摘要:魚類疾病的不斷暴發(fā)給水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)重危害,因此魚病的免疫防治變得日趨重要。作為機(jī)體免疫的重要組成部分,魚類免疫因子日益受到研究者們的重視。與人類和高等脊椎動(dòng)物相比,魚類免疫因子的研究起步較晚,但隨著研究的深入,已發(fā)現(xiàn)了多種魚類免疫因子。本文對(duì)現(xiàn)目前已報(bào)道的魚類免疫因子,如白細(xì)胞介素、干擾素、抗體、補(bǔ)體、主要組織相容性復(fù)合體、Toll樣受體、抗菌肽、溶菌酶及凝集素等結(jié)構(gòu)與功能、作用機(jī)制及它們的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述,并對(duì)部分免疫因子在魚類養(yǎng)殖中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié);在魚類免疫學(xué)研究中,一些現(xiàn)代生物技術(shù)被廣泛應(yīng)用。本文概述了轉(zhuǎn)錄組技術(shù)在快速鑒定和篩選魚類免疫相關(guān)基因、魚類免疫信號(hào)通路的研究進(jìn)展;并對(duì)魚類免疫因子的研究發(fā)展前景進(jìn)行展望,以期為更深入研究魚類免疫系統(tǒng)的發(fā)生、探討免疫因子在魚類免疫中的作用和應(yīng)用提供文獻(xiàn)依據(jù)和參考,促進(jìn)魚類養(yǎng)殖業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。
關(guān)鍵詞:免疫因子;魚類;作用機(jī)制;轉(zhuǎn)錄組技術(shù);研究進(jìn)展
中圖分類號(hào):S942.5" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1002-1302(2024)04-0001-08
收稿日期:2023-06-06
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào):31672264);天津市淡水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(編號(hào):ITTFRSA2021000);天津市海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(編號(hào):ITTMRS2021000)。
作者簡(jiǎn)介:藍(lán) 一(1999—),男,天津人,碩士研究生,主要從事水產(chǎn)增養(yǎng)殖的研究。E-mail:layi3018@163.com。
通信作者:王 茜,博士,教授,主要從事水產(chǎn)增養(yǎng)殖、水產(chǎn)遺傳與育種的研究。E-mail:wqgt1999@163.com。
魚類是廣泛存在于全球各地水域中的生物,是人類重要的食品資源之一。與陸生動(dòng)物相比,魚類的免疫系統(tǒng)在進(jìn)化過(guò)程中逐漸形成了獨(dú)特特征。雖然魚類的免疫系統(tǒng)與哺乳動(dòng)物的免疫系統(tǒng)有所不同,但它們也擁有自己的免疫組織、免疫細(xì)胞及免疫因子。魚類免疫系統(tǒng)包括非特異性的防御系統(tǒng)和特異性的防御系統(tǒng),非特異性防御系統(tǒng)是先天形成,僅能清除一般的異物,而特異性防御系統(tǒng)是后天形成,能夠有目的地清除異物,使機(jī)體獲得更強(qiáng)的保護(hù)能力[1]。魚類免疫系統(tǒng)的發(fā)育、維持及正常運(yùn)行均依賴于各類免疫因子的表達(dá)和調(diào)控[2]。魚類免疫因子的研究可為揭示脊椎動(dòng)物免疫系統(tǒng)進(jìn)化史、全面理解魚類免疫系統(tǒng)組成及機(jī)制提供關(guān)鍵依據(jù),并在魚類疾病防治及抗病育種中具有廣闊的應(yīng)用前景[3-4]。免疫因子可協(xié)調(diào)展開免疫反應(yīng),從而幫助魚類對(duì)抗各種病原體的侵襲,在保障其生存和繁衍的同時(shí),也為魚類養(yǎng)殖和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力的保障[5]。
1 免疫因子的種類及作用機(jī)制
1.1 白細(xì)胞介素
白細(xì)胞介素(interleukin,IL)是一類細(xì)胞因子,其結(jié)構(gòu)由蛋白質(zhì)組成。白細(xì)胞介素的結(jié)構(gòu)因其種類而異,但它們通常是由單個(gè)多肽鏈組成,包括1個(gè)信號(hào)序列、1個(gè)成熟肽序列和1個(gè)C末端序列,這些多肽鏈通常包含100~200個(gè)氨基酸殘基,具有不同的序列和結(jié)構(gòu)[6]。白細(xì)胞介素的結(jié)構(gòu)決定了它們的生物活性和功能。
