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禽类法氏囊结构与功能发育研究进展

2014-04-15周永蔚

家畜生态学报 2014年12期
关键词:禽类法氏囊滤泡

周永蔚,陈 忠

(热带动植物生态学教育部重点实验室,海南师范大学,海南海口571158)

法氏囊(Brusa of Fabricius,BF)为鸟类特有的中枢免疫器官,从胚胎期便开始发育,通常在个体性成熟后逐渐退化。禽类体内唯一能产生抗体的B淋巴细胞,是在BF 中分化、成熟的,分化完全的B淋巴细胞继而从BF 中迁移至外周免疫器官,并执行其重要的免疫功能。近年来,随着禽类养殖业的发展和研究的深入,对BF 这一重要器官的研究已经不再局限于组织形态的发育,更着重从细胞分子水平上研究其生理功能,这对动物生产以及相关疫病的防治具有重要的意义。

1 法氏囊的组织结构与发生退化

1.1 法氏囊组织结构

禽类BF一般呈空囊样结构,位于泄殖腔背侧,通过一小管与泄殖腔相连接,也有报道称非洲鸵鸟BF位于泄殖道和粪道后段的背侧,呈圆形囊状穹窿,不形成真正的囊[1]。BF 的结构与消化道结构相似,从内到外分别为:粘膜层、粘膜下层、肌层和浆膜层;粘膜结缔组织组成的褶皱通常由两层BF 滤泡构成,而BF的发育主要在于滤泡的发育。

1.2 法氏囊的发生与退化

BF发生较早,由早期胚胎内胚层分化形成,但BF结构发育完善则是在孵化后。国外学者研究发现,粘膜上皮细胞在鸡胚胎BF 原基出现的时间为鸡胚胎形成后的4~5d(E4-E5),造血细胞定植在BF中的时间是在E6.5~E14,于E12~E14形成淋巴滤泡,而在E15 进行了滤泡相关上皮细胞的分化,滤泡皮质区发育的完善则是在孵化后[2-3]。Islam 等[4]在研究孟加拉原鸡淋巴器官中免疫球蛋白阳性细胞的发育时,发现IgM 阳性淋巴细胞在BF中首次出现的时间为E10,IgG 阳性淋巴细胞在BF最早出现的时间为E20,而在胚胎期未观察到IgA 阳性淋巴细胞的出现。王莹等[5]在对12~19胚龄的鸡胚和1日龄的雏鸡BF进行组织学动态连续观察时发现,雏鸡1日龄BF 黏膜皱襞中淋巴滤泡数量相比胚胎时期明显增多,滤泡内细胞数量也显著增多,但滤泡皮质和髓质界限不清,进一步研究发现皮质和髓质的完全发育是在孵化后。因此,BF组织结构及功能的完善在胚胎阶段并没有完成,而是在后天进一步分化和完善的[6-7]。

BF与胸腺类似,在禽类性成熟后逐渐退化消失,而对于BF退化的具体机制现今还未知。BF 作为B淋巴细胞成熟与分化的场所,而B 淋巴细胞一旦成熟便会迁出BF进入外周免疫器官行使其免疫功能。因此,一旦完成了B 淋巴细胞成熟分化的使命,BF可能因对机体不再“重要”而逐渐退化。也有学者认为,BF的退化可能与BF中某些激素含量的减少有关。Méndez等[8]在研究BF 发育是否与生长激素有关的实验中,发现并认为法氏囊中生长激素的减少可能与法氏囊的退化有关。

2 法氏囊生理功能发育

BF生理功能发育主要在于B 淋巴细胞的发育以及一些免疫活性因子的分泌。B淋巴细胞的正常发育是机体进行免疫应答的前提,而BF 中免疫活性因子的分泌则是确保BF结构和功能良好发育的重要保障。

2.1 B淋巴细胞的发育

BF作为禽类特有的免疫器官,同时也是B 淋巴细胞成熟和分化的部位,其功能与体液免疫相关。B细胞分化成熟可分为两个阶段:非依赖抗原物质刺激的分化阶段和依赖抗原物质刺激的分化阶段[7]。非依赖抗原物质刺激的分化阶段指从骨髓来的淋巴干细胞经血液循环流经BF,在BF 中相关因子的作用下,诱导分化为干细胞,再进一步分化为前体B淋巴细胞,此时前体B 淋巴细胞定位在BF 滤泡中的髓质,然后变小并在皮质中进一步成熟分化为B淋巴细胞;最后通过循环系统从BF离开,迁移至外周淋巴组织如脾脏、盲肠、扁桃体和其他淋巴组织中定居,并且继续增殖。依赖抗原物质刺激的分化阶段则是当B 淋巴细胞遭受抗原物质的刺激后迅速增生,转变为浆细胞产生相应的抗体参与体液免疫的过程。

