)元最早出現(xiàn)在擔(dān)輪幼蟲，分布于幼蟲腹緣。長牡蠣膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶ChAT主要分布于臟神經(jīng)節(jié)，在血淋巴細(xì)胞中也檢測到該基因的表達(dá)，該基因具有催化合成乙酰膽堿的能力。在櫛孔扇貝中鑒定出1個乙酰膽堿酯酶AChE和2個煙堿型乙酰膽堿受體亞基nAChRα1與nAChRα2，在櫛孔扇貝受精卵到眼點幼蟲的各個發(fā)育時期，以及成體的閉殼肌、肝胰腺、外套膜、鰓等組織和血淋巴細(xì)胞中均能檢測到其mRNA表達(dá)[24]。在靜水椎實螺Lymnaeastagnalis中已鑒定出12個AChRs亞基，它們在椎實螺中樞神經(jīng)系統(tǒng)及周圍神經(jīng)元中的表達(dá)水平較高[25]。在長牡蠣中鑒定出1個毒蕈堿型乙酰膽堿受體mAChR-1和1個煙堿型乙酰膽堿受體nAChR，其中mAChR-1能識別并結(jié)合乙酰膽堿，誘導(dǎo)HEK293細(xì)胞內(nèi)二級信使鈣離子和cAMP含量的顯著升高[26]，而nAChR 在長牡蠣血淋巴細(xì)胞中表達(dá)量最高，主要分布于形態(tài)較小、核質(zhì)比較大的透明細(xì)胞的細(xì)胞膜上。

1.3 谷氨酸和γ-氨基丁酸

谷氨酸和γ-氨基丁酸屬于氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)，谷氨酸為興奮型神經(jīng)遞質(zhì)，而γ-氨基丁酸屬于抑制型神經(jīng)遞質(zhì)，二者間的動態(tài)平衡對于維持機體內(nèi)穩(wěn)態(tài)非常重要[27]。谷氨酸主要是由谷氨酚胺通過谷氨酞胺酶(glutaminase,GLS)降解產(chǎn)生，釋放的谷氨酸作用于靶細(xì)胞上的不同谷氨酸受體，發(fā)揮對細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)作用。谷氨酸受體分為離子型(ionotropic glutamate receptor,iGluR)和代謝型(metabotropic glutamate receptor,mGluR)兩大類。γ-氨基丁酸由谷氨酸經(jīng)谷氨酸脫羧酶(glutamic acid decarboxylase,GAD)催化脫羧基后生成，GAD是合成γ-氨基丁酸的關(guān)鍵限速酶[28]。在高等動物中發(fā)現(xiàn)了包括γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)運蛋白2(GABA transporter 2,GAT2)、GAT-3、GAT-4、CT1和TAUT在內(nèi)的5種γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)運蛋白，以及離子型受體GABAa、GABAc和代謝型受體GABAb，它們在γ-氨基丁酸的生理調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[29]。

1971年，研究人員首次在蝸牛Achatinafulica腦神經(jīng)節(jié)提取物中鑒定出γ-氨基丁酸，引發(fā)了人們對無脊椎動物γ-氨基丁酸和谷氨酸神經(jīng)系統(tǒng)的關(guān)注[30]。近年來，研究人員在鮑、牡蠣、扇貝等貝類的神經(jīng)節(jié)和血淋巴中檢測到γ-氨基丁酸。最近，在長牡蠣中鑒定出了1個谷氨酸脫羧酶(GAD),GAD含有保守的“NPHK”吡哆醛結(jié)合位點[31]，主要在血淋巴細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)中大量表達(dá),將其轉(zhuǎn)染到HEK293細(xì)胞后，能促進(jìn)HEK293 細(xì)胞中γ-氨基丁酸的合成。脊椎動物及果蠅、海膽等無脊椎動物中的GAD分化為GAD65和GAD67兩種亞型，分別存在于不同類型的細(xì)胞中。然而，在較為低等的線蟲及長牡蠣中，僅發(fā)現(xiàn)一種GAD，表明在系統(tǒng)進(jìn)化過程中，GAD亞型的分化要晚于軟體動物的出現(xiàn)。在河蜆Corbiculafluminea和雜色鮑Haliotisdiversicolor中鑒定出γ-氨基丁酸受體相關(guān)蛋白(GABA receptor-associated protein,GABARAP)，其中GABARAP在鮑肝胰腺中的表達(dá)水平相對較高[32]。在哺乳動物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5種GABA轉(zhuǎn)運蛋白，與之相比，貝類中的γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)運蛋白種類較少。在河蜆中發(fā)現(xiàn)了1個γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)運蛋白GAT-1[33]，而在深海貽貝Bathymodiolusseptemdierum基因組中發(fā)現(xiàn)了2個γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)運蛋白GAT-1和TAUT，其中GAT-1對次古龍堿顯示出親和力，次古龍堿參與熱液口動物的硫化物解毒，GAT-1的這一特性被認(rèn)為可能與深海貽貝適應(yīng)其特殊生境相關(guān)[34]。

