鱼类细胞自噬与炎症反应：自噬是鱼的先天抗病毒反应和防御机制（上）

水产养殖业在我国农业中占有举足轻重的地位，对促进我国经济发展发挥重要的作用。然而，集约化养殖模式也给水产行业的健康可持续发展带来诸多问题。其中，鱼类疾病暴发频繁，种类也日渐增多；且因为渔药滥用使得鱼类疾病愈发难以治疗，甚至会出现鱼类的大规模死亡， 给养殖者带来巨大的经济损失。因此，增强鱼类免疫防护能力，寻找有效地控制水产养殖病害的新策略，对水产养殖业的健康可持续发展极为重要。

１、鱼类的“细胞管家”

鱼类作为低等的脊椎动物，先天性免疫是其抵抗病原感染的主要防线，细胞自噬和炎症反应是先天性免疫的重要组成部分。目前，已报道的多数鱼类病原感染可诱发鱼类细胞自噬，而鱼类疾病通常伴有炎症反应。自噬承担着“细胞管家”的职责，可以保护细胞免受各种内源性或感染性因素引起的损伤，使受损的细胞器或者入侵的病原体得以降解。因此，自噬是真核细胞维持内环境稳定和实现细胞更新的重要机制。通常情况下，炎症反应是一个有益的过程，当机体受到病原感染时，免疫系统会作出反应，以遏制并消除病原体对机体的威胁，但当炎症反应程度失调或持续时间过久时会引起多种疾病，对机体产生不利影响，所以要防止不必要或过度的炎症。

目前，高等哺乳动物中的自噬与炎症反应已有深入研究，二者之间的关系已有相关综述。鱼类中关于此方面的研究虽然出现较晚，但近年来也有了诸多研究性报道。本文就鱼类病原感染引起的细胞自噬和炎症反应以及二者之间相关性研究进行综述，为通过自噬缓解并消除鱼类过度炎症反应，防治鱼类疾病提供参考。

2、细胞自噬概述

自１９６３ 年Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ ｄｅ Ｄｕｖｅ在溶酶体国际会议上提出“ａｕｔｏｐｈａｇｙ”（自噬）一词以来，这种在真核细胞中普遍存在的降解机制逐渐受到国内外研究者的关注。Ｙｏｓｈｉｎｏｒｉ Ｏｈｓｕｍｉ 因揭示了细胞自噬的发生机制而获得了２０１６年的诺贝尔生理学或医学奖。自噬是一种保守的细胞降解过程，可以清除细胞中受损的细胞器、错误折叠的蛋白质和入侵的微生物，并提供营养以维持重要的细胞功能。通常情况下，自噬维持在较低水平，是细胞的一种自我保护机制，在实现物质循环、维持内稳态等方面发挥重要作用；应激条件下，例如病原感染和氧化压力等，自噬活动可能被诱导，以帮助细胞渡过不良环境。但过度自噬可能导致免疫、代谢等功能障碍，甚至引发细胞死亡。

2.１自噬分类

根据底物进入溶酶体途径的差异可将自噬分为３类：巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬。无特殊指明情况下，通常所说的自噬即巨自噬：需要形成膜结构的自噬体并与溶酶体融合，进而降解底物。微自噬是由溶酶体自身膜结构内陷包裹并降解底物。分子伴侣介导的自噬是在分子伴侣帮助下，底物蛋白质（ 具有ＫＥＦＲＱ 样基序）通过与溶酶体膜相关蛋白２Ａ（ｌｙｓｏ⁃ｓｏｍｅ⁃ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｒｏｔｅｉｎｔｙｐｅ２Ａ.ＬＡＭＰ⁃２Ａ）结合，进入溶酶体降解过程。

2.２自噬相关基因

自噬发生的本质是细胞内的膜重排，其具体过程包括：

（１）内质网膜、线粒体膜或细胞质膜的一部分，在自噬信号的刺激下组合成新月状的分隔膜；

（２）分隔膜包裹底物形成闭合的自噬体；

（３）自噬体与溶酶体进行膜融合；

（４）自噬体所包含底物的降解。

这些过程分别受相应的自噬相关基因严格调控。目前，在酵母中已发现 ４０余种Ａｔｇｓ。大多数自噬相关基因编码的同源物在酵母和哺乳动物中相当保守。其中，１５个 Ａｔｇｓ为自噬体形成所必需，被确认为“核心”成员。值得一提的是，有些Ａｔｇｓ除了本身的自噬功能之外，还具有非自噬方面的功能，例如Ａｔｇ５、Ａｔｇ１２调控宿主抗病毒天然免疫应答中干扰素的产生，Ａｔｇ１６Ｌ１在炎症反应方面具有重要的调节作用 。