白細(xì)胞介素廣泛存在于哺乳動(dòng)物和鳥類等高等脊椎動(dòng)物中,并在調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。近年來(lái),越來(lái)越多研究表明,魚類也能產(chǎn)生和分泌多種類型的白細(xì)胞介素,并且白細(xì)胞介素在調(diào)節(jié)魚類免疫系統(tǒng)中也起著至關(guān)重要的作用,如Wang等的研究表明,白細(xì)胞介素等細(xì)胞因子可促進(jìn)免疫細(xì)胞的增殖、分化、成熟和活化[7];Secombes等通過(guò)對(duì)白細(xì)胞介素的探究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞因子可調(diào)節(jié)細(xì)胞間的信號(hào)傳導(dǎo)和免疫反應(yīng)[8];薛婷婷等在對(duì)褐牙鲆(Paralichthys olivaceus)白細(xì)胞介素21(IL-21)基因克隆及表達(dá)分析中發(fā)現(xiàn),細(xì)胞因子可以在免疫炎癥和免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用[9]。
研究發(fā)現(xiàn),魚類中具有多種類型的白細(xì)胞介素,這些白細(xì)胞介素在魚類中的分布和表達(dá)水平與不同的物種、組織和免疫狀態(tài)等因素有關(guān)。其中,IL-1 是最早被發(fā)現(xiàn)的白細(xì)胞介素之一,Ogryzko等通過(guò)研究IL-1發(fā)現(xiàn),其信號(hào)傳導(dǎo)失調(diào)可以導(dǎo)致許多病理,從而誘發(fā)多種炎癥性疾病,結(jié)果表明IL-1在魚類免疫系統(tǒng)中起著誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和分化等多個(gè)方面的作用[10];Sáenz-Martínez等在感染鮭魚皮氏菌的虹鱒魚(Oncorhynchus mykiss)脾臟中檢測(cè)到了來(lái)自IL-8的C端片段存在,證明虹鱒魚IL-8的C端雖被裂解,但保留了其抗菌特性,為IL-8具有調(diào)節(jié)魚類炎癥反應(yīng)和吞噬作用提供依據(jù)[11];IL-12是一種多效性細(xì)胞因子,Tsai等認(rèn)為IL-12能夠增強(qiáng)魚類先天性和適應(yīng)性免疫應(yīng)答,并可應(yīng)用于魚類抗病原體感染的基本疫苗制劑[12];IL-17是一種標(biāo)志性的炎性細(xì)胞因子,Zhang等發(fā)現(xiàn)病原體通過(guò)獨(dú)特的受體亞類IL-17R發(fā)出信號(hào),可誘導(dǎo)多種細(xì)胞產(chǎn)生相關(guān)免疫因子,并在宿主防御自身免受病原體入侵中起著關(guān)鍵作用[13];IL-21 在應(yīng)對(duì)炎癥和自身免疫性疾病的發(fā)展中起關(guān)鍵作用,Zhang等對(duì)草魚(Ctenopharyngodon idella)IL-21的特征和生物活性進(jìn)行研究,首次揭示了魚類 IL-21 的產(chǎn)生及功能與炎癥反應(yīng)的密切關(guān)系,并突出了其抗菌和抗炎能力[14]。
1.2 干擾素
干擾素(interferon,IFN)早在20世紀(jì)80年代已被科學(xué)家關(guān)注,但在魚類中干擾素研究開展較晚,直至2003年,魚類干擾素才被成功克隆。隨著硬骨魚類的干擾素基因被陸續(xù)報(bào)道,魚類干擾素的結(jié)構(gòu)越來(lái)越明晰[15]。哺乳類、爬行類和鳥類等動(dòng)物干擾素基因僅有單個(gè)外顯子,而魚類干擾素則截然相反,魚類Ⅰ型干擾素基因包含5個(gè)外顯子區(qū)域和4個(gè)內(nèi)含子區(qū)域,這是魚類IFN獨(dú)特的結(jié)構(gòu)[16]。
