魚類的免疫功能與免疫組織

魚類的免疫功能與免疫組織

免疫系統(tǒng)是指對身體進(jìn)行識別和消除“異?！钡姆烙到y(tǒng)。它的主要功能是防御、本身穩(wěn)定性和免疫監(jiān)測。魚類的免疫系統(tǒng)指魚類的免疫應(yīng)答與魚體器官及細(xì)胞之間的一些協(xié)調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與成分,是魚體執(zhí)行免疫功能的機(jī)構(gòu),是產(chǎn)生免疫應(yīng)答的物質(zhì)基礎(chǔ),由免疫器官、免疫細(xì)胞和體液免疫因子組成。魚類在進(jìn)行自身免疫保護(hù)時,主要行使特異性和非特異性兩大免疫防疫功能。1飼養(yǎng)對免疫器官的作用免疫組織是免疫細(xì)胞發(fā)生、分化、成熟、定居和增殖以及產(chǎn)生免疫應(yīng)答的場所。魚類與哺乳動物在免疫器官組成上的主要區(qū)別在于前者沒有骨髓和淋巴結(jié)。胸腺、腎臟和脾臟是魚類最主要的免疫器官;魚類的免疫器官與組織主要指腎臟、脾臟、胸腺以及消化道淋巴組織與小淋巴細(xì)胞等;粘膜淋巴組織(MALT)同樣是其免疫系統(tǒng)的重要組分。1.1腎組織病理學(xué)檢測腎臟是魚類重要的淋巴細(xì)胞組織,可分為頭腎、中腎和后腎3部分。成年魚的頭腎已失去了排泄功能,卻保留了造血和內(nèi)分泌功能;后腎作為排泄器官,其管間區(qū)在造血和免疫方面也具有一定作用。在抗原的刺激下,頭腎和中腎細(xì)胞增生。頭腎有致密的血管網(wǎng),包括許多造血組織和淋巴細(xì)胞叢,以及噬黑色素細(xì)胞和淋巴細(xì)胞。利用溶血空斑和免疫酶技術(shù)已證實(shí)前腎和中腎都存在抗體產(chǎn)生細(xì)胞,這表明腎臟是硬骨魚類重要的抗體產(chǎn)生器官,相當(dāng)于哺乳動物中樞免疫器官及外周免疫器官的雙重功能。1.2魚類前皮的組織結(jié)構(gòu)魚類胸腺起源于胚胎發(fā)育的咽囊,在免疫組織的發(fā)生過程中最先獲得成熟淋巴細(xì)胞,一般認(rèn)為是魚類的中樞免疫器官。魚類胸腺在發(fā)育過程中與頭腎逐漸靠攏,并伴隨有明顯的細(xì)胞遷移發(fā)生。胸腺位于鰓腔背后方,表面有一層上表細(xì)胞與咽腔相隔,有效地防止了抗原性或非抗原性物質(zhì)通過咽腔進(jìn)入胸腺實(shí)質(zhì)。魚類胸腺可分為內(nèi)區(qū)、中區(qū)和外區(qū),其中內(nèi)區(qū)和中區(qū)在組織結(jié)構(gòu)上分別類似于高等脊椎動物胸腺的髓質(zhì)和皮質(zhì)。魚類胸腺是由淋巴細(xì)胞、淋巴母細(xì)胞、漿母細(xì)胞、分泌樣細(xì)胞以及游離間充質(zhì)細(xì)胞(巨噬細(xì)胞、肌樣細(xì)胞和肥大細(xì)胞等)組成,它們分布于由網(wǎng)狀上皮細(xì)胞形成的基質(zhì)網(wǎng)孔中。胸腺是魚類淋巴細(xì)胞增殖和分化的主要場所,并向血液和外周淋巴器官輸送淋巴細(xì)胞,在魚類免疫應(yīng)答中的作用可能是參與T淋巴細(xì)胞的成熟,主要是承擔(dān)細(xì)胞免疫的功能。另外,魚類胸腺隨著性成熟和年齡的增長或在環(huán)境脅迫和激素等外部刺激作用下可發(fā)生退化。1.3胰腺的發(fā)生機(jī)制脾臟是魚類紅細(xì)胞、中性血細(xì)胞和粒性白細(xì)胞生產(chǎn)、貯存和成熟的主要場所,它由紅髓和白髓組成,包含有橢圓形的淋巴小泡,內(nèi)有大量的淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和噬黑色素細(xì)胞。與頭腎相比,脾臟在體液免疫反應(yīng)中處于相對次要的地位,而且受抗原刺激后其增殖反應(yīng)以彌散的方式發(fā)生在整個器官上。脾臟在某些魚類,特別是軟骨魚類可分為紅區(qū)、白區(qū)即淋巴區(qū)。