N-乙酰基壳六糖能够使家蚕（Bombyx mori）抵抗铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的感染

《Infection and Immunity》：N-acetylchitohexaose confers resistance to Pseudomonas aeruginosa infection in the silkworm, Bombyx mori

本研究通过结构分析鉴定了家蚕LYSMD3同源体，证实其LysM域与人类高度相似（RMSD=0.559?）。实验显示GN6和纤丝素能剂量依赖性激活家蚕血细胞，上调抗菌肽基因（如cecropin B）表达，并通过Western blot验证了cecropin B蛋白水平显著升高。感染实验表明，GN6和纤丝素仅对铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）有特异性保护作用，其ED50分别为0.62和0.48μg/larva，且对其他病原体无效。该研究首次在家蚕中发现LysM域受体参与糖类感应的免疫激活机制，支持跨物种保守的糖类信号通路。

　　### 研究背景与意义

在当今全球公共卫生领域，抗生素耐药性和现有疫苗的有限效果正成为严峻挑战。这促使科学家探索新的免疫增强策略，以减少对传统抗生素和疫苗的依赖。近年来，免疫训练（trained immunity）和免疫记忆（immune priming）的概念逐渐被引入，为理解先天免疫系统如何通过非特异性机制获得长期保护提供了新的视角。这些机制在脊椎动物中已被广泛研究，但在无脊椎动物中的功能仍不明确。昆虫作为重要的模式生物，在先天免疫研究中具有独特地位，因为它们的免疫系统结构与脊椎动物存在显著差异，但某些免疫反应的机制可能具有进化上的保守性。

本研究聚焦于家蚕（*Bombyx mori*）这一重要的昆虫模型，探索其是否具有类似脊椎动物中LYSMD3的LysM结构域受体，并进一步分析该受体在先天免疫激活中的作用。LysM结构域是广泛存在于植物和动物中的模式识别受体（PRRs），其主要功能是识别糖类分子，如几丁质和其衍生的寡糖。这些受体在激活先天免疫反应中扮演关键角色，尤其是在对抗细菌和真菌感染方面。然而，对于昆虫是否具备类似的LysM受体及其在免疫激活中的功能，目前仍缺乏明确的证据。

在植物中，LysM型受体已知能够识别几丁质及其衍生的寡糖GN6，并触发针对真菌和细菌的免疫反应。而在哺乳动物中，LYSMD3不仅能够识别GN6，还能通过激活NF-κB信号通路诱导促炎性细胞因子的产生，如IL-6和IL-8，从而增强对病原体的抵抗力。值得注意的是，*Pseudomonas aeruginosa*并不产生几丁质或相关糖类，因此GN6诱导的免疫反应可能并非直接识别该病原体，而是通过其他机制引发宿主的免疫激活。这一发现提示，GN6可能作为某种“训练性”免疫刺激物，能够激活先天免疫系统，从而提高宿主对特定病原体的抵抗力。

此外，昆虫中是否存在能够激活先天免疫的LysM型受体仍是一个悬而未决的问题。虽然一些研究已发现*Drosophila*中的IMA蛋白能够通过调节Imd-Relish通路影响免疫反应，但其主要功能是作为负调控因子，抑制过度的免疫激活。因此，昆虫是否具备与植物和哺乳动物相似的免疫激活型LysM受体仍需进一步研究。如果能够证实这一假设，将有助于揭示一个跨越多个物种的进化保守的糖类感知机制，为开发新型免疫增强策略提供理论依据。

### 研究方法与发现

本研究采用多种实验手段，包括计算生物学分析、转录组学研究、蛋白质表达检测和感染模型实验，以探索家蚕中是否存在与哺乳动物LYSMD3相似的LysM结构域受体，并验证其是否能够通过GN6等糖类分子激活先天免疫反应。

首先，研究人员通过NCBI蛋白数据库搜索，发现家蚕中存在一个与人类LYSMD3具有相似结构特征的蛋白质（XP_004933441.1）。通过序列比对和结构预测，研究发现该蛋白与人类LYSMD3在LysM结构域上具有高度保守性，两者在三维结构上的根均方偏差（RMSD）仅为0.559 ?，表明它们在结构上具有显著的相似性。这一发现为家蚕中存在功能性LysM型受体提供了分子基础。

接下来，研究团队利用RNA-seq技术分析了注射GN6后家蚕血细胞的转录组变化。结果表明，GN6能够显著上调多种先天免疫效应因子的表达，包括抗菌肽（AMP）基因，如*cecropins*。这一结果与哺乳动物中GN6激活LYSMD3并诱导促炎性细胞因子表达的现象相似，提示家蚕可能通过类似机制感知糖类并启动免疫反应。此外，体外实验显示，GN6能够诱导家蚕血细胞中*cecropin A*、*cecropin B*和*gloverin 1*等AMP基因的表达，进一步支持了GN6在激活先天免疫中的作用。