IFN是一類能夠誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生抗病毒狀態(tài)的細(xì)胞因子,它不直接參與抗病毒的生物學(xué)過(guò)程,而是通過(guò)產(chǎn)生靶基因下游的效應(yīng)基因來(lái)調(diào)控病毒的感染,具有多效能、低分子量、分泌型等特點(diǎn)[17]。通過(guò)對(duì)細(xì)胞表面的受體結(jié)合,啟動(dòng)一系列信號(hào)傳導(dǎo)通路,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用,如:IFN在針對(duì)魚類病毒感染的先天免疫應(yīng)答中起著至關(guān)重要的作用;Ohta等在對(duì)七帶石斑魚(Epinephelus septemfasciatus)的研究中,報(bào)道了來(lái)自七帶石斑魚IFN基因的克隆和表征,結(jié)果表明重組IFN蛋白具有抗病毒作用[18];Matsuura等在IFN研究中指出IFNγ是一種關(guān)鍵的細(xì)胞因子,可促進(jìn)和協(xié)調(diào)細(xì)胞內(nèi)病原體先天性細(xì)胞和適應(yīng)性細(xì)胞介導(dǎo)的免疫[19]。
1.3 抗體
抗體是脊椎動(dòng)物為應(yīng)對(duì)外來(lái)入侵蛋白(抗原),保護(hù)機(jī)體不被傷害而分泌的,在體內(nèi)進(jìn)行循環(huán)的蛋白質(zhì)分子,是機(jī)體體液免疫的主要參與者。作為一種功能蛋白,抗體整體由4條多肽鏈構(gòu)成,分別為2條結(jié)構(gòu)相同的輕鏈(L chain)和2條結(jié)構(gòu)相同的重鏈(H chain),4條鏈形成典型的“Y”形抗體結(jié)構(gòu),經(jīng)氨基酸序列比較研究表明,抗體的輕鏈和重鏈均由一系列結(jié)構(gòu)相似的單元結(jié)構(gòu)域重復(fù)連接組成,每一個(gè)單元結(jié)構(gòu)域內(nèi)大約含有110個(gè)氨基酸殘基,被稱為Ig結(jié)構(gòu)域[20]。
抗體,也稱為免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig),是適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的主要體液免疫成分,Ig分為分泌型Ig和膜型Ig 2種類型,具有抗體活性的分泌型Ig主要存在于體液中,與抗原中有關(guān)的膜型Ig作為抗原受體分布于B細(xì)胞膜表面[21]。目前,魚類抗體主要分別為IgM、IgD、IgT和IgZ等[22-25]。硬骨魚類淋巴細(xì)胞由B細(xì)胞和T細(xì)胞組成,它們可調(diào)控機(jī)體發(fā)生適應(yīng)性免疫反應(yīng)。B細(xì)胞主要作用是參與體液免疫應(yīng)答并分泌抗體,主要功能包括分泌抗體和呈遞抗原[26];Zhao等研究大西洋鮭魚(Salmo salar)MHC基因,成功生產(chǎn)了針對(duì)MHC I類重鏈和β2-微球蛋白(β2-MG)的單克隆抗體,顯示出與重組分子的結(jié)合,得出了鮭魚的抗體通過(guò)與病原體特定的抗原結(jié)合形成免疫復(fù)合物并參與清除病原體的結(jié)論[27]。
1.4 補(bǔ)體
硬骨魚類的補(bǔ)體系統(tǒng)由30多種成分組成,這些成分主要由3種途徑來(lái)激活,C3是補(bǔ)體激活途徑中的核心組分,其激活對(duì)于補(bǔ)體系統(tǒng)的功能至關(guān)重要,其中,α鏈(120 ku)和β鏈(75 ku)通過(guò)二硫鍵和非共價(jià)力連接而成[28-29]。Kato等的研究表明,在激活后,C3(約190 ku的糖蛋白)被C3轉(zhuǎn)化酶裂解為C3a(約8 ku的多肽)和C3b(約175 ku的糖蛋白),其中,C3a(C3α鏈的N端8~10 ku的片段)具有一定的生物活性,主要表現(xiàn)為促進(jìn)炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞功能、增加血管通透性等作用[30]。
補(bǔ)體系統(tǒng)是機(jī)體免疫的重要組成部分,其功能主要是促進(jìn)吞噬和溶解靶細(xì)胞,由于魚類生存在有眾多病原菌的水環(huán)境中,因此補(bǔ)體系統(tǒng)在硬骨魚類的先天免疫防御中起著至關(guān)重要的作用。含C1q 結(jié)構(gòu)域蛋白(C1q domain containing,C1qDC)是經(jīng)典補(bǔ)體途徑的起始分子,能夠識(shí)別免疫復(fù)合物,啟動(dòng)補(bǔ)體系統(tǒng)經(jīng)典途徑,對(duì)免疫有重要影響;Li等研究了褐牙鲆(Paralichthys olivaceus)C1qDC的免疫學(xué)特征,表明褐牙鲆C1qDC通過(guò)與IgM相互作用,對(duì)細(xì)菌感染產(chǎn)生積極影響[31];Qi等在對(duì)大黃魚(Larimichthys crocea)的免疫應(yīng)答試驗(yàn)中驗(yàn)證補(bǔ)體是一種復(fù)雜的先天免疫監(jiān)視系統(tǒng),對(duì)宿主體內(nèi)平衡、消除炎癥和防御病原體方面起著關(guān)鍵作用[32]。
