魚類體表黏液研究進(jìn)展

劉曉晨，佟長(zhǎng)青，李 偉

（大連海洋大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116023）

0 引言

魚類體表黏液是魚類保護(hù)機(jī)體的第一道重要防線，對(duì)魚類的生長(zhǎng)起著重要的生理作用。魚類體表黏液由上皮黏液細(xì)胞進(jìn)行分泌。黏液細(xì)胞是一類分布于鰓、消化道、皮膚的腺體細(xì)胞[1]。根據(jù)黏液細(xì)胞中含有不同類型的黏蛋白和黏多糖，可以將黏液細(xì)胞分成不同類型[2]。研究人員利用過碘酸雪夫試劑染色法（Periodic Acid-Schiff stain，PAS）、HID（Highspeed diamine） 染色法和AB（Alcian B1ue） 染色法對(duì)黏液細(xì)胞的分泌物質(zhì)進(jìn)行分型，發(fā)現(xiàn)魚類黏液含有中性黏蛋白、糖蛋白、磺基黏蛋白、唾液黏蛋白、蛋白多糖和透明質(zhì)酸等成分[2-6]。魚類黏液的化學(xué)成分復(fù)雜，其生物學(xué)功能也多種多樣，包括免疫防御、機(jī)械屏障、減少身體摩擦力和保持身體濕潤(rùn)等[7]。目前，對(duì)于魚類體表黏液已有較多的研究報(bào)道，對(duì)魚類體表黏液的化學(xué)組成與生物學(xué)功能進(jìn)行了總結(jié)，以期為深入研究黏液的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系奠定基礎(chǔ)。

1 魚類體表黏液化學(xué)組成

魚類體表黏液參與魚類的免疫防御、滲透壓調(diào)節(jié)、抗逆性生長(zhǎng)、呼吸、繁殖、運(yùn)動(dòng)、排泄和信息交流等生物學(xué)功能[8-9]。因此，發(fā)現(xiàn)在魚類體表黏液中含有糖蛋白、溶菌酶、補(bǔ)體蛋白、凝集素、黃素酶、蛋白水解酶、抗菌肽及免疫球蛋白等化學(xué)成分[10]。Goto-Nance R 等人[11]利用離子交換層析和Sepharose S-200 型凝膠過濾層析從泥鰍（Misgurnus anguillicaudatus） 的體表黏液中分離出凝集素（MAL-1），其天然分子量大于300 kDa，SDS-PAGE電泳顯示出40 kDa 和41 kDa 2 個(gè)蛋白，MAL-1 可以被胎球蛋白、N-乙酰-D-葡萄糖胺、D-甘露糖和N-乙酰神經(jīng)氨酸抑制。趙志鳳等人[12]對(duì)鯰魚體表黏液活性成分與抑菌特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)體表黏液中主要含有蛋白質(zhì)與多糖，分別占黏液干質(zhì)量的40%左右和4.2%。韓慶等人[13]對(duì)洞庭湖鯰魚（Silnrus asotus） 體表黏液化學(xué)組成進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)體表黏液含有18 種氨基酸、二十碳五烯酸（EFA）、二十二碳六烯酸（DHA） 及花生四烯酸（ARA），還含有豐富的礦物質(zhì)。Tasumi S 等人[14]從日本鰻魚（Anguilla japonica）體表黏液中分離出2 個(gè)乳糖特異性凝集素AJL-1 和AJL-2，分子量分別為160 913 Da 和31 743 Da，AJL-1和AJL-2 屬于Ca2+依賴型凝集素。李志濤等人[15]利用離子交換層析和凝膠過濾層析從鯰魚體表黏液中分離純化出了IgM，具有提高小鼠免疫功能的作用。Guardiola F A 等人[16]研究了5 種硬骨魚體表黏液，包括金頭鯛（Sparus aurata）、歐洲鱸魚（Dicentrarchus labrax）、波紋短須石首魚（Umbrina cirrosa）、細(xì)點(diǎn)牙鯛（Dentex dentex） 和布氏石斑魚（Epinephelus marginatus），通過分析研究發(fā)現(xiàn)黏液中主要含有凝集素、IgM、溶菌酶、蛋白酶、抗蛋白酶、堿性磷酸酶、酯酶及過氧物酶。Lallès J[17]總結(jié)了魚類體表黏液中堿性磷酸酶的作用，認(rèn)為其具有抗水中微生物導(dǎo)致的發(fā)炎作用，同時(shí)環(huán)境因素、營(yíng)養(yǎng)因素和膳食補(bǔ)充劑都影響體表黏液中堿性磷酸酶的水平。

