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论文解读:综述-鱼类母源性免疫和免疫增强剂的跨代免疫作用

出处:水生动物健康评估公众号 作者:南湖意 水产养殖网 2019-09-04 16:25:00

今天小编与大家分享一篇中文综述《鱼类母源性免疫和免疫增强剂的跨代免疫作用》。
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鱼类养殖在我国乃至世界水产养殖业中都处于支柱产业地位,因此一直倍受重视。然而,鱼类养殖业特别是海水鱼类养殖业的发展也存在一些亟待解决的问 题。随着养殖规模不断扩大,对鱼苗需求量也大大增加,而与此形成鲜明反差的是鱼类育苗期,胚胎和仔稚鱼死亡率通常较高,已经成为长期困扰海水鱼类养殖 业发展的一个关键问题。例如,即使在人工养殖(没有天敌/鱼类捕食)条件下,鱼苗死亡率有时也高达90%以上,严重影响鱼苗生产,致使生产效益下降、成本增加,这已经成为鱼类苗种培育生产中一个亟待解决的难题。近年来,有关于鱼类母源性免疫和免疫增强剂跨代免疫功能的研究报道,为解决这一养殖难题 提供了可能。本文对近年来有关研究进展作了简要概述。


1. 病害乃鱼类胚胎和仔稚鱼死亡重要原因之一
鱼类早期胚胎和仔稚鱼高死亡率,长期以来是鱼类生活史研究领域中的一个中心问题。鱼类的发育从受精卵开始,历经胚胎发育期、仔鱼期、稚鱼期,直至发育到幼鱼期结束。在早期发育过程中,鱼类的营养方式由内源性营养向外源性 营养转变,同时器官和相应生理功能逐渐发育完善。在自然条件下,鱼类早期发育过程中仅有不到1.0%的个体能够存活下来。自然条件下影响鱼类成活率的主要因素有饵料丰富程度、天敌和水文环境优劣等。然而,在人工养殖条件下,上述影响成活率因素几乎被调控于最佳状态,水温、光照、盐度等理化环境适宜,有轮虫、卤虫等组成的充足饵料,并且没有捕食生物存在,但养殖鱼类早期阶段死亡率依然很高。目前,普遍认为养殖条件下影响鱼类胚胎和仔稚鱼成活率的主要因素是卵子质量和卵子成熟度。
另一方面,越来越多证据表明,绝大多数鱼类赖以生存、发育的水环境中存在大量各种各样微生物,其中不乏一些致病细菌,可以在受精数小时后就黏附到并生活于卵子表面,成为鱼类早期胚胎死亡重要原因之一。例如,毛霉亮发菌黏附到鳕鱼卵子表面后,可以导致大量胚胎死亡; 嗜冷嗜纤维菌可以感染虹鳟和鲑鱼胚胎,导致冷水病的发生。某些病原还可以在鱼类垂直传播,影响胚胎发育。例如,传染性造血坏死病毒(IHNV)可以从虹鳟鱼亲代传递给子代,导致胚胎急性病并大量死亡。同样,在包括广东省在内的 我国南方广大地区大量养殖的重要鱼类石斑鱼中,神经坏死病毒也可以从亲代传递给子代,并引起鱼苗发病。因此,卵子质量和疾病感染都是早期鱼类死亡重要原因。 需要指出的是,卵子和胚胎抗病力是卵子质量的一个重要标志,与胚胎抵抗病原攻击的能力直接相关。
 
