魚類免疫之起源與應(yīng)答機(jī)理

魚類免疫系統(tǒng)的研究很早，但長(zhǎng)期以來，大多集中于先天性免疫系統(tǒng)的研究，對(duì)于適應(yīng)性免疫系統(tǒng)關(guān)注較少。作為較為低等的脊椎動(dòng)物，魚類雖不具備高等脊椎動(dòng)物的一些免疫器官，如哺乳類的脊髓和淋巴結(jié)，但同高等脊椎動(dòng)物一樣，其免疫系統(tǒng)也由先天性免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)共同組成：魚類對(duì)病原防御的第一道防線是先天性免疫，具有快速性和廣泛性；適應(yīng)性免疫應(yīng)答稍稍滯后，具有專一性、快速性、多樣性及記憶性［１］。

１　適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的起源

在高等脊椎動(dòng)物的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)中，主要組織相容性復(fù)合體ＭＨＣ、免疫球蛋白Ｉｇ以及Ｔ／Ｂ淋巴細(xì)胞受體（ＴＣＲ／ＢＣＲ）是發(fā)揮作用的三個(gè)核心組分［２－３］。過去人們普遍認(rèn)為，適應(yīng)性免疫系統(tǒng)起源于有頷類脊椎動(dòng)物，無頷類脊椎動(dòng)物或者無脊椎動(dòng)物中不存在這些組分［４］。然而，近年來隨著人們對(duì)不同進(jìn)化階段代表性動(dòng)物免疫系統(tǒng)研究的不斷深入，相繼在一些無頷類脊椎動(dòng)物以及無脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的特征。研究發(fā)現(xiàn)，在盲鰻（Ｅｐｔａｔｒｅｕｓ?。猓酰颍纾澹颍⑵喏w鰻（Ｐｅｔｒｏｍｙｚｏｎ?。恚幔颍椋酰螅┑葻o頜類脊椎動(dòng)物中存在一些適應(yīng)性免疫相關(guān)的調(diào)控因子，如Ｔ細(xì)胞受體、ＣＤ類分子及淋巴細(xì)胞成熟調(diào)控因子等，雖然在序列特征上與脊椎動(dòng)物中的同源基因／蛋白有所區(qū)別，且大多數(shù)因子的功能尚未鑒定，但為研究適應(yīng)性免疫系統(tǒng)在無頜類脊椎動(dòng)物中的起源與進(jìn)化提供了關(guān)鍵的線索［５－１０］。近年，在無脊椎動(dòng)物果蠅、蝸牛及原索動(dòng)物 文昌 魚（Ｂｒａｎｃｈｉｏｓｔｏｍａ?。猓澹欤悖瑁澹颍椋┲邢嗬^發(fā)現(xiàn)了類似哺乳動(dòng)物的抗原識(shí)別分子及抗原－抗體反應(yīng)現(xiàn)象。因此有學(xué)者認(rèn)為，這些現(xiàn)象應(yīng)該代表了適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的早期發(fā)育階段［１１－１５］。這一結(jié)論目前尚需證據(jù)支持。適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的功能通過產(chǎn)生大量不同的抗體得以實(shí)現(xiàn)，而抗體的產(chǎn)生需要經(jīng)過免疫球蛋白胚系基因的重排，這給來源于不同生物體的免疫球蛋白之間的序列對(duì)比造成了困難，因此，適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的起源問題始終是撲朔迷離。但目前可以肯定的是，雖然無頷類脊椎動(dòng)物或者無脊椎動(dòng)物針對(duì)病原體可以做出相應(yīng)的保護(hù)行為，但只有有頜類脊椎動(dòng)物才具有充分發(fā)育的“適應(yīng)性”免疫系統(tǒng)，能針對(duì)反復(fù)的侵襲做出免疫應(yīng)答。

２　適應(yīng)性免疫應(yīng)答

雖然在兼具先天性免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的脊椎動(dòng)物中，魚類最為低等，其免疫系統(tǒng)也并不完善，但也具有了適應(yīng)性免疫應(yīng)答的兩種類型，即Ｂ淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫和Ｔ淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫。目前對(duì)魚類適應(yīng)性免疫應(yīng)答機(jī)制的研究，已經(jīng)進(jìn)入了基因水平。研究發(fā)現(xiàn)，無論是體液免疫還是細(xì)胞免疫，均經(jīng)過了嚴(yán)密的控制和精細(xì)的調(diào)節(jié)，其應(yīng)答過程可分為抗原識(shí)別、加工及呈遞階段，免疫細(xì)胞的活化增殖和分化階段，以及效應(yīng)分子或細(xì)胞對(duì)非己分子或細(xì)胞的清除階段。

