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免疫因子
中图分类号:
S917 文献标识码:
A
Theresearchprogressofimmunefactorsingrasscarp
LIUFeng,LIJia2le
(KeyLaboratoryofAquaticGeneticResourcesandAquaculturalEcologyCertificatedbytheMinistry
ofAgriculture,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai 201306,China
Abstract:
GrasscarpisoneofthemostimportantculturedfishesinChina.Butcomparedwithothermainculturedfishes,ithasweakerresistancetomanypathogens.Immunefactorshavebeenemphasizedbymoreandmoreresearchersinrecentyearsbecauseoftheirimportantrolesinimmunesystem.Immunefactorsstudiedingrasscarpincludeimmuneglobulin,MHC,interferonandcorrelationproteins,tumornecrosisfactorsandcorrelationproteins,complements,chemotaticfactorreceptors,lectinsandtransforminggrowthfactors.IgMistheonlyimmuneglobulinfoundingrasscarp,anditisexpressedinheadkidney,trunkkidneyandspleenmainly.ComponentsofMHCⅠ,includingMHCⅠheavychainandβ2microglobulin,allhavestructuressimilartoitscounterpartinhuman.Interferon,MxproteinandPKPproteinaremaininterferoncorrelationfactorsstudiedingrasscarp.Viruscaninduceinterferonexpressionincellsfromheadkidney,spleen,bloodandthymusingrasscarp.TRAF1,TRAF2,T2BPandTRAILallbelongingtotumornecrosiscorrelationfactorshavebeenstudied.TheencodinggeneofcomplementsC3andC9,chemotaticfactor
收稿日期:
2008211206
基金项目:
上海市科委基础重大项目(06DJ14003;
上海市重点学科建设项目(Y1101
作者简介:
刘 峰(1975-,男,湖南湘潭人,博士研究生,专业方向为水产种质资源与遗传育种。
通讯作者:
李家乐,E2mail:
jlli@
receptorsandsomeotherimmunefactorshavebeenclonedandstudiedalso.Researchesonimmunefactorsingrasscarphavebeenmainlyfocusedonthecloningofencodinggenes,sequenceanalysises,expressionpatternanalysises,studiesofphysicalandchemicalpropertiesandphysiologicalactivityuntilnow.
Thispaper
presentedareviewaboutstudiesontypesofimmunefactorsingrasscarp.
Keywords:
grasscarp;
specificimmunity;