然而,硬骨魚類的脾臟無此分化,是淋巴系統(tǒng)組織發(fā)生中最后一個發(fā)生的器官。1.4皮膚、肝胰腺及腸道組織粘膜淋巴組織(MALT)在魚類體液和細(xì)胞免疫中的作用,目前已引起免疫學(xué)家的重視,作為MALT,魚類皮膚、鰓和消化道是病原侵入魚體的門戶,在其上皮組織中存在淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和各類細(xì)胞。當(dāng)魚體受到抗原刺激時,巨噬細(xì)胞可以對抗原進(jìn)行處理和呈遞,抗分泌細(xì)胞會分泌特異性抗體,與粘膜中溶菌酶和補(bǔ)體等非特異性的保護(hù)物質(zhì)一道組成抵御病原微生物感染的有效防線。2細(xì)胞免疫反應(yīng)凡參與免疫應(yīng)答或與免疫有關(guān)的細(xì)胞均稱為免疫細(xì)胞。免疫細(xì)胞分為兩大類:一類是淋巴細(xì)胞,主要參與特異性免疫反應(yīng),在免疫應(yīng)答中起核心作用,另一類是吞噬細(xì)胞。魚類的免疫細(xì)胞主要存在于免疫器官和組織以及血液和淋巴液中。2.1骨魚類的免疫能力T細(xì)胞和B細(xì)胞是兩種淋巴細(xì)胞亞群。T細(xì)胞具有直接殺傷細(xì)胞的作用以及通過分泌細(xì)胞因子調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的作用,B細(xì)胞分泌抗體且在細(xì)胞表面有抗體存在。發(fā)現(xiàn)魚類具有這兩種淋巴細(xì)胞的功能已有多年,然而只是近幾年才利用抗IGM單克隆抗體明確地證明硬骨魚類具有獨(dú)立的淋巴細(xì)胞種群,即相對于哺乳動物的T和B細(xì)胞。利用單克隆抗體可以區(qū)分細(xì)胞表面抗體陽性或陰性的淋巴細(xì)胞及其生物活性,然而到目前為止,還沒有能用來區(qū)分T細(xì)胞的單克隆抗體。Miller研究出的單抗可與一種鯰魚的T細(xì)胞發(fā)生反應(yīng),但它同時又與中性粒細(xì)胞和凝血細(xì)胞發(fā)生交叉反應(yīng),魚類的胸腺依賴性即T淋巴細(xì)胞的存在尚需要更進(jìn)一步的研究證實(shí),但是毫無疑問,魚類至少具有功能性的T細(xì)胞和B細(xì)胞。鯉在孵化后幾周內(nèi),T細(xì)胞在胸腺中達(dá)到70%,在頭腎中也有分布。但是以后除胸腺外,其余的免疫器官中的T細(xì)胞逐漸減少甚至消失;孵化后第2周B細(xì)胞在頭腎中出現(xiàn),隨后出現(xiàn)在脾和血液中,但是在胸腺和腸道中卻很少。在大菱鲆和海鱸的腸粘膜和粘膜下層分布有較多的T細(xì)胞,而B細(xì)胞主要在固有層參與粘膜免疫應(yīng)答。2.2嗜酸性細(xì)胞和嗜酸性細(xì)胞魚類吞噬細(xì)胞除作為輔佐細(xì)胞具有特異性免疫功能以外,也是組成非特異性防御系統(tǒng)的關(guān)鍵成分,在抵御微生物感染的各個階段發(fā)揮重要作用,粘膜吞噬細(xì)胞構(gòu)成抗感染的第一道屏障;單核細(xì)胞和粘細(xì)胞等血細(xì)胞作為第二道防線可以破壞出現(xiàn)在循環(huán)系統(tǒng)中的病原微生物;最后,器官和組織中具有吞噬活性的細(xì)胞能夠攝取和降解微生物及其產(chǎn)物。魚類的吞噬細(xì)胞主要有粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞。魚類的粒細(xì)胞依據(jù)顆粒的染色特征,可分為嗜堿性、嗜酸性和中性粒細(xì)胞。但是,不是所有的魚類都具有這3種粒細(xì)胞,如鮭鱒魚類循環(huán)系統(tǒng)中只有中性粒細(xì)胞,但有的鮭鱒類組織中的一種粒細(xì)胞可被曙紅染色,并被稱作嗜酸性粒細(xì)胞,是一種與哺乳動物肥大細(xì)胞相似的免疫細(xì)胞。