谷氨酸是脊椎動物中重要的興奮型神經(jīng)遞質(zhì)，但其在無脊椎動物中卻可以同時執(zhí)行興奮和抑制兩種類型神經(jīng)遞質(zhì)的功能。谷氨酸也是刺胞動物和櫛板動物最重要的神經(jīng)遞質(zhì)，櫛水母僅以谷氨酸作為神經(jīng)信號傳遞物質(zhì)，而側(cè)腕水母中則存在數(shù)量較多的谷氨酸合成酶和轉(zhuǎn)運體。iGluRs和 mGluRs在原始的后生動物櫛水母中出現(xiàn)擴張，表明谷氨酸作為生物進(jìn)化過程中較早出現(xiàn)的神經(jīng)遞質(zhì)，可能在低等無脊椎動物中發(fā)揮重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能[35]。在長牡蠣等貝類中已鑒定出包括谷氨酰胺合成酶、GLS、谷氨酸受體和谷氨酸轉(zhuǎn)運體等在內(nèi)的谷氨酸神經(jīng)系統(tǒng)的重要元件。長牡蠣谷氨酰胺酶GLS-1和谷氨酸脫氫酶GDH分別含有典型的谷氨酰胺酶結(jié)構(gòu)域和脫氫酶結(jié)構(gòu)域，表明貝類具有合成和分解谷氨酸的能力。長牡蠣谷氨酸受體mGluR5和mGluR6均含有保守的7次跨膜結(jié)構(gòu)域，屬于代謝型受體[36]。

1.4 一氧化氮

一氧化氮(nitric oxide,NO)是一種含氧自由基，由L-精氨酸在一氧化氮合酶(nitricoxide synthase,NOS)作用下催化生成。NO作為氣體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子在許多細(xì)胞和組織中參與神經(jīng)傳遞、血管調(diào)節(jié)和免疫防御等多種生理過程。NO能激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(soluble guanylate cyclase,sGC)，從而導(dǎo)致cGMP的產(chǎn)生和cGMP信號通路的激活。根據(jù)NOS不同的組織分布特征和催化活性，高等動物NOS分為神經(jīng)型NOS(neuronal NOS,nNOS)、內(nèi)皮型NOS (endothelial NOS,eNOS)和誘導(dǎo)型NOS(inducible NOS,iNOS)3種類型[37]。

NO廣泛分布于無脊椎動物各種神經(jīng)元中，能夠調(diào)節(jié)和支配機體的行為和發(fā)育[38]。在貝類中，NO廣泛分布在各個組織中，且在個體發(fā)育的不同階段均能檢測到NO。貝類的NOS尚未分化，僅有1個合酶家族成員，不存在nNOS、eNOS和iNOS的分型。長牡蠣NOS僅存在1個mRNA 轉(zhuǎn)錄本，但由于翻譯后的加工而具備多種蛋白表達(dá)形式[39]。櫛孔扇貝NOS具有類似哺乳動物nNOS和iNOS的催化中心活性結(jié)構(gòu)，以及類似哺乳動物iNOS的免疫誘導(dǎo)活性，能催化L-精氨酸合成NO。NOS mRNA在櫛孔扇貝擔(dān)輪幼蟲期及面盤幼蟲中期與后期的表達(dá)水平較其他發(fā)育時期顯著升高，表明這兩個時期是雙殼貝類NO系統(tǒng)發(fā)生的重要階段。在脊椎動物中，NO系統(tǒng)因其合酶的分型而具有組織差異性和功能特異性。而在無脊椎動物中，NOS尚未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和功能的分化，提示無脊椎動物 NO系統(tǒng)可能有著獨特的分化或調(diào)控機制。

1.5 5-羥色胺

5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)是由1個吲哚環(huán)和2個官能團(tuán)組成，即位于5位的酸性O(shè)H基團(tuán)和位于3位的柔性乙胺側(cè)鏈。5-羥色胺由色氨酸衍生而來，由限速酶色氨酸羥化酶(tryptophan hydroxylase,TPH)催化合成。5-羥色胺是一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，通過與不同的受體結(jié)合，激活胞內(nèi)cAMP和離子通道，參與調(diào)節(jié)睡眠、體溫、疼痛及免疫等生理過程。在脊椎動物中已鑒定出15種5-羥色胺受體，歸為7個家族，不同類型的 5-羥色胺受體在人腦中的分布及功能不盡相同，故參與的生理活動也不相同。

5-羥色胺主要存在于貝類的神經(jīng)節(jié)及生殖系統(tǒng)中，在個體發(fā)育的不同時期，5-羥色胺主要在特定胚胎神經(jīng)中樞的神經(jīng)元及頂端感覺器官中表達(dá)[40]。在頭足類南方微鰭烏賊Idiosepiusnotoides中發(fā)現(xiàn)，位于每個視葉背側(cè)的神經(jīng)元是第一個表達(dá)5-羥色胺的神經(jīng)元[41]。在淡水蝸牛Helisomatrivolvis中分離到單個5-羥色胺神經(jīng)元并確認(rèn)了其對神經(jīng)突生長的調(diào)節(jié)功能[42]。在章魚中鑒定出5-羥色胺樣神經(jīng)元，并發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元參與了章魚觸手的感覺傳遞[43]。在靜水椎實螺胚胎中，5-羥色胺主要存在于胚胎發(fā)育的E12和E32～E38時期。在貽貝的卵裂期也檢測到5-羥色胺，用 5-羥色氨酸孵育后，所有胚胎細(xì)胞中5-羥色胺的濃度顯著升高[44]。在成體長牡蠣中，5-羥色胺主要分布于外套膜邊緣、肝小管間隙及臟神經(jīng)節(jié)，在鰓、唇瓣和性腺中也有少量分布。目前，已鑒定的貝類5-羥色胺受體主要包括5-HT1、5-HT2、5-HT4和5-HT7共4種類型。在海兔中己經(jīng)鑒定出3種，分別為5-HT1、5-HT2和5-HT4[45]；在靜水椎實螺、三旋卷麗螺Planorbellatrivolvis和蝦夷扇貝Mizuhopectenyessoensis中僅鑒定出5-HT1[46-48]。在長牡蠣中已鑒定出4個5-羥色胺受體基因(5-HTR1、5-HTR2、5-HTR3和5-HTR4)，均為含有7次跨膜結(jié)構(gòu)域的G蛋白偶聯(lián)受體，其在長牡蠣肝胰腺、血淋巴細(xì)胞和性腺中均有表達(dá)，且在肝胰腺、血淋巴細(xì)胞中表達(dá)量較高，5-羥色胺受體的基因表達(dá)模式與5-羥色胺的分布模式相一致[40]。