1.5 主要組織相容性復(fù)合體
主要組織相容性復(fù)合體(MHC)是脊椎動(dòng)物中一組高度多態(tài)的蛋白復(fù)合體,其主要功能為呈遞抗原,使其為T細(xì)胞所識(shí)別,激活體液免疫和細(xì)胞免疫。與哺乳類相似,魚類MHC主要分為MHC Ⅰ和MHC Ⅱ 2類[33]。其中,MHC Ⅰ復(fù)合體由1條具有多態(tài)性的MHC Ⅰ蛋白重鏈與1條β2-微球蛋白輕鏈非共價(jià)結(jié)合組成。
MHC類分子在魚類免疫系統(tǒng)中起著重要的作用,可在魚類的體內(nèi)展示各種蛋白質(zhì)片段(抗原),并通過(guò)T細(xì)胞的識(shí)別來(lái)引發(fā)免疫應(yīng)答。同時(shí),MHC類分子不僅在免疫反應(yīng)和非自身識(shí)別中發(fā)揮著核心作用,還參與了自身免疫調(diào)節(jié)和免疫耐受等方面,Dirscherl等重點(diǎn)討論斑馬魚(Danio rerio)MHC Ⅰ類基因的多面性,分析不同Ⅰ類譜系間已知和假設(shè)的功能差異,為該物種多樣化的MHC位點(diǎn)提供新的線索[34];Li等通過(guò)確定香魚(Plecoglossus altivelis)MHC Ⅱ類分子的α(PaMHCIIα)鏈基因,發(fā)現(xiàn)MHC Ⅱ類分子僅存在于抗原呈遞細(xì)胞上,為MHC Ⅱ類分子在脊椎動(dòng)物免疫系統(tǒng)中起主要作用提供依據(jù)[35]。
1.6 Toll樣受體
Toll 樣受體(TLRs,Toll like receptors)能特異識(shí)別病原相關(guān)分子模式(PAMP),是一類在先天免疫和獲得性免疫中均發(fā)揮重要作用的蛋白質(zhì)。TLRs為I型跨膜糖蛋白,胞外結(jié)構(gòu)域由19~25個(gè)前后相連的片段所組成,各片段包括24~29個(gè)氨基酸殘基,帶有x-L-x-x-L-x-L-x-x基序(L為亮氨酸,x為任意氨基酸),稱為富含亮氨酸的重復(fù)體(leucine-richrepeat,LRR),簡(jiǎn)稱亮氨酸重復(fù)序列。
TLRs基因在宿主防御系統(tǒng)第一防線中起到防止病原體附著和進(jìn)入的角色,具有物種特定性。TLRs具有LRRs結(jié)構(gòu)域的胞外區(qū),能促進(jìn)PAMPs的識(shí)別;跨膜區(qū),便于與膜體附著;以及含TIR結(jié)構(gòu)域的胞內(nèi)區(qū),可進(jìn)行下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。在魚類中,TLR9是識(shí)別DNA中寡核苷酸分子(CpG ODN)的受體,CpG ODN 常見于細(xì)菌和病毒的基因組[36]。
Gao等采用同源克隆和cDNA末端快速擴(kuò)增(RACE)技術(shù)克隆了銀鯧(Pampus argenteus)中TLR2的全長(zhǎng)cDNA,結(jié)果表明,TLR2在宿主的先天免疫中對(duì)病原微生物防御起著至關(guān)重要的作用[37];TLRs能夠通過(guò)激活信號(hào)傳遞通路,激發(fā)宿主的免疫防御反應(yīng),在魚類中,TLRs的信號(hào)傳遞通路主要包括2種類型:MyD88依賴性和TRIF依賴性[38];TLRs在魚類中可調(diào)節(jié)樹突狀細(xì)胞(DCs)的成熟和抗原呈遞,也對(duì)免疫應(yīng)答起到重要的調(diào)節(jié)作用。具體來(lái)說(shuō),TLRs激活DCs后能夠促進(jìn)其成熟和功能的增強(qiáng),從而提高對(duì)病原菌的識(shí)別和抗原呈遞能力,Lauriano等的研究為上述結(jié)論提供支撐[39]。
1.7 抗菌肽
抗菌肽(AMPs)是生物體產(chǎn)生的一類小分子多肽,對(duì)真菌、細(xì)菌等病原微生物、具有抑制或殺滅作用,通常被稱為“第二防御體系”。按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)魚類抗菌肽可分為兩大類,一類是不含半胱氨酸、具有疏水性或雙親性α螺旋結(jié)構(gòu)的抗菌肽,包括Piscidins、Pleurocidins和Misgurins等;另一類是含有多個(gè)半胱氨酸β折疊結(jié)構(gòu)的抗菌肽,包括Hepcidin、Cathelicidins等。