魚類凝集素概述

劉 帥，董毓卿，岳福鵬，張樹民，李 偉

（1. 河套學(xué)院農(nóng)學(xué)系，食品營養(yǎng)與功能因子研究中心，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000；2. 大連產(chǎn)品質(zhì)量檢測研究院有限公司，遼寧大連 116021；3. 大連海洋大學(xué)，遼寧大連 116023）

魚類的免疫系統(tǒng)包括先天性免疫和獲得性免疫，先天性免疫是宿主防御病原體的第一道防線，在對病原體的防御中起著主導(dǎo)性作用。作為低等脊椎動物，魚類獲得性免疫并不完善，因此先天性免疫發(fā)揮著非常重要的作用。魚類的先天免疫因子包括溶菌酶、抗菌肽、模式識別受體、補(bǔ)體、細(xì)胞因子、凝集素及轉(zhuǎn)鐵蛋白等。其中，凝集素因其特異性的識別功能，近年來已逐漸成為人們重點(diǎn)研究的對象。

1 魚類凝集素的分類

凝集素種類繁多，研究人員根據(jù)其糖識別結(jié)構(gòu)域 （Carbohydrate recognition domain，CRD） 這一結(jié)構(gòu)特征方面的特點(diǎn)，將動物凝集素進(jìn)行了分類。就魚類凝集素而言，主要包括以下幾個(gè)類型。

1.1 C- 型凝集素

C- 型凝集素是動物凝集素家族中的一個(gè)主要類型，目前已發(fā)現(xiàn)的C - 型凝集素已超過了1 000 種，并且隨著研究的深入，這一數(shù)字還在不斷增加。C -型凝集素在魚類中普遍存在，絕大部分C - 型凝集素的凝集活性都依賴于Ca2+的存在。C- 型凝集素的CRD 通常是由110～130 個(gè)氨基酸殘基組成，其中包含 N 端 β5 和 α1 上的 C1-C4 及 C 端 β3 和 β5 上的C2-C3 兩對由4 個(gè)半胱氨酸殘基形成的二硫鍵，而這兩對二硫鍵則是形成C - 型凝集素雙環(huán)結(jié)構(gòu)并維持C- 型凝集素CRD 的關(guān)鍵。

C- 型凝集素種類繁多，根據(jù)脊椎動物C- 型凝集素的CRD 元件組成的差異，又可將脊椎動物的C-型凝集素繼續(xù)分為17 個(gè)亞組。目前，研究人員已從鯉魚 （Cyprinus carpio）、草魚 （Ctenopharyngodon idellus）、尼羅羅非魚 （Oreochromis niloticus）、大黃魚 （Larimichthys crocea） 及斑馬魚 （Danio rerio） 等多種魚中發(fā)現(xiàn)并成功分離出了多種C- 型凝集素[1-5]。

1.2 半乳糖結(jié)合凝集素

半乳糖結(jié)合凝集素（Galectin） 屬于動物凝集素中比較常見的類型之一，因其能特異性識別β - 半乳糖苷，因此稱為半乳糖結(jié)合凝集素。半乳糖結(jié)合凝集素包含一段約由130 個(gè)氨基酸殘基組成的保守的的CRD，其凝集活性不依賴Ca2+存在，而依賴巰基的存在。半乳糖結(jié)合凝集素可凝集兔紅細(xì)胞、鏈球菌、腸道細(xì)菌、多種革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌，其功能涉及抗腫瘤、抗菌、抗病毒、RNA 轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞凋亡及炎癥反應(yīng)等多個(gè)方面，是一類公認(rèn)的多功能分子。在魚類的生長、發(fā)育和黏膜免疫中起著重要的作用。目前，已從海鰻（Conger myriaster）、電鰻（Electrophorus electricus)、斑馬魚（Danio rerio）、大西洋鱈魚（Gadus morhua） 等多種魚類中提取分離出半乳糖結(jié)合凝集素[6-9]。

