鱼类肠道免疫研究综述

葛仑华

（天津农学院 水产学院，天津 300384）

近年来，由于水产养殖的爆发式和集约式增长导致鱼类对各种疾病的易感性增加，而肠道作为鱼类重要的消化和免疫器官在抵御病原体入侵方面起着重要作用。鱼类的肠道粘膜免疫系统由一系列独特的先天性和获得性免疫细胞及分子组成，它们协同行动以保护宿主免受病原体的侵袭。此外粘液起到物理屏障，抵御病原体入侵的作用。本文总结了鱼类肠道免疫系统的研究进展，以期为更深入研究奠定理论基础，对鱼类养殖以及疾病预防有重要意义。

1 鱼肠道屏障功能

肠道是机体面对外部环境最大的表面，它与共生微生物区系及饮食中的抗原直接接触。为了确保体内平衡，肠道充当着一个可选择性渗透的屏障，吸收营养和水分以获取能量，并阻止抗原和细菌进入内部环境，肠道的这一关键特性称为肠道屏障功能。

在鱼类中，肠道不仅承担着消化食物和营养吸收的多种生理功能，同时它也是一个重要的免疫器官，是鱼体与外部环境之间的屏障。肠道屏障主要由机械屏障、化学屏障、免疫屏障和生物屏障组成，这些屏障在抵御病原体入侵、防止微生物和细菌毒素进入到体循环中起着核心作用。因此，肠道屏障在维持肠道和全身免疫平衡方面起着极其重要的作用。它由一个错综复杂的细胞、黏液和肠道微生物区系组成。复杂的蛋白质系统会对营养物质和必要的元素进行选择性渗透。而肠道屏障紧密性的紊乱会导致毒素和其他有害抗原渗透到系统中，使得机体出现各种消化道功能障碍、系统性感染和自身免疫性疾病发生。以往研究表明，病原体和宿主肠道之间复杂的相互作用会导致紧密连接屏障的结构和功能发生改变，从而诱导离子运输和炎症反应发生。因此，肠道被认为是鱼类病原体感染的主要途径之一[1]。

肠上皮是肠道屏障功能中的关键角色，它主要由吸收性肠上皮细胞组成，此外还包括杯状细胞、肠内分泌细胞和簇状细胞等。上皮单层充当选择性屏障，调节物质在管腔和粘膜环境之间的双向通道。除了构成纯粹的物理屏障外，上皮细胞也通过表达与先天免疫反应有关的受体，分泌趋化因子和细胞因子，并作为一种非专业抗原呈递细胞类型在免疫反应中发挥积极作用。肠道上皮细胞之间连接的复合物被称为上皮连接复合物，它是由紧密连接（Tight Junction，TJ）、间隙连接（Gap Junction，GJ）、粘合连接 （Adherens Junction，AJ） 和桥粒（Desmosomes，DE）组成[2]。物质跨上皮运输通过跨细胞或细胞旁途径进行。前者涉及转运蛋白介导的大分子摄取、内吞或胞吐作用，而细胞旁途径涉及离子、水和分子穿过的细胞间隙。组成肠道屏障功能的其他因素还可以避免微生物群直接接触上皮细胞表面，主要包括：（1）粘液层、免疫球蛋白和抗菌肽的分泌；（2）运动性，防止微生物过度管腔生长；（3）肠道微生物群的组成，共生细菌除了有助于消化过程外，还参与免疫反应的发展和控制，减少病原体定植，并影响上皮细胞动力学。（4）粘膜免疫系统，这是全身免疫细胞比例最高的系统，对先天性和适应性免疫系统的发育和调节至关重要。

2 鱼粘膜免疫系统

脊椎动物的粘膜免疫系统由一系列独特的先天性和获得性免疫细胞和分子组成，它们协同作用以保护宿主免受病原体侵袭。同时，粘膜免疫系统已经进化到允许具有复杂多样化的微生物群落定居在粘膜表面。例如通过发展具有高度特异性和记忆能力的淋巴细胞来记忆共生体和病原体，同样共生体通过进化降低了其致病性，以便有利于栖息在富有营养的肠道粘膜表面而不被消除[3]。病原体和共生体都有由模式识别受体（PRRs）识别的微生物相关分子模式（MAMPs），当病原微生物感染宿主时，宿主通过模式识别受体识别病原体并启动信号级联，从而诱导肠道发生炎症反应。

