鱼类凝集素概述

刘 帅，董毓卿，岳福鹏，张树民，李 伟

（1. 河套学院农学系，食品营养与功能因子研究中心，内蒙古巴彦淖尔 015000；2. 大连产品质量检测研究院有限公司，辽宁大连 116021；3. 大连海洋大学，辽宁大连 116023）

鱼类的免疫系统包括先天性免疫和获得性免疫，先天性免疫是宿主防御病原体的第一道防线，在对病原体的防御中起着主导性作用。作为低等脊椎动物，鱼类获得性免疫并不完善，因此先天性免疫发挥着非常重要的作用。鱼类的先天免疫因子包括溶菌酶、抗菌肽、模式识别受体、补体、细胞因子、凝集素及转铁蛋白等。其中，凝集素因其特异性的识别功能，近年来已逐渐成为人们重点研究的对象。

1 鱼类凝集素的分类

凝集素种类繁多，研究人员根据其糖识别结构域 （Carbohydrate recognition domain，CRD） 这一结构特征方面的特点，将动物凝集素进行了分类。就鱼类凝集素而言，主要包括以下几个类型。

1.1 C- 型凝集素

C- 型凝集素是动物凝集素家族中的一个主要类型，目前已发现的C - 型凝集素已超过了1 000 种，并且随着研究的深入，这一数字还在不断增加。C -型凝集素在鱼类中普遍存在，绝大部分C - 型凝集素的凝集活性都依赖于Ca2+的存在。C- 型凝集素的CRD 通常是由110～130 个氨基酸残基组成，其中包含 N 端 β5 和 α1 上的 C1-C4 及 C 端 β3 和 β5 上的C2-C3 两对由4 个半胱氨酸残基形成的二硫键，而这两对二硫键则是形成C - 型凝集素双环结构并维持C- 型凝集素CRD 的关键。

C- 型凝集素种类繁多，根据脊椎动物C- 型凝集素的CRD 元件组成的差异，又可将脊椎动物的C-型凝集素继续分为17 个亚组。目前，研究人员已从鲤鱼 （Cyprinus carpio）、草鱼 （Ctenopharyngodon idellus）、尼罗罗非鱼 （Oreochromis niloticus）、大黄鱼 （Larimichthys crocea） 及斑马鱼 （Danio rerio） 等多种鱼中发现并成功分离出了多种C- 型凝集素[1-5]。

1.2 半乳糖结合凝集素

半乳糖结合凝集素（Galectin） 属于动物凝集素中比较常见的类型之一，因其能特异性识别β - 半乳糖苷，因此称为半乳糖结合凝集素。半乳糖结合凝集素包含一段约由130 个氨基酸残基组成的保守的的CRD，其凝集活性不依赖Ca2+存在，而依赖巯基的存在。半乳糖结合凝集素可凝集兔红细胞、链球菌、肠道细菌、多种革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌，其功能涉及抗肿瘤、抗菌、抗病毒、RNA 转录、细胞凋亡及炎症反应等多个方面，是一类公认的多功能分子。在鱼类的生长、发育和黏膜免疫中起着重要的作用。目前，已从海鳗（Conger myriaster）、电鳗（Electrophorus electricus)、斑马鱼（Danio rerio）、大西洋鳕鱼（Gadus morhua） 等多种鱼类中提取分离出半乳糖结合凝集素[6-9]。

1.3 鼠李糖结合凝集素

鼠李糖结合凝集素（Rhamnose-binding lectin，RBL） 首次发现于海胆 （Anthocidaris crassispina）中，鱼类中发现的鼠李糖结合凝集素主要存在于鱼类卵细胞及卵巢中，后在颈带鲾（Leiognathus nuchalis） 皮肤黏液及黑鲈 （Dicentrarchus labrax） 血清中也有发现[10]。Okamoto M 等人[10]研究表明，鼠李糖结合凝集素是硬骨鱼特有的凝集素，其特点是能够特异性结合鼠李糖。从鱼类中已发现的鼠李糖凝集素能够结合兔红细胞、卵黄细胞、革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌，在鱼类的胚胎发育、免疫调节等方面发挥着一定的作用。此外，鼠李糖结合凝集素还具有参与诱导细胞凋亡、识别并杀死致病微生物、保护胚胎等多种生物功能。目前，已从大麻哈鱼（Oncorhynthus ket）、柳叶鱼（Spirinchus lanceolatus）、白斑红点鲑（Salvelinus leucomaenis）、三齿雅罗鱼（Tribolodon brandti）、西班牙鲭鱼（Scomberomorous niphonius） 等鱼的卵细胞中分离得到了鼠李糖结合凝集素[11-14]。

1.4 甘露糖结合凝集素

甘露糖结合凝集素 （Mannose-binding lectin，MBL） 在人和动物血浆中较为常见，首次发现于兔肝脏中，能够与酵母细胞壁上的甘露糖结合，因而命名为甘露糖结合凝集素。甘露糖结合凝集素一般由9～18 个相同的肽链组成，其CRD 包含148 个氨基酸。甘露糖结合凝集素是一类机体的防御分子，能通过CRD 特异性识别细菌、真菌、病毒等微生物表面甘露糖残基或N- 乙酰葡萄糖胺，从而发挥调节作用达到清除外源微生物的作用。目前，已从鲤鱼、鲶鱼 （Silurus asotus）、大菱鲆 （Scophthalmus maximus）、大西洋鲑鱼（Salmo salar）、河豚（Tetraodon sp.）[15-19]等中分离出了甘露糖结合凝集素。

1.5 其他类型凝集素

有研究表明，鱼类因其种类繁多、分布广泛而成为新型凝集素的丰富来源。在鱼类中发现的凝集素，除上述主要类型外，还包括岩藻糖结合凝集素（Fucose-binding lectin，FBL）、内凝集素 （Intelectin）、正五聚体蛋白、钙联接蛋白和钙网织蛋白等。