2.2 BF中存在的免疫活性因子

存在于BF中的免疫活性因子主要为从BF 组织液提取的活性肽和细胞因子。目前提取出的BF活性肽大多由10个以下的氨基酸分子组成,分子量一般不超过5kD;现今对于BF 活性肽的认识还仅局限于其对机体免疫功能有一定的促进作用,而对于具体的分子机制知之甚少。而细胞因子分子量大多数大于10kD,多由100左右个氨基酸分子组成,且细胞因子往往是需要与靶细胞上的特异性受体结合来实现其生物学效应。

2.2.1 BF活性肽 三肽囊素(Bursin)是氨基酸序列为Lys-His-Gly-NH2的一种三肽,由鸡BF 提取液纯化所得,也是最早发现存在于BF 中的活性肽。三肽囊素可促进BF 中滤泡及B 淋巴细胞的发育、增殖,进而提高抗体水平,增强机体免疫力。Otsubo等[9]通过免疫组织化学技术对BF 中三肽囊素进行定位,并探讨了三肽囊素在鸡BF 发育过程中的作用,发现三肽囊素可促进对BF 中IgM+淋巴细胞的生成。而在环磷酰胺诱导的鸡免疫功能抑制鸡实验中发现,三肽囊素可显著抑制环磷酰胺所诱导的细胞凋亡,且主要是通过对BF 功能的调节来实现其对外周免疫器官的免疫调节作用[10]。

BF抗类固醇活性肽(Bursal anti-steroidogenic peptide,BASP)来自于鸡BF 提取液中的酸性溶液,对体外培养的颗粒细胞和淋巴细胞的增殖具有抑制作用,且能抑制类固醇的合成[11]。研究证明BASP与组蛋白H1具有结构同源性,通过对BASP和组蛋白H1进行质谱氨基酸测序,发现两者存在一定联系;牛胸腺组蛋白H1能抑制鸡丝裂原刺激的B淋巴细胞增殖,而BASP抑制B淋巴细胞增殖的模式与H1 类似[12],因此,可以认为BASP 与组蛋白H1具有类似生物活性。

BF提取物中除了研究较多的三肽囊素和抗类固醇活性肽外,通过超滤浓缩、反向高效液相和质谱结合技术[13],还从BF 提取物中分离出分子量小于1kD的9种BF多肽:一种区别于三肽囊素的BF三肽(BTP)、BF 五肽1(BPP-Ⅰ)、BF 五肽2(BPP-Ⅱ)、BF 五肽3(BPP-Ⅲ)、BF 五肽4(BPP-Ⅳ)、BF五肽5(BPP-Ⅴ)、BF 六肽(BHP)、BF 七肽1(BSP-Ⅰ)、BF七肽2(BSP-Ⅱ)。通过进一步实验验证,发现某些BF提取物中的多肽可对机体免疫反应进行不同程度的调节,如BPP-Ⅰ、BPP-Ⅱ、BSP-Ⅰ和BSP-Ⅱ可促进机体中抗体以及某些细胞因子水平增加,而BTP 和BPP-Ⅲ则不能明显地影响抗体和细胞因子水平[14]。

目前对BF活性肽的认识还远远不足,对于BF提取物中的活性肽是否具有广泛的免疫调节作用以及相应的分子调节机制还有待进一步探究。随着对BF活性肽作用机制的研究、临床试验和实际应用开展,BF活性肽也许能成为提高机体免疫功能的高效佐剂。

2.2.2 细胞因子 细胞因子(Cytokine)是指由免疫细胞(如淋巴细胞、单核细胞)和非免疫细胞(如树突状细胞、内皮细胞)产生的具有高效性、多功能的蛋白或多肽分子。细胞因子通常在机体中分泌量较少,却可以与特定细胞受体结合,在低浓度下发挥其免疫功效,是机体免疫功能不可或缺的物质。根据细胞因子的生物学效应和结合受体类型,通常可将其分类为白细胞介素、干扰素、肿瘤细胞坏死因子、集落刺激因子、趋化因子以及生长因子和转化生长因子。在BF中可通过自分泌产生的细胞因子类型主要是白细胞介素和肿瘤坏死因子。

白细胞介素(Interleukin,IL)具有广泛的生物学活性,能够促进淋巴细胞的增殖和分化,增强自然杀伤细胞(Natural killer cell,NK)的杀伤效应和机体的抗感染能力。而在BF中发现的白细胞介素主要有IL-1、IL-6、IL-10、IL-12[15]。在脂多糖诱导BF炎症反应的实验中,发现BF 滤泡细胞中有IL-1、IL-6相应mRNA 的表达[16],从而证明了BF 具有自行分泌IL-1、IL-6的能力。

