魚類細胞自噬與炎癥反應：自噬是魚的先天抗病毒反應和防御機制（上）

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在我國農業(yè)中占有舉足輕重的地位，對促進我國經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮重要的作用。然而，集約化養(yǎng)殖模式也給水產(chǎn)行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展帶來諸多問題。其中，魚類疾病暴發(fā)頻繁，種類也日漸增多；且因為漁藥濫用使得魚類疾病愈發(fā)難以治療，甚至會出現(xiàn)魚類的大規(guī)模死亡， 給養(yǎng)殖者帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此，增強魚類免疫防護能力，尋找有效地控制水產(chǎn)養(yǎng)殖病害的新策略，對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展極為重要。

１、魚類的“細胞管家”

魚類作為低等的脊椎動物，先天性免疫是其抵抗病原感染的主要防線，細胞自噬和炎癥反應是先天性免疫的重要組成部分。目前，已報道的多數(shù)魚類病原感染可誘發(fā)魚類細胞自噬，而魚類疾病通常伴有炎癥反應。自噬承擔著“細胞管家”的職責，可以保護細胞免受各種內源性或感染性因素引起的損傷，使受損的細胞器或者入侵的病原體得以降解。因此，自噬是真核細胞維持內環(huán)境穩(wěn)定和實現(xiàn)細胞更新的重要機制。通常情況下，炎癥反應是一個有益的過程，當機體受到病原感染時，免疫系統(tǒng)會作出反應，以遏制并消除病原體對機體的威脅，但當炎癥反應程度失調或持續(xù)時間過久時會引起多種疾病，對機體產(chǎn)生不利影響，所以要防止不必要或過度的炎癥。

目前，高等哺乳動物中的自噬與炎癥反應已有深入研究，二者之間的關系已有相關綜述。魚類中關于此方面的研究雖然出現(xiàn)較晚，但近年來也有了諸多研究性報道。本文就魚類病原感染引起的細胞自噬和炎癥反應以及二者之間相關性研究進行綜述，為通過自噬緩解并消除魚類過度炎癥反應，防治魚類疾病提供參考。

2、細胞自噬概述

自１９６３ 年Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ ｄｅ Ｄｕｖｅ在溶酶體國際會議上提出“ａｕｔｏｐｈａｇｙ”（自噬）一詞以來，這種在真核細胞中普遍存在的降解機制逐漸受到國內外研究者的關注。Ｙｏｓｈｉｎｏｒｉ Ｏｈｓｕｍｉ 因揭示了細胞自噬的發(fā)生機制而獲得了２０１６年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。自噬是一種保守的細胞降解過程，可以清除細胞中受損的細胞器、錯誤折疊的蛋白質和入侵的微生物，并提供營養(yǎng)以維持重要的細胞功能。通常情況下，自噬維持在較低水平，是細胞的一種自我保護機制，在實現(xiàn)物質循環(huán)、維持內穩(wěn)態(tài)等方面發(fā)揮重要作用；應激條件下，例如病原感染和氧化壓力等，自噬活動可能被誘導，以幫助細胞渡過不良環(huán)境。但過度自噬可能導致免疫、代謝等功能障礙，甚至引發(fā)細胞死亡。

2.１自噬分類

根據(jù)底物進入溶酶體途徑的差異可將自噬分為３類：巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬。無特殊指明情況下，通常所說的自噬即巨自噬：需要形成膜結構的自噬體并與溶酶體融合，進而降解底物。微自噬是由溶酶體自身膜結構內陷包裹并降解底物。分子伴侶介導的自噬是在分子伴侶幫助下，底物蛋白質（ 具有ＫＥＦＲＱ 樣基序）通過與溶酶體膜相關蛋白２Ａ（ｌｙｓｏ?ｓｏｍｅ?ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｒｏｔｅｉｎｔｙｐｅ２Ａ.ＬＡＭＰ?２Ａ）結合，進入溶酶體降解過程。

2.２自噬相關基因

自噬發(fā)生的本質是細胞內的膜重排，其具體過程包括：

（１）內質網(wǎng)膜、線粒體膜或細胞質膜的一部分，在自噬信號的刺激下組合成新月狀的分隔膜；

（２）分隔膜包裹底物形成閉合的自噬體；

（３）自噬體與溶酶體進行膜融合；

（４）自噬體所包含底物的降解。

這些過程分別受相應的自噬相關基因嚴格調控。目前，在酵母中已發(fā)現(xiàn) ４０余種Ａｔｇｓ。大多數(shù)自噬相關基因編碼的同源物在酵母和哺乳動物中相當保守。其中，１５個 Ａｔｇｓ為自噬體形成所必需，被確認為“核心”成員。值得一提的是，有些Ａｔｇｓ除了本身的自噬功能之外，還具有非自噬方面的功能，例如Ａｔｇ５、Ａｔｇ１２調控宿主抗病毒天然免疫應答中干擾素的產(chǎn)生，Ａｔｇ１６Ｌ１在炎癥反應方面具有重要的調節(jié)作用 。