2.３相关信号途径对自噬水平的调控

自噬水平受多种信号途径调控，其中，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白是自噬调节的关键分子，可通过与Ａｔｇ１编码的蛋白质结合，抑制细胞自噬的发生。胞内外各种信号，例如生长因子、能量状态、氧含量和氨基酸等，都可以直接或间接通过ｍＴＯＲ整合，从而影响细胞自噬：在ｍＴＯＲ的上游，发挥激活作用的分子，例如蛋白激酶Ｂ、丝裂原活化蛋白激酶负调控自噬发生；而发挥抑制作用的分子，例如腺苷酸活化的蛋白激酶、ｐ５３等促进自噬发生。

3、鱼类病原感染与细胞自噬

自噬能够完成一系列生理功能，并在维持细胞内稳态中发挥重要作用。鱼类细胞自噬研究虽起步较晚，但近些年在病原感染引起的自噬现象及机制、自噬相关基因的表达调控等方面已取得较多进展。自噬作为宿主的一种防御机制，可以抵抗多种病原体的免疫逃逸。然而，也有研究发现，一些病原体已进化出一系列逃逸甚至策反自噬的机制，以促进自身的复制增殖。因此，自噬在宿主对微生物感染的免疫反应中的作用不能一概而论。同时，不同的鱼类病原体对自噬的影响也不同，或诱导或抑制，也有少数病原感染对细胞自噬水平无明显影响。

3.１鱼类病毒感染与细胞自噬

自噬是一种重要的先天抗病毒反应，关于鱼类ＲＮＡ病毒感染与自噬的研究表明：鱼类ＲＮＡ病毒感染均可诱导自噬发生，而鱼类细胞自噬对 ＲＮＡ病毒复制的调控，随病毒种类的不同而存在差异。２０１０年， Ｓｃｈｉｔｚ等人发现， 鲑传染性贫血病毒感染大西洋鲑鱼细胞诱导自噬，这是关于鱼类病毒与细胞自噬领域的首次报道。之后，鱼类弹状病毒科的较多成员与自噬之间的关系被报道，包括鲤春病毒血症病毒、病毒性出血症病毒、乌鳢水泡病毒、传染性造血器官坏死病毒、鳜弹状病毒。上述病毒感染宿主细胞均可诱导细胞自噬， 且在ＳＶＣＶ、ＶＨＳＶ和ＩＨＮＶ的研究中证实，病毒诱导自噬发生是基于其糖蛋白而并非病毒的感染复制过程；此外，ＳＶＣＶ和ＳＣＲＶ分别通过调控宿主细胞ＥＲＫ／ｍＴＯＲ和ＰＩ３Ｋ／Ａｋｔ⁃ｍＴＯＲ通路诱导细胞自噬发生。除弹状病毒外，草鱼呼肠孤病毒、石斑鱼神经坏死病毒等鱼类ＲＮＡ病毒也可诱导细胞自噬发生。ＲＧＮＮＶ通过其衣壳蛋白诱导不完全自噬，该过程涉及到了真核生物翻译起始因子２α亚基、ｍＴＯＲ等蛋白质的磷酸化 。虽然上述病毒感染均诱导自噬发生，但鱼类细胞自噬对病毒复制的调控，因病毒种类的不同而存在差异。有些病毒被自噬的防御和降解功能所抑制，例如ＳＨ⁃ＶＶ、ＩＨＮＶ、ＳＣＲＶ和ＧＣＲＶ等；而有些病毒在自噬激活之后复制水平上调，例如ＩＳＡＶ 、ＳＶＣＶ和ＲＧＮＮＶ等，这些病毒可能利用了自噬过程的膜性结构作为自身复制增殖的场所。

鱼类ＤＮＡ病毒对自噬的影响比较复杂，或诱导或抑制或不影响自 噬。大口黑鲈虹彩病毒、石斑鱼虹彩病毒感染鳜鱼仔细胞诱导自噬发生，鳜传染性脾肾坏死病毒、中国大鲵虹彩病毒和虎纹蛙病毒对ＭＦＦ⁃１细胞自噬无影响。然而，ＩＳＫＮＶ感染鳜脑细胞却可诱导自噬，说明细胞系的选择也可能影响病毒感染与自噬作用关系的判断。在新加坡石斑鱼虹彩病毒的研究中发现，ＳＧＩＶ通过引起ｐ５３从细胞核到细胞质的转移，以及编码与Ａｔｇ５相互作用的病毒蛋白质等策略抑制细胞自噬水平。在今后的研究中，需结合病毒感染时期以及多种细胞系共同验证病毒引起的自噬变化，而且病毒靶器官敏感细胞系的自噬变化可能更科学地反映机体的真实情况。