1.6 神經(jīng)肽

神經(jīng)肽(neuropeptide)泛指存在于神經(jīng)系統(tǒng)并參與神經(jīng)系統(tǒng)功能作用的內(nèi)源活性多肽類神經(jīng)遞質(zhì)，在生物體內(nèi)的含量低、活性高、作用廣泛且復(fù)雜。神經(jīng)肽由神經(jīng)細(xì)胞分泌，經(jīng)囊泡運輸?shù)桨屑?xì)胞，與靶細(xì)胞上的G蛋白偶聯(lián)受體特異性結(jié)合并使其激活，引起下游效應(yīng)分子活性的改變[49]。高等動物神經(jīng)肽類型眾多，已報道的具有免疫調(diào)節(jié)功能的神經(jīng)肽主要包括神經(jīng)肽Y(neuropeptide Y)、促腎上腺皮質(zhì)素釋放激素、P 物質(zhì)(substance P)、降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide)和腦啡肽(enkephalin,ENK)等。

目前，在貝類中已發(fā)現(xiàn)了多種神經(jīng)肽及其前體。在長牡蠣中鑒定出44種神經(jīng)肽前體，而在蝦夷扇貝中鑒定出63種神經(jīng)肽前體，其中有13種神經(jīng)肽被認(rèn)為是新發(fā)現(xiàn)的[50]。在紫貽貝Mytilusedulis體內(nèi)發(fā)現(xiàn)并分離出甲硫氨酸腦啡肽(Met-enkephalin,MEK)、亮氨酸腦啡肽(Leu-enkephalin,LEK)和腦啡肽七肽(Met-enkephalin-Arg-Phe)[51]。在長牡蠣和櫛孔扇貝的血淋巴中也檢測到了甲硫氨酸腦啡肽和亮氨酸腦啡肽，腦啡肽神經(jīng)元最早見于長牡蠣D型幼蟲，分布于幼蟲背緣。在櫛孔扇貝中已鑒定出1個腦啡肽受體OGFR，其對甲硫氨酸腦啡肽具有高度的親和力和特異性結(jié)合活性。在長牡蠣中也發(fā)現(xiàn)了1個腦啡肽受體DOR，其能與ENK結(jié)合后引起HEK293細(xì)胞內(nèi)二級信使Ca2+和cAMP含量的顯著下降[52]。

酰胺肽FMRFamide(Phe-Met-Arg-Phe-NH2)是無脊椎動物特有的神經(jīng)肽，僅在環(huán)節(jié)動物、節(jié)肢動物及軟體動物中被發(fā)現(xiàn)。在長牡蠣、虎斑烏賊Sepiapharaonis、曼氏無針烏賊Sepiellajaponica和耳鮑Haliotisasinine中都鑒定出酰胺肽前體FMRFamide[53-56]。FMRFamide在長牡蠣臟神經(jīng)節(jié)中的表達(dá)量最高，同時在肝胰腺消化道內(nèi)壁和外套膜邊緣也有大量分布[53]。在長牡蠣中已鑒定出28個FMRFamide受體基因，其中3個FMRFamide受體基因在長牡蠣血淋巴細(xì)胞中特異性高水平表達(dá)(未發(fā)表數(shù)據(jù))，提示FMRFamide可能在介導(dǎo)血淋巴細(xì)胞免疫應(yīng)答過程中發(fā)揮重要作用。在長牡蠣中也發(fā)現(xiàn)了脂肪運動激素(adipokinetic hormones,AKH)樣神經(jīng)肽，AKH在多種組織中均有表達(dá)，但其是否具有與昆蟲中脂肪運動激素類似的能量動員作用有待進(jìn)一步研究[57]。

1.7 糖皮質(zhì)激素

糖皮質(zhì)激素是一種類固醇激素，主要包括皮質(zhì)醇、皮質(zhì)酮和可的松等。糖皮質(zhì)激素是生命活動過程中重要的應(yīng)激激素，參與調(diào)節(jié)許多生理過程以維持內(nèi)穩(wěn)態(tài)。高等動物糖皮質(zhì)激素的合成與分解反應(yīng)分別由11β-羥基類固醇脫氫酶(11β-hydroxysteroid dehydrogenases,11β-HSD)、5α-還原酶(5α-reductase,5α-R)和5β-還原酶(5β-reductase,5β-R)催化完成。糖皮質(zhì)激素可以通過糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor,GR)信號通路的介導(dǎo)，發(fā)揮生理和藥理作用。糖皮質(zhì)激素也可不依賴GR的參與，而與細(xì)胞膜上的G蛋白偶聯(lián)受體如GPR97等發(fā)生非特異性結(jié)合而產(chǎn)生效應(yīng)，還能影響質(zhì)膜的陽離子轉(zhuǎn)運和增加線粒體的質(zhì)子滲漏，從而改變細(xì)胞的功能[58]。糖皮質(zhì)激素的多途徑選擇性調(diào)節(jié)機制，為在突發(fā)生理刺激下快速調(diào)節(jié)各種生理活動、維持穩(wěn)態(tài)奠定了重要基礎(chǔ)。