2.３相關信號途徑對自噬水平的調控

自噬水平受多種信號途徑調控，其中，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白是自噬調節(jié)的關鍵分子，可通過與Ａｔｇ１編碼的蛋白質結合，抑制細胞自噬的發(fā)生。胞內外各種信號，例如生長因子、能量狀態(tài)、氧含量和氨基酸等，都可以直接或間接通過ｍＴＯＲ整合，從而影響細胞自噬：在ｍＴＯＲ的上游，發(fā)揮激活作用的分子，例如蛋白激酶Ｂ、絲裂原活化蛋白激酶負調控自噬發(fā)生；而發(fā)揮抑制作用的分子，例如腺苷酸活化的蛋白激酶、ｐ５３等促進自噬發(fā)生。

3、魚類病原感染與細胞自噬

自噬能夠完成一系列生理功能，并在維持細胞內穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。魚類細胞自噬研究雖起步較晚，但近些年在病原感染引起的自噬現(xiàn)象及機制、自噬相關基因的表達調控等方面已取得較多進展。自噬作為宿主的一種防御機制，可以抵抗多種病原體的免疫逃逸。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，一些病原體已進化出一系列逃逸甚至策反自噬的機制，以促進自身的復制增殖。因此，自噬在宿主對微生物感染的免疫反應中的作用不能一概而論。同時，不同的魚類病原體對自噬的影響也不同，或誘導或抑制，也有少數(shù)病原感染對細胞自噬水平無明顯影響。

3.１魚類病毒感染與細胞自噬

自噬是一種重要的先天抗病毒反應，關于魚類ＲＮＡ病毒感染與自噬的研究表明：魚類ＲＮＡ病毒感染均可誘導自噬發(fā)生，而魚類細胞自噬對 ＲＮＡ病毒復制的調控，隨病毒種類的不同而存在差異。２０１０年， Ｓｃｈｉｔｚ等人發(fā)現(xiàn)， 鮭傳染性貧血病毒感染大西洋鮭魚細胞誘導自噬，這是關于魚類病毒與細胞自噬領域的首次報道。之后，魚類彈狀病毒科的較多成員與自噬之間的關系被報道，包括鯉春病毒血癥病毒、病毒性出血癥病毒、烏鱧水泡病毒、傳染性造血器官壞死病毒、鱖彈狀病毒。上述病毒感染宿主細胞均可誘導細胞自噬， 且在ＳＶＣＶ、ＶＨＳＶ和ＩＨＮＶ的研究中證實，病毒誘導自噬發(fā)生是基于其糖蛋白而并非病毒的感染復制過程；此外，ＳＶＣＶ和ＳＣＲＶ分別通過調控宿主細胞ＥＲＫ／ｍＴＯＲ和ＰＩ３Ｋ／Ａｋｔ?ｍＴＯＲ通路誘導細胞自噬發(fā)生。除彈狀病毒外，草魚呼腸孤病毒、石斑魚神經(jīng)壞死病毒等魚類ＲＮＡ病毒也可誘導細胞自噬發(fā)生。ＲＧＮＮＶ通過其衣殼蛋白誘導不完全自噬，該過程涉及到了真核生物翻譯起始因子２α亞基、ｍＴＯＲ等蛋白質的磷酸化 。雖然上述病毒感染均誘導自噬發(fā)生，但魚類細胞自噬對病毒復制的調控，因病毒種類的不同而存在差異。有些病毒被自噬的防御和降解功能所抑制，例如ＳＨ?ＶＶ、ＩＨＮＶ、ＳＣＲＶ和ＧＣＲＶ等；而有些病毒在自噬激活之后復制水平上調，例如ＩＳＡＶ 、ＳＶＣＶ和ＲＧＮＮＶ等，這些病毒可能利用了自噬過程的膜性結構作為自身復制增殖的場所。

魚類ＤＮＡ病毒對自噬的影響比較復雜，或誘導或抑制或不影響自 噬。大口黑鱸虹彩病毒、石斑魚虹彩病毒感染鱖魚仔細胞誘導自噬發(fā)生，鱖傳染性脾腎壞死病毒、中國大鯢虹彩病毒和虎紋蛙病毒對ＭＦＦ?１細胞自噬無影響。然而，ＩＳＫＮＶ感染鱖腦細胞卻可誘導自噬，說明細胞系的選擇也可能影響病毒感染與自噬作用關系的判斷。在新加坡石斑魚虹彩病毒的研究中發(fā)現(xiàn)，ＳＧＩＶ通過引起ｐ５３從細胞核到細胞質的轉移，以及編碼與Ａｔｇ５相互作用的病毒蛋白質等策略抑制細胞自噬水平。在今后的研究中，需結合病毒感染時期以及多種細胞系共同驗證病毒引起的自噬變化，而且病毒靶器官敏感細胞系的自噬變化可能更科學地反映機體的真實情況。