2.1 粘液

硬骨鱼的粘膜相关淋巴组织（MALT）按解剖位置可分为肠相关淋巴组织（GALT）、鳃相关淋巴组织（GIALT）和皮肤相关淋巴组织（SALT）。它们与水环境直接接触，是病原体入侵的重要入口点，也是鱼体的第一道防线。这些组织表面不断更新由杯状细胞分泌的粘液，并起到物理屏障的作用。粘液是粘膜表面最重要的天然防御机制之一，它是一种选择性渗透的粘弹性凝胶状物质，在渗透调节、呼吸、摄食、繁殖、排泄和交流中具有多种重要作用。这种粘弹性主要来自粘蛋白，粘蛋白是一种聚合物，具有与寡糖相连的肽骨架，含有一个或多个蛋白结构域。寡糖的侧链根据唾液酸或硫酸盐基团的优势来决定粘蛋白是酸性还是中性的。除了粘蛋白，粘液中还发现了其他蛋白质、离子和脂质的复杂混合物，为微生物的粘附和生长创造了理想环境。粘液的组成决定了其粘附性、粘弹性、运输性和保护性。粘液中的生化防御是由蛋白酶、溶菌酶、碱性磷酸酶、组织蛋白酶B和抗菌肽等蛋白质提供的。除杯状细胞外，与炎症或先天免疫功能相关的分泌细胞类型还有囊状细胞、棒状细胞、小棒状细胞和肥大细胞，它们同样是粘液蛋白库的组成部分[4]。

2.2 先天免疫

2.2.1 天然免疫分子

酶：目前在鱼粘液中研究最多的酶是溶菌酶。溶菌酶（N-乙酰胞壁质聚糖水解酶或胞壁质酶）是一种在大多数鱼类的粘液、淋巴组织和血清中广泛存在的杀菌酶。鱼肠道粘液和其他组织中的溶菌酶是正常机体防御机制的组成部分，有助于宿主抵御细菌的感染。酸性和碱性磷酸酶是鱼粘液中重要的溶酶体酶，与鱼类的天然免疫系统相关[5]。这些酶的活性在不同的样本及环境条件中会观察到显著差异。此外还有包括蛋白酶，脂酶，芳香酰胺酶，过氧化物酶等多种酶参与了硬骨鱼类先天性免疫应答。

抗菌肽：抗菌肽（AMPs）被认为是宿主抵御病原体感染的重要组成部分。抗菌肽是从微生物、动植物等多种生物中分离出来的抗生素。迄今为止，已有超过1 000种抗菌肽被鉴定出来，它们在氨基酸序列、长度和结构等生化特性上表现出不同。但它们也有共同的特征，对包括细菌、酵母、真菌、包膜病毒和寄生虫在内的多种病原体显示出广泛的活性，对宿主细胞的毒性很小甚至没有。它们还能抑制DNA、RNA和蛋白质的合成。这些抗菌肽存在于接触微生物的组织中，如粘膜表面，皮肤和免疫细胞。目前已在许多硬骨鱼的粘膜组织或免疫细胞中发现了多种类型的抗菌肽，它们被认为是鱼粘液和肠道屏障功能的重要部分。

补体蛋白：补体系统在脊椎动物和无脊椎动物中都存在。在哺乳动物中，补体负责多种功能，包括调节适应性免疫反应，促进炎症反应，消除凋亡和坏死的细胞以及破坏病原体[6]。并且补体蛋白C3对调节哺乳动物肠道耐受性和建立共生体也至关重要。补体的三种激活途径（经典途径、凝集素途径和替代途径）同样存在于硬骨鱼中。

