无动物视角的虾蟹先天免疫应答机制研究

无动物视角的虾蟹先天免疫应答机制研究

随着生活水平的提高，人们对虾、蟹等甲壳类产品的需求不断增加，虾、蟹养殖也取得了很大进展。尤其是克氏原螯虾(俗称小龙虾)更是一种极其重要的淡水水产养殖品种,2017年我国小龙虾养殖总产量约112.97万t,占淡水虾总产量的52%,虾总产量的32%,直接产值超过350亿元无脊椎动物由于缺乏脊椎动物所特有的适应性免疫,主要依靠先天的免疫系统来抵御细菌和病毒的入侵。据不完全统计,甲壳类生物有200多种病原,其中约有20种病毒可以导致虾的疾病。目前研究较多的病原菌包括弧菌属(无脊椎动物主要是依靠先天的免疫系统来抵御细菌和病毒的入侵,而免疫识别就是免疫反应的第一步。病原微生物表面存在多种病原相关的分子模式PAMPs(pathogen-associatedmolecularpatterns),比较常见的分子模式包括脂多糖LPS(lipopolysaccharides)、肽聚糖PGN(peptidoglycans)和脂磷壁酸LTA(lipotechoicacids)以及病毒所特有的一些结构分子:病毒糖蛋白、脂蛋白、单链RNA和双链RNA等,免疫反应首先就是从识别这些分子模式开始。1克氏原螯虾的分子质量由于缺少基于“抗体-抗原识别”的特异性免疫机制,虾、蟹等无脊椎动物仅依赖种系基因编码的模式识别受体PRRs以及相关的免疫调控系统来抵御病原侵袭。免疫识别是免疫反应的第一步,无脊椎动物主要是依靠模式识别受体PRRs(patternrecognitionreceptors)来识别入侵的病原,也就是前述的这些病原相关的分子模式PAMPs作为配体能够被模式识别受体PRRs识别。PRRs一方面可以直接杀死清除病原菌,另外一方面可以激活相应的下游信号通路,然后诱导表达相应的抗菌肽来抵抗病原菌的入侵。模式识别受体PRRs可以分为膜受体、分泌性受体和细胞质受体三大类。其中膜受体包括Toll样受体(Toll-likereceptors)和清道夫受体SRs(scavengerreceptors)等;分泌性受体包括肽聚糖结合蛋白(peptidoglycan)、凝集素(lectin)和脂多糖结合蛋白(lipopolysaccharideandβ-1,3-glucanbindingprotein)等;细胞质受体的代表是Nod样受体。膜受体的代表是Toll样受体,Toll样受体是Ⅰ型跨膜蛋白,在先天免疫系统里面是一类非常重要的蛋白,主要含有胞外区、跨膜区和胞内区3种结构。它们可以识别来自于病原体内的结构保守的分子。斑节对虾的对于克氏原螯虾,通过模拟弧菌感染,研究人员筛选鉴定到克氏原螯虾体内的清道夫受体SRs(scavengerreceptors)也是一类重要的膜受体,根据不同的结构,分别有9种不同的清道夫受体SRA-SAI,但是目前研究最多的是SRA和SRB。在一些无脊椎动物中,比如在果蝇和埃及伊蚊中仅仅分离得到SRC。SRC是一种1型跨膜糖蛋白,主要分布在细胞质膜的外表面。有研究表明:在果蝇应对感染的免疫反应中,SRC是一种模式识别受体,可以发现识别和吞噬革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌,不过具体机制还没有相关报道另外,凝集素是一类非常重要的分泌性受体,每种凝集素都含有糖类识别结构域CRD(carbohydraterecognitiondomain),具有结合糖类的性质,同时凝集素参与了多种生理过程,包括蛋白质的运输、信号转导、病原的识别或者作为免疫效应分子,不同类型的凝集素的CRDs具有不同的结构。位于细胞内的凝集素主要参与蛋白的筛选和运输,位于细胞外的凝集素主要参与了细胞信号传导和病原的识别C-型凝集素是一类含有钙离子依赖糖识别域CRD的蛋白超家族,在脊椎动物中结构高度保守,但是在无脊椎动物中却表现出一定的多样性。目前有关虾的C-型凝集素的研究报道和相关文献都特别丰富:已经在中国明对虾体内分离出的C-型凝集素有关于L-型凝集素参与虾的免疫反应的首次报道是从日本囊对虾体内发现了一种L-型凝集素:脂多糖结合蛋白(LGBPs)在甲壳类生物和昆虫的先天免疫过程中起到非常重要的作用。中国明对虾体内的2气调保鲜的免疫应激反应作为一种最典型的无脊椎动物,果蝇是重点研究对象,关于果蝇应对病原感染的免疫应答反应,有大量的文献报道。