1.3 鼠李糖結(jié)合凝集素

鼠李糖結(jié)合凝集素（Rhamnose-binding lectin，RBL） 首次發(fā)現(xiàn)于海膽 （Anthocidaris crassispina）中，魚類中發(fā)現(xiàn)的鼠李糖結(jié)合凝集素主要存在于魚類卵細(xì)胞及卵巢中，后在頸帶鲾（Leiognathus nuchalis） 皮膚黏液及黑鱸 （Dicentrarchus labrax） 血清中也有發(fā)現(xiàn)[10]。Okamoto M 等人[10]研究表明，鼠李糖結(jié)合凝集素是硬骨魚特有的凝集素，其特點(diǎn)是能夠特異性結(jié)合鼠李糖。從魚類中已發(fā)現(xiàn)的鼠李糖凝集素能夠結(jié)合兔紅細(xì)胞、卵黃細(xì)胞、革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌，在魚類的胚胎發(fā)育、免疫調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮著一定的作用。此外，鼠李糖結(jié)合凝集素還具有參與誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、識別并殺死致病微生物、保護(hù)胚胎等多種生物功能。目前，已從大麻哈魚（Oncorhynthus ket）、柳葉魚（Spirinchus lanceolatus）、白斑紅點(diǎn)鮭（Salvelinus leucomaenis）、三齒雅羅魚（Tribolodon brandti）、西班牙鯖魚（Scomberomorous niphonius） 等魚的卵細(xì)胞中分離得到了鼠李糖結(jié)合凝集素[11-14]。

1.4 甘露糖結(jié)合凝集素

甘露糖結(jié)合凝集素 （Mannose-binding lectin，MBL） 在人和動物血漿中較為常見，首次發(fā)現(xiàn)于兔肝臟中，能夠與酵母細(xì)胞壁上的甘露糖結(jié)合，因而命名為甘露糖結(jié)合凝集素。甘露糖結(jié)合凝集素一般由9～18 個(gè)相同的肽鏈組成，其CRD 包含148 個(gè)氨基酸。甘露糖結(jié)合凝集素是一類機(jī)體的防御分子，能通過CRD 特異性識別細(xì)菌、真菌、病毒等微生物表面甘露糖殘基或N- 乙酰葡萄糖胺，從而發(fā)揮調(diào)節(jié)作用達(dá)到清除外源微生物的作用。目前，已從鯉魚、鯰魚 （Silurus asotus）、大菱鲆 （Scophthalmus maximus）、大西洋鮭魚（Salmo salar）、河豚（Tetraodon sp.）[15-19]等中分離出了甘露糖結(jié)合凝集素。

1.5 其他類型凝集素

有研究表明，魚類因其種類繁多、分布廣泛而成為新型凝集素的豐富來源。在魚類中發(fā)現(xiàn)的凝集素，除上述主要類型外，還包括巖藻糖結(jié)合凝集素（Fucose-binding lectin，F(xiàn)BL）、內(nèi)凝集素 （Intelectin）、正五聚體蛋白、鈣聯(lián)接蛋白和鈣網(wǎng)織蛋白等。

2 凝集素在魚類免疫系統(tǒng)中的功能

凝集素是一類非免疫來源的多價(jià)糖結(jié)合蛋白，是魚類先天免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵成分，可以通過碳水化合物識別域（CRDs） 識別并特異性結(jié)合細(xì)胞表面的糖類結(jié)構(gòu)，還可以激活補(bǔ)體系統(tǒng)，對入侵的病原體形成第一道免疫防御，清除具有潛在危害的破壞性碎片及壞死或凋亡的細(xì)胞[20-22]，在魚的血漿、皮膚黏液和胃腸道中發(fā)揮著重要的作用[23-24]。

2.1 對紅細(xì)胞及微生物產(chǎn)生凝集作用

凝集素最初命名是因其能凝集紅細(xì)胞[25]，后續(xù)研究中發(fā)現(xiàn)，除凝集紅細(xì)胞外還能對大量致病微生物產(chǎn)生凝集作用。例如，Lopesferreira M 等人[26]從納氏海蟾魚（Thalassophryne nattereri） 中分離得到的凝集素，可以在不依賴Ca2+存在的條件下凝集人紅細(xì)胞。Lv C 等人[27]和Wei J G 等人[28]研究表明，從斜帶石斑魚中分離得到的凝集素的重組蛋白，在Ca2+存在的條件下凝集兔紅細(xì)胞，還能凝集創(chuàng)傷弧菌、金黃色葡萄球菌及釀酒酵母。Argayosa A M等人[29]從羅非魚血清中分離得到的凝集素不但能夠凝集人的O 型血細(xì)胞，還能夠凝集糞腸球菌和嗜水氣單胞菌。于珊珊[30]從松江鱸（Songjiang perch） 中分離得到的凝集素的重組蛋白能夠凝集包括陰性綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌、蘇云金芽孢桿菌、啤酒酵母菌等在內(nèi)的多種微生物。