２．１　體液免疫

魚類的體液免疫包括兩種類型，一類是由溶菌酶、補(bǔ)體等體液因子參與的先天性免疫，另一類是由Ｂ細(xì)胞介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫。筆者著重介紹由Ｂ細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫。體液免疫主要由存在于血液和黏膜分泌物中的抗體所介導(dǎo)的免疫應(yīng)答過程。當(dāng)魚類經(jīng)病毒、細(xì)菌等抗原感染刺激后，Ｂ淋巴細(xì)胞通過對(duì)抗原的識(shí)別，經(jīng)分化、增殖過程，產(chǎn)生漿細(xì)胞，分泌抗體、消滅抗原。Ｂ淋巴細(xì)胞是體液免疫應(yīng)答的主要效應(yīng)細(xì)胞，在魚類的主要免疫器官———頭腎中發(fā)育形成，頭腎還是捕獲抗原和產(chǎn)生抗體的主要場(chǎng)所。目前相關(guān)的研究主要集中在大西洋鱈（Ｇａｄｕｓ?。恚铮颍瑁酰螅Ⅴ庺~（Ｃｙｐｒｉｎｕｓ?。悖幔颍穑椋铮?、花狼鳚（Ａｎａｒｈｉｃｈａｓ　ｍｉｎｏｒ）、斑 馬 魚 （Ｄａｎｉｏ?。颍澹颍椋铮?、大 菱 鲆 （Ｓｃｏｐｈｔｈａｌｍｕｓｍａｘｉｍｕｓ）等。魚類的Ｂ淋巴細(xì)胞分化、成熟及其應(yīng)答過程均與高等脊椎動(dòng)物相似［１６－２１］。但也有研究表明，它識(shí)別抗原的方式或許與高等脊椎動(dòng)物不同，目前，已有部分研究支持此結(jié)論［２２－２４］。此外，魚類的Ｂ細(xì)胞具有巨噬細(xì)胞的部分功能，可對(duì)侵襲的細(xì)菌進(jìn)行吞噬。給魚體注射或者服用脂多糖可促進(jìn)Ｂ淋巴細(xì)胞的吞噬活性［２５－２７］。引發(fā)魚類體液免疫反應(yīng)的抗原多為分子量相對(duì)較大的蛋白質(zhì)和多糖等，如病毒顆粒和細(xì)菌表面大都帶有此類抗原?？乖停录?xì)胞表面受體的種類非常多。當(dāng)一種抗原侵入體內(nèi)時(shí)，它會(huì)直接結(jié)合在適合于其形狀的Ｂ細(xì)胞表面受體上。當(dāng)Ｂ細(xì)胞在連續(xù)受到這種帶有互補(bǔ)決定簇的抗原刺激后，即引發(fā)體液免疫反應(yīng)［２８］?？贵w即免疫球蛋白在Ｂ淋巴細(xì)胞中合成，主要以分泌形式存在于血液和皮膚、腸等其他體液中（分泌性免疫球蛋白，ＳＩｇ），或者作為抗原受體結(jié)合于細(xì)胞膜上（膜表面免疫球蛋白，ＭＩｇ），具有高親和性和高特異性［２９］。免疫球蛋白分子由多條異源性多肽鏈組成，其中分子量較大的為重鏈（Ｈ），分子量較小的為輕鏈（Ｌ）。Ｈ鏈和Ｌ鏈靠近Ｎ端的區(qū)域序列變化很大，稱為可變區(qū)（Ｖ區(qū)）；靠近Ｃ端的氨基酸序列相對(duì)比較穩(wěn)定，稱為恒定區(qū)（Ｃ區(qū)）。根據(jù)Ｈ鏈Ｃ區(qū)結(jié)構(gòu)的不同，可將Ｉｇ劃分為多種類型。哺乳動(dòng)物具有ＩｇＭ、ＩｇＧ、ＩｇＡ、ＩｇＤ、ＩｇＥ　５種類型。據(jù)目前研究，魚類同種型抗體主要為免疫球蛋白ＩｇＭ，此外還發(fā)現(xiàn)了ＩｇＤ［鱈 魚、大 西 洋 鮭 （Ｓａｌｍｏ?。螅幔欤幔颍⒀?鲆（Ｐａｒａｌｉｃｈｔｈｙｓ?。铮欤椋觯幔悖澹酰螅?、ＩｇＺ（斑馬魚）、ＩｇＴ（鮭）及ＩｇＨ等。其中，ＩｇＴ為ＩｇＭ與ＩｇＺ的嵌合體，ＩｇＨ與其他脊椎動(dòng)物的Ｉｇ基因的結(jié)構(gòu)差異較大，均為抗體的組成成分。目前，對(duì)于魚類中存在一類還是兩類ＩｇＭ多聚體尚有爭(zhēng)議，有待于更加精確的分子免疫學(xué)手段驗(yàn)證［３０－３６］。免疫球蛋白的表達(dá)受多種因素的影響?？乖膭┝?、性質(zhì)及接種方式的不同決定了免疫接種途徑的不同和Ｉｇ的表達(dá)水平［３７－３９］。此外，機(jī)體本身的屬性如魚的性別、年齡、質(zhì)量、生理狀態(tài)等對(duì)抗體的產(chǎn)生亦有影響。環(huán)境方面的影響因素主要包括溫度、光照、鹽度以及環(huán)境脅迫等。如 太 平 洋 鯡（Ｃｌｕｐｅａ?。穑幔欤欤幔螅椋┭逯械模桑纾蜐舛扰c其年齡及病原菌的感染程度有很強(qiáng)的相關(guān)性［４０－４１］。近年來，硬骨魚類體液免疫的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。但目前尚有許多尚待解決的問題，如不同來源的免疫球蛋白之間的關(guān)系，其作用機(jī)制等，有待于進(jìn)一步探討。

