鱼类免疫之起源与应答机理

鱼类免疫系统的研究很早，但长期以来，大多集中于先天性免疫系统的研究，对于适应性免疫系统关注较少。作为较为低等的脊椎动物，鱼类虽不具备高等脊椎动物的一些免疫器官，如哺乳类的脊髓和淋巴结，但同高等脊椎动物一样，其免疫系统也由先天性免疫系统和适应性免疫系统共同组成：鱼类对病原防御的第一道防线是先天性免疫，具有快速性和广泛性；适应性免疫应答稍稍滞后，具有专一性、快速性、多样性及记忆性［１］。

１　适应性免疫系统的起源

在高等脊椎动物的适应性免疫系统中，主要组织相容性复合体ＭＨＣ、免疫球蛋白Ｉｇ以及Ｔ／Ｂ淋巴细胞受体（ＴＣＲ／ＢＣＲ）是发挥作用的三个核心组分［２－３］。过去人们普遍认为，适应性免疫系统起源于有颔类脊椎动物，无颔类脊椎动物或者无脊椎动物中不存在这些组分［４］。然而，近年来随着人们对不同进化阶段代表性动物免疫系统研究的不断深入，相继在一些无颔类脊椎动物以及无脊椎动物中发现了适应性免疫系统的特征。研究发现，在盲鳗（Ｅｐｔａｔｒｅｕｓ　ｂｕｒｇｅｒ）、七鳃鳗（Ｐｅｔｒｏｍｙｚｏｎ　ｍａｒｉｕｓ）等无颌类脊椎动物中存在一些适应性免疫相关的调控因子，如Ｔ细胞受体、ＣＤ类分子及淋巴细胞成熟调控因子等，虽然在序列特征上与脊椎动物中的同源基因／蛋白有所区别，且大多数因子的功能尚未鉴定，但为研究适应性免疫系统在无颌类脊椎动物中的起源与进化提供了关键的线索［５－１０］。近年，在无脊椎动物果蝇、蜗牛及原索动物 文昌 鱼（Ｂｒａｎｃｈｉｏｓｔｏｍａ　ｂｅｌｃｈｅｒｉ）中相继发现了类似哺乳动物的抗原识别分子及抗原－抗体反应现象。因此有学者认为，这些现象应该代表了适应性免疫系统的早期发育阶段［１１－１５］。这一结论目前尚需证据支持。适应性免疫系统的功能通过产生大量不同的抗体得以实现，而抗体的产生需要经过免疫球蛋白胚系基因的重排，这给来源于不同生物体的免疫球蛋白之间的序列对比造成了困难，因此，适应性免疫系统的起源问题始终是扑朔迷离。但目前可以肯定的是，虽然无颔类脊椎动物或者无脊椎动物针对病原体可以做出相应的保护行为，但只有有颌类脊椎动物才具有充分发育的“适应性”免疫系统，能针对反复的侵袭做出免疫应答。

２　适应性免疫应答

虽然在兼具先天性免疫系统和适应性免疫系统的脊椎动物中，鱼类最为低等，其免疫系统也并不完善，但也具有了适应性免疫应答的两种类型，即Ｂ淋巴细胞介导的体液免疫和Ｔ淋巴细胞介导的细胞免疫。目前对鱼类适应性免疫应答机制的研究，已经进入了基因水平。研究发现，无论是体液免疫还是细胞免疫，均经过了严密的控制和精细的调节，其应答过程可分为抗原识别、加工及呈递阶段，免疫细胞的活化增殖和分化阶段，以及效应分子或细胞对非己分子或细胞的清除阶段。