2.2 以模式識別受體參與先天免疫

凝集素本身就是一種模式識別受體（Pattren recognition receptor，PRRs），能夠通過其 CRD 參與識別與結(jié)合病原體相關(guān)分子模式（Pathogen-associated molecular patterns，PAMPs），如微生物表面的脂多糖、蛋白多肽及核酸類物質(zhì)等糖類結(jié)構(gòu)，并以此來激活先天免疫應(yīng)答，如Liu Y 等人[31]從黑鮶（Black catfish） 中分離出的一種C- 型凝集素能夠凝集腸道弧菌和創(chuàng)傷弧菌，而甘露糖對其凝集能力有抑制作用。Tasumi S 等人[32]從日本鰻鱺（Japanese eel） 分離得到的半乳糖結(jié)合凝集素AJL-1 能夠凝集鏈球菌。Tsutsui S 等人[33]從河豚中分離出的甘露糖凝集素能夠凝集寄生蟲。魚類凝集素通過識別病原微生物表面糖類結(jié)構(gòu)這一特點(diǎn)，對病原微生物進(jìn)行凝集，這使得凝集素在魚體抵抗和防御外來病原體的免疫應(yīng)答方面發(fā)揮著重要的作用。

2.3 作為調(diào)理素增強(qiáng)免疫細(xì)胞的吞噬能力

多項(xiàng)研究表明，凝集素不僅能夠特異性識別病原菌表面的糖基，還可以作為調(diào)理素增強(qiáng)免疫細(xì)胞的吞噬能力。研究人員從淇河鯽中分離出的一種C-型凝集素CaCLR 能在致病菌侵染淇河鯽時(shí)發(fā)揮調(diào)理素作用，提高免疫細(xì)胞的吞噬作用。Okamot M 等人[10]從頸帶鲾中分離出的鼠李糖結(jié)合凝集素，能通過提高免疫細(xì)胞的吞噬能力對魚體起到保護(hù)作用。Tsutsui S 等人[34]從康吉鰻（Conger eel） 中分離出的一種甘露糖特異性凝集素conCL-s 與微球體結(jié)合，能夠顯著提高吞噬細(xì)胞對細(xì)菌的吞噬和清除能力。Fock W L 等人[35]研究發(fā)現(xiàn)，從絲足魚中分離得到的血清凝集素能夠作為調(diào)理素增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬能力。凝集素發(fā)揮調(diào)理素的作用，一方面可能是凝集素能夠與宿主免疫細(xì)胞表面結(jié)合，另一方面還可以特異性識別病原體表面的糖基結(jié)構(gòu)，提高了宿主免疫細(xì)胞對病原體的識別能力，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了宿主免疫細(xì)胞對病原體的吞噬能力。

2.4 激活補(bǔ)體系統(tǒng)

在魚類受病原微生物侵染時(shí)，機(jī)體能夠通過補(bǔ)體系統(tǒng)發(fā)揮的調(diào)控作用，對入侵的病原微生物產(chǎn)生免疫應(yīng)答，而凝集素途徑作為補(bǔ)體激活的三條途徑之一，在魚體先天免疫中發(fā)揮著重要的作用。凝集素途徑是通過甘露糖結(jié)合凝集素特異性作用于病原微生物表面糖基，激活甘露糖結(jié)合凝集素相關(guān)絲氨酸蛋白酶（MASP），進(jìn)而激活補(bǔ)體系統(tǒng)。Matsushita M 等人[36]研究發(fā)現(xiàn)，七鰓鰻補(bǔ)體C1q 是通過凝集素途徑來激活的。于珊珊[30]研究推斷，從松江鱸中分離得到的C- 型凝集素Tf Col-11 可以激活松江鱸的補(bǔ)體系統(tǒng)，從而參與機(jī)體對病原微生物入侵所產(chǎn)生的免疫應(yīng)答。王莉[37]研究發(fā)現(xiàn)，斑馬魚早期胚胎可能通過凝集素途徑激活補(bǔ)體系統(tǒng)，對入侵的病原微生物產(chǎn)生免疫應(yīng)答。通過轉(zhuǎn)錄組試驗(yàn)證明草魚甘露糖結(jié)合凝集素能夠激活草魚體內(nèi)凝集素補(bǔ)體途徑，在草魚抗病原微生物侵染中產(chǎn)生免疫應(yīng)答。大量的研究表明，凝集素能夠激活魚體內(nèi)的補(bǔ)體途徑，從而在魚體對抗入侵的病原微生物侵染的過程中發(fā)揮重要的免疫作用。

3 結(jié)語

魚類凝集素成員種類繁多，幾乎具有復(fù)雜的凝集素家族所有組成成分，各類凝集素還具有多種亞型，在魚體免疫方面發(fā)揮著非常重要的作用。近年來，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，不斷有新的魚類凝集素被發(fā)現(xiàn)，但魚類凝集素識別、凝集和清除病原微生物的分子機(jī)制尚不十分清楚。因此，魚類凝集素的深入研究對提高魚類免疫及魚病的防控等方面具有重要的意義。