２．２　細(xì)胞免疫

細(xì)胞免疫主要是指Ｔ淋巴細(xì)胞及其產(chǎn)生的淋巴因子所介導(dǎo)的免疫應(yīng)答過程。當(dāng)抗原侵襲時(shí)，Ｔ淋巴細(xì)胞表面的受體與抗原提呈細(xì)胞表面的抗原肽－ＭＨＣ復(fù)合物特異性地結(jié)合，識(shí)別抗原，然后Ｔ細(xì)胞進(jìn)一步活化、增殖和分化為效應(yīng)Ｔ淋巴細(xì)胞，執(zhí)行細(xì)胞免疫功能，消除抗原。在細(xì)胞免疫應(yīng)答過程中，Ｔ淋巴細(xì)胞是具有關(guān)鍵作用的效應(yīng)細(xì)胞。在高等脊椎動(dòng)物中，已鑒定出ＣＤ４＋和ＣＤ８＋兩類表面標(biāo)記和表達(dá)譜均不相同的Ｔ細(xì)胞亞群，其中ＣＤ８＋為細(xì)胞毒性Ｔ細(xì)胞，為細(xì)胞免疫的主要效應(yīng)細(xì)胞，而ＣＤ４＋為輔助性Ｔ細(xì)胞，幾乎參與了所有的免疫應(yīng)答過程。魚類Ｔ細(xì)胞表面不具備類似哺乳動(dòng)物的有效標(biāo)記，目前尚不能確定細(xì)胞免疫應(yīng)答完全依賴于Ｔ淋巴細(xì)胞。但根據(jù)最近幾年來的研究進(jìn)展，尤其是通過一些轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)分析，推測(cè)魚類的Ｔ細(xì)胞功能應(yīng)該類似于高等脊椎動(dòng)物［４２－４５］。在特異性免疫應(yīng)答過程中，許多淋巴因子起到了重要作用，如白細(xì)胞介素２。它是初始Ｔ細(xì)胞產(chǎn)生的最重要的細(xì)胞因子，調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞的活化、增殖和分化。而穿孔素和顆粒酶是細(xì)胞毒性Ｔ細(xì)胞在細(xì)胞漿內(nèi)產(chǎn)生的膜結(jié)合型顆粒物質(zhì)。穿孔素是一種成孔蛋白，可對(duì)靶細(xì)胞打孔，顆粒酶是一組絲氨酸酯酶，二者共同作用可令靶細(xì)胞發(fā)生凋亡，暴露出抗原，被抗體消滅［４６－４８］。近年來，一些參與抗原呈遞過程的關(guān)鍵分子，如ＭＨＣ?。伞ⅲ桑?、ＴＣＲ、ＣＤ３、ＣＤ４、ＣＤ８等及一些關(guān)鍵的細(xì)胞因子如ＩＬ－８、１２、１８等在魚類中相繼發(fā)現(xiàn)，其生物學(xué)活性也已確認(rèn)，說明魚類可能具有類似于高等脊椎動(dòng)物的Ｔ細(xì)胞應(yīng)答過程［４９－５３］。

