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論文解讀:綜述-魚類母源性免疫和免疫增強劑的跨代免疫作用

出處:水生動物健康評估公眾號 作者:南湖意 水產養殖網 2019-09-04 16:25:00

今天小編與大家分享一篇中文綜述《魚類母源性免疫和免疫增強劑的跨代免疫作用》。
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魚類養殖在我國乃至世界水產養殖業中都處于支柱產業地位,因此一直倍受重視。然而,魚類養殖業特別是海水魚類養殖業的發展也存在一些亟待解決的問 題。隨著養殖規模不斷擴大,對魚苗需求量也大大增加,而與此形成鮮明反差的是魚類育苗期,胚胎和仔稚魚死亡率通常較高,已經成為長期困擾海水魚類養殖 業發展的一個關鍵問題。例如,即使在人工養殖(沒有天敵/魚類捕食)條件下,魚苗死亡率有時也高達90%以上,嚴重影響魚苗生產,致使生產效益下降、成本增加,這已經成為魚類苗種培育生產中一個亟待解決的難題。近年來,有關于魚類母源性免疫和免疫增強劑跨代免疫功能的研究報道,為解決這一養殖難題 提供了可能。本文對近年來有關研究進展作了簡要概述。


1. 病害乃魚類胚胎和仔稚魚死亡重要原因之一
魚類早期胚胎和仔稚魚高死亡率,長期以來是魚類生活史研究領域中的一個中心問題。魚類的發育從受精卵開始,歷經胚胎發育期、仔魚期、稚魚期,直至發育到幼魚期結束。在早期發育過程中,魚類的營養方式由內源性營養向外源性 營養轉變,同時器官和相應生理功能逐漸發育完善。在自然條件下,魚類早期發育過程中僅有不到1.0%的個體能夠存活下來。自然條件下影響魚類成活率的主要因素有餌料豐富程度、天敵和水文環境優劣等。然而,在人工養殖條件下,上述影響成活率因素幾乎被調控于最佳狀態,水溫、光照、鹽度等理化環境適宜,有輪蟲、鹵蟲等組成的充足餌料,并且沒有捕食生物存在,但養殖魚類早期階段死亡率依然很高。目前,普遍認為養殖條件下影響魚類胚胎和仔稚魚成活率的主要因素是卵子質量和卵子成熟度。
另一方面,越來越多證據表明,絕大多數魚類賴以生存、發育的水環境中存在大量各種各樣微生物,其中不乏一些致病細菌,可以在受精數小時后就黏附到并生活于卵子表面,成為魚類早期胚胎死亡重要原因之一。例如,毛霉亮發菌黏附到鱈魚卵子表面后,可以導致大量胚胎死亡; 嗜冷嗜纖維菌可以感染虹鱒和鮭魚胚胎,導致冷水病的發生。某些病原還可以在魚類垂直傳播,影響胚胎發育。例如,傳染性造血壞死病毒(IHNV)可以從虹鱒魚親代傳遞給子代,導致胚胎急性病并大量死亡。同樣,在包括廣東省在內的 我國南方廣大地區大量養殖的重要魚類石斑魚中,神經壞死病毒也可以從親代傳遞給子代,并引起魚苗發病。因此,卵子質量和疾病感染都是早期魚類死亡重要原因。 需要指出的是,卵子和胚胎抗病力是卵子質量的一個重要標志,與胚胎抵抗病原攻擊的能力直接相關。
 