3.２鱼类细菌感染与细胞自噬

细菌是鱼类最常见的病原种类，细菌性疾病可影响各种器官和组织。自噬作为动物体免疫反应的重要组成部分，在防御细菌感染中发挥重要作用，但部分细菌已经进化出相应的机制来实现逃逸或劫持自噬为自身增殖服务。

海洋分枝杆菌是鱼类、两栖类的天然病原体可引起鱼结核病。研究发现，斑马鱼选择性自噬受体ｐ６２和ＯＰＴＮ基因缺失，增加了斑马鱼胚胎对该菌的易感性，而过表达ｐ６２和ＯＰＴＮ增强了抗细菌自噬并保护宿主免受感染。这一结果为通过增强选择性自噬，以实现对结核病的治疗提供了新的证据。七鳃鳗是从无脊椎动物到脊椎动物的过渡物种，当七鳃鳗白细胞被大肠杆菌侵染时，可通过自噬和吞噬活动降解该病原菌，证实了自噬在七鳃鳗的先天免疫防御中发挥积极作用。上述研究表明，自噬可以保护细胞免受细菌感染，同时选择性自噬受体在细胞抵御细菌感染中也发挥重要作用，意味着可通过增强选择性自噬来防控这些细菌性疾病。

然而，也有研究表明，部分细菌通过干扰与自噬相关的过程以逃避或劫持自噬，从而利于自身发展，在对鱼爱德华氏菌的研究中发现，该菌 感染鲤上皮瘤细胞可通过核苷酸结合寡聚化结构域受体１（ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ⁃ｂｉｎｄｉｎｇｏｌｉｇｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｄｏ⁃ｍａｉｎｒｅｃｅｐｔｏｒ１，ＮＯＤ１）作为细胞内传感器招募Ａｔｇ１６Ｌ１。同时，该菌以雌激素相关受体⁃α依赖的方式，降低ＮＯＤ１ 和Ａｔｇ１６Ｌ１的ｍＲＮＡ及蛋白质表达水平，表明了该菌逃避或劫持自噬的可能机制。嗜水气单胞菌可诱导尖齿胡鲶头肾巨噬细胞内质网应激，抑制线粒体自噬，从而导致线粒体功能障碍，促进线粒体ＲＯＳ产生并使线粒体ＤＮＡ转位到胞质，激活胱天蛋白酶１（ｃｙｓｔｅｉｎｙｌ ａｓｐａｒｔａｔｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃｐｒｏｔｅｉｎａｓｅ⁃１，ｃａｓｐａｓｅ⁃１）和白介素１ｂｅｔａ（ｉｎｔｅｒｌｕｋｉｎ⁃１ｂｅｔａ，ＩＬ⁃１β），最终导致细胞凋亡。此外，副溶血弧菌可利用自噬途径获取自身利益，该菌可通过诱导自噬逃避细胞吞噬，并利用自噬过程中的营养进行增殖，从而有利于细菌侵染。由此可见，部分细菌可以逃避自噬，也有部分细菌可以通过诱导自噬，操纵宿主细胞降解细胞内蛋白质和细胞器，产生必需氨基酸和辅助因子，从而为细菌自身提供营养。深入研究细菌与宿主细胞自噬之间的博弈机制，将有助于更全面地解析细菌性疾病的发病机制，并制定相应的治疗策略。

西南渔业网白话解释：自噬功能，比如当我们少吃或者断食的时候，可以激发细胞自噬。自噬是细胞更新和自我进食的过程，就像身体里住了一个扫地机器人，看到垃圾就开动扫地程序。对于水产养殖来说，鱼的自噬功能，在当鱼有病发生时，其间少喂料或者暂时投喂，就可以激发"细胞自噬"来防御病害的再侵入（见下图：扫地机器人）。

（未完待续）

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来源：中国生物化学与分子生物学报２０２３年６月。
作者：张云丽，李趁，孔祥会 ∗河南师范大学水产学院水产动物疾病控制河南省工程实验室。
备注：西南渔业网对内容略有修改并配图。

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