魚類免疫系統(tǒng)研究概況

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

因此,了解魚類免疫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,對于開發(fā)新技術(shù)和新品種以提高魚體的抗病能力至關(guān)重要。文章總結(jié)了魚類免疫系統(tǒng)的研究進展,以期為更深入了解魚類免疫應(yīng)答規(guī)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(tǒng)細(xì)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(gòu)成最大區(qū)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(guān)淋巴組織(MALT)等[5]。

胸腺:魚類的胸腺可以促進淋巴細(xì)胞的增殖,分泌相關(guān)激素,從而增強魚體的免疫調(diào)節(jié)能力,是一種重要的中樞免疫器官。在發(fā)育過程中,胸腺可最先獲得成熟的淋巴細(xì)胞,而后與頭腎逐漸靠攏[6]。魚類胸腺大體可劃分為內(nèi)區(qū)、中區(qū)和外區(qū),其中內(nèi)區(qū)與中區(qū)為魚體T淋巴細(xì)胞的成熟和分化提供重要場所,并將成熟的T細(xì)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(rèn)為是一種高度異質(zhì)性器官。除了實現(xiàn)造血功能外,前腎還起著內(nèi)分泌腺的作用,能自主分化為紅細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和多種粒細(xì)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(jié)相似的免疫系統(tǒng),可以直接產(chǎn)生相應(yīng)的免疫細(xì)胞,能夠抵抗外來病原體的侵襲[8]。

脾臟:脾臟是魚體內(nèi)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(yīng)足夠的血液及大量的免疫細(xì)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(wěn)定的淋巴組織,具有清除大分子物質(zhì),降解和加工抗原以及產(chǎn)生抗體等功能。

黏膜相關(guān)淋巴組織:主要位于機體黏液組織的淋巴細(xì)胞生發(fā)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(jié)構(gòu),故稱為黏膜相關(guān)淋巴組織。當(dāng)魚體受到外源性因素的刺激時,產(chǎn)生了許多針對巨噬細(xì)胞處理的抗原特異的抗體分子。與其它免疫因子相結(jié)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(xì)胞免疫

魚類的免疫細(xì)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(nèi)外對于魚體免疫細(xì)胞的相關(guān)研究也有報道。吳璇等[10]發(fā)現(xiàn)靈芝多糖可以有效提高魚機體免疫細(xì)胞活性。草魚IL-2可以調(diào)控免疫細(xì)胞功能,對免疫細(xì)胞具有積極的保護作用[11]。藥用草藥可以提高免疫細(xì)胞的參數(shù),從而提高機體免疫能力[12]。因此,免疫細(xì)胞的數(shù)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(nèi)可以進行非特異性免疫反應(yīng)的吞噬細(xì)胞以及能夠產(chǎn)生自身特異性免疫反應(yīng)的淋巴細(xì)胞都屬于免疫細(xì)胞。這兩種免疫細(xì)胞在機體的免疫調(diào)控中起著至關(guān)重要的作用。

淋巴細(xì)胞是一種白細(xì)胞,它是機體免疫應(yīng)答中的一種重要的細(xì)胞組成。與高等脊椎動物一樣,魚類中的B淋巴細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞協(xié)同發(fā)生適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)。T淋巴細(xì)胞起著調(diào)節(jié)機體免疫功能的作用,B淋巴細(xì)胞則起著調(diào)節(jié)機體體液免疫的作用。在特定的免疫應(yīng)答階段,B淋巴細(xì)胞的功能是產(chǎn)生抗體,以特異性地方式結(jié)合病原體,并標(biāo)記它們從而被免疫系統(tǒng)清除。T淋巴細(xì)胞主要作為其他免疫細(xì)胞反應(yīng)的協(xié)調(diào)者,并作為效應(yīng)細(xì)胞直接殺死被感染或標(biāo)記的細(xì)胞。

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

3 體液免疫因子

在魚體免疫系統(tǒng)中,當(dāng)抗原進入機體時,非特異性免疫系統(tǒng)就會發(fā)揮作用,產(chǎn)生相應(yīng)的抗體;而當(dāng)抗原進入機體后,特異性免疫系統(tǒng)則會立即產(chǎn)生相應(yīng)的淋巴細(xì)胞與抗體,對抗原進行清除。它的兩個系統(tǒng)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(chǔ)。

抗體:抗體是指當(dāng)機體在遭遇抗原刺激下,一種由淋巴細(xì)胞分泌的能夠與相應(yīng)的抗原特異性結(jié)合的免疫球蛋白,是一種重要的免疫調(diào)節(jié)因子,參與B淋巴細(xì)胞向漿細(xì)胞轉(zhuǎn)化,可增強體液免疫反應(yīng)。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(yīng)。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(xì)胞、鰓和皮膚上具有抗粘附素功能,防止細(xì)菌粘附;中和無數(shù)細(xì)菌產(chǎn)生的毒素,避免細(xì)菌滲入未受保護的細(xì)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(jié)合細(xì)菌細(xì)胞膜上的脂質(zhì)分子或蛋白質(zhì)分子而發(fā)揮抗菌作用?？咕木哂蟹浅V泛的生物學(xué)功能,其對于脊椎動物的先天性免疫反應(yīng)(包括黏膜免疫系統(tǒng))具有調(diào)節(jié)作用,特別是在黏膜感染及黏膜損傷時。當(dāng)魚體受到微生物刺激或損傷時,機體可以快速產(chǎn)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(xì)菌及病毒等免疫過程中、腫瘤細(xì)胞分化和細(xì)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(xì)胞和單核細(xì)胞的胞質(zhì)中,對病原細(xì)胞壁產(chǎn)生有效的侵襲。研究發(fā)現(xiàn),魚體內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(tǒng)可以參與特異性和非特異性免疫反應(yīng),是魚類免疫系統(tǒng)中重要的組成部分。研究發(fā)現(xiàn),尼羅羅非魚的補體系統(tǒng)分析可以作為水質(zhì)和魚類總體健康狀況的生物標(biāo)志物,是一種重要的免疫學(xué)指標(biāo)[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(tǒng)由30多種血漿和細(xì)胞組成的蛋白質(zhì)組成。這些蛋白一旦被激活,補體系統(tǒng)能夠發(fā)揮重要的免疫功能,如調(diào)理、裂解炎癥、調(diào)節(jié)先天和適應(yīng)性免疫反應(yīng)。

4 結(jié)語

綜上所述,由于抗生素的長期使用會造成水體環(huán)境惡化、水質(zhì)污染嚴(yán)重,在水產(chǎn)動物中不斷積累從而產(chǎn)生耐藥性,甚至嚴(yán)重危害到人體的健康。因此,深入了解魚類免疫應(yīng)答規(guī)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(guān)重要。為了更好地預(yù)防和控制魚類疾病的爆發(fā),提高水產(chǎn)品質(zhì)量安全水平。深入了解魚類免疫系統(tǒng),基于魚體抗病毒天然免疫應(yīng)答機理,以天然免疫反應(yīng)負(fù)調(diào)控因子作為分子靶點,應(yīng)用基因編輯技術(shù)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(chǎn)養(yǎng)殖病害防控具有一定現(xiàn)實意義,是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展的重要方向。