熱休克蛋白在水產(chǎn)動物應(yīng)對弧菌病方面的保護作用

弧菌是海洋環(huán)境中最豐富的細(xì)菌類群之一，由各種弧菌作為病原體感染導(dǎo)致的弧菌病是養(yǎng)殖魚類和野生魚類中的一種主要疾病，導(dǎo)致漁業(yè)的重大經(jīng)濟損失。熱休克蛋白（Heatshockproteins，HSPs）是一類廣泛存在于原核和真核生物體內(nèi)具有高度保守性的生物大分子，其表達在熱應(yīng)激、病毒感染或細(xì)菌感染時上調(diào)，可以通過抑制蛋白質(zhì)聚集防止細(xì)胞凋亡和細(xì)胞損傷，對細(xì)胞響應(yīng)生物和非生物的應(yīng)激源以及培養(yǎng)壓力耐受性有重要影響。

在這篇綜述中，我們重點關(guān)注HSPs在水產(chǎn)動物面對各種壓力源，尤其是在面對弧菌感染時的功能，并綜合相關(guān)文獻，探討HSPs在維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和正常細(xì)胞代謝，以及在免疫調(diào)控中的重要性，從而可能對水產(chǎn)養(yǎng)殖提供寶貴的支持。

1水產(chǎn)養(yǎng)殖動物中的弧菌感染

弧菌一般棲息在水生動物的體表和腸道中，許多可以從健康魚的鰓和皮膚中分離出來的弧菌被認(rèn)為對魚無致病性，然而，當(dāng)這些水生動物的外界環(huán)境面臨壓力時，它們可能成為機會性病原體造成宿主生病甚至死亡。影響水生動物感染弧菌的因素有很多，包括生命階段（幼年和成年）、宿主遺傳學(xué)（物種和種群）、其它病原體的混合感染（寄生蟲和病毒）、環(huán)境應(yīng)激導(dǎo)致的免疫系統(tǒng)減弱以及既往接觸弧菌的免疫啟動。

我們將列表闡述水產(chǎn)動物主要感染的弧菌種類及其對應(yīng)的癥狀（表1）。

2水產(chǎn)動物中熱休克蛋白的抗弧菌作用

各種生物和非生物性的環(huán)境壓力源（溫度、氧氣、鹽度、pH、營養(yǎng)不良和其它病原體協(xié)同感染等）會極大地影響弧菌感染的結(jié)果。熱休克蛋白作為主要的應(yīng)激蛋白，不僅在面臨細(xì)菌和病毒感染時會上調(diào)，各種非生物因素的環(huán)境壓力，例如環(huán)境應(yīng)激（熱應(yīng)激）、重金屬毒性、鹽度和pH等均可以誘導(dǎo)細(xì)胞中HSPs的表達[1]。

我們將對水產(chǎn)動物中發(fā)揮免疫調(diào)控功能的HSPs一一闡述，以加強對其參與水產(chǎn)動物免疫防御機制的認(rèn)識。

表1水產(chǎn)動物主要感染的弧菌種類及其對應(yīng)的癥狀

小分子熱休克蛋白（sHSPs或HSPB）是低分子質(zhì)量伴侶蛋白，可以通過不依賴ATP的方式結(jié)合變性蛋白從而充當(dāng)分子伴侶，主要負(fù)責(zé)各種細(xì)胞管家過程。在點帶石斑魚面臨細(xì)菌或病毒感染時，sHSPmRNA表達顯著增加，在生物體免疫反應(yīng)中發(fā)揮作用。

HSP40蛋白又被稱為J蛋白或DnaJ蛋白，具有特殊J結(jié)構(gòu)域，其主要功能是可直接與HSP70相互作用以刺激ATP酶活性，協(xié)助HSP70在蛋白質(zhì)折疊、組裝和拆卸蛋白質(zhì)復(fù)合物中發(fā)揮作用。Jie-LiCai等人的研究顯示，紅元寶鸚鵡魚的Hsp40在抗細(xì)菌免疫反應(yīng)過程中起重要作用。點帶石斑魚中的EcHsp40被石斑魚虹膜病毒顯著誘導(dǎo)，促進細(xì)胞凋亡，發(fā)揮重要抗病毒作用。

HSP60在水產(chǎn)動物中的研究相對于其它HSP家族較少，但在蛋白質(zhì)折疊中具有已知的作用。為了響應(yīng)環(huán)境壓力，未折疊蛋白質(zhì)的增加可觸發(fā)HSP60的誘導(dǎo)。海湖裸鯉幼魚受碳酸鹽堿度脅迫后，GpHsp60基因在各組織表達量均有顯著增高[2]

HSP70s是HSPs中含量最豐富的蛋白家族，可以在細(xì)胞中以ATP依賴的方式結(jié)合和釋放未折疊的多肽鏈，從而防止未折疊多肽鏈中不正確的分子折疊。HSP70不能單獨起作用，而是需與具有J結(jié)構(gòu)域的蛋白，例如HSP40（DnaJ）蛋白，以及一些核苷酸交換因子一起參與HSP70的構(gòu)象變化調(diào)節(jié)。HSP70對于水生動物長期適應(yīng)高溫環(huán)境非常重要。在副溶血性弧菌感染期間使用RNAi敲低南美白對蝦中的HSP70，顯著降低了多種免疫相關(guān)基因的表達，且16SrDNA測序顯示LvHSP70缺陷蝦腸道中弧菌的相對豐度顯著增加。另一項研究表明，雜交黃顙魚hsp70基因在肝臟，鰓，腦和肌肉組織中的表達量總體上隨溫度升高呈上升趨勢[3]。