研究者在頭足綱、腹足綱和雙殼綱中分別檢測到類固醇激素，從而引發(fā)了無脊椎動物中是否存在類固醇激素的爭議[59]。1998年，研究者首次在軟體動物中鑒定出皮質(zhì)醇，隨后在一種淡水貽貝Anodontaanatina的肝胰腺、外套膜、鰓和生殖腺中均檢測到了皮質(zhì)醇的存在[60]。研究發(fā)現(xiàn)，貝類皮質(zhì)醇含量在外源藥物刺激和不同養(yǎng)殖環(huán)境脅迫下呈現(xiàn)顯著性變化。泥蚶Tegillarcagranosa中的皮質(zhì)醇含量在氟西汀(fluoxetine)刺激下呈現(xiàn)劑量依賴性升高[61]，而紫貽貝中的皮質(zhì)醇含量在不同密度的養(yǎng)殖條件下也出現(xiàn)了顯著變化[62]。近期，在長牡蠣中已鑒定出皮質(zhì)醇合成代謝酶11β-HSD1和皮質(zhì)醇分解代謝酶5α-R1，它們在閉殼肌、外套膜、鰓、肝胰腺、性腺、唇瓣等組織和血淋巴細(xì)胞中均有表達(dá)，且分別在血淋巴細(xì)胞和唇瓣中表達(dá)量最高。在高溫脅迫條件下，長牡蠣肝胰腺中皮質(zhì)醇含量顯著升高，血淋巴細(xì)胞中11β-HSD1和5α-R1的表達(dá)水平也顯著提高。這表明，貝類生物中已經(jīng)具備皮質(zhì)醇合成和分解代謝系統(tǒng)，皮質(zhì)醇在調(diào)節(jié)高溫脅迫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用，但具體的調(diào)節(jié)機制仍有待進(jìn)一步探索。

1.8 胰島素樣肽

胰島素是脊椎動物中參與調(diào)節(jié)血糖的一種重要的蛋白質(zhì)激素。1984年，Nagasawa等首先在家蠶Bombyxmori中發(fā)現(xiàn)了家蠶素(bombyxin)，這是在無脊椎動物中首次發(fā)現(xiàn)的胰島素樣肽(insulin-like peptide,ILP)，隨后的研究發(fā)現(xiàn)，編碼胰島素樣肽的基因廣泛存在于線蟲動物、軟體動物和節(jié)肢動物等無脊椎動物中，胰島素樣肽及其受體可以通過介導(dǎo)保守的胰島素信號通路調(diào)控動物的生長、代謝、發(fā)育、生殖和衰老等生命過程[63]。

在長牡蠣中已鑒定出6種胰島素相關(guān)肽(insulin related peptides,IRPs)，它們不僅調(diào)控長牡蠣幼蟲的發(fā)育，還參與調(diào)節(jié)繁殖和代謝。秀麗隱桿線蟲中的胰島素樣肽按照其結(jié)構(gòu)特征分為α、β和γ 3種類型。而軟體動物中的胰島素樣肽主要為β型，具有保守的半胱氨酸特征性基序[64]。在哺乳動物中，胰島素受體分為能與胰島素、胰島素類生長因子等結(jié)合的受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase,RTK)，以及能與松馳素等結(jié)合的G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein coupled receptors,GPCRs)，而在節(jié)肢動物和軟體動物中僅發(fā)現(xiàn) RTK 類型的受體[65-66]。長牡蠣胰島素樣肽受體在性腺的生殖干細(xì)胞有絲分裂期間或成熟卵母細(xì)胞中高水平表達(dá)，且在不同幼蟲發(fā)育階段表達(dá)量差異顯著，提示其可能參與長牡蠣胚胎和幼蟲的早期發(fā)育[67]。長牡蠣胰島素促進(jìn)因子1(pancreatic duodenal homeobox,Pdx)與胰島素樣肽受體共定位于肝胰腺的內(nèi)胚層，推測長牡蠣Pdx可能依賴與脊椎動物Pdx1類似的機制激活胰島素樣肽受體的轉(zhuǎn)錄[68]。這表明，胰島素樣肽受體介導(dǎo)的信號通路在進(jìn)化過程中高度保守，但關(guān)于胰島素信號通路在軟體動物免疫調(diào)控中的具體作用機制還有待進(jìn)一步研究。

2 貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的激活機制

高等動物神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程主要包括：1)病原入侵激活機體細(xì)胞免疫和體液免疫應(yīng)答，并促進(jìn)炎性相關(guān)因子等的釋放，后者通過轉(zhuǎn)運分子和血腦屏障進(jìn)入大腦，或通過激活傳入神經(jīng)系統(tǒng)將外周免疫信號傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng)；2)中樞神經(jīng)系統(tǒng)一方面激活交感神經(jīng)釋放NE等神經(jīng)遞質(zhì)，NE通過與免疫細(xì)胞上的受體結(jié)合，激活信號通路，從而增強/放大免疫應(yīng)答，另一方面激活副交感神經(jīng)釋放ACh等神經(jīng)遞質(zhì)，ACh通過與免疫細(xì)胞上的受體結(jié)合，抑制信號通路，從而降低免疫應(yīng)答水平；3)下丘腦-垂體-腎上腺軸(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)調(diào)節(jié)糖皮質(zhì)等激素的釋放，糖皮質(zhì)激素通過與免疫細(xì)胞中的相應(yīng)受體結(jié)合，抑制信號通路，從而降低免疫應(yīng)答水平。神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的激活是其調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的重要環(huán)節(jié)[69]。