總的來說，對(duì)魚類體表黏液中寡肽、蛋白質(zhì)類化學(xué)成分研究較多，對(duì)含有的糖類物質(zhì)、脂肪酸類物質(zhì)研究較少。魚類體表黏液的化學(xué)成分構(gòu)成決定其生理功能，為了更好地理解魚類體表黏液的生理功能，就需要全面研究體表黏液的化學(xué)成分。

2 魚類體表黏液功能

2.1 免疫防御功能

先天免疫系統(tǒng)是脊椎動(dòng)物的基本防御機(jī)制，因?yàn)轸~類的特異性免疫在低溫等次優(yōu)環(huán)境中受到限制，所以特別依賴先天防御來初步防止病原體入侵。Saleh M 等人[18]證實(shí)了鯉魚皮膚黏液在保護(hù)其免受多子小瓜蟲感染方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，可能與凝集素途徑激活和蛋白水解有關(guān)，19 種免疫相關(guān)蛋白和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白的豐度在免疫應(yīng)答中存在差異。Li T 等人[19]研究了鯰魚體表黏液中含有的抗菌肽CF-14 的特性，在pH 值4.0～12.0，溫度30 ℃條件下具有活性，其抗菌機(jī)理為增加細(xì)胞膜通透性，引起細(xì)菌DNA 外泄。Wang H 等人[20]發(fā)現(xiàn)克氏雙鋸魚皮膚黏液含有溶菌酶和蛋白酶，對(duì)嗜水氣單胞菌、副溶血弧菌等革蘭氏陰性菌具有很強(qiáng)的抗性，在30～90 ℃下熱處理和pH 值5.0～8.0 的條件下不受影響。Go H 等人[21]發(fā)現(xiàn)了豹紋多紀(jì)鲀皮膚黏液中一種屬于2 型鐵調(diào)節(jié)蛋白（Hepcidin） 的抗菌肽TpHAMP2，由23 個(gè)氨基酸組成，8 個(gè)Cys 殘基形成4 個(gè)分子內(nèi)二硫鍵，具有廣譜抗菌活性。Valero Y 等人[22]研究了大西洋鮭魚皮膚黏黏液中的NK-lysin 抗菌肽的組成型表達(dá)。Bunnoy A 等人[23]在鳙魚的皮膚黏液中分離得到KUO11TH 菌株，該菌株與皮氏不動(dòng)桿菌和萵苣不動(dòng)桿菌密切相關(guān)，在體外對(duì)多種淡水魚病原體表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗性。Shibuya K 等人[24]發(fā)現(xiàn)河鲀體表黏液中表達(dá)的角蛋白具有凝集酵母的作用，這是其機(jī)體阻擋微生物的一種方式。Yun Chieng C C 等人[25]探究了褐點(diǎn)石斑魚感染哈維氏弧菌后的黏膜反應(yīng)，檢測(cè)到皮膚中杯狀細(xì)胞和黏液中含有的核苷二磷酸激酶、蛋白酶亞單位α-I 型、銅鋅超氧化物歧化酶的增加。Abdel-Shafi S 等人[26]探究了非洲鯰表皮黏液中糖蛋白的生物學(xué)特性及抗菌活性，分子量為22 kDa 的糖蛋白CFG 對(duì)化膿鏈球菌、伊氏李斯特菌和大腸桿菌具有明顯抑制作用。

