蛋白质组学视角下养殖鱼类病理学研究与诊断

水产养殖中的鱼类疾病暴发是水产系统中鱼类、环境和病原体之间复杂相互作用的结果。

蛋白质组学技术是流行病学和鱼类疾病研究中最有效的方法之一。蛋白质组学是指研究在生物体或细胞群体的特定状态下表达的全部蛋白质的方法。基于质谱(MS)的高通量蛋白质组学方法允许测量数千种蛋白质的多种属性，包括它们的丰度、组织分布、亚细胞定位、翻译后修饰和蛋白质-蛋白质相互作用。基于蛋白质组学的方法除了能够快速和敏感的病原体检测和识别外，还可以为鱼类细胞响应病原体和疾病进展期间的调控提供独特的见解。

1.鱼类健康、压力和福利

在水产养殖中，不适当的养殖条件，甚至是标准的养殖方式，都是养殖系统中的日常压力来源。施加在动物身上的负荷会降低其功能免疫机制，从而导致疾病的发生，并威胁鱼类的福利。

预防和根除疾病是养鱼场确保生产可持续性的关键点。提供最佳福利条件、定期监测健康参数、缓解压力是实现这一目标的必要步骤。压力被认为是一种受到威胁的动态平衡状态，而这种状态是通过生理系统变化的复杂网络重新建立起来的。

加深我们对压力、鱼类健康和福利机制的科学认识，对可持续水产养殖业至关重要。近年来，更先进的高通量技术，如蛋白质组学，开始成功地用于水产养殖研究，包括用于研究鱼类疾病和福利，全面了解生理应激反应的分子事件，并对参与炎症过程和免疫反应的差异蛋白提供有价值的见解。对鱼类的蛋白质组学研究主要针对肝脏，然而，血浆和粘液正变得越来越重要，主要从免疫学的角度来看，因为皮肤粘液是鱼类的主要防御屏障之一，血浆是生理或病理条件的报告器。蛋白质组学在这一领域的重要应用涉及研究某些疾病和寄生虫对蛋白质丰度和修饰的影响，以及研究宿主和病原体的相互作用。例如，评估暴露在饲养应激源后受到特定病原体挑战的鱼的蛋白质组变化的联合研究很少。然而，现有的蛋白质组学研究表明，水产养殖和环境应激源清楚地调节了鱼类的免疫功能，表明这些技术已经成为研究这些问题的有效方法。

2.疾病诊断学

为了正确诊断水产养殖中的病理学，我们必须将疾病视为一个具有从环境到细胞、基因组和蛋白质组水平的多层次不断增加的生物复杂性问题。

蛋白质组学等领域可以是病原体鉴定、疾病症状学和组织病理学分析等更经典方法的重要补充，以便在水产养殖中实现良好的疾病诊断。在蛋白质组学中，不管分析的蛋白质混合物有多复杂(从数百种到几千种蛋白质)，主要目标都是准确识别这些混合物中尽可能多的蛋白质。在基于凝胶的方法中，蛋白质首先通过一次(1-DE)或二维凝胶电泳(2-DE)分离，然后通过质谱进行鉴定，而在无凝胶方法(或基于MS的)中，蛋白质混合物在蛋白质鉴定之前保持在溶液中。在每种情况下，蛋白质样本都可能被序列特异性酶(通常是胰蛋白酶)以所谓的基于肽的“自下而上”的蛋白质组学方法消化成肽，以区别于“自上而下”的蛋白质组学中对整个蛋白质的分析。多肽样品可以通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)进行分离和分析，通常采用电喷雾电离(ESI)的方法将多肽转化为气相离子进行质谱分析。或者，可以用基质辅助激光解吸/电离(MALDI)飞行时间(TOF)质谱分析多肽样品。选择的方法总是取决于主要的研究目标、成本和专业知识，基于MALDI-TOF MS的策略最适合微生物鉴定和诊断，因为它是一种快速、灵敏和经济的方法，在劳动力和成本方面都是如此。另一方面，LC-MS/MS最适合大规模的、系统的蛋白质组表征，例如涉及宿主-病原体的相互作用，允许多重样品分析和定量。

病原体对鱼类有不同的影响，因为感染的严重程度取决于不同的因素，如寄主种类、鱼龄和生理状态、环境条件和疾病阶段。一般来说，疾病可以在不同的阶段表现出来，可以从急性疾病发展到慢性疾病，也可以相反的方式发展。大西洋鲑鱼暴发中的传染性鲑鱼贫血(ISA)就是这种情况，最初死亡率较低，导致鱼类出现轻微变化(例如贫血)。如果不采取诊断措施，这一慢性阶段可能会被忽视。死亡率高的急性疾病阶段可能零星发生，增加了疾病的严重性(例如腹水炎和出血)。此外，ISA慢性感染在秋季发展，而急性期更多地在春季观察。除了感染病毒、细菌、寄生虫和真菌外，鱼类还可能暴露在二次感染中，这可能会恶化它们的健康状况并增加死亡率。观察临床症状(外部或内部)和行为变化有助于检测鱼中病原体的存在。然而，对一种疾病的反应所表现出的体征可能是该疾病的非特异性体征，并且在不同病原体感染之间非常相似。此外，鱼可能很少或根本没有这些迹象。在这些观察之后，大体和显微病理学可以用来确认一些病原体，但通常需要使用更具体的诊断类型来进行鉴定。

总之，我们可以将蛋白质组学视为鱼类病理学研究和诊断的一种非常有前途的工具，使我们能够更全面地研究发病过程，提供关于病原体鉴定和毒力机制表征以及宿主与病原体相互作用的重要信息，启发新的应激反应途径和以前未知的生理宿主反应。然而，蛋白质组学在水产养殖中的应用还处于初级阶段，仅限于一些测序的生物。在定义水产养殖蛋白质组和来自病鱼和鱼类病原体的大规模数据集方面的突破进展将促进蛋白质组学技术在水产养殖中的使用，这将导致该领域有更多新的发现。但是，最有希望和最有趣的领域之一，是对环境-宿主-病原体相互作用的研究，该方向的研究突破具有很大的可能让我们对鱼类的发病机制有一个更详细的、更完整的全新认识。