2.1 神經(jīng)遞質(zhì)和激素代謝相關(guān)基因的激活

免疫刺激能誘導(dǎo)神經(jīng)遞質(zhì)和激素代謝相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)各種神經(jīng)遞質(zhì)和激素的合成，激活貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)。大部分貝類神經(jīng)內(nèi)分泌相關(guān)基因在其血淋巴細(xì)胞、神經(jīng)節(jié)、鰓、肌肉、性腺、肝胰腺及腎臟等細(xì)胞和組織中均有表達(dá)，提示這些神經(jīng)遞質(zhì)和激素可能在不同組織和細(xì)胞中發(fā)揮不同的生理調(diào)節(jié)作用。與多巴胺、5-羥色胺、去甲腎上腺素、乙酰膽堿、酰胺肽、谷氨酸和γ-氨基丁酸等神經(jīng)遞質(zhì)合成相關(guān)的基因均在血淋巴細(xì)胞中表達(dá)，這表明，從無脊椎動物到脊椎動物的進(jìn)化過程中，免疫細(xì)胞合成和釋放氨基酸類、單胺類、肽類和膽堿類神經(jīng)遞質(zhì)的功能較為保守。病原微生物和病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)刺激能誘導(dǎo)貝類兒茶酚胺、乙酰膽堿、γ-氨基丁酸和谷氨酸等代謝通路相關(guān)基因的表達(dá)。經(jīng)燦爛弧菌刺激后，長牡蠣幼蟲中多巴胺羥化酶和單胺氧化酶的表達(dá)量顯著升高，成體血淋巴細(xì)胞中膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶、酰胺肽前體等的表達(dá)量也顯著升高[70]。轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，長牡蠣血淋巴細(xì)胞中Glu、GABA、5-羥色胺、DA、NE和ACh合成代謝相關(guān)基因的表達(dá)量在LPS處理后6～24 h時顯著升高，其中，Glu合成相關(guān)基因的表達(dá)量在6 h(前期)和12 h(中期)時顯著升高，GABA和ACh合成相關(guān)基因表達(dá)量在24 h(后期)時顯著升高，DA和5-羥色胺合成相關(guān)基因表達(dá)量主要在中后期顯著升高。

貝類中的神經(jīng)遞質(zhì)和激素含量在免疫刺激后也發(fā)生顯著變化。長牡蠣血清中NE含量在LPS刺激后12～48 h時顯著上升，長牡蠣血淋巴細(xì)胞中ACh和NE含量在體外與LPS孵育1 h后顯著升高；GABA含量在LPS刺激后6 h時顯著下降，48 h時顯著上升，而Glu的變化趨勢與GABA相反。長牡蠣血清中甲硫氨酸腦啡肽濃度在LPS刺激后2～6 h時顯著上升，扇貝血清中NO含量在LPS刺激后24 h時顯著增加[71]。以上研究表明，長牡蠣血淋巴細(xì)胞中存在多種神經(jīng)遞質(zhì)和激素的合成途徑，這些神經(jīng)遞質(zhì)合成相關(guān)基因能夠動態(tài)響應(yīng)病原刺激，合成和分泌不同的神經(jīng)遞質(zhì)和激素，它們可能通過自分泌和旁分泌的方式在免疫應(yīng)答的不同階段起重要的調(diào)節(jié)作用。

2.2 神經(jīng)遞質(zhì)和激素受體的激活

貝類血淋巴細(xì)胞可以表達(dá)分泌乙酰膽堿、兒茶酚胺、5-羥色胺、腦啡肽和皮質(zhì)醇等多種神經(jīng)遞質(zhì)和激素的受體。在長牡蠣血淋巴細(xì)胞中表達(dá)的基因約占基因組基因總數(shù)的59%，809個基因在血淋巴細(xì)胞中的表達(dá)量為其他組織中的 2 倍以上，這些基因主要富集到與神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫相關(guān)的通路中，其中147個基因在血淋巴細(xì)胞中特異性表達(dá)，主要包括腎上腺素受體(alpha-2c adrenergic receptor)、膽囊收縮素受體(cholecystokinin receptor)、前列腺素 E2 受體(prostaglandin E2 receptor)、酰胺肽受體(FMRfamide receptor)、褪黑素受體(melatonin receptor)、食欲肽受體(orexin receptor)等神經(jīng)內(nèi)分泌相關(guān)受體，以及Toll樣受體(Toll-like receptor)、整合素(integrin)、補體 C1q(complement C1q)、凝集素(C-type lectin、galectin)等免疫識別受體，表明它們在血淋巴細(xì)胞的信號感知及免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。病原刺激能誘導(dǎo)貝類神經(jīng)遞質(zhì)和激素受體的表達(dá)。如長牡蠣血淋巴細(xì)胞中兒茶酚胺受體A1AR-1，腦啡肽受體DOR，以及Glu受體的mGluR5、mGluR6表達(dá)量在細(xì)菌刺激后均顯著升高[14,18,20]；鮑GABA受體相關(guān)蛋白表達(dá)量在細(xì)菌侵染后顯著上升[32]。這表明，貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)合成和分泌的神經(jīng)遞質(zhì)、激素能與其受體結(jié)合，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷(cyclic AMP,cAMP)和鈣離子含量的變化，激活相關(guān)信號通路，進(jìn)一步調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答過程。

3 貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)對免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)