nonspecificimmunity;
immunefactors 草鱼(Ctenopharyngodonidellus是我国淡水养殖的主要养殖对象之一,产量及产值均位居我国和世界养殖鱼类前列。
但草鱼的病害较多,各种疾病的频发一直是困扰草鱼养殖生产的主要问题之一。
免疫系统是鱼类抵御病原入侵的主要屏障。
与其他脊椎动物类似,鱼类免疫系统也由特异性免疫和非特异性免疫两部分组成。
鱼类免疫系统的发育、维持及正常运行都有赖于各类免疫因子的表达和调
控[1]。
鱼类免疫因子的研究可为揭示脊椎动物免疫系统进化史、全面理解鱼类免疫系统组成及机制提
供关键依据[2],并在鱼类疾病防治及抗病育种中具有广阔的应用前景[3]。
至今为止,鱼类免疫因子研
究主要在西方养殖鱼类及模式生物如虹鳟(Oncorhynchusmykiss[4]、大西洋鲑(Salmosalar[5]、斑点叉
尾鱼回(Ictaluruspunctatus[6]、斑马鱼(Daniorerio[7]等中进行,对草鱼等东亚特有鱼类的研究相对较
少。
但近年来,草鱼作为我国重要养殖鱼类,其免疫因子也逐渐受到研究者的重视,并已对草鱼多种免疫因子的编码序列、表达、调控及产物的理化特性和功能等进行了研究,现分类综述如下。
1 免疫球蛋白
免疫球蛋白为有颌类脊椎动物所特有。
鱼类主要的免疫球蛋白类型为IgM,在部分鱼类中也有IgD
(斑点叉尾鱼回、IgZ(斑马鱼、IgT(虹鳟、IgH(板鳃类等球蛋白类型的报道[8]。
草鱼中至今只发现了
一种免疫球蛋白。
已发现的草鱼免疫球蛋白重链和轻链分子量分别为52ku和26ku,总分子量为309ku,推测由重
链和轻链复合物以4聚体形式聚合,结构与已报道的鱼类IgM相同[9]。
草鱼免疫球蛋白M(IgM重链
基因全长cDNA也于最近获得克隆,其编码576个氨基酸,与鲤(Cyprinuscarpio、斑马鱼等其他鲤科鱼
类具有较高的相似性。
荧光定量PCR检测表明,草鱼IgM主要在头肾、中肾和脾中表达[10]。
2 主要组织相容性复合物及相关蛋白
主要组织相容性复合体(MHC是脊椎动物中一组高度多态的蛋白复合体,其主要功能为呈递抗原,使其为T细胞所识别,激活体液免疫和细胞免疫。
与哺乳类相似,鱼类MHC也主要分为MHCⅠ和
MHCⅡ两类[11]。
在草鱼中仅对MHCⅠ复合体及MHC关联肽源SIMP进行了研究。
MHCⅠ复合体由一条具有多态性的MHCⅠ蛋白重链与一条β2微球蛋白(β2m轻链非共价结合组成。
草鱼MHCⅠ基因cDNA已被克隆,可根据α区分为两个类群。
其mRNA在多种组织中均有表
达[12],符合脊椎动物MHCⅠ在各类有核细胞中表达的特性。
草鱼β2m基因由4个外显子和3个内含子组成。
编码氨基酸三维结构模拟结果表明,草鱼MHCⅠ蛋白和β2m与人MHC蛋白具有类似的结
构[13]。
SIMP为MHC关联肽源,是MHCⅠ呈递途径的必要组分,并具有寡糖基转移酶的活性位点,在蛋白糖基化中起重要作用。
草鱼SIMP基因编码具有11个跨膜区的膜内在蛋白,含有4个潜在N连锁糖基化位点。
该基因由16个外显子和15个内含子组成,长度超过24kb。
草鱼SIMP蛋白及其编码基因的结构均很保守,与哺乳动物基本相同。
草鱼SIMP的mRNA在各种组织中广泛表达,但在脑中的表达量
最高,与人SIMP在各组织中较均一的表达模式不同[14]。
3 干扰素及相关因子
干扰素(IFN及其诱导的抗病毒因子是脊椎动物抵御病毒入侵的核心系统之一。
在草鱼中,现已
3054期 刘 峰,等:
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对干扰素及相关因子Mx蛋白、PKP蛋白进行了研究。
至今的研究表明,鱼类至少具有两类干扰素,分别与哺乳动物Ⅰ型(α/β和Ⅱ型(γ干扰素相似[15-16]。
草鱼中至今也分离出了两类干扰素,可分别由病毒及PHA诱导。
灭活草鱼出血病毒可诱导体外培养的草鱼头肾、脾、外周血和胸腺细胞的干扰素表达。
病毒诱导的草鱼干扰素理化特性与高等脊椎动物α/β干扰素特性基本一致,在鱼类细胞中表现出抗病毒作用,并对草鱼巨噬细胞具有激活作用,但该型草鱼干扰素主要由T淋巴细胞产生,细胞来源上与人γ干扰素相同,而不同于α/β干扰素[17]。