3.２魚類細菌感染與細胞自噬

細菌是魚類最常見的病原種類，細菌性疾病可影響各種器官和組織。自噬作為動物體免疫反應的重要組成部分，在防御細菌感染中發(fā)揮重要作用，但部分細菌已經(jīng)進化出相應的機制來實現(xiàn)逃逸或劫持自噬為自身增殖服務。

海洋分枝桿菌是魚類、兩棲類的天然病原體可引起魚結核病。研究發(fā)現(xiàn)，斑馬魚選擇性自噬受體ｐ６２和ＯＰＴＮ基因缺失，增加了斑馬魚胚胎對該菌的易感性，而過表達ｐ６２和ＯＰＴＮ增強了抗細菌自噬并保護宿主免受感染。這一結果為通過增強選擇性自噬，以實現(xiàn)對結核病的治療提供了新的證據(jù)。七鰓鰻是從無脊椎動物到脊椎動物的過渡物種，當七鰓鰻白細胞被大腸桿菌侵染時，可通過自噬和吞噬活動降解該病原菌，證實了自噬在七鰓鰻的先天免疫防御中發(fā)揮積極作用。上述研究表明，自噬可以保護細胞免受細菌感染，同時選擇性自噬受體在細胞抵御細菌感染中也發(fā)揮重要作用，意味著可通過增強選擇性自噬來防控這些細菌性疾病。

然而，也有研究表明，部分細菌通過干擾與自噬相關的過程以逃避或劫持自噬，從而利于自身發(fā)展，在對魚愛德華氏菌的研究中發(fā)現(xiàn)，該菌 感染鯉上皮瘤細胞可通過核苷酸結合寡聚化結構域受體１（ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ?ｂｉｎｄｉｎｇｏｌｉｇｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｄｏ?ｍａｉｎｒｅｃｅｐｔｏｒ１，ＮＯＤ１）作為細胞內傳感器招募Ａｔｇ１６Ｌ１。同時，該菌以雌激素相關受體?α依賴的方式，降低ＮＯＤ１ 和Ａｔｇ１６Ｌ１的ｍＲＮＡ及蛋白質表達水平，表明了該菌逃避或劫持自噬的可能機制。嗜水氣單胞菌可誘導尖齒胡鯰頭腎巨噬細胞內質網(wǎng)應激，抑制線粒體自噬，從而導致線粒體功能障礙，促進線粒體ＲＯＳ產(chǎn)生并使線粒體ＤＮＡ轉位到胞質，激活胱天蛋白酶１（ｃｙｓｔｅｉｎｙｌ ａｓｐａｒｔａｔｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃｐｒｏｔｅｉｎａｓｅ?１，ｃａｓｐａｓｅ?１）和白介素１ｂｅｔａ（ｉｎｔｅｒｌｕｋｉｎ?１ｂｅｔａ，ＩＬ?１β），最終導致細胞凋亡。此外，副溶血弧菌可利用自噬途徑獲取自身利益，該菌可通過誘導自噬逃避細胞吞噬，并利用自噬過程中的營養(yǎng)進行增殖，從而有利于細菌侵染。由此可見，部分細菌可以逃避自噬，也有部分細菌可以通過誘導自噬，操縱宿主細胞降解細胞內蛋白質和細胞器，產(chǎn)生必需氨基酸和輔助因子，從而為細菌自身提供營養(yǎng)。深入研究細菌與宿主細胞自噬之間的博弈機制，將有助于更全面地解析細菌性疾病的發(fā)病機制，并制定相應的治療策略。

西南漁業(yè)網(wǎng)白話解釋：自噬功能，比如當我們少吃或者斷食的時候，可以激發(fā)細胞自噬。自噬是細胞更新和自我進食的過程，就像身體里住了一個掃地機器人，看到垃圾就開動掃地程序。對于水產(chǎn)養(yǎng)殖來說，魚的自噬功能，在當魚有病發(fā)生時，其間少喂料或者暫時投喂，就可以激發(fā)"細胞自噬"來防御病害的再侵入（見下圖：掃地機器人）。

（未完待續(xù)）

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來源：中國生物化學與分子生物學報２０２３年６月。
作者：張云麗，李趁，孔祥會 ?河南師范大學水產(chǎn)學院水產(chǎn)動物疾病控制河南省工程實驗室。
備注：西南漁業(yè)網(wǎng)對內容略有修改并配圖。

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