２．１　体液免疫

鱼类的体液免疫包括两种类型，一类是由溶菌酶、补体等体液因子参与的先天性免疫，另一类是由Ｂ细胞介导的适应性免疫。笔者着重介绍由Ｂ细胞介导的体液免疫。体液免疫主要由存在于血液和黏膜分泌物中的抗体所介导的免疫应答过程。当鱼类经病毒、细菌等抗原感染刺激后，Ｂ淋巴细胞通过对抗原的识别，经分化、增殖过程，产生浆细胞，分泌抗体、消灭抗原。Ｂ淋巴细胞是体液免疫应答的主要效应细胞，在鱼类的主要免疫器官———头肾中发育形成，头肾还是捕获抗原和产生抗体的主要场所。目前相关的研究主要集中在大西洋鳕（Ｇａｄｕｓ　ｍｏｒｈｕｓ）、鲤鱼（Ｃｙｐｒｉｎｕｓ　ｃａｒｐｉｏ）、花狼鳚（Ａｎａｒｈｉｃｈａｓ　ｍｉｎｏｒ）、斑 马 鱼 （Ｄａｎｉｏ　ｒｅｒｉｏ）、大 菱 鲆 （Ｓｃｏｐｈｔｈａｌｍｕｓｍａｘｉｍｕｓ）等。鱼类的Ｂ淋巴细胞分化、成熟及其应答过程均与高等脊椎动物相似［１６－２１］。但也有研究表明，它识别抗原的方式或许与高等脊椎动物不同，目前，已有部分研究支持此结论［２２－２４］。此外，鱼类的Ｂ细胞具有巨噬细胞的部分功能，可对侵袭的细菌进行吞噬。给鱼体注射或者服用脂多糖可促进Ｂ淋巴细胞的吞噬活性［２５－２７］。引发鱼类体液免疫反应的抗原多为分子量相对较大的蛋白质和多糖等，如病毒颗粒和细菌表面大都带有此类抗原。抗原和Ｂ细胞表面受体的种类非常多。当一种抗原侵入体内时，它会直接结合在适合于其形状的Ｂ细胞表面受体上。当Ｂ细胞在连续受到这种带有互补决定簇的抗原刺激后，即引发体液免疫反应［２８］。抗体即免疫球蛋白在Ｂ淋巴细胞中合成，主要以分泌形式存在于血液和皮肤、肠等其他体液中（分泌性免疫球蛋白，ＳＩｇ），或者作为抗原受体结合于细胞膜上（膜表面免疫球蛋白，ＭＩｇ），具有高亲和性和高特异性［２９］。免疫球蛋白分子由多条异源性多肽链组成，其中分子量较大的为重链（Ｈ），分子量较小的为轻链（Ｌ）。Ｈ链和Ｌ链靠近Ｎ端的区域序列变化很大，称为可变区（Ｖ区）；靠近Ｃ端的氨基酸序列相对比较稳定，称为恒定区（Ｃ区）。根据Ｈ链Ｃ区结构的不同，可将Ｉｇ划分为多种类型。哺乳动物具有ＩｇＭ、ＩｇＧ、ＩｇＡ、ＩｇＤ、ＩｇＥ　５种类型。据目前研究，鱼类同种型抗体主要为免疫球蛋白ＩｇＭ，此外还发现了ＩｇＤ［鳕 鱼、大 西 洋 鲑 （Ｓａｌｍｏ　ｓａｌａｒ）、牙 鲆（Ｐａｒａｌｉｃｈｔｈｙｓ　ｏｌｉｖａｃｅｕｓ）］、ＩｇＺ（斑马鱼）、ＩｇＴ（鲑）及ＩｇＨ等。其中，ＩｇＴ为ＩｇＭ与ＩｇＺ的嵌合体，ＩｇＨ与其他脊椎动物的Ｉｇ基因的结构差异较大，均为抗体的组成成分。目前，对于鱼类中存在一类还是两类ＩｇＭ多聚体尚有争议，有待于更加精确的分子免疫学手段验证［３０－３６］。免疫球蛋白的表达受多种因素的影响。抗原的剂量、性质及接种方式的不同决定了免疫接种途径的不同和Ｉｇ的表达水平［３７－３９］。此外，机体本身的属性如鱼的性别、年龄、质量、生理状态等对抗体的产生亦有影响。环境方面的影响因素主要包括温度、光照、盐度以及环境胁迫等。如 太 平 洋 鲱（Ｃｌｕｐｅａ　ｐａｌｌａｓｉ）血清中的ＩｇＭ浓度与其年龄及病原菌的感染程度有很强的相关性［４０－４１］。近年来，硬骨鱼类体液免疫的研究已经取得了一定进展。但目前尚有许多尚待解决的问题，如不同来源的免疫球蛋白之间的关系，其作用机制等，有待于进一步探讨。