神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用對于機體抵抗病原入侵、維持內(nèi)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)對免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)作用主要包括：免疫應(yīng)答早期增強免疫應(yīng)答反應(yīng)，加速入侵病原的清除過程；免疫應(yīng)答晚期抑制免疫應(yīng)答水平，防止過度應(yīng)答對機體造成損害；優(yōu)化機體免疫應(yīng)答過程中的能量消耗，恢復(fù)機體內(nèi)穩(wěn)態(tài)。在高等動物中，神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的過程主要包括經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑。經(jīng)典途徑的調(diào)節(jié)過程主要包括機體識別病原入侵后將外周免疫信號傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，中樞系統(tǒng)激活交感神經(jīng)、副交感神經(jīng)及內(nèi)分泌腺體合成釋放NE、ACh和糖皮質(zhì)激素等神經(jīng)遞質(zhì)/激素類物質(zhì)，這些神經(jīng)遞質(zhì)/激素類物質(zhì)與受體結(jié)合進(jìn)而發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能；非經(jīng)典調(diào)節(jié)途徑于20世紀(jì)末才被人們所認(rèn)可，其區(qū)別于經(jīng)典途徑的主要特征是免疫細(xì)胞可直接合成神經(jīng)遞質(zhì)/激素類物質(zhì)，后者通過自分泌或旁分泌的方式與相應(yīng)受體結(jié)合行使免疫調(diào)節(jié)功能[72]。相對于經(jīng)典調(diào)節(jié)途徑，非經(jīng)典調(diào)節(jié)途徑能更直接、更快速響應(yīng)病原入侵并對免疫應(yīng)答產(chǎn)生精細(xì)調(diào)節(jié)作用。兒茶酚胺、乙酰膽堿、谷氨酸等受體在多種類型的免疫細(xì)胞(NK細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、T細(xì)胞和B細(xì)胞等)中均有表達(dá)。但因免疫細(xì)胞類型的不同、免疫細(xì)胞表達(dá)受體類型的不同及細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的差異，神經(jīng)遞質(zhì)和激素可對免疫細(xì)胞的功能產(chǎn)生差異性調(diào)節(jié)。近年來，多種神經(jīng)遞質(zhì)合成酶、轉(zhuǎn)運體和受體等先后在不同無脊椎動物的神經(jīng)系統(tǒng)中被成功鑒定，提示經(jīng)典神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)途徑在無脊椎動物的胚胎發(fā)育、變態(tài)附著、生殖、免疫應(yīng)答和環(huán)境適應(yīng)等生命過程中發(fā)揮重要作用。同時，在無脊椎動物的免疫細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的關(guān)鍵元件[73]。這表明，貝類等低等無脊椎動物神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成相對簡單，以免疫細(xì)胞合成和釋放神經(jīng)遞質(zhì)及激素為特征的非經(jīng)典調(diào)節(jié)途徑可能在其內(nèi)穩(wěn)態(tài)維持中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

3.1 神經(jīng)遞質(zhì)和激素對免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)

貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)參與調(diào)控免疫細(xì)胞吞噬和凋亡等免疫應(yīng)答過程。長牡蠣兒茶酚胺能調(diào)控血淋巴細(xì)胞的吞噬及凋亡，介導(dǎo)細(xì)胞免疫應(yīng)答。在免疫刺激并注射多巴胺后，歐洲鮑Haliotistuberculata的血淋巴細(xì)胞數(shù)目增多，吞噬效應(yīng)顯著增強[74]。NO能夠參與抑制扇貝血淋巴細(xì)胞的凋亡，增強血淋巴細(xì)胞的吞噬能力[53]。在泥蚶中，ACh通過與mAChRs和nAChRs結(jié)合抑制吞噬作用，破壞細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)，并干擾下游Ca2+和NF-κB信號通路[75]。GABA能抑制LPS刺激后免疫細(xì)胞的吞噬率和凋亡率的升高，以避免過度免疫反應(yīng)，維持免疫穩(wěn)態(tài)[31]。

貝類的一氧化氮、5-羥色胺、乙酰膽堿、腦啡肽和兒茶酚胺等神經(jīng)遞質(zhì)能調(diào)節(jié)免疫相關(guān)酶的活性及細(xì)胞因子等的表達(dá)[76]。扇貝NOS具有nNOS和iNOS的活性特征，免疫刺激后血淋巴細(xì)胞中的NOS能快速催化合成NO，而NO能參與調(diào)節(jié)活性氧的水平，從而緩解血淋巴細(xì)胞的氧化應(yīng)激狀態(tài)。在長牡蠣中，甲硫氨酸腦啡肽與其受體結(jié)合后，能激活血淋巴細(xì)胞內(nèi)二級信使Ca2+和cAMP的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)免疫識別分子和免疫效應(yīng)分子的表達(dá)和酚氧化酶的活性，ACh和5-羥色胺參與調(diào)節(jié)血淋巴中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)的活性[41,76](圖3)，神經(jīng)肽FMRFamide能調(diào)節(jié)血淋巴細(xì)胞中p38 MAPK磷酸化水平，以及白細(xì)胞介素17-5(interleukin 17-5,IL17-5)、凋亡相關(guān)基因 Caspase-1與Caspase-3的表達(dá)?？O蟶的多巴胺受體DopR2-1能夠調(diào)節(jié)過氧化氫酶(catalase,CAT)和SOD的活性[21]。去甲腎上腺素和腎上腺素能抑制病原侵染后扇貝血淋巴中抗氧化酶活性的升高，這種負(fù)向調(diào)節(jié)是扇貝恢復(fù)氧化還原穩(wěn)態(tài)所必需的[77]。膽堿能受體nAChRα1能調(diào)節(jié)扇貝體內(nèi)由LPS引起的腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-α)濃度變化。這表明，貝類的DDC、BDH、AChE、NOS等神經(jīng)內(nèi)分泌相關(guān)基因參與了貝類免疫識別、信號傳導(dǎo)及病原清除等過程，在調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。

