魚類免疫系統研究概況

趙 露

(天津農學院水產學院,天津 300384)

近年來,采用生態養殖、化學藥物和中草藥等防治魚病,效果并不理想。由于養殖規模的擴大,導致魚類疾病的大面積爆發,因此大量使用抗生素等藥物來應對魚類疾病的產生。由于長期大量使用抗生素等化學藥品,以及飼料中部分抗營養因素的影響,導致了魚體自身免疫系統的損傷,從而導致魚體對疾病的抵抗力顯著下降[1]。同時,部分細菌也開始產生耐藥性,這使得抗生素等藥物失效,宿主細胞的吞噬能力顯著降低[2]。在病原菌的作用下,養殖魚類會出現大范圍的炎癥反應,而目前常用的藥物治療手段效果不佳,甚至會造成魚類疾病爆發[3]。大量病魚腐爛污染水質,對養殖業綠色發展造成極大危害[4]。此外,由于疾病爆發導致魚類大量死亡,養殖企業會面臨巨大經濟損失,而其養殖經濟效益也會因此大打折扣。

因此,了解魚類免疫系統的結構和功能,對于開發新技術和新品種以提高魚體的抗病能力至關重要。文章總結了魚類免疫系統的研究進展,以期為更深入了解魚類免疫應答規律,從而更好的防治各種條件性致病菌引起的魚類感染提供參考。

1 免疫組織與器官

魚類免疫組織與器官對免疫系統細胞的分化和成熟具有重要作用。魚類和哺乳類動物的免疫器官構成最大區別在于,魚類沒有骨髓,也沒有淋巴。其免疫器官主要包括胸腺、腎臟、脾臟和黏膜相關淋巴組織(MALT)等[5]。

胸腺:魚類的胸腺可以促進淋巴細胞的增殖,分泌相關激素,從而增強魚體的免疫調節能力,是一種重要的中樞免疫器官。在發育過程中,胸腺可最先獲得成熟的淋巴細胞,而后與頭腎逐漸靠攏[6]。魚類胸腺大體可劃分為內區、中區和外區,其中內區與中區為魚體T淋巴細胞的成熟和分化提供重要場所,并將成熟的T細胞釋放到外周血中[7]。

腎臟:腎臟是魚類最主要的淋巴組織,被認為是一種高度異質性器官。除了實現造血功能外,前腎還起著內分泌腺的作用,能自主分化為紅細胞、淋巴細胞和多種粒細胞。在后腎中,與前腎不同,具有完成過濾和排泄功能。同時,魚類腎臟還具有與哺乳動物淋巴結相似的免疫系統,可以直接產生相應的免疫細胞,能夠抵抗外來病原體的侵襲[8]。

脾臟:脾臟是魚體內重要的免疫器官,具有造血和儲血功能。它由紅髓和白髓組成,能為魚類機體供應足夠的血液及大量的免疫細胞。在硬骨魚類中,一般僅有一個脾臟,靠近胃部或腸部,是一種較為穩定的淋巴組織,具有清除大分子物質,降解和加工抗原以及產生抗體等功能。

黏膜相關淋巴組織:主要位于機體黏液組織的淋巴細胞生發中心,廣泛存在于魚類的皮膚、鰓和消化道等上皮組織中,是魚類除上述免疫器官外的另一個重要免疫器官[9]。由于其不具有完整的淋巴結構,故稱為黏膜相關淋巴組織。當魚體受到外源性因素的刺激時,產生了許多針對巨噬細胞處理的抗原特異的抗體分子。與其它免疫因子相結合,可以增強機體的免疫力,從而保護和抵御機體不受病原微生物的侵害。

2 細胞免疫

魚類的免疫細胞主要分布于魚體免疫器官和組織以及血液和淋巴液中。國內外對于魚體免疫細胞的相關研究也有報道。吳璇等[10]發現靈芝多糖可以有效提高魚機體免疫細胞活性。草魚IL-2可以調控免疫細胞功能,對免疫細胞具有積極的保護作用[11]。藥用草藥可以提高免疫細胞的參數,從而提高機體免疫能力[12]。因此,免疫細胞的數目和分布情況在某種意義上反映出機體免疫功能的強弱。在機體內可以進行非特異性免疫反應的吞噬細胞以及能夠產生自身特異性免疫反應的淋巴細胞都屬于免疫細胞。這兩種免疫細胞在機體的免疫調控中起著至關重要的作用。

淋巴細胞是一種白細胞,它是機體免疫應答中的一種重要的細胞組成。與高等脊椎動物一樣,魚類中的B淋巴細胞和T淋巴細胞協同發生適當的免疫反應。T淋巴細胞起著調節機體免疫功能的作用,B淋巴細胞則起著調節機體體液免疫的作用。在特定的免疫應答階段,B淋巴細胞的功能是產生抗體,以特異性地方式結合病原體,并標記它們從而被免疫系統清除。T淋巴細胞主要作為其他免疫細胞反應的協調者,并作為效應細胞直接殺死被感染或標記的細胞。