2. 免疫分子从亲代传递给子代为胚胎提供免疫保护
绝大多数鱼类体外受精,胚胎在体外发育,这与哺乳类在母体内发育并得到母亲很好保护完全不同。特别是鱼类胚胎的免疫系统发育相对较晚,基本不具备或者仅有些许合成免疫相关分子的能力。因此,鱼类胚胎主要依靠从亲代(母体)传递来的免疫相关物质(分子),比如免疫球蛋白IgM和溶菌酶等,保护其不受病原感染。
母亲通过胎盘、初乳、乳汁(哺乳动物)或者卵子(卵生动物)传递给子代的免疫能力被称为母源性免疫,这被认为在保护脆弱的子代免受病原攻击中发挥关键作用。早在110多年前,在哺乳类和鸟类就出现了关于母源性免疫的描述,以后又发现免疫球蛋白可以由亲代向子代传递。现在母源性免疫已经在包括哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类和鱼类在内的脊椎动物 中以及包括昆虫、虾和文昌鱼在内的无脊椎动物中得到证明。
对鱼类母源性免疫的研究远比对哺乳类和鸟类母源性免疫的研究起步晚。鱼 类胚胎外围包裹有受精膜,既可以起到缓冲作用保护胚胎免受机械损伤,又可以在一定程度上不让微生物进入内部,保护胚胎不受病原感染。但是,真正对鱼类胚胎起关键保护作用的主要是依靠从亲代传递给子代的免疫相关分子,比如免疫球蛋白IgM、溶菌酶和补体成分等。在1980年代,在蝶鱼卵子中首先发现有IgM 存在,以后又陆续在鱼类卵子中发现一些其他母源性免疫因子。在已经发现的鱼类各种母源性免疫因子之中,对免疫球蛋白的研究较为 集中和深入。目前,已经在数种鱼类卵子中发现有IgM,包括鲤鱼、罗非鱼 、真鲷 、鲈鱼 、虹鳟、鲑鱼、鲽和斑马鱼等。
然而,关于鱼类卵子中IgM的功能研究仅见于Swain等、Hanif等和 Wang 等的报道,他们从不同角度分别证明鱼卵中的 IgM可能对正在发育的胚胎具有免疫保护作用。关于免疫球蛋白在亲子之间的传递机制,Swain等认为和胎生脊椎动物的传递机制相似,也是通过受体介导的跨膜作用进入 卵 子 中。还有一种观点认为,鱼 类 繁 殖 期血液中的免疫球蛋白含量 显 著 升 高;由 于 血 液 中 免 疫球蛋白浓度高于卵泡,因此亲鱼循 环 系 统 的 免 疫 球 蛋白便可以通过血液循环而进入卵泡。进入卵子的母源 性免疫球蛋白 在 早 期 发 育 过 程 中,会随着胚胎或仔鱼 的体液(或血 液)循 环 从 卵 黄 囊 进 入 其 他 各 个 器 官,逐 渐被代谢消耗并在此过程中发挥识别并结合抗原的活 性作用,从而使仔鱼保持较高的存活能力。 除去适应性免疫分子IgM之外,鱼类的补体成分、溶菌酶、凝集素和蛋白酶抑制剂等天然免疫成分都具有母源性免疫功能。例如,虹鳟的补体成分 C3、 C4、C5 和 Bf能 够 传 递 给 子 代,鲤 鱼 和 狼 鱼的 C3也能够传递给子代。我们的研究也发现斑马鱼的替代补体途径关键因子 C3和 Bf可以从亲代传递 给子代,并 且 利 用 建 立 的 体 外 补 体 活 性检测方法,证明斑马鱼卵内补体成分具有保护早期胚胎的功能。我们还发现由卵黄蛋白原降解产生的卵黄蛋白-高磷蛋白和脂磷蛋白除了可以给胚胎提供营养之外,也参与鱼类胚胎免疫保护作用。最近,有人报道白细胞的吞噬作用也在鱼类胚胎免疫保护中发挥一定作用。这些结果都说明鱼类卵子中的确存在许多母源性免疫因子,它们都对早期胚胎的正常发育起到保护作用。
 
3. 免疫增强剂可促进免疫分子亲子转移
免疫增强剂是指具有增强免疫功能的生物活性物 。免疫增强剂种类很多,包 括聚肌胞苷酸、左旋咪唑等化学合成物质,来源于微生物和动植物的多糖类以及人或动物免疫系统产生的激素 和维生素类物质,还有一些中药的有效成 分,如,刀豆蛋白A、胎盘多糖及植物血凝素等。其 中,来 源 广 泛(如植物、藻 类、蘑 菇 和 酵 母 等)的 葡 聚 糖(β-glucan)和其他多糖等免 疫 增 强 剂,被 认 为 是 提 高 水 产 养 殖 鱼 类 免疫力的有效工具,不但可以促进免疫相关分子合成,提 高 鱼 体 免 疫 力,增 强 机 体 抗 病 能 力, 而且已 经 在 水 产 养 殖 生 产 中 得 到 应 用。有证 据 表 明,β-葡聚糖能与单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和自然杀伤细胞表面特异性受体结合,从而激活这些免疫 细胞释 放 TNF-α、TGF-1β、IL-1β、IL-6、IL-10以及IL-12等细胞因子。在这些细胞因子的作用下,新的白细胞不断生成,诱导机体产生细胞免疫和体液免疫, 它们还可以促进吞噬细胞的吞噬活性和呼吸爆发活力,同时可以促进溶菌酶、补体C3、C4、Bf等免疫因子分泌量增加。除此之外,β-葡聚糖还能提高鱼 体内抗体产生水平,提高其抗病毒 感染能力。总之,葡聚糖对成鱼鱼类的先天性免疫和特异性免疫都有促进作用。那么,β-葡聚糖是否可以促进母源性免疫因子从亲代向子 代 转 移,从而提升鱼类胚胎的免疫能力呢?这是一个既具有理论意义又具有潜在应用价值的重要问题。
新近,我们发现用β-葡聚糖饲喂斑马鱼雌鱼,不但能够增强免疫相关分子 C3、Bf和溶菌酶在斑马鱼卵中的含量,而且来自这些卵子的胚胎具有更强的抵抗细菌感染的能力,表 明 卵 子 内 提 高 了 的 C3、Bf和溶 菌 酶直接参与斑 马 鱼 胚 胎 发 育 的 抑 菌 作 用。但 是,饲 喂β-葡聚糖 的 斑 马 鱼 与 对 照 斑 马 鱼(未 饲 喂 β-葡聚糖)比 较,产卵量 和 胚 胎 发 育 孵 化 率 均 没 有 差 异。这些结果说明,β-葡聚糖可以安全有效运用于鱼类养殖,用来提高鱼类胚 胎 的 非 特 异 性 免 疫 功 能,达 到 提 高 鱼 类 育苗成活率 的 目 的。目 前,相 关 的 生 产 试 验 已 在 鲆 鲽 鱼类上展开。
总之,随着鱼类养殖的不断发展,苗种培育变得越来越重要,如何提高鱼类苗种的质量和数量对鱼类养殖规模的扩 大 至 关 重 要。除 控 制 鱼 卵 质 量、养 殖 环 境等因素外,如何降低因疾病而造成的早期胚胎死亡率也不容忽视。葡聚糖能增强母源性免疫因子在卵子中的含量,提高胚胎免疫保护力,这给提高鱼类鱼苗成活率提供了一条可行途径。


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