對(duì)于魚類體表黏液中具有免疫防御功能化學(xué)成分的研究，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，養(yǎng)殖密度的增加，魚類疾病發(fā)生的概率明顯增加。因此，通過對(duì)魚類體表黏液中化學(xué)成分的研究，可以為魚類疾病的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 調(diào)節(jié)滲透壓作用

魚類生活在水中，需要維持機(jī)體中鹽分的數(shù)量。黏液在保持機(jī)體在一定的滲透壓范圍起到關(guān)鍵作用。黏液中的糖蛋白對(duì)魚類調(diào)節(jié)機(jī)體滲透壓起著重要作用[27]。Schreiber A M[28]回顧了比目魚皮膚在滲透壓調(diào)節(jié)方面的作用，認(rèn)為起著重要作用的是富含線粒體的細(xì)胞，并且認(rèn)為皮膚在離子交換過程中起主要作用。

2.3 運(yùn)動(dòng)功能

魚類體表黏液可以潤(rùn)滑魚的體表，減小其與水的摩擦阻力，有利于魚的運(yùn)動(dòng)，可使魚體付出較小的能量，獲得較大的運(yùn)動(dòng)速度。Seo E 等人[29]通過對(duì)泥鰍皮膚減阻的直接測(cè)量，發(fā)現(xiàn)黏液層對(duì)皮膚摩擦力的減小有很大影響，研究結(jié)果加深了對(duì)泥鰍黏液層分泌黏液減少皮膚摩擦的功能形態(tài)學(xué)的認(rèn)識(shí)。

2.4 其他作用

魚類的捕食對(duì)象，如浮游幼蟲（Baetis larvae）可以識(shí)別細(xì)菌分解魚體表黏液釋放出的糖胺聚糖，從而躲避魚類的捕食[30]。魚類體表黏液的分泌與其捕食的對(duì)象行為有密切關(guān)系。

3 魚類體表黏液的應(yīng)用

3.1 在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

韓慶等人[13]對(duì)洞庭湖鯰魚體表黏液和肌肉中營(yíng)養(yǎng)組成進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)黏液的成分是其生理功能的反應(yīng)，因此通過分析其黏液的成分，來調(diào)整其飼料的供給量，指導(dǎo)水產(chǎn)養(yǎng)殖。Zhao N 等人[31]首次篩選半滑舌鰨黏液外泌體中的miRNAs，通過實(shí)時(shí)定量PCR 驗(yàn)證，3 種miRNAs 的表達(dá)水平在健康魚和感染哈維氏弧菌魚之間存在顯著差異，為魚病的早期篩選提供了一種實(shí)用的方法。Bulloch P 等人[32]研究了利用F2 異前列腺素（F2-isoprostances） 對(duì)梭子魚健康狀態(tài)進(jìn)行無損傷檢測(cè)的方法。魚類體表黏液也反應(yīng)魚的免疫力水平，通過監(jiān)測(cè)黏液中的糖蛋白、溶菌酶、補(bǔ)體蛋白、凝集素、黃素酶、蛋白水解酶、抗菌肽及免疫球蛋白等成分水平，可以確定養(yǎng)殖魚類的健康狀態(tài)。

3.2 在藥物研發(fā)中的應(yīng)用

抗菌肽是魚類體表黏液中重要的化學(xué)成分之一。劉權(quán)偉等人[33]研究了鯰魚體表黏液抗菌肽的結(jié)構(gòu)，并對(duì)其抑菌機(jī)理進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)該抗菌肽通過桶板模型機(jī)制發(fā)揮抑菌作用?？咕木哂袕V譜抗菌特性，是代替抗生素的潛在候選者。