经PHA诱导由草鱼白细胞产生的草鱼干扰素理化特性不同于α/β干扰素,而与人γ干扰素相同[18]。
草鱼干扰素基因开放阅读框长543bp,编码181个氨基酸,前22个氨基酸为信号肽。
草鱼Ⅰ型干扰素基因与其他鲤科鱼类具有较高同源性,与哺乳类和鸟类的同源性则较低。
该基因体外表达产物具有抗病毒及诱导Mx蛋白表达的活性。
RT2PCR检测表明,经PolyⅠ:
C及出血病毒诱导,干扰素可在草鱼的脑、心和头肾中高水平表达[19-20]。
Mx蛋白是一类由干扰素诱导表达的抗病毒蛋白,在哺乳动物中具有直接的抗病毒活性。
草鱼Mx基因编码区长1884bp,编码628个氨基酸。
推测的草鱼Mx蛋白具有脊椎动物Mx蛋白共有结构特征,有一个三联体GTP结合区、一个发动蛋白家族典型结构域及C端高度保守的亮氨酸拉链结构域。
经病毒诱导,在草鱼肝脏中可检测到Mx的诱导后表达[21]。
PKR蛋白也是一种由干扰素诱导的重要抗病毒蛋白,可作用于真核细胞翻译起始因子2α激酶(Eif22α,抑制病毒蛋白的合成。
以PolyI:
C对草鱼进行诱导,再采用鲫PKR抗体对诱导前后草鱼组织进行Western2bolt检测,可检测到草鱼PKR的诱导后表达,表明草鱼可能具有与哺乳类相似的PKR表达模式[22]。
4 肿瘤坏死及抑制相关因子
肿瘤坏死因子(TNF由淋巴细胞等产生,除可杀伤肿瘤细胞外,还具有免疫调节及诱导白细胞迁移、增殖、分化、凋亡等功能。
肿瘤坏死因子通过受体及一系列相关因子发挥其生理功能。
草鱼中已研究的肿瘤坏死相关因子有TRAF1、TRAF2、T2BP、TRAIL等。
TNF受体相关因子1(TRAF1在调节TNF信号传导和阻止细胞凋亡中起到重要作用,是TNF活性的负调节因子。
而TNF受体相关因子2(TRAF2是整个TNF受体超家族信号途径中的关键组件。
草鱼TRAF1及TRAF2基因全长cDNA均已被克隆。
编码氨基酸序列分析表明,草鱼TRAF1N端含有一个锌指结构,C端含一个TRAF结构域,与哺乳类TRAF1一样,也不含TRAF家族其它成员所共有的RING结构。
草鱼TRAF2N端具有RING型结构,在中部含有一个锌指,并具有一个由近C端亚域和近N端亚域组成的保守TRAF结构域。
定量PCR及Western2bolt检测表明,两个基因均在各种组织中广泛表达[23-24]。
草鱼TNF受体相关因子结合蛋白(T2BP基因也已被克隆。
与人T2BP基因在5′非翻译区具有一个内含子不同,草鱼的T2BP基因没有内含子。
该基因在多种组织中表达,在大中华鳋感染后表达上调,且表达水平具有个体差异[25]。
TNF相关凋亡诱导配体(TRAIL属于TNF超家族的Ⅱ型跨膜蛋白,能在各种细胞中诱导细胞凋亡。
草鱼TRAIL基因由5个外显子和4个内含子组成,启动子中含有多个在TNF表达中起重要作用的转录因子的结合区,其编码蛋白C端具有一个肿瘤坏死因子同源域。
该基因在各种组织中广泛表达[26]。
QM为最先在人体发现的一种肿瘤抑制因子,在细胞生长、分化及凋亡中起重要作用。
草鱼QM基因在脾、心及脑中持续表达,经嗜水气单孢菌和草鱼出血病毒诱导后,在头肾、脾及肝中的表达显著上调,显示其是一个与抗菌和抗病毒相关的炎性应激诱导因子[27]。
5 凝集素
凝集素(lectin是一类能专一识别糖并与之非共价可逆结合的非酶、非抗体蛋白质,可识别异己成
分如入侵病原菌,并通过凝集、包围、调理、促进吞噬等方式将其排出体外。
凝集素还参与凝血、细胞粘
连、蛋白转运及创伤修复等系列生理进程[28-29]。
草鱼中已发现了3种凝集素。
最先发现的草鱼凝集素为一种血清凝集素,分子量67ku,等电点6.2,能识别和凝集红细胞、细菌
及酵母,活性可被半乳糖、甘露糖等抑制,耐酸、碱、热,并可促进巨噬细胞的吞噬[30]。
从草鱼卵巢和鱼卵中分离得到的凝集素可与鼠李糖特异性结合。
该凝集素分子量为205ku,由6
个亚基组成,对热、酸、碱及胰蛋白酶敏感[31]。
经免疫活性检测,该凝集素可促进小鼠脾细胞及腹腔渗
出细胞的有丝分裂,并可刺激鲷吞噬细胞的吞噬活性,具有免疫促进作用[32]。
最近已对一种草鱼新型凝集素Intelectin的基因序列进行了测定。
该基因与人及斑马鱼的Intelectin基因同源,由7个外显子和6个内含子组成,在除肝外的多种组织中均有表达,经LPS诱导后,
