水生所揭示魚類黏膜免疫與共生微生物的穩(wěn)態(tài)調(diào)控機(jī)制
魚類生存環(huán)境特殊，黏膜不僅作為物理屏障隔離身體與復(fù)雜的外界環(huán)境，同時(shí)演化出了集先天性和適應(yīng)性免疫的獨(dú)特黏膜免疫系統(tǒng)，以保護(hù)硬骨魚類有效應(yīng)對(duì)來(lái)自水環(huán)境中病原體的“威脅和挑戰(zhàn)”。魚類黏膜表面存在復(fù)雜且動(dòng)態(tài)的共生微生物群，參與了魚體營(yíng)養(yǎng)、代謝、免疫等一系列生命過程。事實(shí)上，免疫系統(tǒng)和共生微生物在數(shù)百萬(wàn)年的進(jìn)化過程中相互依存，彼此塑造。微生物群在訓(xùn)練宿主免疫系統(tǒng)方面起著關(guān)鍵作用，反過來(lái)免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)和塑造黏膜表面微生物群。然而目前，魚類黏膜免疫與共生微生物的相互作用研究仍有待進(jìn)一步解析。
中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所徐鎮(zhèn)研究員團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事魚類黏膜在抵抗病原感染以及與共生微生物免疫互作的研究。正常的微生物群有助于魚類健康，微生物群落的紊亂可能導(dǎo)致黏膜免疫功能失調(diào)，產(chǎn)生繼發(fā)性感染和疾病 (Yu, 2021)。該實(shí)驗(yàn)室前期以虹鱒為模型，解析了黏膜免疫（免疫球蛋白）在維持宿主黏膜共生微生物穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要功能 (Xu, 2020; Kong, 2022)。近期，徐鎮(zhèn)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步揭示了魚類黏膜免疫與微生物的穩(wěn)態(tài)調(diào)控機(jī)制，該成果以“Ocular mucosal homeostasis of teleost fish provides the coevolution insight into microbiome and mucosal immunity”為題在線發(fā)表于《Microbiome》上，該研究為脊椎動(dòng)物黏膜免疫與微生物協(xié)同塑造提供新見解。
研究人員以魚類眼黏膜（Ocular mucosa, OM）為研究模型，詳細(xì)刻畫了魚類眼黏膜的基本結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)下共生微生物含量與黏膜免疫水平高度相關(guān)（圖1），暗示微生物與黏膜免疫之間可能存在潛在的相互調(diào)控作用。
圖1：硬骨魚類眼黏膜的結(jié)構(gòu)與特征
為了進(jìn)一步評(píng)估黏膜表面的微生物群是否有助于其免疫環(huán)境的形成，通過抗生素消除微生物后，與免疫相關(guān)的基因表達(dá)水平顯著降低（圖2），這表明黏膜處微生物參與塑造局部免疫微環(huán)境。
圖2：抗生素消除微生物后的黏膜免疫特征
重要的是，在病毒感染后，黏膜變化的微生物群和免疫相關(guān)基因表達(dá)顯著相關(guān)（圖3）。暗示病原菌很大程度上促進(jìn)抗菌和炎癥基因的表達(dá)，而有益細(xì)菌則起相反的作用。此外，伴隨著后期組織損傷和微生物移位的逆轉(zhuǎn)，以及微生物群穩(wěn)態(tài)的恢復(fù)，炎癥反應(yīng)也隨之消失。以上結(jié)果表明硬骨魚類黏膜免疫與微生物之間相互塑造，共同維持宿主的黏膜穩(wěn)態(tài)平衡。
圖3：微生物群與免疫相關(guān)基因之間的相關(guān)性分析
該研究進(jìn)一步豐富了人們對(duì)黏膜免疫與共生微生物群之間穩(wěn)態(tài)調(diào)控機(jī)制的認(rèn)知。相關(guān)研究成果發(fā)表于微生物經(jīng)典雜志Microbiome，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所為第一完成單位，徐鎮(zhèn)研究員為論文通訊作者，水生所助理研究員孔維光，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生程高鋒和曹佳烽（現(xiàn)任寧波大學(xué)助理研究員）為論文共同第一作者。該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
參考文獻(xiàn)：
Kong, W., Cheng, G., Cao, J., Yu, J., Wang, X., & Xu, Z. (2024). Ocular mucosal homeostasis of teleost fish provides insight into the coevolution between microbiome and mucosal immunity. Microbiome, 12(1), 10.
Yu, Y, Ding, L., Huang, Z, Xu, H., & Xu, Z. (2021). Commensal bacteria‐immunity crosstalk shapes mucosal homeostasis in teleost fish. Reviews in Aquaculture, 13(4), 2322-2343.
孔維光, 曹佳烽, 程高鋒, 于永耀, 徐鎮(zhèn). 硬骨魚類黏膜B細(xì)胞和免疫球蛋白研究進(jìn)展. (2023). 科學(xué)通報(bào), 68(15): 1869-1883.
Xu, Z., Takizawa, F., Casadei, E., Shibasaki, Y., Ding, Y., Sauters, T. J. C., Yu, Y., Salinas, I., & Sunyer, J. O. (2020). Specialization of mucosal immunoglobulins in pathogen control and microbiota homeostasis occurred early in vertebrate evolution. Science immunology, 5(44), eaay3254.
