果蝇的先天免疫

吴梦雨 贵州医科大学

一、体液免疫

果蝇的体液免疫是通过脂肪体调节抗菌肽（AMPs）的释放或通过其他体液免疫分子的调节来抵御入侵病原体的免疫机制，在果蝇的先天免疫中发挥重要作用。果蝇的体液免疫主要包括TOLL通路，IMD通路。据研究，JAK-STAT信号通路，JUK信号通路等也参与体液免疫的调节作用。

（一）TOLL信号通路

革兰氏阳性菌和真菌引起的体内免疫反应主要由果蝇 Toll 信号通路介导并进行调控[1]。革兰氏阳性菌和真菌等微生物中存在一些与其生命活动有关且可被宿主免疫蛋白识别的保守结构，称之为病原相关分子模式 ( pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)。果蝇中识别PAMPs配体的模式识别受体( PRR)主要包括肽聚糖识别蛋白(PGRP) 和革兰氏阴性菌结合蛋白 ( GNBP)，它们也是 Toll 信号通路上游的模式识别受体。果蝇的基因组中能转录出数种PGRP蛋白，并有3个 GNBPs基因，其中PGRP-SA，PGRP-LC，PGRPLE，GNBP1参与了免疫反应。在革兰氏阳性菌诱导激活的 Toll 信号通路中，需要两个PRR的作用，即PGRP-SA和 GNBPl，两者作用于 Toll信号通路上游的配体 spatzle，使配体 Spatzle 被蛋白水解酶切割后形成有活性的二聚体[2]。有活性的 Spatzle能与Toll 膜蛋白受体发生结合，诱使 Toll 受体胞内域招募含死亡域的蛋白 MyD88，该蛋白C-端的磷酸肌醇结合域招募 Tube 蛋白[3]，Tube蛋白再招募Pelle蛋白。Tube 蛋白招募Pelle蛋白后，由于 Pelle 蛋白具有磷酸激酶的活性，能对靶蛋白 Cactus (与 NF-κB 蛋白同源)进行磷酸化修饰，导致 Cactus 蛋白发生降解，使与其结合的 Dorsal或 Dif 因子解离，释放出来的 NF-κB 蛋白因子进入细胞核[4]，有效地诱导 AMPs 基因的表达，增强果蝇抵御微生物入侵的能力。

（二）IMD信号通路

IMD通路是在研究果蝇imd突变体时发现的一条免疫途径，当革兰氏阴性菌入侵时，果蝇会通过PGRP-LC或PGRP-LE识别病原微生物细胞壁上的DAP型PGN(DAP-type PGN)，诱发IMD信号转导途径，调控产生大多数抗菌肽，如Diptericin，Attacin，Drosocin和Cecropin等。[5]IMD通路激活后招募dFADD蛋白，dFADD蛋白再招募caspase蛋白和DREDD蛋白。至此，IMD信号通路上游被激活。IMD通路下游至少存在三个反应。首先是级联反应中最上游的激酶TAK1刺激依ikk而来的卵裂和relish的激活。第二种是通过FADD Dredd通路激活了Relish，这个分支中有一个负调控环Dnr-1作为caspase抑制剂，能更有效的使通路保持正常运作。三是通过JNK通路的TAK1激活以调节早期反应基因、伤口愈合和黑色素化。通路中有序的网状结构，更有利的保障了机体免疫系统的正常工作。

（三）JAK-STAT信号通路

JAK-STAT通路是一种独立的由细胞因子激活的免疫信号应答途径，在动物中的进化高度保守。JAK-STAT信号通路在果蝇中首次被发现，可调节免疫应答及多种发育过程[7]。昆虫的JAK-STAT信号通路相对哺乳动物较简单，具有可在不同条件下激活通路的三种配体（Upd1，Upd2，Upd3）[8]，一种受体（Domeless），一种Jak(Hopscotch)和一种STAT（STAT92E）。病原体入侵后，细胞外信号(Upd1，2，3)与跨膜蛋白（Dome）结合导致受体多聚化，并招募JAK（Hop）使Dome发生反式磷酸化。随后，Hop激活位于c端附近保守的酪氨酸残基上STAT92E，使其发生的磷酸化，导致STAT92E发生二聚并转移至细胞核，调控抗菌肽基因等的靶基因的转录[6]，增强机体免疫其他效应能力。