圖3 貝類乙酰膽堿和腦啡肽及其受體介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)作用Fig.3 Immunomodulatory role of ENK and ACh as well as their receptors in the immune response of molluscs

3.2 不同神經(jīng)遞質(zhì)和激素的協(xié)同調(diào)節(jié)

神經(jīng)遞質(zhì)和激素主要通過與免疫細(xì)胞表面的相應(yīng)受體結(jié)合實現(xiàn)其免疫調(diào)節(jié)功能，且結(jié)合的受體類型不同，介導(dǎo)的下游通路、發(fā)揮的調(diào)節(jié)作用也不盡相同。不同神經(jīng)遞質(zhì)和激素在貝類免疫應(yīng)答的不同時期發(fā)揮不同的調(diào)節(jié)作用。在免疫應(yīng)答前中期，ENK、NE、FMRFamide和Glu等興奮型神經(jīng)遞質(zhì)在介導(dǎo)貝類血淋巴細(xì)胞增強免疫應(yīng)答反應(yīng)及快速清除病原中起作用。而在免疫應(yīng)答后期，血淋巴細(xì)胞表面的受體可能傾向于結(jié)合ACh 和GABA等抑制型神經(jīng)遞質(zhì)，抑制免疫應(yīng)答反應(yīng)，降低免疫應(yīng)答水平，防止過度免疫應(yīng)答造成機體損害，維持機體內(nèi)穩(wěn)態(tài)。在對免疫應(yīng)答的調(diào)控過程中，貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)對效應(yīng)分子合成及細(xì)胞吞噬與凋亡等免疫應(yīng)答過程的調(diào)節(jié)往往是同時發(fā)生的。對長牡蠣的研究發(fā)現(xiàn)，體外注射5-羥色胺后，血淋巴細(xì)胞凋亡率顯著降低，血淋巴中SOD活性顯著升高，而抑制5-羥色胺受體后血淋巴細(xì)胞凋亡率顯著升高，TNF表達(dá)量顯著降低，提示5-羥色胺能同時參與調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的多種復(fù)雜的應(yīng)答過程。貝類不同類型神經(jīng)遞質(zhì)具有不同的免疫應(yīng)答響應(yīng)模式，不同神經(jīng)遞質(zhì)這種差異化的免疫響應(yīng)模式也賦予了貝類靈活多變的免疫應(yīng)答調(diào)控機制。

貝類的乙酰膽堿、腦啡肽、兒茶酚胺和5-羥色胺等神經(jīng)遞質(zhì)和激素存在原始的協(xié)同調(diào)節(jié)作用，共同調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。研究發(fā)現(xiàn)，NE通過激活α-和β-腎上腺素受體改變cAMP和Ca2+的濃度(即NE-α/β-AR-cAMP/Ca2+途徑)，調(diào)控NO的活性(圖4)，PI3K-Akt通路及NF-κB1/STAT6等轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控NOS的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，部分NOS結(jié)合PSD-95并錨定于內(nèi)膜周邊，在免疫應(yīng)答發(fā)生時從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)位到細(xì)胞質(zhì)，通過表達(dá)形式和磷酸化修飾的變化，改變其催化活性及合成NO的速率[39]。對轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn)，乙酰膽堿、去甲腎上腺素和腦啡肽協(xié)同刺激長牡蠣后，血淋巴細(xì)胞中差異表達(dá)基因結(jié)成以TNF為核心的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，AP和NF-κB等轉(zhuǎn)錄因子參與了該網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)基因的協(xié)同調(diào)節(jié)。當(dāng)乙酰膽堿和去甲腎上腺素分別與腦啡肽協(xié)同作用時，乙酰膽堿和去甲腎上腺素的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)占主導(dǎo)。這表明，不同神經(jīng)遞質(zhì)具備原始而有序的協(xié)同調(diào)控機制，通過與受體耦聯(lián)的下游通路及效應(yīng)器，系統(tǒng)地調(diào)節(jié)血淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答過程。

圖4 貝類NE-AR-cAMP/Ca2+調(diào)控NO合成的機制Fig.4 Regulation mechanism of NE-AR-cAMP/Ca2+ to NO synthesis in the molluscs