2. 免疫分子從親代傳遞給子代為胚胎提供免疫保護
絕大多數魚類體外受精,胚胎在體外發育,這與哺乳類在母體內發育并得到母親很好保護完全不同。特別是魚類胚胎的免疫系統發育相對較晚,基本不具備或者僅有些許合成免疫相關分子的能力。因此,魚類胚胎主要依靠從親代(母體)傳遞來的免疫相關物質(分子),比如免疫球蛋白IgM和溶菌酶等,保護其不受病原感染。
母親通過胎盤、初乳、乳汁(哺乳動物)或者卵子(卵生動物)傳遞給子代的免疫能力被稱為母源性免疫,這被認為在保護脆弱的子代免受病原攻擊中發揮關鍵作用。早在110多年前,在哺乳類和鳥類就出現了關于母源性免疫的描述,以后又發現免疫球蛋白可以由親代向子代傳遞。現在母源性免疫已經在包括哺乳類、鳥類、爬行類、兩棲類和魚類在內的脊椎動物 中以及包括昆蟲、蝦和文昌魚在內的無脊椎動物中得到證明。
對魚類母源性免疫的研究遠比對哺乳類和鳥類母源性免疫的研究起步晚。魚 類胚胎外圍包裹有受精膜,既可以起到緩沖作用保護胚胎免受機械損傷,又可以在一定程度上不讓微生物進入內部,保護胚胎不受病原感染。但是,真正對魚類胚胎起關鍵保護作用的主要是依靠從親代傳遞給子代的免疫相關分子,比如免疫球蛋白IgM、溶菌酶和補體成分等。在1980年代,在蝶魚卵子中首先發現有IgM 存在,以后又陸續在魚類卵子中發現一些其他母源性免疫因子。在已經發現的魚類各種母源性免疫因子之中,對免疫球蛋白的研究較為 集中和深入。目前,已經在數種魚類卵子中發現有IgM,包括鯉魚、羅非魚 、真鯛 、鱸魚 、虹鱒、鮭魚、鰈和斑馬魚等。
然而,關于魚類卵子中IgM的功能研究僅見于Swain等、Hanif等和 Wang 等的報道,他們從不同角度分別證明魚卵中的 IgM可能對正在發育的胚胎具有免疫保護作用。關于免疫球蛋白在親子之間的傳遞機制,Swain等認為和胎生脊椎動物的傳遞機制相似,也是通過受體介導的跨膜作用進入 卵 子 中。還有一種觀點認為,魚 類 繁 殖 期血液中的免疫球蛋白含量 顯 著 升 高;由 于 血 液 中 免 疫球蛋白濃度高于卵泡,因此親魚循 環 系 統 的 免 疫 球 蛋白便可以通過血液循環而進入卵泡。進入卵子的母源 性免疫球蛋白 在 早 期 發 育 過 程 中,會隨著胚胎或仔魚 的體液(或血 液)循 環 從 卵 黃 囊 進 入 其 他 各 個 器 官,逐 漸被代謝消耗并在此過程中發揮識別并結合抗原的活 性作用,從而使仔魚保持較高的存活能力。 除去適應性免疫分子IgM之外,魚類的補體成分、溶菌酶、凝集素和蛋白酶抑制劑等天然免疫成分都具有母源性免疫功能。例如,虹鱒的補體成分 C3、 C4、C5 和 Bf能 夠 傳 遞 給 子 代,鯉 魚 和 狼 魚的 C3也能夠傳遞給子代。我們的研究也發現斑馬魚的替代補體途徑關鍵因子 C3和 Bf可以從親代傳遞 給子代,并 且 利 用 建 立 的 體 外 補 體 活 性檢測方法,證明斑馬魚卵內補體成分具有保護早期胚胎的功能。我們還發現由卵黃蛋白原降解產生的卵黃蛋白-高磷蛋白和脂磷蛋白除了可以給胚胎提供營養之外,也參與魚類胚胎免疫保護作用。最近,有人報道白細胞的吞噬作用也在魚類胚胎免疫保護中發揮一定作用。這些結果都說明魚類卵子中的確存在許多母源性免疫因子,它們都對早期胚胎的正常發育起到保護作用。
 
3. 免疫增強劑可促進免疫分子親子轉移
免疫增強劑是指具有增強免疫功能的生物活性物 。免疫增強劑種類很多,包 括聚肌胞苷酸、左旋咪唑等化學合成物質,來源于微生物和動植物的多糖類以及人或動物免疫系統產生的激素 和維生素類物質,還有一些中藥的有效成 分,如,刀豆蛋白A、胎盤多糖及植物血凝素等。其 中,來 源 廣 泛(如植物、藻 類、蘑 菇 和 酵 母 等)的 葡 聚 糖(β-glucan)和其他多糖等免 疫 增 強 劑,被 認 為 是 提 高 水 產 養 殖 魚 類 免疫力的有效工具,不但可以促進免疫相關分子合成,提 高 魚 體 免 疫 力,增 強 機 體 抗 病 能 力, 而且已 經 在 水 產 養 殖 生 產 中 得 到 應 用。有證 據 表 明,β-葡聚糖能與單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞和自然殺傷細胞表面特異性受體結合,從而激活這些免疫 細胞釋 放 TNF-α、TGF-1β、IL-1β、IL-6、IL-10以及IL-12等細胞因子。在這些細胞因子的作用下,新的白細胞不斷生成,誘導機體產生細胞免疫和體液免疫, 它們還可以促進吞噬細胞的吞噬活性和呼吸爆發活力,同時可以促進溶菌酶、補體C3、C4、Bf等免疫因子分泌量增加。除此之外,β-葡聚糖還能提高魚 體內抗體產生水平,提高其抗病毒 感染能力。總之,葡聚糖對成魚魚類的先天性免疫和特異性免疫都有促進作用。那么,β-葡聚糖是否可以促進母源性免疫因子從親代向子 代 轉 移,從而提升魚類胚胎的免疫能力呢?這是一個既具有理論意義又具有潛在應用價值的重要問題。
新近,我們發現用β-葡聚糖飼喂斑馬魚雌魚,不但能夠增強免疫相關分子 C3、Bf和溶菌酶在斑馬魚卵中的含量,而且來自這些卵子的胚胎具有更強的抵抗細菌感染的能力,表 明 卵 子 內 提 高 了 的 C3、Bf和溶 菌 酶直接參與斑 馬 魚 胚 胎 發 育 的 抑 菌 作 用。但 是,飼 喂β-葡聚糖 的 斑 馬 魚 與 對 照 斑 馬 魚(未 飼 喂 β-葡聚糖)比 較,產卵量 和 胚 胎 發 育 孵 化 率 均 沒 有 差 異。這些結果說明,β-葡聚糖可以安全有效運用于魚類養殖,用來提高魚類胚 胎 的 非 特 異 性 免 疫 功 能,達 到 提 高 魚 類 育苗成活率 的 目 的。目 前,相 關 的 生 產 試 驗 已 在 鲆 鰈 魚類上展開。
總之,隨著魚類養殖的不斷發展,苗種培育變得越來越重要,如何提高魚類苗種的質量和數量對魚類養殖規模的擴 大 至 關 重 要。除 控 制 魚 卵 質 量、養 殖 環 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視。葡聚糖能增強母源性免疫因子在卵子中的含量,提高胚胎免疫保護力,這給提高魚類魚苗成活率提供了一條可行途徑。


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