鱼类免疫系统研究概况

赵 露

(天津农学院水产学院,天津 300384)

近年来,采用生态养殖、化学药物和中草药等防治鱼病,效果并不理想。由于养殖规模的扩大,导致鱼类疾病的大面积爆发,因此大量使用抗生素等药物来应对鱼类疾病的产生。由于长期大量使用抗生素等化学药品,以及饲料中部分抗营养因素的影响,导致了鱼体自身免疫系统的损伤,从而导致鱼体对疾病的抵抗力显著下降[1]。同时,部分细菌也开始产生耐药性,这使得抗生素等药物失效,宿主细胞的吞噬能力显著降低[2]。在病原菌的作用下,养殖鱼类会出现大范围的炎症反应,而目前常用的药物治疗手段效果不佳,甚至会造成鱼类疾病爆发[3]。大量病鱼腐烂污染水质,对养殖业绿色发展造成极大危害[4]。此外,由于疾病爆发导致鱼类大量死亡,养殖企业会面临巨大经济损失,而其养殖经济效益也会因此大打折扣。

因此,了解鱼类免疫系统的结构和功能,对于开发新技术和新品种以提高鱼体的抗病能力至关重要。文章总结了鱼类免疫系统的研究进展,以期为更深入了解鱼类免疫应答规律,从而更好的防治各种条件性致病菌引起的鱼类感染提供参考。

1 免疫组织与器官

鱼类免疫组织与器官对免疫系统细胞的分化和成熟具有重要作用。鱼类和哺乳类动物的免疫器官构成最大区别在于,鱼类没有骨髓,也没有淋巴。其免疫器官主要包括胸腺、肾脏、脾脏和黏膜相关淋巴组织(MALT)等[5]。

胸腺:鱼类的胸腺可以促进淋巴细胞的增殖,分泌相关激素,从而增强鱼体的免疫调节能力,是一种重要的中枢免疫器官。在发育过程中,胸腺可最先获得成熟的淋巴细胞,而后与头肾逐渐靠拢[6]。鱼类胸腺大体可划分为内区、中区和外区,其中内区与中区为鱼体T淋巴细胞的成熟和分化提供重要场所,并将成熟的T细胞释放到外周血中[7]。

肾脏:肾脏是鱼类最主要的淋巴组织,被认为是一种高度异质性器官。除了实现造血功能外,前肾还起着内分泌腺的作用,能自主分化为红细胞、淋巴细胞和多种粒细胞。在后肾中,与前肾不同,具有完成过滤和排泄功能。同时,鱼类肾脏还具有与哺乳动物淋巴结相似的免疫系统,可以直接产生相应的免疫细胞,能够抵抗外来病原体的侵袭[8]。

脾脏:脾脏是鱼体内重要的免疫器官,具有造血和储血功能。它由红髓和白髓组成,能为鱼类机体供应足够的血液及大量的免疫细胞。在硬骨鱼类中,一般仅有一个脾脏,靠近胃部或肠部,是一种较为稳定的淋巴组织,具有清除大分子物质,降解和加工抗原以及产生抗体等功能。

黏膜相关淋巴组织:主要位于机体黏液组织的淋巴细胞生发中心,广泛存在于鱼类的皮肤、鳃和消化道等上皮组织中,是鱼类除上述免疫器官外的另一个重要免疫器官[9]。由于其不具有完整的淋巴结构,故称为黏膜相关淋巴组织。当鱼体受到外源性因素的刺激时,产生了许多针对巨噬细胞处理的抗原特异的抗体分子。与其它免疫因子相结合,可以增强机体的免疫力,从而保护和抵御机体不受病原微生物的侵害。

2 细胞免疫

鱼类的免疫细胞主要分布于鱼体免疫器官和组织以及血液和淋巴液中。国内外对于鱼体免疫细胞的相关研究也有报道。吴璇等[10]发现灵芝多糖可以有效提高鱼机体免疫细胞活性。草鱼IL-2可以调控免疫细胞功能,对免疫细胞具有积极的保护作用[11]。药用草药可以提高免疫细胞的参数,从而提高机体免疫能力[12]。因此,免疫细胞的数目和分布情况在某种意义上反映出机体免疫功能的强弱。在机体内可以进行非特异性免疫反应的吞噬细胞以及能够产生自身特异性免疫反应的淋巴细胞都属于免疫细胞。这两种免疫细胞在机体的免疫调控中起着至关重要的作用。

淋巴细胞是一种白细胞,它是机体免疫应答中的一种重要的细胞组成。与高等脊椎动物一样,鱼类中的B淋巴细胞和T淋巴细胞协同发生适当的免疫反应。T淋巴细胞起着调节机体免疫功能的作用,B淋巴细胞则起着调节机体体液免疫的作用。在特定的免疫应答阶段,B淋巴细胞的功能是产生抗体,以特异性地方式结合病原体,并标记它们从而被免疫系统清除。T淋巴细胞主要作为其他免疫细胞反应的协调者,并作为效应细胞直接杀死被感染或标记的细胞。

