水生所在鱼类先天性免疫基因的功能研究取得两项新进展

几年来，由于水产动物重大病害频频发生以及病急乱用药、滥用药引起的水产品食品安全等隐患，国际上已形成了进行鱼类等水产动物免疫学研究的交叉学科，且尤为重视先天性免疫机制研究。近年来，水生所淡水生态与生物技术国家重点实验室在国家基础研究计划973项目的支持下，已在渔业生物技术研究方向滋生出新的进行鱼类先天性免疫调控机制研究的生长点，建立了研究鱼类抗病毒基因的细胞模型，在鱼类病毒病的免疫遗传机理研究上取得突破，已克隆出一批与鱼类先天性免疫相关基因或抗病相关基因，引起国际同行的关注。最近，由桂建芳研究员主持的鱼类发育遗传学学科组和张奇亚研究员主持的水生病毒学学科组通过交叉合作，已开始深入到鱼类先天性免疫相关基因的功能研究方面，取得了两项重要进展。

第一项进展主要是由博士研究生梅洁等完成，美国加州大学洛杉矶校区林硕教授提供了斑马鱼突变体，为合作者之一。该研究是在实验室前期从鲫鱼中鉴定出一个与补体C1q类似的C1q-like基因并发现它可能与免疫和细胞凋亡有关的基础上，进一步利用体外培养细胞和斑马鱼来进行功能研究。体外研究表明，C1q-like能抑制诱导剂诱导的caspase-3和9的活性，进而抑制凋亡。Morpholino介导的基因敲除分析揭示斑马鱼C1q-like有抗凋亡作用，发现C1q-like敲降后，调亡因子表达上调、细胞周期紊乱、血细胞发生相关基因表达下调，血色素合成减少、脑血管发育异常。研究还进一步发现，所有抑制C1q-like造成的功能缺陷，都能通过抑制p53的表达来挽救。紫外线照射和细菌感染均能诱导C1q-like的过量表达，而且抑制C1q-like的表达胚胎更易于受到细菌的侵袭而死亡。因此，C1q-like  应是斑马鱼胚胎中一个新的细胞存活调控因子，在胚胎发育特别是脑发育过程抑制p53依赖的和caspase  3/9介导的细胞凋亡中起了重要的抗凋亡和保护作用。该研究成果已在美国发育生物学会会刊《Developmental  Biology》在线发表。

第二项进展主要是由朱蓉博士和张义兵博士等共同完成。该研究主要是围绕鱼类中是否存在dsRNA依赖的蛋白激酶PKR以及鱼类PKR是否具有抗病毒功能而展开的。通过建立由灭活病毒诱导的牙鲆囊胚培养细胞SMART  cDNA文库，筛选克隆得到牙鲆PKR基因。该基因具有哺乳类PKR保守的结构域，包括N端的两个dsRNA结合区，以及C端激酶区。dsRNA结合区能结合dsRNA，而激酶区能抑制翻译。在正常细胞中，PKR仅具有低水平的本底表达。在大菱鲆弹状病毒感染过程中，PKR表达上调，同时伴随着eIF2α磷酸化增强。在细胞中过量表达野生型PKR也能导致eIF2α磷酸化水平增强，且抑制病毒增殖；而当过量表达丧失激酶活性的PKR突变体时，则无此效应。进而，RNA干扰实验证实PKR能通过磷酸化eIF2α发挥抑制蛋白翻译的功能。上述研究结果首次证实鱼类确实存在与哺乳类一致、且具有相似功能的PKR介导的抗病毒途径，首次揭示了鱼类PKR基因的功能结构域及其抗病毒功能。该研究结果已由美国微生物学会主办的权威杂志之一《Journal  of  Virology》在线发表。

关于这两项研究成果的意义，这两篇论文的通讯作者桂建芳研究员介绍说，鱼类先天性免疫相关基因的鉴定特别是其功能和作用机制研究是国际上的研究热点之一，这一方面是因为鱼类作为相对原始的脊椎动物，对其先天性免疫基因功能及其作用机制的剖析将有助于了解脊椎动物免疫系统的发生和进化，另一方面鱼类作为人类的主要蛋白来源之一，鱼类的健康养殖和安全水产品的可持续发展更需要我们阐明鱼类先天性免疫机制，制定出更为健康高效的养殖对策和措施。