IL-1主要由巨噬细胞分泌产生,可促进T 细胞和B细胞的增殖和分化,并促进炎症反应。IL-1通常与先天性免疫密切相关,并且在调节系统性的综合炎症反应中,与肿瘤坏死因子共同调节起着重要作用[16]。由于IL-1 对炎症反应的加剧作用,目前已有大量研究利用IL-1抑制剂如IL-1受体拮抗剂来治疗某些炎症性疾病。

IL-6主要由淋巴细胞和单核细胞分泌产生,诱导B细胞的增殖和分化,提高NK 细胞活性,刺激造血细胞的生成。研究显示IL-6能够协同G-CSF(粒细胞集落刺激因子)通过激活STAT3信号途径增强中性粒细胞的功效,进而促进肿瘤血管的生成[17]。同时,IL-6通常是与IL-21共同调控来促进B细胞发育及其免疫功效的[18]。

IL-10和IL-12可由B 细胞和巨噬细胞分泌产生,IL-10可刺激肥大细胞及其祖细胞的分化,同时可促进B细胞的增殖;IL-12则能诱导多种细胞因子的产生,如干扰素-γ(Interferon-γ,IFN-γ),同时能激活NK 细胞和T 细胞,使其发挥免疫效应,IL-12在先天性免疫和获得性免疫中起连接作用。李焕荣等[19]在猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)和猪圆环病毒2型(PCV2)共感染健康仔猪的研究中,对仔猪肺泡巨噬细胞中的IL-10 和IL-12 mRNA 转录水平的变化进行了定量测定,发现两者mRNA 水平在共感染早期便是处于一个较高的水平,进一步证明了IL-10和IL-12 在机体细胞免疫中起着重要作用。

肿瘤坏死因子(Tumor necrosis factor,TNF)可由单核细胞、巨噬细胞及T 细胞产生,具有调节机体免疫功能,促进肿瘤细胞坏死的功能,同时还能介导组织损伤、炎症等病理反应。与哺乳动物相比,在禽类中肿瘤坏死因子的研究较少,在而BF 中发现的肿瘤坏死因子主要是TNF-α及B 细胞活化因子(BAFF)[16,20]。

TNF-α除了能促进肿瘤细胞坏死,还可诱导其他细胞因子如白细胞介素、干扰素、巨噬细胞集落刺激因子等多肽的产生。在炎症反应中,TNF-α通常受核因子κB(NF-κB)的调控,外界刺激使得NF-κB活化,进而能促进TNF-α 基因的转录和表达;当TNF-α含量增加后,通过对NF-κB的正反馈激活调节,进一步使前者分泌增加,同时还诱导了IL-1、IL-8等其他促炎细胞因子和一氧化氮(NO)及其合成酶(iNOS)的生成和释放,最后导致炎症信号进一步放大[21-22]。

B 细胞活化因子(B-cell-activating factor,BAFF),为肿瘤坏死因子家族成员,主要是由中性粒细胞、单核细胞和树突状细胞产生,对B 细胞的分化起促进作用。在哺乳动物的研究已表明,BAFF是通过旁分泌方式促进B 细胞的分化[23]。而Koskela等[20]在研究中发现,BAFF 的含量会随着BF中B细胞的发育而逐渐上升,且在体外培养的BF内的B 细胞能够生成BAFF,进一步进行原位杂交试验后发现BAFF mRNA 在BF 滤泡中有较强的表达,从而证实BAFF 在BF 中是以自分泌的方式促进BF滤泡中B细胞的发育和成熟。

为了保证机体免疫效应的正常发挥,往往需要多种细胞因子共同作用,通过生物学效应的相互影响和调节,呈现出一个既协同又制约的复杂的多相性免疫效应协调网络。如IL-6的调节作用往往受IL-21分泌调控的影响;单核巨噬细胞产生的IL-6、IL-10往往可以促进T 细胞、B 细胞的细胞功能,而淋巴细胞产生的IL-6、IL-10又可调节单核巨噬细胞的功能。机体内细胞因子相互作用,为维持机体良好的免疫应答创造了一个不可或缺的微环境。

3 BF相关疾病及其病理生理机制

可引起BF相关病毒性疾病的病毒有马立克氏疱疹病毒(引起马立克氏病)、圆环病毒(引起鸡传染性贫血病)、传染性法氏囊病病毒(传染性法氏囊病)、腺病毒,逆转录病毒、副黏病毒(引起鸡新城疫)、呼肠孤病毒和正黏病毒(引起禽流感)等。这些病毒主要是以B 淋巴细胞作为靶细胞进行攻击,从而使得BF功能丧失,其中尤以马立克氏病、鸡传染性法氏囊病和鸡新城疫对禽类养殖业危害最甚。