Piscidins類抗菌肽家族中的成熟肽富含組氨酸和苯丙氨酸,長(zhǎng)度一般為 18~26,目前在莫桑比克羅非魚(Oreochromis mossambicus)、條紋狼鱸(Morone saxatilis)和條石鯛(Oplegnathus fasciatus)中發(fā)現(xiàn)5個(gè)亞型,主要在鰓、皮膚和腸等器官組織中表達(dá),除了具有廣譜抗菌性外,還具有抗真菌、抗寄生蟲和抗病毒的活性[40]。Defensins類抗菌肽含有18~45個(gè)氨基酸殘基,呈陽(yáng)離子,其中,包含6~8個(gè)保守的半胱氨酸,具有廣譜的抗微生物活性。Defensins是一類具有抗微生物活性的非特異性免疫分子,通常具有由二硫鍵穩(wěn)定的α螺旋或β折疊結(jié)構(gòu),根據(jù)半胱氨酸的位置和所形成的二硫鍵結(jié)構(gòu),可被分為α-Defensins、β-Defensins和θ-Defensins,魚類體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)的Defensins通常為β-Defensins,具有6個(gè)保守的半胱氨酸殘基,在斑馬魚、虹鱒等魚的肝臟、肌肉、皮膚、腸道和鰓等多種組織中表達(dá)[41]。Hepcidin又稱鐵調(diào)素,是一種富含半胱氨酸的抗菌多肽,其前肽含有85個(gè)氨基酸殘基,包含信號(hào)肽、前肽和成熟肽3個(gè)部分。前肽轉(zhuǎn)化酶通過(guò)識(shí)別C端的R-X-K/R-R結(jié)構(gòu)進(jìn)行前肽酶切,形成有活性的成熟Hepcidin抗菌肽[42]。魚類Hepcidin具有一定的抗腫瘤、抗病毒活性,還作為免疫調(diào)節(jié)因子調(diào)控魚類的免疫功能,參與肝細(xì)胞和巨噬細(xì)胞鐵釋放的調(diào)控[43-44]。Cathelicidins是一類成熟肽序列相似性很低的抗菌肽,廣泛存在于脊椎動(dòng)物體內(nèi),它是根據(jù)保守的N端Cathelin結(jié)構(gòu)域命名的,該區(qū)域保守的4個(gè)半胱氨酸殘基形成2對(duì)二硫鍵。在斑馬魚體內(nèi)鑒定得到了來(lái)源于魚類的Cathelicidins,該類抗菌肽具有強(qiáng)大的免疫調(diào)節(jié)功能和廣譜的殺菌作用[45-46]。
1.8 溶菌酶
溶菌酶是生物體內(nèi)重要的非特異性免疫因子,與抵御細(xì)菌感染的免疫功能密切相關(guān)[47]。水產(chǎn)動(dòng)物在抵抗外來(lái)病原體的入侵時(shí),溶菌酶能夠增強(qiáng)其他免疫因子的抗菌活性,并通過(guò)協(xié)同作用來(lái)抵制病原微生物的入侵[48]。溶菌酶是一種天然的堿性抗菌蛋白,通過(guò)水解肽聚糖β-1,4-糖苷鍵發(fā)揮溶菌功能[49]。根據(jù)來(lái)源、免疫特性、結(jié)構(gòu)及催化特征的不同,動(dòng)物體內(nèi)的溶菌酶主要分為G型、C型和I型,廣泛存在于免疫器官和細(xì)胞中[50]。近年來(lái),越來(lái)越多研究發(fā)現(xiàn),水生動(dòng)物G型溶菌酶在不同組織中發(fā)揮一定的免疫防御作用,如紫貽貝(Mytilus edulislinnaeus)、長(zhǎng)牡蠣(Crassostrea gigas)和櫛孔扇貝(Chlamys farreri)等[51-53]。
1.9 凝集素
凝集素是一類含有糖識(shí)別結(jié)構(gòu)域(car-bohydrate recognition domain,CRD),可與糖類可逆結(jié)合的非酶、非抗體的蛋白質(zhì)或糖蛋白,凝集素還參與凝血、細(xì)胞黏連、蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)及創(chuàng)傷修復(fù)等系列的生理進(jìn)程[54]。目前,從魚類中鑒定出的凝集素主要為半乳糖凝集素(galectins)、C-型凝集素(C-type lectins)和F-型凝集素(F-type lectins)等,具有廣譜的抗菌、病毒、寄生蟲和真菌活性,及免疫調(diào)節(jié)的功能[55]。半乳糖凝集素廣泛表達(dá)于各種細(xì)胞,典型的特征是具有保守的CRD,根據(jù)分子結(jié)構(gòu)可分為3類:原型(proto),包含1個(gè)CRD,多以非共價(jià)鍵連接的二聚體形式存在;串聯(lián)重復(fù)型(tandem-repeat),包含2個(gè)由短肽相連的CRD,多以單體的形式發(fā)揮作用;嵌合型(chimera),在C端含有1個(gè)CRD,N端富含脯氨酸和甘氨酸,一般形成多聚體發(fā)揮作用[56]。
2 轉(zhuǎn)錄組技術(shù)在免疫因子研究中的應(yīng)用
