魚類腸道免疫研究綜述

葛侖華

（天津農學院 水產學院，天津 300384）

近年來，由于水產養殖的爆發式和集約式增長導致魚類對各種疾病的易感性增加，而腸道作為魚類重要的消化和免疫器官在抵御病原體入侵方面起著重要作用。魚類的腸道粘膜免疫系統由一系列獨特的先天性和獲得性免疫細胞及分子組成，它們協同行動以保護宿主免受病原體的侵襲。此外粘液起到物理屏障，抵御病原體入侵的作用。本文總結了魚類腸道免疫系統的研究進展，以期為更深入研究奠定理論基礎，對魚類養殖以及疾病預防有重要意義。

1 魚腸道屏障功能

腸道是機體面對外部環境最大的表面，它與共生微生物區系及飲食中的抗原直接接觸。為了確保體內平衡，腸道充當著一個可選擇性滲透的屏障，吸收營養和水分以獲取能量，并阻止抗原和細菌進入內部環境，腸道的這一關鍵特性稱為腸道屏障功能。

在魚類中，腸道不僅承擔著消化食物和營養吸收的多種生理功能，同時它也是一個重要的免疫器官，是魚體與外部環境之間的屏障。腸道屏障主要由機械屏障、化學屏障、免疫屏障和生物屏障組成，這些屏障在抵御病原體入侵、防止微生物和細菌毒素進入到體循環中起著核心作用。因此，腸道屏障在維持腸道和全身免疫平衡方面起著極其重要的作用。它由一個錯綜復雜的細胞、黏液和腸道微生物區系組成。復雜的蛋白質系統會對營養物質和必要的元素進行選擇性滲透。而腸道屏障緊密性的紊亂會導致毒素和其他有害抗原滲透到系統中，使得機體出現各種消化道功能障礙、系統性感染和自身免疫性疾病發生。以往研究表明，病原體和宿主腸道之間復雜的相互作用會導致緊密連接屏障的結構和功能發生改變，從而誘導離子運輸和炎癥反應發生。因此，腸道被認為是魚類病原體感染的主要途徑之一[1]。

腸上皮是腸道屏障功能中的關鍵角色，它主要由吸收性腸上皮細胞組成，此外還包括杯狀細胞、腸內分泌細胞和簇狀細胞等。上皮單層充當選擇性屏障，調節物質在管腔和粘膜環境之間的雙向通道。除了構成純粹的物理屏障外，上皮細胞也通過表達與先天免疫反應有關的受體，分泌趨化因子和細胞因子，并作為一種非專業抗原呈遞細胞類型在免疫反應中發揮積極作用。腸道上皮細胞之間連接的復合物被稱為上皮連接復合物，它是由緊密連接（Tight Junction，TJ）、間隙連接（Gap Junction，GJ）、粘合連接 （Adherens Junction，AJ） 和橋粒（Desmosomes，DE）組成[2]。物質跨上皮運輸通過跨細胞或細胞旁途徑進行。前者涉及轉運蛋白介導的大分子攝取、內吞或胞吐作用，而細胞旁途徑涉及離子、水和分子穿過的細胞間隙。組成腸道屏障功能的其他因素還可以避免微生物群直接接觸上皮細胞表面，主要包括：（1）粘液層、免疫球蛋白和抗菌肽的分泌；（2）運動性，防止微生物過度管腔生長；（3）腸道微生物群的組成，共生細菌除了有助于消化過程外，還參與免疫反應的發展和控制，減少病原體定植，并影響上皮細胞動力學。（4）粘膜免疫系統，這是全身免疫細胞比例最高的系統，對先天性和適應性免疫系統的發育和調節至關重要。

2 魚粘膜免疫系統

脊椎動物的粘膜免疫系統由一系列獨特的先天性和獲得性免疫細胞和分子組成，它們協同作用以保護宿主免受病原體侵襲。同時，粘膜免疫系統已經進化到允許具有復雜多樣化的微生物群落定居在粘膜表面。例如通過發展具有高度特異性和記憶能力的淋巴細胞來記憶共生體和病原體，同樣共生體通過進化降低了其致病性，以便有利于棲息在富有營養的腸道粘膜表面而不被消除[3]。病原體和共生體都有由模式識別受體（PRRs）識別的微生物相關分子模式（MAMPs），當病原微生物感染宿主時，宿主通過模式識別受體識別病原體并啟動信號級聯，從而誘導腸道發生炎癥反應。