2.2.2 先天免疫细胞

上皮细胞：上皮屏障是由上皮细胞、粘液产生细胞、神经内分泌细胞和固有免疫系统组成的，它将底层组织与环境中的潜在危害隔离开。其中上皮细胞不仅是形成屏障的“砖块”，还是参与体内平衡、共生定植、先天和适应性免疫反应的积极协调者[7]。上皮细胞通过表达PRRs直接与病原体和共生体相互作用。同哺乳动物一样，鱼类肠上皮细胞可以表达肠碱性磷酸酶，这种酶在斑马鱼身上被证明能够解毒脂多糖（LPS），并防止肠道炎症对常驻微生物群的影响。通过对鱼类上皮细胞与微生物相互作用的研究发现，常驻肠道菌群可增强肠上皮细胞中β-连环蛋白的稳定性，并促进发育中斑马鱼肠道的细胞增殖。此外，已知病毒等病原体会诱导鱼类上皮细胞凋亡。

肥大细胞：肥大细胞是广泛存在于全身的组织细胞，特别是与血管和神经等结构相关的组织，并且靠近与外部环境接触的表面。在鱼类中，肥大细胞在肠道、皮肤和鳃中最为丰富。电镜下，肥大细胞的特征是有一个大的椭圆形常染核，周围环绕着大量的胞质电子致密颗粒。这些细胞的特点是大小不一的圆形胞体，细胞核偏中心，HE染色呈嗜酸性颗粒。硬骨鱼中的肥大细胞与哺乳动物中的肥大细胞相似，可以产生许多介质、趋化因子及细胞因子。

巨噬细胞/粒细胞：巨噬细胞和粒细胞也存在于所有硬骨鱼的粘膜相关淋巴组织中。粘膜巨噬细胞有助于维持局部内环境稳定和保持共生微生物区平衡。但肠道巨噬细胞在健康的肠道中部分是惰性的，即使长期暴露在细菌和其他刺激下也不能促进炎症反应。

粘膜树突状细胞：粘膜树突状细胞是哺乳动物粘膜免疫系统中最重要的组成部分之一。与系统性树突状细胞相比，粘膜树突状细胞特异性地在B和T淋巴细胞上印记粘膜归巢分子。粘膜树突状细胞有助于抑制粘膜免疫反应，避免全身免疫反应。在哺乳动物中，粘膜树突状细胞能够直接从肠腔采集抗原，吸收共生菌和病原体，并且可以在几天内保留少量活的共生体。

2.3 获得性免疫

与无脊椎动物不同，硬骨鱼进化出了先天免疫和获得性免疫以保护自己免受水环境中的病原体侵袭。与哺乳动物相似，硬骨鱼也产生B细胞和T细胞，这是所有硬骨脊椎动物的第一个适应性免疫机制。免疫球蛋白（Igs）是高度专门化的识别糖蛋白，由两条重的（H）链和两条轻的（L）链组成，可以识别细菌、病毒和其他致病生物体中的各种抗原，并招募其他细胞和分子来消灭这些病原体[8]。在硬骨动物和四足动物中都发现了两种形式的免疫球蛋白：一种是膜结合型的Igs，作为细胞的抗原受体，也被称为B细胞受体（BCR）；另一种是分泌型的Igs，它由终末分化的B细胞、浆母细胞和浆细胞产生，作为B细胞在适应性免疫中的主要效应因子。硬骨鱼肠道中的免疫球蛋白在抵抗潜在病原体通过肠上皮入侵机体方面起着重要作用。目前在硬骨鱼中已经鉴定出3种主要的Igs亚型，包括IgM、IgD和IgT/Z，其中IgT/Z被认为是专门用于粘膜免疫。粘膜相关淋巴组织中的B细胞和免疫球蛋白被认为介导了粘膜的动态平衡，因为已知分泌型免疫球蛋白（抗体）可以中和病原体或促进其在粘膜中的消除，从而防止进一步的感染。此外，在鱼类粘膜表面定居的大型共生微生物群也可以被免疫球蛋白识别。