在头肾、中肾、脾及小肠中的表达水平显著上调,表达模式类似于哺乳类的IntelectinⅠ[33]。
6 补体
补体系统是机体免疫的重要组成部分,其功能主要是促进吞噬和溶解靶细胞。
通过补体介导的溶
裂途径清除病原,是先天免疫反应的重要效应机制[34-35]。
草鱼中至今已研究的补体有C3和C9两种,其编码基因已被克隆,并已对其体内表达进行了检测。
草鱼C3基因在感染大中华鳋(Sinergasilusmajor草鱼的肝、脾、鳃等组织中的表达量增加,表明其可能
参与抗寄生虫感染[36-37]。
草鱼C9基因由11个外显子和10个内含子组成,与人和河豚的同源基因结
构相似。
其启动子和第1内含子区域具有多个转录因子结合位点,推导氨基酸序列包含一个低密度脂蛋白受体结构域、一个表皮生长因子前体结构域、一个MACPF结构域和两个TSP结构域。
RT2PCR检
测发现,草鱼C9在各组织中组成型表达,经柱状黄杆菌诱导后在头肾、脾、肝中的表达显著上调[38]。
7 其他
7.1 趋化因子及受体
趋化因子为分泌型细胞因子,在炎症或损伤发生时,可诱导各类白细胞到达感染区域。
趋化因子在
诱导过程中,通过位于膜上的7跨膜区受体蛋白起作用[39-40]。
草鱼趋化因子受体CXCR3基因编码
341个氨基酸,具有哺乳类中同源基因共有的7个跨膜区。
其mRNA在除心脏外的多种组织中均有表达,其中在脑中的表达量最高。
免疫组化分析表明,该蛋白分布于血液中的单核细胞、吞噬细胞、淋巴细胞和粒细胞内,并可在脑的蒲肯野氏细胞及神经元中表达。
推测该受体在鱼类中除具有免疫相关功能
外,还可能与神经系统有关[41]。
7.2 蛋白酶抑制因子
α2巨球蛋白为动物体内重要蛋白酶抑制因子之一。
对分离纯化的草鱼α2巨球蛋白研究表明,其具有与哺乳类同源蛋白相似的构象改变特性,并可抑制嗜水气单孢菌胞外蛋白酶的活性。
从已克隆的草鱼α2巨球蛋白部分cDNA序列推测,该蛋白“Bait”区与鲤α2巨球蛋白等同源蛋白间差异较大,可
能与病原体差异导致的选择压力有关[42]。
7.3 转化生长因子
转化生长因子作为细胞调控因子,对免疫系统具有多效性。
草鱼转化生长因子β1(TGF2
β1基因cDNA全长序列已被测定。
RT2PCR检测表明,该基因主要在草鱼胸腺、头肾和脾中表达。
采用人重组
TGF2
β1对草鱼外周血淋巴细胞进行处理后发现,该蛋白可诱导外周血淋巴细胞增殖和细胞内MHCⅠ的表达,同时显著阻滞植物凝集素或脂多糖诱导的外周血淋巴细胞的增殖,表明转化生长因子在草鱼体
内可能具有较复杂的免疫调控机制[43]。
7.4 富亮氨酸重复蛋白
富亮氨酸重复(LRRs为通用型结合基序,含有LRRs的蛋白组成一个大的家族,该家族成员可传
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递特异病原相关分子,激活先天免疫系统,在蛋白间相互作用及宿主防御中起作用。
在草鱼中已克隆获得两个富亮氨酸重复蛋白基因,分别与哺乳动物中编码含富亮氨酸重复的GARP和LRG基因同源。
在草鱼体内,这两个基因均可被寄生虫感染诱导表达[44]。
7.5 核因子
细胞活化核因子是T细胞核DNA结合复合体的主要组件,作为抗体受体反应元件2(ARRE22与白介素22基因启动子结合,调控IL22的转录。
草鱼核因子NF45全长cDNA已被克隆,其编码蛋白高度保守。
该因子在草鱼头肾、脾、心、脑、肝、鳃等多种组织中均有表达,经PHA诱导,其在大多数组织中的表达上调[45]。
综上所述,近年来,草鱼免疫因子的研究已有一定进展。
但由于起步相对较晚,与西方主要养殖鱼类相比,草鱼免疫因子研究仍有一定差距。
至今为止,草鱼抗菌肽、转铁蛋白、正五聚体蛋白、天然抗体等免疫因子尚未见报道,已研究的免疫因子也仅为各免疫因子家族的少数成员[1]。
仍有大量草鱼免疫因子尚未被发现,部分已进行的研究也还有待深入。
鉴于鱼类复杂的免疫系统及众多的免疫因子,草鱼免疫因子的研究仍需进一步加强,以期全面了解草鱼免疫系统及其相关调控,并发掘影响草鱼抗病力的重要免疫因子,为最终解决草鱼疾病防治难题奠定基础。
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