鱼类免疫球蛋白的研究进展【文献综述】

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毕业论文文献综述生物技术鱼类免疫球蛋白的研究进展摘要：免疫球蛋白是体液特异性免疫的主要参与者，鱼类免疫球蛋白的多样性在地域病害中发挥着重要作用。本文对鱼类免疫球蛋白的结构组成，产生过程，多样性产生的机制进行了简要概述。关键词：鱼；免疫球蛋白近年来，水产动物病危害频繁发生，有些病害的流行甚至对水产业造成了毁灭性的打击。鱼类作为水产养殖的主要对象，在对其病害防治研究的过程中，人们逐渐认识到免疫防病技术的优越性，即通过免疫手段有效增强水产动物的抗病能力以维持机体内环境的稳定，从而达到健康养殖和持续发展的目的。鱼类免疫系统是鱼体执行免疫防御功能的机构，包括免疫组织、免疫细胞和体液免疫因子三大类。其中，鱼类的体液免疫包括两个方面：一是非特异性免疫，主要有溶菌酶、补体、C反应蛋白等体液因子参与；另一种是特异性免疫主要有免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)参与。本文就免疫球蛋白的结构，产生过程以及抗体多样性产生的机制等方面的研究进展作一综述。1.免疫球蛋白的结构免疫球蛋白是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白，具有高特异性和高亲和性，普遍存在于哺乳动物的血液、组织和外分泌中。具有分泌型和膜型两种存在形式。分泌型免疫球蛋白存在于体液中，具有抗体的各种功能；膜型免疫球蛋白是B细胞膜表面的抗原受体，与中和抗原有关。根据重链(H链)恒定区化学结构的不同，可将免疫球蛋白划分为多种类型：即G、A、D、M和E。鱼类是最早产生免疫球蛋白的脊椎动物，普遍含有IgM。软骨鱼类除IgM外，据报道还有IgNAR、IgNARC和IgX等，并被认为可能是抗体的原始类型[1]。1.1基本结构免疫球蛋白分子的基本结构是由四肽链组成的，即由二条相对分子量较小的轻链（lightchain,L链）和二条相对分子量较大的重链（heavychain,H链）组成，链间由二硫键和非共价键联结形成一个由4条多肽链构成的“Y”形的单体分子。一些类型的Ig还含有其他辅助成分，分别是J链(joiningchain)和分泌片(secretorypiece)[2]。在Ig分子L链和H链的N端，L链1/2和H链约1/4处区域,氨基酸的种类和排列顺序随抗体特异性不同而有所变化，称为可变区(variableregion,V区)，它赋予抗体以特异性；在Ig分子L链和H链的C端，轻链的其余1/2及重链的约3/4处，这个区的氨基酸种类和排列顺序及含糖量都比较稳定，故称为恒定区(constantregion,C区)[3] 。可变区内氨基酸的排列顺序变化最剧烈的特定部位称为超变区(HVR)，在空间结构上可与抗原决定簇形成精密的互补，因此也称为互补性决定区(CDR)。轻链和重链各有3个互补性决定区，即CDR1、CDR2、CDR3。其中CDR3变异程度最大，是决定与抗原特异性结合的重要部位。1.2鱼类免疫球蛋白结构1.2.1IgM的结构硬骨鱼类体内主要的免疫球蛋白种类为四聚体的IgM，其重链基因座的组织形式与两栖动物和哺乳动物的一样，即数百个可变区基因区段(variablesegment,VH)位于多变区基因区段聚簇(clusterofdiversitysegment,D)的上游，紧接着是连接区基因区段(joiningsegment,JH)，而在3端是4个恒定区基因区段(constantsegment,Cμ1～4)和2个跨膜区基因区段(trans—membranesegment,TM1～2)。总的来说，H、D和JH区段的拷贝数多于C区段。这种基因组织形式称为“易位子(translocon)”排列[4~6]。而其轻链基因中只有可变区基因片段(V)、连接区基因片段(J)和恒定区基因片段(C)相互连接[7]。软骨鱼类中的IgM是以五聚体的形式存在，其基因是“聚簇”结构(multicluster)[8]，其可变区基因(V)、多样性基因(D)、连接区基因(J)和恒定区基因(C)的片段聚合排列成簇，作为一个整体在基因组中多次复制，在种系中大约半数的聚簇表现出重链的VH-D-JH连接，并且具有功能。1.2.2IgD的结构与其他脊椎动物IgD相比,鱼类IgD存在两大特点：第一，鱼类IgD的转录本是嵌合体结构，它与IgM共用μ1作为第一个恒定区，原因可能是鱼类δ1外显子中缺乏合适的半胱氨酸介导L链的结合，只有通过μ1来形成链间二硫键，从而实现与L链的结合[9]。