魚類的吞噬細胞主要由單核細胞、粒細胞、巨噬細胞和自然殺傷細胞等組成。其中,單核細胞是魚類的天然免疫系統,在抗菌、抗病毒和吞噬等方面發揮著重要作用。粒細胞和巨噬細胞也是魚類的主要免疫細胞,可通過分泌細胞因子、參與抗體產生等方式發揮免疫調節功能。研究發現,半滑舌鰨和鯉魚的粒細胞在體外被細菌、真菌或病毒抗原刺激時會產生一種抗菌效應物,從而達到抑菌的效果[13]。

3 體液免疫因子

在魚體免疫系統中,當抗原進入機體時,非特異性免疫系統就會發揮作用,產生相應的抗體;而當抗原進入機體后,特異性免疫系統則會立即產生相應的淋巴細胞與抗體,對抗原進行清除。它的兩個系統都包含著不同的體液免疫分子[14]。非特異性免疫因子和特異性免疫因子是魚類體液免疫因子的重要組成部分。它們是維持機體正常免疫功能的重要分子基礎。

抗體:抗體是指當機體在遭遇抗原刺激下,一種由淋巴細胞分泌的能夠與相應的抗原特異性結合的免疫球蛋白,是一種重要的免疫調節因子,參與B淋巴細胞向漿細胞轉化,可增強體液免疫反應。目前研究人員已從許多魚類中分離得到免疫球蛋白IgM,能參與魚類的特異性免疫反應。此外,在某些魚類中觀察到了其他免疫球蛋白,如IgD、IgZ和IgT等?？贵w具有多種功能,如在魚的上皮細胞、鰓和皮膚上具有抗粘附素功能,防止細菌粘附;中和無數細菌產生的毒素,避免細菌滲入未受保護的細胞。

抗菌肽:抗菌肽(AMPs)是一類由21～35個氨基酸殘基組成的多肽,能夠特異性識別并結合細菌細胞膜上的脂質分子或蛋白質分子而發揮抗菌作用?？咕木哂蟹浅V泛的生物學功能,其對于脊椎動物的先天性免疫反應(包括黏膜免疫系統)具有調節作用,特別是在黏膜感染及黏膜損傷時。當魚體受到微生物刺激或損傷時,機體可以快速產生抗菌肽,從而抵御微生物及其病原菌的侵襲,在機體防御細菌及病毒等免疫過程中、腫瘤細胞分化和細胞凋亡方面有重要作用[15]。

溶菌酶:溶菌酶主要分布于魚的體表、血清、腸道黏液、吞噬細胞和單核細胞的胞質中,對病原細胞壁產生有效的侵襲。研究發現,魚體內溶菌酶含量可隨年齡和性別變化,幼魚的溶菌酶含量高于成魚,幼魚中的活性最高,隨著成魚體內溶菌酶含量的減少,其活性逐漸降低[16]。因此,對魚類進行定期的免疫注射可有效地提高體內溶菌酶的水平。溶菌酶可以作為免疫佐劑來提高免疫效果,如在飼料中添加0.05%～0.08%溶菌酶,對提高魚類的免疫力具有良好的效果[17];此外,利用溶菌酶作為免疫佐劑還能提高機體對病原菌的抗性[18]。

補體:魚類的補體系統可以參與特異性和非特異性免疫反應,是魚類免疫系統中重要的組成部分。研究發現,尼羅羅非魚的補體系統分析可以作為水質和魚類總體健康狀況的生物標志物,是一種重要的免疫學指標[19]。在魚類中,已鑒定出幾種補體蛋白,并與哺乳動物的補體蛋白同源。補體系統由30多種血漿和細胞組成的蛋白質組成。這些蛋白一旦被激活,補體系統能夠發揮重要的免疫功能,如調理、裂解炎癥、調節先天和適應性免疫反應。

4 結語

綜上所述,由于抗生素的長期使用會造成水體環境惡化、水質污染嚴重,在水產動物中不斷積累從而產生耐藥性,甚至嚴重危害到人體的健康。因此,深入了解魚類免疫應答規律,從而更好地防治各種條件性致病菌引起的魚類感染至關重要。為了更好地預防和控制魚類疾病的爆發,提高水產品質量安全水平。深入了解魚類免疫系統,基于魚體抗病毒天然免疫應答機理,以天然免疫反應負調控因子作為分子靶點,應用基因編輯技術選育新的抗病性魚類新品種,從而增強魚體自身抵御病原微生物侵襲的能力,這對水產養殖病害防控具有一定現實意義,是水產養殖業綠色發展的重要方向。