为了验证GN6是否能够直接激活家蚕的免疫系统，研究团队进行了Western blot分析，检测注射GN6后的家蚕血淋巴中*cecropin B*蛋白水平的变化。结果显示，GN6和几丁质均能显著提高*cecropin B*蛋白的表达水平，而盐水对照组和PMA（一种哺乳动物免疫激活剂）则无明显变化。这表明，GN6和几丁质能够激活家蚕的先天免疫系统，从而增强其对特定病原体的抵抗力。

在感染模型实验中，研究人员将GN6和几丁质注射到家蚕体内，并在4小时后挑战其感染*P. aeruginosa*。结果表明，与盐水对照组相比，GN6和几丁质处理组的家蚕存活率显著提高，其ED??值分别为0.62 μg/幼虫和0.48 μg/幼虫。相比之下，其他寡糖（如GN2-GN5）和单体GlcNAc则未能诱导显著的免疫反应，表明GN6和几丁质需要特定的结构长度才能有效激活免疫系统。这一发现揭示了糖类分子在免疫激活中的结构依赖性，并为开发新型免疫刺激剂提供了理论依据。

### 研究结果与讨论

本研究的发现表明，家蚕中存在一个与哺乳动物LYSMD3具有高度结构相似性的LysM结构域受体，该受体能够通过GN6等糖类分子激活先天免疫反应。这一结果不仅为昆虫中存在功能性LysM受体提供了分子证据，还揭示了GN6在激活家蚕免疫系统中的作用机制。GN6能够诱导AMP基因的表达，并提高*cecropin B*蛋白的水平，从而增强家蚕对*P. aeruginosa*的抵抗力。这些效应在结构上与哺乳动物中LYSMD3介导的免疫激活高度相似，提示糖类感知机制可能在进化过程中被保守下来。

值得注意的是，GN6对其他病原体（如*S. aureus*、*C. albicans*、*A. fumigatus*和*R. arrhizus*）的感染没有显著影响。这表明，GN6诱导的免疫反应具有特定的病原体选择性，可能主要针对革兰氏阴性菌。这种选择性可能与家蚕免疫系统对特定糖类的识别能力有关，或者与病原体自身的特性相关。例如，*P. aeruginosa*的细胞壁含有较多的几丁质，而其他病原体的细胞壁结构可能不足以激活家蚕的免疫系统。此外，研究还发现，家蚕中只有γ-谷氨酰转肽酶（γ-GT）的表达被显著下调，这可能意味着某些特定的免疫调节机制正在发挥作用，但其具体功能仍需进一步研究。

此外，研究还探讨了GN6与几丁质在激活家蚕免疫系统中的结构-活性关系。结果表明，GN6和几丁质在不同剂量下均能显著提高家蚕对*P. aeruginosa*的抵抗力，而较短的寡糖（如GN2-GN5）和单体GlcNAc则无效。这提示，糖类分子的结构长度在免疫激活中具有重要作用，可能需要至少六个GlcNAc单元才能有效触发免疫反应。这一发现与哺乳动物中的研究结果一致，表明糖类感知机制在不同物种中可能存在共通的结构和功能特征。

### 潜在机制与未来方向

尽管本研究提供了家蚕中存在LysM结构域受体的初步证据，但具体的受体识别机制仍需进一步探索。例如，GN6是否能够直接结合家蚕中的LYSMD3同源蛋白，以及该结合是否能够触发下游的信号通路，如Imd-Relish通路，目前尚不清楚。此外，虽然研究假设GN6可能通过激活NF-κB信号通路诱导免疫反应，但这一机制尚未通过直接实验验证。

未来的研究可以采用多种方法，包括分子对接、受体敲除实验和信号通路阻断实验，以进一步阐明GN6与家蚕LysM结构域受体之间的相互作用机制。此外，研究还可以探讨不同糖类分子对家蚕免疫系统的激活能力，以确定其在免疫训练中的潜在应用价值。这些研究不仅有助于理解昆虫先天免疫的分子机制，还可能为开发新型免疫增强策略提供新的思路。

本研究还揭示了糖类分子在激活先天免疫中的重要作用，尤其是在对抗特定病原体方面。这种激活机制可能具有广泛的应用前景，例如在农业和生物医学领域，通过调控糖类分子的摄入或合成，可以增强宿主对病原体的抵抗力。然而，具体的糖类分子类型、剂量和作用机制仍需进一步研究，以确保其在实际应用中的安全性和有效性。

总之，本研究为昆虫中存在功能性LysM结构域受体提供了新的证据，并揭示了GN6在激活家蚕先天免疫系统中的作用。这些发现不仅加深了我们对糖类感知机制的理解，还为未来的研究提供了重要的理论基础和实验方向。