在炎癥反應(yīng)中,通常表現(xiàn)為雙向反應(yīng),即粒細(xì)胞先于巨噬細(xì)胞接近病原。嗜酸性粒細(xì)胞也具有吞噬能力,在寄生蟲長期感染的情況下能夠聚集在寄生部位,參與機(jī)體抵御寄生蟲的免疫反應(yīng)。魚類是否同時具有嗜酸性和嗜堿性粒細(xì)胞,爭議較大。徐豪等認(rèn)為嗜堿性粒細(xì)胞在制片過程中極易解離,因此很難觀察到嗜堿性粒細(xì)胞。魚類的巨噬細(xì)胞具有殺傷細(xì)菌及寄生蟲幼蟲的作用。對于滅鮭產(chǎn)氣菌,這種殺傷能力取決于吞噬作用引起的對這種細(xì)胞的吞入以及氧化物的產(chǎn)生。氧化物的產(chǎn)生受制于一種結(jié)合在細(xì)胞膜上的與哺乳動物吞噬細(xì)胞NADPH氧化酶相似的酶,這種酶可引起分子氧的減少,并誘生O2-,而超氧化離子可轉(zhuǎn)化為多種更強(qiáng)的殺傷細(xì)菌的氧化物,包括過氧化氫、受激單重態(tài)氧、羥基。現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種物質(zhì),包括干擾素,某些多肽和蛋白質(zhì),脂多糖等,可使巨噬細(xì)胞形態(tài)特征改變、分泌物增多、吞噬和胞飲能力增強(qiáng)。單核細(xì)胞存在于所有硬骨魚血液中。徐豪等觀察到正常魚和病魚血液中單核細(xì)胞數(shù)量不同,特別是感染寄生蟲、環(huán)境污染及其它疾病都能引起魚類血液中單核細(xì)胞增多。這可能與魚的內(nèi)分泌系統(tǒng)如腎上腺皮質(zhì)的功能有關(guān)。與哺乳動物的相似,魚類單核細(xì)胞也有較多的胞質(zhì)突起,細(xì)胞內(nèi)含有較多的泡液和吞噬物,可進(jìn)行活躍的變形運(yùn)動,具有較強(qiáng)的粘附和吞噬能力,能夠在血液中對異物和衰老的細(xì)胞進(jìn)行吞噬消化。3體免疫因素3.1真骨魚類的免疫分析方法軟骨魚可產(chǎn)生兩種大小的抗體。最大的分子與人類的IGM相同(分子量為90Kda,19S),同樣在IGM巨球蛋白開始產(chǎn)生后接著就產(chǎn)生了類似IGM的分子(分子量18Kda,7S)。真骨魚類產(chǎn)生單一族的抗體,它類似于哺乳動物的IGM。魚類的IGM由重鏈和輕鏈組成,在血清中通過J鏈連接形成一個四聚體,但是另外一些魚類IGM可能缺少J鏈,其沉降除了16S和19S外還存在7S和6.4S的單9聚體IGM類型。真骨魚類抗體的輕鏈分子量一般為19Kda,但也存在著22Kda、24Kda和26Kda3種異型。魚類血液中的IGM的相對水平較哺乳動物高。魚類的IGM還存在于皮膚、腸粘液、膽汁和卵中。粘液是魚類免疫系統(tǒng)的重要組成部分,也產(chǎn)生抗體。Lobb和Clem等提出了魚類存在分泌型免疫系統(tǒng)的假說,指出魚類皮膚和膽汁中存在著一種由局部產(chǎn)生的分泌型免疫球蛋白(IGS),其結(jié)構(gòu)與血清中的免疫球蛋白有較大的區(qū)別。魚類免疫球蛋白的半衰期受溫度的影響,如果少量抗原持續(xù)刺激魚體而使免疫球蛋白不斷合成,其半衰期就長得多。魚類的抗體昌盛細(xì)胞不僅存在于腎臟和脾臟,且分布于腸道、心臟和血液。與哺乳動物相比,魚類抗體形成期較長,抗體滴度增高緩慢,冷水魚更是如此。3.2蛋白質(zhì)和糖蛋白分子在魚類的體液、組織和卵中存在多種非特異性免疫球蛋白的蛋白質(zhì)和糖蛋白分子,它們在魚類非特異性防御機(jī)制中發(fā)揮著重要作用。根據(jù)它們對入侵病原微生物的效應(yīng)可以將這些免疫因子分為以下幾點(diǎn)。3.2.1旁路激活系統(tǒng)補(bǔ)體是機(jī)體抵抗微生物感染的重要成分,由存在于體液中的數(shù)十種具有酶活性的球蛋白組成。C3是補(bǔ)體系統(tǒng)的主要成分,它可以通過經(jīng)典或旁路途徑激活七鰓鰻的C3,僅通過旁路激活,而且其補(bǔ)體系統(tǒng)的主要作用是促進(jìn)吞噬作用,而不是細(xì)胞溶解。