賓夕法尼亞大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院教授Oriol Sunyer將魚描述為“開放的腸道游泳”。他們的粘膜表面 - 皮膚，消化道和鰓 - 與水持續(xù)接觸，包括水可能含有的任何病原體。在水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施中，這種暴露是一種風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榧膊】梢匝杆偎毫讶巳?。為了改進(jìn)保持魚類健康的疫苗，研究人員因此非常有興趣了解魚類如何通過其粘膜表面檢測(cè)和應(yīng)對(duì)病原體。人們也非常有興趣了解魚類如何控制居住在呼吸道表面的“友好”微生物群落。

在Nature Communications雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，Sunyer及其同事在這一理解中取得了進(jìn)展。他們的研究表明，魚類在鰓中誘導(dǎo)產(chǎn)生特定抗體，以應(yīng)對(duì)病原體的暴露。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)鰓的微生物群上涂有同樣的抗體，一種叫做IgT的免疫球蛋白，其功能最初是由Sunyer的實(shí)驗(yàn)室在2010年發(fā)現(xiàn)的。在此研究之前，人們認(rèn)為只有哺乳動(dòng)物才有這樣的抗體。精制的局部粘膜免疫反應(yīng)。

“我們的工作是第一個(gè)證明魚可以對(duì)粘膜呼吸表面內(nèi)的病原體和微生物群產(chǎn)生局部抗體反應(yīng)的工作，”Sunyer說。“我們可能期望粘膜免疫球蛋白在控制哺乳動(dòng)物肺部的微生物群方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，這是一個(gè)尚未探索的問題。”

除了Sunyer，研究團(tuán)隊(duì)還包括第一作者Zhen Xu，Penn Vet的Fumio Takizawa和Daniela Gomez，巴塞羅那自治大學(xué)的David Parra，哥本哈根大學(xué)的Louise von Gersdorff Jorgensen和Clear Springs Foods的Scott E. LaPatra公司

在以前的工作中，Sunyer及其同事發(fā)現(xiàn)IgT是參與魚體內(nèi)臟和皮膚病原體反應(yīng)的主要免疫球蛋白，他們發(fā)現(xiàn)IgT還可以覆蓋生活在這些表面的共生細(xì)菌，可能有助于防止這些微生物失控并導(dǎo)致疾病。

因?yàn)轹w是被認(rèn)為是粘膜表面的呼吸器官，研究人員希望看看那里是否存在類似的免疫防御機(jī)制。為了研究，他們首先檢查了虹鱒魚的鰓粘液，發(fā)現(xiàn)IgT很豐富，但其他免疫球蛋白，IgD和IgM也存在。通過檢查鰓微生物群，他們發(fā)現(xiàn)IgT是鰓中的主要抗體包被細(xì)菌，與該團(tuán)隊(duì)早先在魚皮和腸道中發(fā)現(xiàn)的結(jié)果一致。

為了確定這種流行是否表明IgT在鰓中對(duì)病原體的反應(yīng)中起作用，研究人員將鱒魚暴露于導(dǎo)致白斑病的寄生蟲中，這是一種常見的養(yǎng)殖，寵物和野生魚類感染，特別針對(duì)皮膚和鰓。

感染后幾周，研究小組調(diào)查了留在鰓中的寄生蟲，發(fā)現(xiàn)它們絕大多數(shù)都涂有IgT; 只有少數(shù)人有一些IgM包被，并且沒有檢測(cè)到IgD包被的寄生蟲。感染后存活的魚的鰓中產(chǎn)生IgT的B細(xì)胞也顯著增加，這是IgT反應(yīng)對(duì)抗寄生蟲的關(guān)鍵。

Sunyer的研究小組觀察到魚類暴露于不同病原體后的類似反應(yīng)，病原體是黃桿菌菌株，它影響皮膚和鰓，是養(yǎng)殖和野生淡水魚死亡的主要原因。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，IgT和產(chǎn)生IgT的B細(xì)胞的這些增加對(duì)鰓是特異性的，而不是全身或血清產(chǎn)量增加的結(jié)果，這首次表明非哺乳動(dòng)物物種可以在當(dāng)?shù)卣T導(dǎo)專用粘膜免疫反應(yīng)。

從進(jìn)化的角度來看，研究結(jié)果表明呼吸表面的復(fù)雜免疫防御機(jī)制在脊椎動(dòng)物進(jìn)化的早期出現(xiàn)。

“我們的研究揭示了魚類在粘膜免疫球蛋白和呼吸道表面之間的古老伙伴關(guān)系，從而表明從免疫學(xué)角度控制呼吸道表面的基本原則在所有下顎脊椎動(dòng)物中都得到保護(hù)，”Sunyer說。

而且，在實(shí)際層面上，這項(xiàng)工作繼續(xù)為制定更好，更便宜的魚類疫苗的策略提供信息，這是使魚成為世界上安全且可負(fù)擔(dān)得起的食物蛋白質(zhì)來源的關(guān)鍵一步。

“開發(fā)魚類疫苗需要付出巨大的努力，”他補(bǔ)充說，包括所謂的“沐浴疫苗”，它們只是掉入水中，被動(dòng)物的鰓和皮膚吸收。“因此，通過了解鰓粘膜免疫是如何起作用的，我們希望找到更好的方法將疫苗注射到這些動(dòng)物的鰓中并誘導(dǎo)對(duì)傳染病的保護(hù)性免疫。”