2.1 粘液

硬骨魚的粘膜相關淋巴組織（MALT）按解剖位置可分為腸相關淋巴組織（GALT）、鰓相關淋巴組織（GIALT）和皮膚相關淋巴組織（SALT）。它們與水環境直接接觸，是病原體入侵的重要入口點，也是魚體的第一道防線。這些組織表面不斷更新由杯狀細胞分泌的粘液，并起到物理屏障的作用。粘液是粘膜表面最重要的天然防御機制之一，它是一種選擇性滲透的粘彈性凝膠狀物質，在滲透調節、呼吸、攝食、繁殖、排泄和交流中具有多種重要作用。這種粘彈性主要來自粘蛋白，粘蛋白是一種聚合物，具有與寡糖相連的肽骨架，含有一個或多個蛋白結構域。寡糖的側鏈根據唾液酸或硫酸鹽基團的優勢來決定粘蛋白是酸性還是中性的。除了粘蛋白，粘液中還發現了其他蛋白質、離子和脂質的復雜混合物，為微生物的粘附和生長創造了理想環境。粘液的組成決定了其粘附性、粘彈性、運輸性和保護性。粘液中的生化防御是由蛋白酶、溶菌酶、堿性磷酸酶、組織蛋白酶B和抗菌肽等蛋白質提供的。除杯狀細胞外，與炎癥或先天免疫功能相關的分泌細胞類型還有囊狀細胞、棒狀細胞、小棒狀細胞和肥大細胞，它們同樣是粘液蛋白庫的組成部分[4]。

2.2 先天免疫

2.2.1 天然免疫分子

酶：目前在魚粘液中研究最多的酶是溶菌酶。溶菌酶（N-乙酰胞壁質聚糖水解酶或胞壁質酶）是一種在大多數魚類的粘液、淋巴組織和血清中廣泛存在的殺菌酶。魚腸道粘液和其他組織中的溶菌酶是正常機體防御機制的組成部分，有助于宿主抵御細菌的感染。酸性和堿性磷酸酶是魚粘液中重要的溶酶體酶，與魚類的天然免疫系統相關[5]。這些酶的活性在不同的樣本及環境條件中會觀察到顯著差異。此外還有包括蛋白酶，脂酶，芳香酰胺酶，過氧化物酶等多種酶參與了硬骨魚類先天性免疫應答。

抗菌肽：抗菌肽（AMPs）被認為是宿主抵御病原體感染的重要組成部分?？咕氖菑奈⑸铩又参锏榷喾N生物中分離出來的抗生素。迄今為止，已有超過1 000種抗菌肽被鑒定出來，它們在氨基酸序列、長度和結構等生化特性上表現出不同。但它們也有共同的特征，對包括細菌、酵母、真菌、包膜病毒和寄生蟲在內的多種病原體顯示出廣泛的活性，對宿主細胞的毒性很小甚至沒有。它們還能抑制DNA、RNA和蛋白質的合成。這些抗菌肽存在于接觸微生物的組織中，如粘膜表面，皮膚和免疫細胞。目前已在許多硬骨魚的粘膜組織或免疫細胞中發現了多種類型的抗菌肽，它們被認為是魚粘液和腸道屏障功能的重要部分。

補體蛋白：補體系統在脊椎動物和無脊椎動物中都存在。在哺乳動物中，補體負責多種功能，包括調節適應性免疫反應，促進炎癥反應，消除凋亡和壞死的細胞以及破壞病原體[6]。并且補體蛋白C3對調節哺乳動物腸道耐受性和建立共生體也至關重要。補體的三種激活途徑（經典途徑、凝集素途徑和替代途徑）同樣存在于硬骨魚中。