第二，鱼类IgD的恒定区数目较多，一般存在外显子的复制，并且在一些不同的鱼类中恒定区的复制数目存在明显差异。1.2.3IgW、IgNAR除了IgM以外，软骨鱼类还产生2种特殊的免疫球蛋白类型IgW和IgNAR[7]。其中IgW存在两种形式，一种重链C区有6个结构域，另一种只有2个结构域，长型IgW还可以通过不同的剪接方式形成6个CH结构域的分泌型和4个结构域的膜型。软骨鱼类护士鲨和须鲨中克隆到了一种抗原受体，命名为NAR(newornursesharkantigenreceptor)，后来称为IgNAR。IgNAR具有5个恒定区，后4个恒定区与IgW的重链恒定区具有较高的相似性。IgNAR没有相应的轻链，直接由2条相同的重链分子组成，这是惟一一种不具备轻链的只有重链分子的Ig类型[10~11]。并且，与其他Ig和TCR分子不同的是，IgNAR的两条重链并不形成紧密结合的二聚体，而是以相对独立的，松散的形式存在[12]。1.2.4IgZ、IgT、新型IgH和IgM-IgZ从斑马鱼中首次报道了IgZ的存在，重链基因为由4个恒定区组成。最近从草鱼中也报道了IgZ的存在，由4个恒定区组成[13]。从虹鳟中也报道的免疫球蛋白，命名为IgT，其结构形式与IgZ类似，也包含4个恒定区[14]。此外，在三棘刺鱼(Gasterosteus aculeatus)中也报道了IgT的存在，但三棘刺鱼IgT只具有3个恒定区[15]。红鳍东方鲀中报道了一种新型IgH,其重链由2个恒定区组成[16]。鲤中报道了[17]一种IgM-IgZ嵌合体，只具有2个恒定区，第1个恒定区由鲤IgM的CH1构成，第二个恒定区与斑马鱼IgZ的CH4有很高的相似性，但没有扩增到编码IgM-IgZ重链基因的基因组序列，因此推测这种Ig是在转录过程中由鲤IgM和IgZ嵌合而成。2.鱼类免疫球蛋白产生的过程鱼类产生Ig的基本过程和哺乳动物一样[18]，当颗粒性或可溶性抗原进入鱼体后，通过巨噬细胞的吞噬或胞饮作用，送至肾和脾内初步加工积累，通过抗原递呈机制将信息传送给淋巴效应细胞，与特异性体液免疫有关的淋巴细胞如T辅助细胞(Th)、T抑制细胞(Ts)和B细胞开始分化增殖，成熟的B细胞在Th(主要为Th2细胞)和Ts细胞的调节下转化为浆细胞，产生Ig。与哺乳动物相比，鱼类的免疫应答一般较缓慢[19]，Ig的产生受温度影响较大，在最适温度，接种抗原7~10d后，Ig产生细胞才出现，7~14d后血清中才出现Ig。造成这种现象的主要原因[20]：首先，低温能阻止或延缓鱼类免疫应答的产生，各种鱼类都有不同的免疫临界温度，一般来说温水性鱼类的高，冷水性鱼类的低，在低于临界温度时鱼类的免疫应答机制可能丧失；其次，低温会限制浆细胞释放抗体，鱼类的免疫记忆比哺乳动物弱，并且同样受到温度影响。3.鱼类免疫球蛋白多样性产生的机制3.1种系学说鱼类种系免疫球蛋白基因的结构是产生其多样性的最根本的基础，它们代表了所能够产生的抗体种类的最少数量。在一个物种内，VH基因显示出广泛的序列多样性，一个物种的VH基因家族数越大，则表明其VH基因的多样性可能越大。免疫球蛋白可变区结构域的前两个互补决定区(CDR1&CDR2)全部是由V区基因编码的，硬骨鱼类CDR3由D区基因和部分J区基因编码，因此，在同一物种当中，不同的V、D、J片段的数目，尤其是V片段的数目决定了抗体多样性产生的可能性[21]。在同一基因簇内不同的D段总是与相同的H段结合，这将制约IgH链的多样性。但是，不同D区段间的变异性将提高CDR3区的变异性，尤其当两个D区段或其中任何一个用于基因重组时[22]。3.2基因组合机制3.2.1基因片段组合的多样性真骨鱼类在B细胞分化的过程中，一个D基因区段首先与一个JH区段重组，接着一个H区段与D—JH重组，其中每一个不同的区段都能够以随机的方式互相组合，因此，这三种基因区段的组合构成了IgH链多样性的第二种机制。IgL链基因也是“随机”选择VL和JL区段来实现重组的，因为其基因簇之间是紧密连接(1.8～5kb)的，加之VL区段与JL—CL区段转录方向相反，因此也增大了IgL链的潜在可变性[23~24]。 通过对角鲨、护士鲨、小型鳐鱼的相关研究表明[25]，软骨鱼类免疫球蛋白基因簇内的基因片段是在胚系水平发生连接，因而也只能产生有限的组合和连接多样性。