HSP90s是一種高度保守的ATP依賴性分子伴侶，參與保護生物體免受環(huán)境應(yīng)激源的影響，例如熱和冷應(yīng)激、重金屬應(yīng)激、高低pH值應(yīng)激等。在華貴類櫛孔扇貝中，CnHSP90表達水平與總類胡蘿卜素含量（TCC）呈強正相關(guān)，這表明類胡蘿卜素和HSP90水平都可以提高貴族扇貝的耐熱性。急性氨氮脅迫會造成黃顙魚肝臟和鰓中HSP90基因的mRNA表達量升高4。

總之，HSPs在水產(chǎn)動物對抗各種生物和非生物因素的應(yīng)激源刺激中起關(guān)鍵作用，可通過調(diào)節(jié)宿主的免疫來加強對弧菌的抵抗作用。

3HSPs在水產(chǎn)養(yǎng)殖健康管理中的應(yīng)用

目前，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)里疾病控制的常規(guī)治療方法是應(yīng)用各類抗生素。盡管抗生素藥物是有效的，但同時它們也可能導(dǎo)致病原體對抗生素的抗藥性，濫用抗生素也會造成水產(chǎn)品中的生物積累，對公共衛(wèi)生構(gòu)成嚴(yán)重威脅，并對整個生態(tài)環(huán)境造成損害[5]

HSPs在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的潛在應(yīng)用之一是非致命的短期熱應(yīng)激誘導(dǎo)的HSPs高表達。通常情況下，飼養(yǎng)環(huán)境溫度的長時間升高會影響水產(chǎn)動物的正常生理過程，影響其攝食量和活力，降低生長速度，免疫力減弱，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致死亡，但短期熱應(yīng)激產(chǎn)生的HSPs可以增加水產(chǎn)動物對病原菌和病毒的抵抗力。例如，在一項關(guān)于幼年斑節(jié)對蝦的研究中，短期熱刺激增加了HSP70的表達并在鰓中減少了相關(guān)病毒的復(fù)制。

除了熱應(yīng)激處理誘導(dǎo)HSPs高表達，一些藥理活性化合物也可以增強HSPs合成。據(jù)報道，在鹵蟲中Tex-OE？可以誘導(dǎo)HSP70的表達，使先天免疫系統(tǒng)的兩個重要免疫基因多酚氧化酶和交聯(lián)酶上調(diào)，以增強蝦對病原性弧菌的免疫力。此外，病原體衍生的HSP也已經(jīng)被用作疫苗，針對它對魚類中的細(xì)菌和其它寄生蟲的功效進行了測試，攜帶寄生蟲HSP70的DNA載體被用作疫苗，該疫苗對石斑魚中的寄生蟲表現(xiàn)出增強的保護作用。

結(jié)語

本研究全面介紹了HSPs在減輕外界應(yīng)激源刺激的有害影響從而增強水產(chǎn)動物對弧菌病的抗性方面發(fā)揮的核心作用。應(yīng)用非致命熱應(yīng)激、HSP誘導(dǎo)劑、外源性HSP作為食品補充劑，以及基于HSP的疫苗可能是水產(chǎn)養(yǎng)殖動物健康管理的有效策略，可以幫助應(yīng)對環(huán)境因素的潛在不利影響。總之，更深入地了解HSPs在外界應(yīng)激源刺激下的調(diào)節(jié)和功能可以引導(dǎo)開發(fā)創(chuàng)新養(yǎng)殖方法，以提高水產(chǎn)動物在面對復(fù)雜環(huán)境挑戰(zhàn)時的耐受性，擴大生產(chǎn)力。

參考文獻：

[1]李慶偉，徐靜，李瑤.熱休克蛋白進化及生物學(xué)功能研究進展[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2024，47（1）：78-85.

[2] 劉一萌，包，李航，等.青海湖裸鯉幼魚熱激蛋白60基因克隆及其在碳酸鹽堿度脅迫下的表達[J].海洋漁業(yè)，2021，43（05）：553-562.

[3]朱凌威、張朝陽、劉釗、李良玉、唐洪、趙仲孟、陳雨薇、武佳韻、黃小麗、楊世勇.雜交黃顙魚hsp70基因核心序列的克隆，表達及其在高溫應(yīng)激下的組織表達[J].漁業(yè)科學(xué)進展，2021，42（1） ：9.

[4]孫麗穎，張木子，黎明，等.急性氨氮脅迫對黃顙魚組織抗氧化酶活性及HSP70和HSP90基因mRNA表達水平的影響[J].水產(chǎn)學(xué)報，2020.

[5]陳昱如，段艷平，張智博，等.長江經(jīng)濟帶水環(huán)境中抗生素人體健康風(fēng)險評價[J].中國環(huán)境科學(xué)，2023，43（7）：3713-3729.

收稿日期：2025-05-16

作者簡介：閆瀚予（1999—），女，漢族，碩士，工程師。研究方向：水產(chǎn)、病害、免疫學(xué)。