Ardeshir R A 等人[34]的研究發(fā)現(xiàn)，圓鰕虎魚（Neogobius melanostomus） 和鯉魚（Cyprinus carpio） 皮膚黏液中的活性物質(zhì)具有通過P53 表達(dá)選擇性誘導(dǎo)MCF7 和LNCap 細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期阻滯的活性。Kwak C 等人[35]的研究發(fā)現(xiàn)，乳糖結(jié)合的鰻魚皮膚黏液具有對(duì)人白血病K562 細(xì)胞的誘導(dǎo)凋亡的作用。大頭多齒海鯰皮膚黏液使人肺腺癌上皮細(xì)胞株A549 和人結(jié)腸癌細(xì)胞HT 29 發(fā)生細(xì)胞膜脫落、染色質(zhì)凝聚、凋亡小體形成等變化，從而使癌細(xì)胞活力顯著降低[36-37]。鯔魚黏液使喉癌細(xì)胞形態(tài)發(fā)生變化，且癌細(xì)胞收縮率和死亡率具有濃度依賴性[38]。不同濃度的泥鰍黏液多糖與人早幼粒細(xì)胞白血病細(xì)胞（HL-60） 共同孵育后，一氧化氮（NO） 含量和乳酸脫氫酶（LDH） 釋放活性增加，表明泥鰍黏液中的新型多糖可誘導(dǎo)HL-60 細(xì)胞凋亡[39]。魚類體表黏液中的具有抗腫瘤作用的活性物質(zhì)，為抗腫瘤藥物開發(fā)提供了重要的結(jié)構(gòu)信息。

3.3 在環(huán)境治理中的應(yīng)用

近年來，由于人類生產(chǎn)活動(dòng)造成工業(yè)污染，導(dǎo)致河流、海洋等水系存在重金屬超標(biāo)的現(xiàn)象。魚類屬于低等水生脊椎動(dòng)物，其黏液細(xì)胞屬于非特異性免疫系統(tǒng)，分布于皮膚、鰓、口腔、消化道的上皮中。因此，在重金屬暴露的條件下，魚類體表黏液細(xì)胞中的化學(xué)成分會(huì)發(fā)生變化。張紅梅[40]研究了鉛暴露對(duì)黃河鯉魚黏液細(xì)胞中化學(xué)成分變化的影響，一定濃度的鉛可以增加黏液細(xì)胞數(shù)量，使黏液細(xì)胞中酸性黏多糖增加。張貴生[41]研究稀土元素對(duì)鯉魚黏液細(xì)胞作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，鑭可以明顯誘導(dǎo)黏液細(xì)胞增加。

Omidi F 等人[42]研究了圓鰕虎魚體表黏液作為戈?duì)柛剩℅organ） 灣污染的生物標(biāo)志物的可行性，認(rèn)為免疫相關(guān)的溶菌酶具有一定的指標(biāo)作用。Carbajal A和Geffroy B 等人[43-44]比較了不同污染梯度下突吻歐雅魚皮膚黏液皮質(zhì)醇值的變化，結(jié)果顯示棲息地會(huì)影響皮質(zhì)醇含量，因此突吻歐雅魚黏液中的皮質(zhì)醇含量可以作為棲息地質(zhì)量生物標(biāo)志物。魚類體表黏液化學(xué)成分的變化，可以為環(huán)境治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

魚類體表黏液在魚類生長(zhǎng)發(fā)育過程中起著重要作用。魚類體表黏液中含有糖蛋白、溶菌酶、補(bǔ)體蛋白、凝集素、黃素酶、蛋白水解酶、抗菌肽及免疫球蛋白等化學(xué)成分，具有免疫防御功能、調(diào)節(jié)滲透壓作用與運(yùn)動(dòng)功能等。對(duì)魚類體表黏液的深入研究，不僅闡明魚類生長(zhǎng)發(fā)育的基本理論，而且有助于解決魚類養(yǎng)殖、藥物研發(fā)和環(huán)境治理等領(lǐng)域中的實(shí)際問題。