2.1 魚類免疫相關(guān)基因的研究
轉(zhuǎn)錄組技術(shù)是一種利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)細(xì)胞或組織中所有的mRNA進(jìn)行測(cè)序和分析的方法。通過(guò)轉(zhuǎn)錄組技術(shù),可對(duì)這些免疫因子的基因表達(dá)譜進(jìn)行分析,了解它們?cè)诓煌砗筒±頎顟B(tài)下的變化規(guī)律,并對(duì)免疫因子在魚類免疫系統(tǒng)中的表達(dá)及其調(diào)控機(jī)制進(jìn)行深入的研究。目前,轉(zhuǎn)錄組技術(shù)已成功應(yīng)用于免疫相關(guān)基因的研究,通過(guò)轉(zhuǎn)錄組技術(shù),研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多魚類免疫相關(guān)基因。如,虹鱒的TLR4、翹嘴鱖(Siniperca chuatsi)的NLRP3、鯉魚(Cyprinus carpio)的NLR-C等[57-59]。這些基因在免疫反應(yīng)過(guò)程中起到關(guān)鍵作用,對(duì)于探究魚類免疫機(jī)制具有重要意義,如,Yang等使用HiSeqTM2 500(Illumina)獲得了感染和未感染的草魚脾臟轉(zhuǎn)錄組圖譜,對(duì)感染嗜水氣單胞菌的草魚脾臟進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析,發(fā)現(xiàn)2 121個(gè)差異表達(dá)基因,對(duì)105個(gè)重要的免疫相關(guān)基因進(jìn)行了分類和討論,為了解草魚對(duì)嗜水氣單胞菌感染的免疫反應(yīng)提供依據(jù)[60];許寶紅分析了感染呼腸孤病毒(GCRV)的草魚脾臟轉(zhuǎn)錄組,為后續(xù)分子標(biāo)記輔助育種或轉(zhuǎn)基因育種方法解決草魚出血病問(wèn)題提供基礎(chǔ)[61];潘玉財(cái)采用RNA-Seq技術(shù)對(duì)感染和未感染傳染性造血器官壞死病病毒(IHNV)的虹鱒脾臟進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析,篩選并獲得參與抗IHNV非特異性免疫反應(yīng)的關(guān)鍵基因,這些免疫相關(guān)基因的表達(dá),提示它們?cè)谡{(diào)控虹鱒抗IHNV免疫過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[62];Niu等研究模擬了自然的寄生蟲感染,并對(duì)受感染的金鯧魚(Trachinotus ovatus)魚鰓進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析,探索宿主對(duì)眼點(diǎn)淀粉卵渦鞭蟲(Amyloodinium ocellatum)侵襲的免疫反應(yīng),確定了 4 388 個(gè)差異表達(dá)基因,揭示了眼點(diǎn)淀粉卵渦鞭蟲侵襲引起的宿主免疫反應(yīng)中編碼和非編碼RNAs的分子變化,對(duì)全面了解眼點(diǎn)淀粉卵渦鞭蟲侵襲的宿主免疫反應(yīng)提供很大幫助[63]。以上研究表明,轉(zhuǎn)錄組分析可獲得豐富的免疫學(xué)信息,為分析魚類對(duì)病原體入侵的防御機(jī)制及進(jìn)一步研究魚類免疫學(xué)奠定了基礎(chǔ)。
隨著利用轉(zhuǎn)錄組研究魚類相關(guān)免疫基因技術(shù)的不斷發(fā)展,研究者們篩選出具有抗病性優(yōu)勢(shì)的基因,該研究的開展將對(duì)抗病性育種和提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益具有重要指導(dǎo)意義,同時(shí)為進(jìn)一步理解水產(chǎn)動(dòng)物免疫機(jī)制提供新思路。如,Zhao等通過(guò)RNA測(cè)序技術(shù)對(duì)2組幼蚌進(jìn)行基因分型,開發(fā)抗病單核苷酸多態(tài)性(SNP)標(biāo)記,結(jié)果表明SNPs與疾病具有顯著相關(guān)性,此研究有助于深入了解水產(chǎn)動(dòng)物免疫相關(guān)基因抵抗病原體感染過(guò)程中的作用,也為抗病性育種的研究提供理論依據(jù)[64]。
2.2 魚類免疫信號(hào)通路的研究