此外，抗体中抗原结合位点是通过H和L链中V功能区的组合形成的[23]。在两个B细胞克隆中，产生具有相同V区的H链的同时产生相同的L链，概率极低。因此，不同H链和L链的组合将会增加抗体的多样性。3.2.2连接和插入多样性DH-JH、VH-DH-JH和VL-JL的交界处所出现的连接方式的不明确性也会进一步增加免疫球蛋白的多样性。在连接方式中可能由于下面三种原因产生多样性[21]：一是在基因片段连接过程中由于额外的核苷酸插入而增加了重链的多样性；二是在核酸密码子内的任何地方都可出现发生连接的位置，因此在两个片段之间，同样两种基因片段的连接可以产生不同的氨基酸；三是在某种情况下，由于连接方式不明确可直接导致读码框架移动。在DH-JH或VH-DH-JH连接处可出现核苷酸缺失，导致V区内氨基酸序列的完全改变。有时可以不产生读码框架移动，而将终止密码子引入核酸序列中。3.3体细胞突变通过分离产生单克隆抗体的杂交瘤细胞并测定其IgH和IgL基因的核苷酸序列证实：V基因的突变随着免疫接种和重复免疫以后时间的推移而增加，主要集中在互补决定区，抗体的亲和性随着突变的增加而增加[21]。因此，体细胞突变也是造成抗体多样性的原因之一。4.结束语研究鱼类免疫球蛋白的组成、种类、产生机制不仅对人们认识动物免疫球蛋白的个体发生和利用特异性体液免疫进行免疫防御具有重要的意义，而且对脊椎动物免疫系统的进化都具有相当重大的意义。相信随着研究的深入，会给鱼类病害防治，免疫疫苗方面带来一番新的景象。参考文献[1]张立颖,赵萌.鱼类免疫球蛋白的研究进展[J].水产科学,2009,28(11):701-705.[2]周光炎.免疫学原理[M].2版.上海:上海科学技术出版社,2007.[3]杨汉春.动物免疫学[M].2版.北京:中国农业大学出版社,2003.[4]AmemiyaCT,LitmanRT.Completenucleotidesequenceofanimmunoglobulinheavy-chaingeneandanalysisofimmunoglobulingeneorganizationinaprimitiveteleostspecies[J].ProcNatlAcadSciUSA,1990,87:811-815.[5]VenturaHT,JonesJC,GhaffariSH,eta1.StructureandgenomicorganizationofVHgenesegmentsintheChannelcatfish:MembersofdifferentVHgenefamiliesareinterspersedandcloselylinked[J].MolImmunol,1994,31:823-832.[6]HordvikI,LindstromCDV,VoieAM,eta1.StructureandorganizationoftheimmunoglobulinMheavychaingenesin Atlanticsalmon,Salmosalar[J].MolImmunol,1997,34:631-639.[7]肖凡书,聂品.鱼类免疫球蛋白重链基因与基因座的研究进展[J].水产学报,2010,34(10):1617-1628.[8]RumfeltLL,DiazM,LohrRL,etal.UnprecedentedmultiplicityofIgtransmembraneandsecretorymRNAformsinthecartilaginousfish[J].JImmunol,2004,173(2):1129-1139.[9]WilsonM,BengtenE,MillerNW,etal.AnovelchimericIgheavychainfromateleostfishsharessimilaritiestoIgD[J].ProcNatlAcadSciUSA,1997,94(9):4593-4597.[10]NuttallSD,KrishnanUV,HattarkiM,etal.Isolationofthenewantigenreceptorfromwobbegongsharks,anduseasascaffoldforthedisplayofproteinlooplibraries[J].MolecularImmunology,2001,38(4):313-326.