3.3 細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)作用

神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)除了可以通過神經(jīng)遞質(zhì)和激素對免疫系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)外，還可以通過細(xì)胞因子調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。對哺乳動物的研究表明，神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)能夠分泌細(xì)胞因子。如星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞能夠產(chǎn)生TNF、干擾素(interferon,IFN)-α、γ及IL1和IL6[78]，下丘腦和垂體組織能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor,TGF)、IL10、IL18和IL1等[79-80]。此外，由于細(xì)胞因子可以通過血腦屏障[81]，即使是中樞系統(tǒng)產(chǎn)生的細(xì)胞因子依然能夠通過血液循環(huán)到達(dá)免疫組織，實現(xiàn)對免疫應(yīng)答的調(diào)控。神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)還可以通過神經(jīng)遞質(zhì)和激素對細(xì)胞因子的合成和表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。如糖皮質(zhì)激素能抑制IL6的分泌，而兒茶酚胺則能夠促進(jìn)IL6的表達(dá)，從而實現(xiàn)對免疫應(yīng)答的調(diào)控[82]。更有趣的是，除免疫細(xì)胞外，神經(jīng)元或者內(nèi)分泌細(xì)胞表面也具有能與細(xì)胞因子結(jié)合的相應(yīng)受體。如IL1β和IL6可以結(jié)合神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞表面的相應(yīng)受體，從而改變其功能和活性[83]。因此，NEI系統(tǒng)能利用許多相似的配體和受體來實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間的通信。GABA、5-羥色胺、去甲腎上腺素等能夠影響貝類血淋巴細(xì)胞中TNF、IL1等細(xì)胞因子的表達(dá)，表明貝類的神經(jīng)遞質(zhì)可以調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的產(chǎn)生。而貝類的血淋巴細(xì)胞也能夠分泌去甲腎上腺素、多巴胺、NO等神經(jīng)遞質(zhì)，血淋巴細(xì)胞的這種自分泌和旁分泌的調(diào)節(jié)方式，對于擁有開放式循環(huán)系統(tǒng)的貝類來說意義更為顯著。對血蛤研究發(fā)現(xiàn)，TNF能夠刺激血淋巴細(xì)胞分泌NO，提示細(xì)胞因子同樣能夠刺激貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)分泌神經(jīng)遞質(zhì)[61]。近期的研究顯示,經(jīng)氟西汀刺激后，貝類血淋巴中的ACh和GABA與Ca2+濃度、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2(tumor necrosis factor receptor-associated factor 2,TRAF2)的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)[75]，而Ca2+及TRAF2也受到一系列細(xì)胞因子級聯(lián)反應(yīng)的調(diào)控。這些結(jié)果表明，細(xì)胞因子在貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)對免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)過程中起非常重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。

4 未來重點研究方向

神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)在生物體響應(yīng)環(huán)境脅迫、維持內(nèi)穩(wěn)態(tài)和保障生存中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。貝類種類繁多，生活環(huán)境迥異，適應(yīng)性強，進(jìn)化地位特殊，是研究無脊椎動物神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)起源與進(jìn)化的關(guān)鍵類群。貝類中存在結(jié)構(gòu)和功能相對完善的兒茶酚胺、乙酰膽堿、腦啡肽、一氧化氮、谷氨酸和皮質(zhì)醇等系統(tǒng)，進(jìn)化形成原始而簡單的神經(jīng)內(nèi)分泌免疫調(diào)節(jié)軸，深入了解其神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)及其對免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)作用，對于全面認(rèn)識無脊椎動物乃至整個生物界神經(jīng)內(nèi)分泌免疫系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)展都具有重要意義。鑒于目前對貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的研究剛剛起步，對其結(jié)構(gòu)特征、功能作用、調(diào)節(jié)機制和進(jìn)化意義等的認(rèn)識尚不夠深入，未來的研究應(yīng)聚焦在以下幾個方面。

4.1 深入研究貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征

貝類擁有索式神經(jīng)系統(tǒng)，出現(xiàn)了原始的內(nèi)分泌腺，其神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的分子和細(xì)胞組成與具備完善的神經(jīng)內(nèi)分泌組織和器官的高等動物相比類似，但不盡相同。解析貝類等低等無脊椎動物神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的分子和細(xì)胞組成，可為進(jìn)一步了解高等動物神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征提供參考。

4.2 深入分析貝類神經(jīng)遞質(zhì)和激素的功能作用

雖然已經(jīng)確認(rèn)貝類中存在多種類型的神經(jīng)遞質(zhì)和激素，但目前對不同類型神經(jīng)遞質(zhì)和激素的合成與分泌、受體的分布，及其介導(dǎo)的信號通路、功能特征與特異性作用及可能存在的其他更多類型神經(jīng)遞質(zhì)和激素等信息仍然知之甚少。貝類不同類型神經(jīng)遞質(zhì)和激素的功能作用有待深入探索。

4.3 闡明貝類神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)對免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)機制

貝類缺乏基于淋巴細(xì)胞和抗體的獲得性免疫系統(tǒng)，僅依賴固有免疫系統(tǒng)抵御病原侵染。貝類的免疫應(yīng)答過程受到精細(xì)復(fù)雜的調(diào)控，其中神經(jīng)遞質(zhì)和激素在免疫調(diào)控中扮演重要角色。血淋巴細(xì)胞是貝類的主要免疫細(xì)胞，幾乎所有的神經(jīng)內(nèi)分泌免疫調(diào)節(jié)作用都通過血淋巴細(xì)胞來完成。以血淋巴細(xì)胞合成和釋放神經(jīng)遞質(zhì)和激素為特征的非經(jīng)典調(diào)節(jié)途徑可能在其免疫防御及內(nèi)穩(wěn)態(tài)維持中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。闡明不同神經(jīng)遞質(zhì)、激素和細(xì)胞因子對免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)機制及其協(xié)同作用，將為深入了解貝類免疫防御機制奠定基礎(chǔ)。

4.4 探索貝類神經(jīng)內(nèi)分泌免疫系統(tǒng)的進(jìn)化意義

貝類擁有開放式循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)血淋巴細(xì)胞與神經(jīng)系統(tǒng)組成原始簡單的“神經(jīng)-血淋巴細(xì)胞”調(diào)節(jié)軸，探索貝類神經(jīng)內(nèi)分泌免疫調(diào)節(jié)軸的激活機制及功能特征，將為探索高等動物“血腦屏障”的作用機制及人類相關(guān)疾病的治療策略提供借鑒。同時，貝類種類繁多、適應(yīng)性廣，探索貝類神經(jīng)內(nèi)分泌免疫系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的關(guān)系及其在環(huán)境適應(yīng)中的作用也將成為未來重要的研究方向。