果蝇应对病原感染的免疫信号的信号通路包括Toll信号通路、IMD信号通路和JAK/STAT信号通路2.1toll信号通路同源分子Toll信号通路是在研究果蝇胚胎发育的过程中首次被发现,并且在果蝇的先天免疫系统中,起着非常重要的作用在虾的体内Toll信号通路中也找到了与果蝇的Toll信号通路同源的主要分子元件:包括Toll样受体、Spätzle、MyD88、Tube、Pelle、Cactus和Dorsal。并研究了相应元件在感染细菌和病毒之后的免疫反应首先关于虾的Toll的报道较多,斑节对虾的对于虾的细胞外因子Spätzle的报道不多,中国明对虾的对于Toll通路的其他一些组件报道也较少,目前研究人员已经分别从中国明对虾体内克隆到了Cactus和MyD88的cDNA序列,中国明对虾的2.2质和肿瘤4周内信系统的mrip-tnf-rIMD信号通路的发现源自于果蝇的一个名为IMD(immunedeficiency)的突变IMD编码一个死亡结构域,该结构域包含的蛋白质和肿瘤坏死因子受体信号通路(TNF-R)中的RIP(receptorinteractingprotein)非常相近。因此,IMD信号通路在某些程度上与脊椎动物的TNF-R信号通路相似。与Toll信号通路主要是应对革兰氏阳性菌、病毒和真菌不同,IMD信号通路主要是参与抗革兰氏阴性菌免疫虾体内的首个IMD是从南美白对虾体内提取得到的在中国明对虾中发现了1个Relish的同系物:目前在虾的体内只发现了IMD2.3jat信号通路调控目前关于JAK/STAT信号通路的信号识别、信号调控以及基因的调控表达的研究成果非常丰富关于虾中JAK/STAT通路的关键元件及功能的报道则非常有限。在虾体内,STAT能够被对虾白斑综合症病毒和肽聚糖诱导上调表达,意味着STAT可能也参与了虾在感染病毒之后的免疫反应,对虾白斑综合症病毒刺激可激活STAT通路对于信号通路调控中起到激活作用或者抑制作用的分子,也有相关报道,一般最为熟知的是细胞因子信号通路抑制因子SOCSs(suppressorofcytokinesignaling)在南美白对虾中,发现了第一个甲壳类动物的IFN调节因子IRF类基因,断言虾可能也拥有类似于脊椎动物IRF-IFN-JAK/STAT的IRF-Vago-JAK/STAT调节轴总而言之,Toll、IMD和JAK/STAT信号通路在虾应对病原感染的免疫应答反应中起到非常重要的作用,但是大部分的研究还只是处于转录层次,研究人员需要在蛋白质层次投入更多的工作。另外,关于每种信号通路的组成元件之间的相互作用也要深入研究。对于IMD和JAK/STAT信号通路,有必要识别更多的组成元件以及元件之间的相互作用。3影响分子的因素这里再介绍一些免疫反应的效应分子。3.1抑制素phbs抑制素PHBs(prohibitin)是一类具有分布广泛性、高度保守性和功能多样性等特点的生物大分子,抑制素PHBs可以分为两大类:PHB1和PHB2在克氏原螯虾中克隆得到一种抑制素PHB1,被检测的6个组织都分别检测到了抑制素PHB1的存在。前期报道3.2prrs基因组学模型很多研究表明,纤维蛋白原类蛋白FREPs(fibrinogen-relatedproteins)具有模式识别受体PRRs类似的功能,参与免疫识别和补体激活。其中研究最集中的纤维蛋白原类蛋白FREPs即纤维胶原素(ficolins)。在人体中,纤维胶原素主要包括M-fiarily(ficolin-1)、L-ficolin(ficolin-2)和H-ficolin(ficolin-3)3.3虾体内的溶菌酶抗菌肽AMP(antimicrobialpeptides)是一类广泛存在于各种生物体内的多肽小分子,它具有较好的水溶性以及抑菌活性,并且在体液免疫中非常重要对虾素最早是在南美白对虾体内被发现的溶菌酶是一种能水解粘多糖的碱性酶。目前,溶菌酶可以分为六大类:(1)C-型溶菌酶;(2)G-型溶菌酶;(3)植物溶菌酶;(4)细菌溶菌酶;(5)T4噬菌体溶菌酶;(6)无脊椎动物溶菌酶,又称Ⅰ-型溶菌酶。无脊椎动物Ⅰ-型溶菌酶是溶菌酶家族的一个新成员,Ⅰ-型溶菌酶最初是在海星中被发现的4湖北省小龙虾养殖情况虾的免疫系统是一个由细胞和这些细胞产生的各种免疫效应分子构成的一个高度复杂的网络湖北省具有养殖小龙虾(克氏原螯虾)的传统,也是小龙虾养殖大省,一直以来小龙虾产量位居全国首位,2017年湖北省小龙虾产量约63.16万t,占全国小龙虾总产量的56%综上所述,随着人们生活品质的提高,虾蟹养殖业作