轉(zhuǎn)錄組技術(shù)在魚類免疫信號(hào)通路研究中具有廣泛應(yīng)用,近年來(lái)出現(xiàn)多種信號(hào)通路的研究,其中,Toll樣受體信號(hào)通路、NLR信號(hào)通路和JAK-STAT信號(hào)通路等在魚類免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用[65-67]。通過(guò)對(duì)差異表達(dá)基因的功能注解和信號(hào)通路分析,研究者可揭示魚類免疫反應(yīng)過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)控節(jié)點(diǎn)和信號(hào)通路,如,Huang等利用轉(zhuǎn)錄組高通量測(cè)序分析點(diǎn)帶石斑魚(Epinephelus coioides)虹彩病毒(SGIV)感染點(diǎn)帶石斑魚脾臟的基因表達(dá)情況,表明某些與絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、趨化因子、Toll樣受體信號(hào)通路和RIG-I信號(hào)通路相關(guān)的基因在SGIV感染后出現(xiàn)了交替,證明Toll樣受體信號(hào)通路和RIG-I信號(hào)通路參與了點(diǎn)帶石斑魚免疫反應(yīng)過(guò)程,推測(cè)MAPK在病毒感染過(guò)程中可能發(fā)揮著關(guān)鍵作用[68];Mo等為了研究刺激隱核蟲(Cryptocaryon irritans)對(duì)虎龍石斑魚雜交種(Epinephelus fuscogutatus×Epinephelus lanceolatus)的感染程度,從而對(duì)其進(jìn)行了比較轉(zhuǎn)錄組分析,在對(duì)照組和感染組間的虎龍石斑魚雜交種皮膚中鑒定出6 464個(gè)DEGs,表明先天免疫成分,如補(bǔ)體系統(tǒng)、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)、白細(xì)胞介素17(IL-17)信號(hào)通路和TLR信號(hào)通路,在感染期間上調(diào),結(jié)果表明,C. irritans感染可誘發(fā)虎龍石斑魚雜交種的顯著炎癥反應(yīng),其中,IL-17信號(hào)通路和TLR信號(hào)通路在其免疫反應(yīng)中起到重要作用[69]。
3 免疫因子在魚類養(yǎng)殖中的應(yīng)用
免疫因子在魚類免疫方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。通過(guò)研究魚類免疫因子,可開發(fā)出多種免疫工具和免疫保健品,如疫苗、飼料添加劑等,以期來(lái)提高魚類抗病能力、降低養(yǎng)殖成本、保障魚類生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái),研究人員已經(jīng)開始嘗試?yán)没蛐揎椉夹g(shù)改良魚類免疫系統(tǒng),使其更為強(qiáng)大、高效和可靠。
3.1 飼料添加劑
某些情況下,在飲食中添加魚類免疫調(diào)節(jié)劑已被證明可增強(qiáng)魚類先天免疫防御機(jī)制。近期研究表明,在魚蛋白水解物中發(fā)現(xiàn)的多肽級(jí)分子可能會(huì)刺激魚類中對(duì)抗病性很重要的因子。Serradell等研究發(fā)現(xiàn),在海魚日糧中使用陸地原料替代魚粉(FM)和魚油(FO)可能會(huì)影響魚類的生長(zhǎng)性能和健康,同時(shí)在膳食中補(bǔ)充轉(zhuǎn)基因生物和植物化合物會(huì)增加已經(jīng)感染疾病魚類的血清溶菌酶,將免疫因子添加到魚類飼料中,能夠提高魚類的免疫力,增強(qiáng)其抗病能力[70];Gisbert等研究水解蝦蛋白(shrimp protein hydrolysate,SPH)對(duì)幼年挪威舌齒鱸(Dicentrarchus labrax)體細(xì)胞生長(zhǎng)性能、先天免疫應(yīng)答的影響,通過(guò)挪威舌齒鱸在感染弧菌(Vibrio)時(shí)的死亡率,發(fā)現(xiàn)日糧中加入SPH顯著增強(qiáng)了體液非特異性免疫應(yīng)答(溶菌酶、溶菌和補(bǔ)體活性),顯示出SPH對(duì)促進(jìn)魚類健康和預(yù)防疾病具有免疫調(diào)節(jié)作用[71]。
3.2 疫苗