2 凝集素在鱼类免疫系统中的功能

凝集素是一类非免疫来源的多价糖结合蛋白，是鱼类先天免疫系统的关键成分，可以通过碳水化合物识别域（CRDs） 识别并特异性结合细胞表面的糖类结构，还可以激活补体系统，对入侵的病原体形成第一道免疫防御，清除具有潜在危害的破坏性碎片及坏死或凋亡的细胞[20-22]，在鱼的血浆、皮肤黏液和胃肠道中发挥着重要的作用[23-24]。

2.1 对红细胞及微生物产生凝集作用

凝集素最初命名是因其能凝集红细胞[25]，后续研究中发现，除凝集红细胞外还能对大量致病微生物产生凝集作用。例如，Lopesferreira M 等人[26]从纳氏海蟾鱼（Thalassophryne nattereri） 中分离得到的凝集素，可以在不依赖Ca2+存在的条件下凝集人红细胞。Lv C 等人[27]和Wei J G 等人[28]研究表明，从斜带石斑鱼中分离得到的凝集素的重组蛋白，在Ca2+存在的条件下凝集兔红细胞，还能凝集创伤弧菌、金黄色葡萄球菌及酿酒酵母。Argayosa A M等人[29]从罗非鱼血清中分离得到的凝集素不但能够凝集人的O 型血细胞，还能够凝集粪肠球菌和嗜水气单胞菌。于珊珊[30]从松江鲈（Songjiang perch） 中分离得到的凝集素的重组蛋白能够凝集包括阴性绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、苏云金芽孢杆菌、啤酒酵母菌等在内的多种微生物。

2.2 以模式识别受体参与先天免疫

凝集素本身就是一种模式识别受体（Pattren recognition receptor，PRRs），能够通过其 CRD 参与识别与结合病原体相关分子模式（Pathogen-associated molecular patterns，PAMPs），如微生物表面的脂多糖、蛋白多肽及核酸类物质等糖类结构，并以此来激活先天免疫应答，如Liu Y 等人[31]从黑鮶（Black catfish） 中分离出的一种C- 型凝集素能够凝集肠道弧菌和创伤弧菌，而甘露糖对其凝集能力有抑制作用。Tasumi S 等人[32]从日本鳗鲡（Japanese eel） 分离得到的半乳糖结合凝集素AJL-1 能够凝集链球菌。Tsutsui S 等人[33]从河豚中分离出的甘露糖凝集素能够凝集寄生虫。鱼类凝集素通过识别病原微生物表面糖类结构这一特点，对病原微生物进行凝集，这使得凝集素在鱼体抵抗和防御外来病原体的免疫应答方面发挥着重要的作用。

2.3 作为调理素增强免疫细胞的吞噬能力

多项研究表明，凝集素不仅能够特异性识别病原菌表面的糖基，还可以作为调理素增强免疫细胞的吞噬能力。研究人员从淇河鲫中分离出的一种C-型凝集素CaCLR 能在致病菌侵染淇河鲫时发挥调理素作用，提高免疫细胞的吞噬作用。Okamot M 等人[10]从颈带鲾中分离出的鼠李糖结合凝集素，能通过提高免疫细胞的吞噬能力对鱼体起到保护作用。Tsutsui S 等人[34]从康吉鳗（Conger eel） 中分离出的一种甘露糖特异性凝集素conCL-s 与微球体结合，能够显著提高吞噬细胞对细菌的吞噬和清除能力。Fock W L 等人[35]研究发现，从丝足鱼中分离得到的血清凝集素能够作为调理素增强巨噬细胞的吞噬能力。凝集素发挥调理素的作用，一方面可能是凝集素能够与宿主免疫细胞表面结合，另一方面还可以特异性识别病原体表面的糖基结构，提高了宿主免疫细胞对病原体的识别能力，从而进一步增强了宿主免疫细胞对病原体的吞噬能力。

2.4 激活补体系统

在鱼类受病原微生物侵染时，机体能够通过补体系统发挥的调控作用，对入侵的病原微生物产生免疫应答，而凝集素途径作为补体激活的三条途径之一，在鱼体先天免疫中发挥着重要的作用。凝集素途径是通过甘露糖结合凝集素特异性作用于病原微生物表面糖基，激活甘露糖结合凝集素相关丝氨酸蛋白酶（MASP），进而激活补体系统。Matsushita M 等人[36]研究发现，七鳃鳗补体C1q 是通过凝集素途径来激活的。于珊珊[30]研究推断，从松江鲈中分离得到的C- 型凝集素Tf Col-11 可以激活松江鲈的补体系统，从而参与机体对病原微生物入侵所产生的免疫应答。王莉[37]研究发现，斑马鱼早期胚胎可能通过凝集素途径激活补体系统，对入侵的病原微生物产生免疫应答。通过转录组试验证明草鱼甘露糖结合凝集素能够激活草鱼体内凝集素补体途径，在草鱼抗病原微生物侵染中产生免疫应答。大量的研究表明，凝集素能够激活鱼体内的补体途径，从而在鱼体对抗入侵的病原微生物侵染的过程中发挥重要的免疫作用。

3 结语

鱼类凝集素成员种类繁多，几乎具有复杂的凝集素家族所有组成成分，各类凝集素还具有多种亚型，在鱼体免疫方面发挥着非常重要的作用。近年来，随着生物技术的发展，不断有新的鱼类凝集素被发现，但鱼类凝集素识别、凝集和清除病原微生物的分子机制尚不十分清楚。因此，鱼类凝集素的深入研究对提高鱼类免疫及鱼病的防控等方面具有重要的意义。