２．２　细胞免疫

细胞免疫主要是指Ｔ淋巴细胞及其产生的淋巴因子所介导的免疫应答过程。当抗原侵袭时，Ｔ淋巴细胞表面的受体与抗原提呈细胞表面的抗原肽－ＭＨＣ复合物特异性地结合，识别抗原，然后Ｔ细胞进一步活化、增殖和分化为效应Ｔ淋巴细胞，执行细胞免疫功能，消除抗原。在细胞免疫应答过程中，Ｔ淋巴细胞是具有关键作用的效应细胞。在高等脊椎动物中，已鉴定出ＣＤ４＋和ＣＤ８＋两类表面标记和表达谱均不相同的Ｔ细胞亚群，其中ＣＤ８＋为细胞毒性Ｔ细胞，为细胞免疫的主要效应细胞，而ＣＤ４＋为辅助性Ｔ细胞，几乎参与了所有的免疫应答过程。鱼类Ｔ细胞表面不具备类似哺乳动物的有效标记，目前尚不能确定细胞免疫应答完全依赖于Ｔ淋巴细胞。但根据最近几年来的研究进展，尤其是通过一些转录因子的表达分析，推测鱼类的Ｔ细胞功能应该类似于高等脊椎动物［４２－４５］。在特异性免疫应答过程中，许多淋巴因子起到了重要作用，如白细胞介素２。它是初始Ｔ细胞产生的最重要的细胞因子，调节淋巴细胞的活化、增殖和分化。而穿孔素和颗粒酶是细胞毒性Ｔ细胞在细胞浆内产生的膜结合型颗粒物质。穿孔素是一种成孔蛋白，可对靶细胞打孔，颗粒酶是一组丝氨酸酯酶，二者共同作用可令靶细胞发生凋亡，暴露出抗原，被抗体消灭［４６－４８］。近年来，一些参与抗原呈递过程的关键分子，如ＭＨＣ　Ｉ、ＩＩ、ＴＣＲ、ＣＤ３、ＣＤ４、ＣＤ８等及一些关键的细胞因子如ＩＬ－８、１２、１８等在鱼类中相继发现，其生物学活性也已确认，说明鱼类可能具有类似于高等脊椎动物的Ｔ细胞应答过程［４９－５３］。

３　体液免疫和细胞免疫之间的关系

目前的研究表明，由Ｂ淋巴细胞介导的体液免疫和Ｔ淋巴细胞介导的细胞免疫在许多方面既有分工，又有相互的配合。体液免疫和细胞免疫具有许多不同的特征。首先，作用对象不同。体液免疫清除的是游离在寄主细胞外的抗原及其产生的有毒物质；而细胞免疫则摧毁侵入到寄主细胞内的病毒、胞内寄生菌或外来的组织团块、癌变的细胞等。其次，二者作用方式不同。体液免疫是通过效应Ｂ细胞（浆细胞）分泌抗体，并与抗原发生特异性结合从而清除抗原；而细胞免疫则是通过效应Ｔ细胞（杀伤Ｔ细胞）分泌穿孔素使靶细胞溶解死亡，抗原随之被除去。然而，体液免疫和细胞免疫又需要相互配合，共同发挥免疫效应。当细菌、病毒等病原体入侵机体时，Ｔ细胞无法直接识别抗原，首先诱发体液免疫，只有当病毒等小分子抗原侵染到寄主细胞的表面，与细胞表面的受体结合成复合物时，Ｔ细胞才能识别，进而引发细胞免疫应答，使靶细胞裂解、凋亡，暴露出隐藏其中的病原体，再通过体液免疫将其清除。而如果病原体不是胞内寄生物，则只能诱发体液免疫［５４－５５］。虽然，目前关于鱼类适应性免疫应答的机制还不十分清楚，不同鱼类之间免疫系统的形态也千差万别，但近年来鱼类免疫相关基因的表达分析和功能研究发现，虽然从鱼类进化到高等脊椎动物需要经历长期的演变过程，但免疫系统的大部分功能还相当保守。因此，借鉴于高等脊椎动物免疫系统的研究方法，可以推进鱼类免疫学体系的建立。

４　结语与展望

鱼类是比较低等的脊椎动物，虽然同高等脊椎动物一样，也具备了先天性免疫系统和适应性免疫系统，但在抵御抗原侵袭过程中先天性免疫系统发挥了更为重要的作用，这也导致了目前鱼类适应性免疫系统的研究基础十分薄弱。近年来，为了揭示在人类等高等脊椎动物免疫学研究过程中许多无法解释或追踪的科学问题，发育与比较免疫学悄然兴起，成为当今国际生命科学的重要前沿研究领域。随着分子生物学、基因组学以及蛋白质组学等技术的飞速发展，对鱼类适应性免疫系统的应答因子及网络调节等方面的研究产生了巨大的推动作用，相关的研究成果相继出现。

迄今为止，人们对鱼类胸腺的起源和退化的机理以及适应性免疫应答的调控因子和分子机理等问题还不甚清楚。因此，未来的研究方向不应仅仅满足于对基因的克隆和表达分析，更应深入到免疫分子的结构功能以及信号途径等层面上来。