二、细胞免疫

（一）血细胞类型

果蝇细胞免疫主要发生于果蝇血腔内，由其血细胞介导完成，其血细胞主要类型包括： 浆血细胞 （plasmatocytes）、薄层细胞 （lamellocytes） 和晶细胞（crystalcell）。不同类型的 3 种血细胞 行使不同的生物学功能，并在果蝇细胞免疫反应中扮演不同角色。浆母细胞作为专业的吞噬细胞是幼虫血液循环中最丰富的血细胞类型，晶体细胞在防御相关的黑色素化中起着关键作用片细胞封装了大量的入侵者，而薄层细胞主要在胚胎发生过程中发挥重要的作用。

（二）细胞免疫的防御方式

一旦病原体进入宿主的血腔，它们就必须面对一个复杂的先天防御机制。

A.黑化作用。昆虫黑化分两个过程：首先形成包囊，然后发生黑化。目前认为血淋巴成分引起黑化是由可溶性模式识别受体(pattern―recognition receptors，PRRs)启动的，该受体与靶标结合，激活酶级联.最终引起与疟原虫有关的蛋白质交联和黑化[9]。

B.吞噬作用。即细胞对颗粒物质的吸收和消化，是一种成熟的防御方式。吞噬细胞先附着在目标颗粒上，然后在吞噬体中对细胞骨架进行修饰、内化和吞噬。

C.结节作用。结节是指多细胞的血细胞聚集。这样的结节聚集物附着在组织上，更大的结节最终被包裹。而结节作用是指一种局限于无脊椎动物的细胞免疫反应。结节作用使病原体周围的血细胞形成多层、重叠的鞘，再形成被囊体，最终伴随着被囊体的黑色素化病原体在被囊体内被杀死。

D.细胞粘附调理素作用。细胞粘附对于多细胞生物的功能至关重要，它不仅参与许多生理过程，如发育、伤口愈合、止血，而且在病理条件下参与癌细胞转移、炎症反应等。免疫系统的细胞介导反应依赖于粘附受体来控制免疫细胞在静息、非粘附状态和激活、粘附状态之间的过渡。粘附蛋白存在于非粘附的循环血细胞表面，在接触到粘附受体之前，这些血细胞保持非粘附状态；接触粘附受体后，血细胞转变成贴壁细胞，暴露在受体表面以某种方式将这些非活性粘附蛋白转化为活性状态[10]使病原体失活。

E.脱颗粒反应。中性粒细胞拥有无数黏附分子、受体和诸如溶菌酶和蛋白酶这类天然抗菌剂的前体物质，也是体内专职的吞噬细胞之一。病原体激活中性粒细胞使其形成内吞噬体，随后，粒细胞颗粒中的抗菌蛋白酶释放出来，这一过程即为脱颗粒作用。

F.凝块反应，免疫逃避机制等。大多数入侵的病原体在经历如此复杂的免疫机制后被灭活达到机体免疫的目的。

三、小结

以果蝇为模式生物，在胚胎发育、基因表达调控、疾病发病机制以及昆虫先天免疫等方面的研究发挥了重要的作用。因此，利用果蝇的研究方法和研究成果，为蜜蜂和家蚕等经济昆虫的先天免疫研究提供借鉴，即为更好地做好经济昆虫的饲养奠定基础，也为其他 昆虫和高等哺乳动物的先天免疫研究提供参考。另外，害虫严重威胁着人类健康与农牧业生产，对昆虫天然免疫系统的研究可为寻找害虫防治新方法提供了新的突破口。

最近几年果蝇的先天免疫研究已取得很大进展，大量研究资料表明，果蝇能利用其先天免疫系统抵抗微生物入侵，综上所述，以果蝇为模式生物在抗细菌，真菌等免疫反应方面开展广泛的研究，从而使我们对果蝇体内先天免疫机制有了清晰的认识。然而，鉴于果蝇体内先天免疫的复杂性，仍有很多问题有待研究。