[11]GreenbergAS,AvilaD,HughesM,etal.Anewantigenreceptorgenefamilythatundergoesrearrangementandextensivesomaticdiversificationinsharks[J].Nature,1995,374(6518):168-173.[12]RouxKH,GreenbergAS,GreeneL,etal.Structuralanalysisofthenurseshark(new)antigenreceptor(NAR):MolecularconvergenceofNARandunusualmammalianimmnnoglobulins[J].ProcNatlAcadSciUSA,1998,95(20):11804-11809.[13]XiaoFS,WangYP,YanW,etal.IgheavychaingenesandtheirlocusingrasscarpCtenopharyngodonidella[J].Fish&ShellfishImmunology,2010,29(4):594-599.[14]HansenJD,LandisED,PhillipsRB.DiscoveryofauniqueIgheavychainisotype(IgT)inrainbowtroutimplicationsforadistinctiveBcelldevelopmentalpathwayinteleostfish[J].ProcNatlAcadSciUSA,2005,102(19):6919-6924.[15]GambnDF,SnchezEC,MagadnMS.PresenceofanuniqueIgTontheIGHlocusinthreespinedsticklebackfish(Gasterosteusaculeatus)andtheveryrecentgenerationofarepertoireofVHgenes[J].Developmental&ComparativeImmunology,2010,34(2):114-122.[16]SavanR,AmanA,SatoK,etal.Discoveryofanewclassofmimunoglobulinheavychainfromfugu[J].EuropeanJournalofImmunology,2005,35(11):3320-3331.[17]SavanR,AmanA,NakaoM,etal.Discoveryofanovelimmunoglobulinheavychaingenechmierafromcommoncarp(CyprinuscarpioL.)[J].Immunogenetics,2005,57(6):458-463.[19]孟凡国,李亚南,张彦明.鱼类体液免疫研究进展[J].国外兽医学,1996,17(4):16-18.[20]王长法,安利国,杨桂文,等.鱼类免疫球蛋白研究进展[J].中国水产科学,1999,6(2):105-107.[21]侯月娥,冯娟,杨清华,等.鱼类免疫球蛋白的研究进展[J].黑龙江畜牧兽医,2010,9:37-39.[22]张福淼,袁金铎,安利国,等.鱼类免疫球蛋白多样性产生机制的研究进展[J].水产科学,2005,24(9):45-48.[23]LitmanGW,RastJP,ShamblottMJ,eta1.Phylogeneticdiversificationofimmunoglobulingenesandantibodyrepertoire[J].MolBiolEvol,1993,10:60-72.[24]PilstromL,BengtonE.Immunoglobulininfishgenesexpressionandstructure[J].FishShellfishImmunol,1996,6: 243-262.[25]PilstromL,LundqvistML,WermenstamN.Theimmunoglobulinlightchaininpoikilothermicvertebrates[J].ImmunolRev,1998,166:123-132.[26]SusanSL,DavidF,MartinFF,etal.Rearrangementofimmunoglobulingenesinsharkgermcells[J].ExperimentalMedicine,2000,191(10):1637-1647.