隨著有頜魚類的進(jìn)化和免疫球蛋白的出現(xiàn),出現(xiàn)了補(bǔ)體的經(jīng)典激活途徑,即利用補(bǔ)體參與靶細(xì)胞溶解和調(diào)理作用。對軟骨魚類補(bǔ)體系統(tǒng)的研究證明了板鰓類的免疫球蛋白和補(bǔ)體在功能上可相互作用。在鯊魚已經(jīng)證明的6種補(bǔ)體中,有3種在功能上和哺乳動物C1、C8和C9相似。虹鱒的補(bǔ)體可通過經(jīng)典和旁路途徑激活,具有與哺乳動物C3和C5結(jié)構(gòu)和功能上相似的補(bǔ)體,表明硬骨魚類的補(bǔ)體系統(tǒng)基本上和高等脊動物相似。3.2.2殼多糖酶和殼二糖酶細(xì)胞溶解作用可以通過本系統(tǒng)介導(dǎo),也可以通過單一的細(xì)胞溶素來完成。魚類的細(xì)胞溶素有水解酶、蛋白酶和一些非特異性溶素。魚類組織和分泌物中具有3類水解酶,分別是溶菌酶、殼多糖酶和殼二糖酶。它們作用于微生物表面的糖苷部分。溶菌酶可以破壞細(xì)菌細(xì)胞壁并對真菌細(xì)胞壁和昆蟲的外骨骼進(jìn)行有限的水解。殼多糖酶和殼二糖酶可以破壞外膜具有殼多糖的微生物或寄生蟲。魚類皮膚粘液以及鰓和腸的表皮和上皮細(xì)胞層中都檢測到蛋白酶,它們具有類似胰蛋白酶的活性,能夠破壞革蘭氏陰性細(xì)菌。魚類血清中存在一種天然溶血素分子,它可能是一種酶,能夠溶解異源紅細(xì)胞和各種細(xì)菌。在環(huán)境脅迫時,某些熱帶海洋魚類粘液中發(fā)現(xiàn)有毒素釋放,屬于膽堿酯、小肽或低分子量堿性蛋白,可能具有抗寄生蟲的作用。3.3.3tf結(jié)構(gòu)及功能微生物生長抑制物能夠奪取微生物生長所需的基本養(yǎng)分,或在細(xì)胞內(nèi)阻斷其代謝路徑,從而可以干擾病原微生物的代謝作用。魚類微生物生長抑制物包括轉(zhuǎn)鐵蛋白、血漿銅藍(lán)蛋白、金屬硫蛋白和干擾素等。魚類血清轉(zhuǎn)鐵蛋白(Tf,又稱為鐵傳遞蛋白、運(yùn)鐵蛋白)是魚類血清中一種非血紅素結(jié)合鐵的β-球蛋白,分子量70000~80000,是魚體內(nèi)鐵的運(yùn)輸者。不同種屬魚類的Tf有不同的物理、化學(xué)和免疫特性,但均有2個三價鐵離子結(jié)合位點(diǎn)。在多種酶或CHBr的作用下,Tf均可降解為兩個30000~40000的片段,即Tf的N-端半分子和Tf的C-端半分子。每個半分子含有一個鐵離子,即Tf的兩個鐵離子位點(diǎn)分別位于Tf的N-端結(jié)構(gòu)域和C-端結(jié)構(gòu)域。Tf是由兩個結(jié)構(gòu)相似的分別位于N-端和C-端的球形結(jié)構(gòu)域組成的單一肽鏈,含有600~700個氨基酸殘基,多個Cys形成的二硫鍵。二硫鍵不僅可以穩(wěn)定二級和三級的肽鏈內(nèi)部結(jié)構(gòu),而且可以介導(dǎo)肽鏈間四級結(jié)構(gòu)的形成。魚類血清Tf的主要生理功能是把鐵離子從吸收和儲存的地方運(yùn)輸?shù)匠杉t細(xì)胞供給成血紅蛋白用,或輸送到機(jī)體的其它需鐵部位。鐵是微生物代謝和繁殖所必需的基本元素。轉(zhuǎn)鐵蛋白具有很高的鐵結(jié)合能力,因此當(dāng)它存在時,微生物的生長和繁殖便會受到抑制。另外,轉(zhuǎn)鐵蛋白的抗菌活性還表現(xiàn)在直接作用于病原菌的膜蛋白而實(shí)現(xiàn)殺菌作用。血漿銅藍(lán)蛋白是由單一多肽鏈組成的藍(lán)蛋白,可以螯合銅和其它的二價陽離子。血漿銅藍(lán)蛋白又稱為亞鐵氧化酶,因?yàn)樗梢詫嗚F離子氧化為高鐵離子,后者將結(jié)合到轉(zhuǎn)鐵蛋白上;在此過程中,血漿銅藍(lán)蛋白可以加速周圍鐵的轉(zhuǎn)運(yùn),從而降低微生物獲取的機(jī)會。金屬硫蛋白是一種低分子量、熱穩(wěn)定的蛋白質(zhì),含有豐富的半胱氨酸用以結(jié)