小龍蝦prx 6基因在對抗金黃色葡萄球菌感染中的分子作用機制
小龍蝦又名克氏原螯蝦（Procambarus clarkii），目前已經(jīng)成為我國主要的淡水無脊椎甲殼類經(jīng)濟養(yǎng)殖動物之一。近些年，由于蝦類病害頻繁爆發(fā)，給我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來了嚴(yán)重經(jīng)濟損失。各類水產(chǎn)病害的高發(fā)已經(jīng)成為小龍蝦死亡的主要原因，不僅限制了小龍蝦養(yǎng)殖業(yè)的高速發(fā)展，也在食品安全方面造成一定威脅。金黃色葡萄球菌作為主要致病菌之一，可以感染大多數(shù)水生無脊椎動物，從而引起相關(guān)細(xì)菌性疾病的發(fā)生。因此研究小龍蝦先天免疫機制對于病害防治工作的開展有著重要作用。
過氧化物還原酶（peroxiredoxin，Prx）蛋白質(zhì)家族，是一個廣泛分布于動物體內(nèi)的抗氧化酶超家族，主要通過硫氧還蛋白（Trx）作為氫的供體來消除過氧化氫，高效調(diào)節(jié)宿主體內(nèi)ROS水平。近些年，Prx家族在無脊椎動物抗菌免疫過程發(fā)揮的作用受到重視，然而，目前對于prx 6參與小龍蝦抗細(xì)菌先天免疫的分子作用機制未見報道。
近日，《生物技術(shù)通報》在線發(fā)表了題為《小龍蝦prx 6基因在對抗金黃色葡萄球菌感染中的分子作用機制研究》的研究報告。本研究通過RNAi降低小龍蝦prx 6基因的表達(dá)量，免疫注射S.aureus之后發(fā)現(xiàn)，小龍蝦的存活率比dsGFP對照組顯著降低。為進一步研究小龍蝦存活率下降的原因，檢測了小龍蝦肝胰腺組織中抗菌肽相關(guān)基因的表達(dá)變化量，同時分析了小龍蝦血淋巴細(xì)菌清除能力。本文闡明了prx 6基因在小龍蝦抗細(xì)菌先天免疫反應(yīng)中的作用形式和調(diào)控機制，為進一步探索其在無脊椎動物先天免疫反應(yīng)中的分子作用機制提供了新思路，同時為水產(chǎn)疫苗開發(fā)提供新靶點。
作為一種過氧化物還原酶，Prx 6其參與了無脊椎動物的先天免疫過程，在抗氧化以及抗菌肽的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。近些年，prx 6在無脊椎動物中的作用不斷被挖掘，現(xiàn)有的文獻報道了其參與了氧化還原系統(tǒng)的調(diào)控、免疫信號的傳導(dǎo)、細(xì)胞凋亡的調(diào)控等。甲殼類動物主要通過肝胰腺來執(zhí)行機體的免疫反應(yīng)，同時也是病原菌侵襲的主要組織器官，因此肝胰腺組織在宿主機體免疫調(diào)節(jié)有可能起到重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)prx 6在小龍蝦的各組織中均有分布，在肝胰腺中表達(dá)量最高。同時，本研究發(fā)現(xiàn)，S.aureus刺激后，prx 6基因在小龍蝦肝胰腺、血細(xì)胞等組織中均出現(xiàn)上調(diào)表達(dá)趨勢。肝胰腺作為小龍蝦主要的免疫器官，本研究實驗結(jié)果顯示prx 6在肝胰腺中表達(dá)量最高，有可能prx 6在小龍蝦肝胰腺對抗病原侵染方面起到重要作用。
本研究發(fā)現(xiàn)敲低prx 6基因之后，小龍蝦肝胰腺Amps基因的表達(dá)水平受到了持續(xù)性抑制，推測其可能通過影響Amps基因的表達(dá)協(xié)助機體抵抗S.aureus侵染。本研究利用RNAi降低prx 6基因表達(dá)量之后發(fā)現(xiàn)，小龍蝦血淋巴的細(xì)菌載量明顯增加，這與目前主流的關(guān)于prx基因功能的研究結(jié)論具有良好的一致性。
抗菌肽在無脊椎動物先天免疫中起到至關(guān)重要作用，其包含多個家族，例如抗脂多糖因子（antilipopolysaccharide factor，ALF）、凝集素（lectin）、甲殼肽（crustin）等活性分子，其不僅具有直接的抗菌活性，有些甚至可以作為免疫調(diào)節(jié)因子發(fā)揮作用。目前，對于ALF、crustin等Amps相關(guān)基因，在貝類、甲殼類以及文昌魚等水生生物中均有文獻報道，主要集中于對抗細(xì)菌先天免疫反應(yīng)中表達(dá)量等情況進行分析。本研究通過RNAi降低prx 6基因表達(dá)量并且進行細(xì)菌刺激之后，檢測toll信號途徑相關(guān)的Amps基因表達(dá)情況，實驗結(jié)果顯示prx 6對于抗菌肽的影響作用是十分明顯的，針對S.aureus侵染，prx 6通過影響Amps基因表達(dá)水平來發(fā)揮免疫作用。此外，通過對小龍蝦血淋巴中細(xì)菌進行計數(shù)發(fā)現(xiàn)，RNAi使prx 6表達(dá)量降低之后，在12 h時間點的細(xì)菌數(shù)量顯著高于dsGFP+S.aureus組，并且在24 h時間點的細(xì)菌數(shù)量發(fā)生了明顯增加。綜合考慮，prx 6可能通過調(diào)控toll信號途徑相關(guān)Amps基因表達(dá)水平，及其在血淋巴中的體液免疫作用，參與到小龍蝦的抗細(xì)菌先天免疫反應(yīng)。
小龍蝦prx 6基因分別通過影響抗菌肽相關(guān)基因ALF、crustin、lectin的表達(dá)，以及血淋巴的細(xì)菌清除能力來參與無脊椎動物抗細(xì)菌先天免疫應(yīng)答。