３　體液免疫和細(xì)胞免疫之間的關(guān)系

目前的研究表明，由Ｂ淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫和Ｔ淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫在許多方面既有分工，又有相互的配合。體液免疫和細(xì)胞免疫具有許多不同的特征。首先，作用對(duì)象不同。體液免疫清除的是游離在寄主細(xì)胞外的抗原及其產(chǎn)生的有毒物質(zhì)；而細(xì)胞免疫則摧毀侵入到寄主細(xì)胞內(nèi)的病毒、胞內(nèi)寄生菌或外來的組織團(tuán)塊、癌變的細(xì)胞等。其次，二者作用方式不同。體液免疫是通過效應(yīng)Ｂ細(xì)胞（漿細(xì)胞）分泌抗體，并與抗原發(fā)生特異性結(jié)合從而清除抗原；而細(xì)胞免疫則是通過效應(yīng)Ｔ細(xì)胞（殺傷Ｔ細(xì)胞）分泌穿孔素使靶細(xì)胞溶解死亡，抗原隨之被除去。然而，體液免疫和細(xì)胞免疫又需要相互配合，共同發(fā)揮免疫效應(yīng)。當(dāng)細(xì)菌、病毒等病原體入侵機(jī)體時(shí)，Ｔ細(xì)胞無法直接識(shí)別抗原，首先誘發(fā)體液免疫，只有當(dāng)病毒等小分子抗原侵染到寄主細(xì)胞的表面，與細(xì)胞表面的受體結(jié)合成復(fù)合物時(shí)，Ｔ細(xì)胞才能識(shí)別，進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞免疫應(yīng)答，使靶細(xì)胞裂解、凋亡，暴露出隱藏其中的病原體，再通過體液免疫將其清除。而如果病原體不是胞內(nèi)寄生物，則只能誘發(fā)體液免疫［５４－５５］。雖然，目前關(guān)于魚類適應(yīng)性免疫應(yīng)答的機(jī)制還不十分清楚，不同魚類之間免疫系統(tǒng)的形態(tài)也千差萬別，但近年來魚類免疫相關(guān)基因的表達(dá)分析和功能研究發(fā)現(xiàn)，雖然從魚類進(jìn)化到高等脊椎動(dòng)物需要經(jīng)歷長(zhǎng)期的演變過程，但免疫系統(tǒng)的大部分功能還相當(dāng)保守。因此，借鑒于高等脊椎動(dòng)物免疫系統(tǒng)的研究方法，可以推進(jìn)魚類免疫學(xué)體系的建立。

４　結(jié)語與展望

魚類是比較低等的脊椎動(dòng)物，雖然同高等脊椎動(dòng)物一樣，也具備了先天性免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，但在抵御抗原侵襲過程中先天性免疫系統(tǒng)發(fā)揮了更為重要的作用，這也導(dǎo)致了目前魚類適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)十分薄弱。近年來，為了揭示在人類等高等脊椎動(dòng)物免疫學(xué)研究過程中許多無法解釋或追蹤的科學(xué)問題，發(fā)育與比較免疫學(xué)悄然興起，成為當(dāng)今國(guó)際生命科學(xué)的重要前沿研究領(lǐng)域。隨著分子生物學(xué)、基因組學(xué)以及蛋白質(zhì)組學(xué)等技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)魚類適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的應(yīng)答因子及網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)等方面的研究產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用，相關(guān)的研究成果相繼出現(xiàn)。

迄今為止，人們對(duì)魚類胸腺的起源和退化的機(jī)理以及適應(yīng)性免疫應(yīng)答的調(diào)控因子和分子機(jī)理等問題還不甚清楚。因此，未來的研究方向不應(yīng)僅僅滿足于對(duì)基因的克隆和表達(dá)分析，更應(yīng)深入到免疫分子的結(jié)構(gòu)功能以及信號(hào)途徑等層面上來。