3.1 鸡马立克氏病

马立克氏病(Marek's disease,MD)是由马立克氏疱疹病毒(Marek's disease virus,MDV)引起的一种高度接触性、传染性淋巴组织增生性疾病[24]。有研究指出BF是MDV 主要复制的场所,且BF 中的B 细胞为MDV 首要攻击对象,从而使机体免疫功能受到抑制,极易感染其他疾病[25]。同时由于该病会导致外周神经和组织器官的单核细胞感染,因此是研究动物病毒肿瘤的理想模型;而MD 也是唯一一种可以通过接种疫苗得到控制的肿瘤疾病,但由于高效疫苗的普遍应用导致了MDV 毒力不断增强,也给家禽养殖业带来了更大的挑战[26]。

3.2 鸡传染性法氏囊病

鸡传染性法氏囊病(Infectious bursal disease,IBD)是由传染性法氏囊病病毒(Infectious bursal disease virus,IBDV)引起的一种急性、高度接触性传染病,主要是感染雏鸡的中枢免疫器官-BF并在其中进行自我复制。IBDV 通过口腔或者呼吸道方式进入机体,而一旦感染通常具有高发病率,且发病迅速[27]。鸡感染IBDV 后,其免疫能力往往受到抑制,尤其会引起BF 中B 淋巴细胞的衰减[28]。该病是现今严重危害我国养鸡业的一种疾病,不仅能引起感染鸡的直接死亡,往往存活下来的鸡其免疫能力受到抑制,进而导致其他传染病的免疫预防失败,造成严重的经济损失。

3.3 鸡新城疫

鸡新城疫(Newacstle disease,ND)也称亚洲鸡瘟,是由鸡新城疫病毒(Newacstle diseaes virus,NDV)引起的一种地方性禽类急性高度接触性传染病[29]。NDV 可严重损伤鸡的淋巴细胞,使其发生坏死,进而导致鸡免疫器官中淋巴细胞减少。而BF作为禽类中枢免疫器官,是NDV 主要攻击的对象,最终往往导致BF组织萎缩,淋巴细胞过度凋亡。

4 提高法氏囊生理功能的主要措施

4.1 加强日常饲养管理

为了维持禽类正常的免疫功能,加强日常饲养管理是十分必要的。在禽类养殖中,室内应保持通风,用具应定期消毒,并保持干燥、洁净,营造一个干净卫生的饲养环境。同时还应注意减少外界应激,尤其是人工养殖时的人为应激。并时刻关注鸡的健康情况,及时隔离可疑病鸡,避免疾病的传染。

4.2 添加维生素和生物复合剂

适当添加维生素和生物复合剂可有效地提高鸡的免疫能力,并缓解外界应激所带来的损害。维生素C能有效抗热应激下对雏鸡造成的损伤,促进禽类免疫器官的发育[30]。研究表明在鸡孵化期注射维生素C比在孵化后添加更加有效,尤其是能促进BF中B 细胞的增殖和分化,使机体获得更高的免疫防御能力[31]。张翠[32]在对鸡的饲养种添加黄芪和刺五加的复合剂后,发现雏鸡体内淋巴细胞有所增加,并且促进了雏鸡BF 等免疫器官的发育。我们前期的工作表明[33]:给雏鸡投喂GABA 与巴戟天多糖复合物后,BF 中滤泡个数明显增加,促进了B淋巴细胞的增殖。

4.3 微量元素及必需氨基酸

研究表明微量元素硒对动物机体发挥正常生理功能起着重要作用,缺乏硒时往往会抑制机体免疫功能及免疫器官的发育[34]。在日粮中添加微量元素铬也可促进机体免疫能力的增强,有研究指出在肉鸡的饲养过程中添加不同浓度的铬,能降低机体脂质过氧化反应,增加淋巴细胞的数目[35]。而雏鸡日粮缺乏蛋氨酸时,会导致血清中免疫球蛋白(IgG、IgM、IgA)含量的降低,同时BF 中B 淋巴细胞增殖分化受阻,凋亡细胞增多,影响BF 发育,进而抑制了机体的免疫功能[36]。

5 展望

随着禽类养殖业的发展,人们愈加重视如何通过提高禽类的免疫力来获得生产效益。而BF 作为禽类特有的中枢免疫器官,是B 淋巴细胞的发育、成熟和分化的场所,其生理功能的正常发育是保证机体免疫能力的前提。若BF 生理功能遭到破坏,不仅会影响机体的体液免疫反应,还会影响到整个机体的正常生理功能。因此,对BF 的生理功能发育进行研究是十分有必要的。目前关于BF 发育的研究多是在细胞水平上对其组织结构发育进行研究,而且对BF 生理功能发育的研究也相对不足。因此,未来对BF的研究应注重BF中各类活性因子发育的分子机制以及相互作用,最终揭示BF 组织结构与生理功能的发育规律。

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