利用免疫因子制備的疫苗可有效地預(yù)防魚類病原體感染。如,Yuan等為提高草魚抗GCRV的能力,研究制備干擾素α(IFN-α)疫苗,通過(guò)腹腔注射,評(píng)估IFN-α疫苗對(duì)草魚感染GCRV的免疫反應(yīng),結(jié)果表明,IFN-α疫苗可啟動(dòng)先天免疫應(yīng)答,保護(hù)草魚免受GCRV感染,為預(yù)防GCRV感染提供有效的策略[72];近年來(lái),使用分子佐劑來(lái)提高DNA疫苗免疫原性的研究越來(lái)越多,Huang等為提高點(diǎn)帶石斑魚DNA疫苗(pcacfA)的效果,構(gòu)建質(zhì)粒pcMyD88,并通過(guò)與編碼AcfA的DNA疫苗聯(lián)合注射來(lái)探索MyD88作為分子佐劑的能力,結(jié)果顯示pcMyD88增強(qiáng)了pcacfA對(duì)溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)感染的免疫保護(hù),證明MyD88是pcacfA的有效佐劑[73]。以上利用免疫因子所制備的疫苗能夠?yàn)樘岣唪~類的免疫力及抗病毒能力提供佐證。
4 未來(lái)與展望
未來(lái),隨著對(duì)免疫因子機(jī)制的深入研究和應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展,免疫因子在魚類養(yǎng)殖中的應(yīng)用和前景將會(huì)更加廣闊和重要。主要有以下方面的趨勢(shì)。
4.1 轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的發(fā)展
轉(zhuǎn)錄組技術(shù)為魚類免疫因子研究提供了一種高效、全面、系統(tǒng)的方法,可深入了解魚類免疫因子在免疫反應(yīng)中的作用及其調(diào)控機(jī)制。未來(lái),隨著轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,我們有理由相信,將有更多的魚類免疫因子得到深入研究,并為魚類養(yǎng)殖的健康管理和免疫防治提供更為有效的支持。
4.2 基因編輯技術(shù)的發(fā)展
基因編輯技術(shù)在免疫因子應(yīng)用方面具有廣闊的未來(lái)發(fā)展前景。通過(guò)基因編輯技術(shù),可精確地修改免疫因子的基因序列,使其在魚類體內(nèi)的表達(dá)量和活性得到優(yōu)化,提高魚類對(duì)病原體的免疫能力。這不僅可有效預(yù)防和控制魚類疾病的發(fā)生,還能夠提高養(yǎng)殖效益和水產(chǎn)品的質(zhì)量,具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。此外,基因編輯技術(shù)還可用于研究免疫因子的功能和調(diào)控機(jī)制,為深入理解魚類免疫系統(tǒng)提供新的思路和方法。
4.3 精準(zhǔn)免疫技術(shù)的發(fā)展
精準(zhǔn)免疫技術(shù)是指根據(jù)魚類免疫系統(tǒng)的特點(diǎn),精確地選擇和設(shè)計(jì)免疫因子,從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的免疫治療和預(yù)防。利用精準(zhǔn)免疫技術(shù),可快速、準(zhǔn)確地診斷魚類疾病,并且可對(duì)魚類免疫基因進(jìn)行編輯和調(diào)控,從而增強(qiáng)或抑制魚類免疫反應(yīng),提高其抗病能力。未來(lái),隨著精準(zhǔn)免疫技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用,將有助于提高魚類的免疫力,減少疾病發(fā)生和死亡率,促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
4.4 免疫因子與微生物群落的相互作用
微生物群落是指生活在魚類腸道和周圍環(huán)境中的微生物群體。近年來(lái)的研究表明,免疫因子與微生物群落間存在著復(fù)雜的相互作用關(guān)系[74]。未來(lái),將從深入了解免疫因子與微生物群落的相互作用入手,探究其對(duì)免疫調(diào)節(jié)和養(yǎng)殖效益的影響,為魚類養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展提供新的思路和途徑。
總之,免疫因子作為一種重要的免疫調(diào)節(jié)分子,在魚類養(yǎng)殖中具有廣泛的應(yīng)用前景,要繼續(xù)深入研究免疫因子的機(jī)制和應(yīng)用,發(fā)掘新型免疫因子,提高免疫因子的應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)效益,促進(jìn)我國(guó)魚類養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展。
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