鱼类的吞噬细胞主要由单核细胞、粒细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞等组成。其中,单核细胞是鱼类的天然免疫系统,在抗菌、抗病毒和吞噬等方面发挥着重要作用。粒细胞和巨噬细胞也是鱼类的主要免疫细胞,可通过分泌细胞因子、参与抗体产生等方式发挥免疫调节功能。研究发现,半滑舌鳎和鲤鱼的粒细胞在体外被细菌、真菌或病毒抗原刺激时会产生一种抗菌效应物,从而达到抑菌的效果[13]。

3 体液免疫因子

在鱼体免疫系统中,当抗原进入机体时,非特异性免疫系统就会发挥作用,产生相应的抗体;而当抗原进入机体后,特异性免疫系统则会立即产生相应的淋巴细胞与抗体,对抗原进行清除。它的两个系统都包含着不同的体液免疫分子[14]。非特异性免疫因子和特异性免疫因子是鱼类体液免疫因子的重要组成部分。它们是维持机体正常免疫功能的重要分子基础。

抗体:抗体是指当机体在遭遇抗原刺激下,一种由淋巴细胞分泌的能够与相应的抗原特异性结合的免疫球蛋白,是一种重要的免疫调节因子,参与B淋巴细胞向浆细胞转化,可增强体液免疫反应。目前研究人员已从许多鱼类中分离得到免疫球蛋白IgM,能参与鱼类的特异性免疫反应。此外,在某些鱼类中观察到了其他免疫球蛋白,如IgD、IgZ和IgT等。抗体具有多种功能,如在鱼的上皮细胞、鳃和皮肤上具有抗粘附素功能,防止细菌粘附;中和无数细菌产生的毒素,避免细菌渗入未受保护的细胞。

抗菌肽:抗菌肽(AMPs)是一类由21～35个氨基酸残基组成的多肽,能够特异性识别并结合细菌细胞膜上的脂质分子或蛋白质分子而发挥抗菌作用。抗菌肽具有非常广泛的生物学功能,其对于脊椎动物的先天性免疫反应(包括黏膜免疫系统)具有调节作用,特别是在黏膜感染及黏膜损伤时。当鱼体受到微生物刺激或损伤时,机体可以快速产生抗菌肽,从而抵御微生物及其病原菌的侵袭,在机体防御细菌及病毒等免疫过程中、肿瘤细胞分化和细胞凋亡方面有重要作用[15]。

溶菌酶:溶菌酶主要分布于鱼的体表、血清、肠道黏液、吞噬细胞和单核细胞的胞质中,对病原细胞壁产生有效的侵袭。研究发现,鱼体内溶菌酶含量可随年龄和性别变化,幼鱼的溶菌酶含量高于成鱼,幼鱼中的活性最高,随着成鱼体内溶菌酶含量的减少,其活性逐渐降低[16]。因此,对鱼类进行定期的免疫注射可有效地提高体内溶菌酶的水平。溶菌酶可以作为免疫佐剂来提高免疫效果,如在饲料中添加0.05%～0.08%溶菌酶,对提高鱼类的免疫力具有良好的效果[17];此外,利用溶菌酶作为免疫佐剂还能提高机体对病原菌的抗性[18]。

补体:鱼类的补体系统可以参与特异性和非特异性免疫反应,是鱼类免疫系统中重要的组成部分。研究发现,尼罗罗非鱼的补体系统分析可以作为水质和鱼类总体健康状况的生物标志物,是一种重要的免疫学指标[19]。在鱼类中,已鉴定出几种补体蛋白,并与哺乳动物的补体蛋白同源。补体系统由30多种血浆和细胞组成的蛋白质组成。这些蛋白一旦被激活,补体系统能够发挥重要的免疫功能,如调理、裂解炎症、调节先天和适应性免疫反应。

4 结语

综上所述,由于抗生素的长期使用会造成水体环境恶化、水质污染严重,在水产动物中不断积累从而产生耐药性,甚至严重危害到人体的健康。因此,深入了解鱼类免疫应答规律,从而更好地防治各种条件性致病菌引起的鱼类感染至关重要。为了更好地预防和控制鱼类疾病的爆发,提高水产品质量安全水平。深入了解鱼类免疫系统,基于鱼体抗病毒天然免疫应答机理,以天然免疫反应负调控因子作为分子靶点,应用基因编辑技术选育新的抗病性鱼类新品种,从而增强鱼体自身抵御病原微生物侵袭的能力,这对水产养殖病害防控具有一定现实意义,是水产养殖业绿色发展的重要方向。