2.2.2 先天免疫細胞

上皮細胞：上皮屏障是由上皮細胞、粘液產生細胞、神經內分泌細胞和固有免疫系統組成的，它將底層組織與環境中的潛在危害隔離開。其中上皮細胞不僅是形成屏障的“磚塊”，還是參與體內平衡、共生定植、先天和適應性免疫反應的積極協調者[7]。上皮細胞通過表達PRRs直接與病原體和共生體相互作用。同哺乳動物一樣，魚類腸上皮細胞可以表達腸堿性磷酸酶，這種酶在斑馬魚身上被證明能夠解毒脂多糖（LPS），并防止腸道炎癥對常駐微生物群的影響。通過對魚類上皮細胞與微生物相互作用的研究發現，常駐腸道菌群可增強腸上皮細胞中β-連環蛋白的穩定性，并促進發育中斑馬魚腸道的細胞增殖。此外，已知病毒等病原體會誘導魚類上皮細胞凋亡。

肥大細胞：肥大細胞是廣泛存在于全身的組織細胞，特別是與血管和神經等結構相關的組織，并且靠近與外部環境接觸的表面。在魚類中，肥大細胞在腸道、皮膚和鰓中最為豐富。電鏡下，肥大細胞的特征是有一個大的橢圓形常染核，周圍環繞著大量的胞質電子致密顆粒。這些細胞的特點是大小不一的圓形胞體，細胞核偏中心，HE染色呈嗜酸性顆粒。硬骨魚中的肥大細胞與哺乳動物中的肥大細胞相似，可以產生許多介質、趨化因子及細胞因子。

巨噬細胞/粒細胞：巨噬細胞和粒細胞也存在于所有硬骨魚的粘膜相關淋巴組織中。粘膜巨噬細胞有助于維持局部內環境穩定和保持共生微生物區平衡。但腸道巨噬細胞在健康的腸道中部分是惰性的，即使長期暴露在細菌和其他刺激下也不能促進炎癥反應。

粘膜樹突狀細胞：粘膜樹突狀細胞是哺乳動物粘膜免疫系統中最重要的組成部分之一。與系統性樹突狀細胞相比，粘膜樹突狀細胞特異性地在B和T淋巴細胞上印記粘膜歸巢分子。粘膜樹突狀細胞有助于抑制粘膜免疫反應，避免全身免疫反應。在哺乳動物中，粘膜樹突狀細胞能夠直接從腸腔采集抗原，吸收共生菌和病原體，并且可以在幾天內保留少量活的共生體。

2.3 獲得性免疫

與無脊椎動物不同，硬骨魚進化出了先天免疫和獲得性免疫以保護自己免受水環境中的病原體侵襲。與哺乳動物相似，硬骨魚也產生B細胞和T細胞，這是所有硬骨脊椎動物的第一個適應性免疫機制。免疫球蛋白（Igs）是高度專門化的識別糖蛋白，由兩條重的（H）鏈和兩條輕的（L）鏈組成，可以識別細菌、病毒和其他致病生物體中的各種抗原，并招募其他細胞和分子來消滅這些病原體[8]。在硬骨動物和四足動物中都發現了兩種形式的免疫球蛋白：一種是膜結合型的Igs，作為細胞的抗原受體，也被稱為B細胞受體（BCR）；另一種是分泌型的Igs，它由終末分化的B細胞、漿母細胞和漿細胞產生，作為B細胞在適應性免疫中的主要效應因子。硬骨魚腸道中的免疫球蛋白在抵抗潛在病原體通過腸上皮入侵機體方面起著重要作用。目前在硬骨魚中已經鑒定出3種主要的Igs亞型，包括IgM、IgD和IgT/Z，其中IgT/Z被認為是專門用于粘膜免疫。粘膜相關淋巴組織中的B細胞和免疫球蛋白被認為介導了粘膜的動態平衡，因為已知分泌型免疫球蛋白（抗體）可以中和病原體或促進其在粘膜中的消除，從而防止進一步的感染。此外，在魚類粘膜表面定居的大型共生微生物群也可以被免疫球蛋白識別。