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为探究胞壁酰二肽(MDP)对鱼类的长期影响,研究人员给虹鳟注射 MDP,4 周后用鳗弧菌(Vibrio anguillarum)攻毒。结果显示,MDP 注射组虹鳟存活率更高,细菌载量更低,免疫基因表达上升。该研究为水产免疫提供新思路。
在水产养殖的免疫领域,一直存在着诸多待解之谜。胞壁酰二肽(Muramyl dipeptide,MDP)作为细菌细胞壁衍生的最小生物活性肽聚糖基序,在哺乳动物中已被广泛研究其免疫刺激作用,甚至在癌症辅助治疗方面也展现出潜力。然而在水产养殖里,它的应用却相对受限。虽然已有研究表明 MDP 能刺激鱼类的非特异性免疫,比如在虹鳟中,巨噬细胞与 MDP 共培养会使细胞直径呈剂量依赖性增大,注射 MDP 的鱼对杀鲑气单胞菌感染的抵抗力增强等,但这些研究多聚焦于 MDP 的短期免疫刺激效果,其能否诱导鱼类产生长期免疫保护,背后又有着怎样的分子和表观遗传机制,依旧是未知的领域。
为了揭开这些谜团,韩国釜庆国立大学(Pukyong National University)的研究人员开展了一项意义重大的研究。他们以虹鳟(Oncorhynchus mykiss)为研究对象,给虹鳟腹腔注射 MDP,4 周后用鳗弧菌(Vibrio anguillarum)进行攻毒实验。研究发现,注射 MDP 的虹鳟在鳗弧菌攻毒后,存活率显著高于注射 PBS 的对照组;而且在感染细菌后,MDP 注射组虹鳟头肾中的细菌载量明显降低,同时肿瘤坏死因子 -α(TNF-α)、白细胞介素 - 1β(IL-1β)、白细胞介素 - 6(IL-6)、白细胞介素 - 12(IL-12)和缺氧诱导因子 - 1α(HIF-1α)等免疫相关基因的表达水平升高。进一步研究还发现,在 MDP 注射 4 周后,虹鳟体内 TNF-α 和 IL-1β 基因启动子区域的组蛋白 3 赖氨酸 27 乙酰化(H3K27ac)水平显著增加 。
这项研究成果意义非凡,它首次证实了 MDP 可以诱导虹鳟产生针对鳗弧菌的长期免疫保护作用,揭示了 MDP 诱导的组蛋白乙酰化可能通过增强免疫基因表达,进而发挥长期抗菌效果。这为水产养殖中鱼类疾病的防控提供了新的理论依据和潜在策略,有望助力水产养殖业提升鱼类的免疫力,减少病害损失。该研究论文发表在《Developmental》。
在研究方法上,研究人员首先获取实验用虹鳟,均来自韩国当地农场。实验中用到了细菌攻毒技术,以观察注射 MDP 后的虹鳟在感染鳗弧菌后的生存情况;还通过检测基因表达水平,来分析免疫相关基因的变化,具体技术如定量 PCR 等(文中未详细描述具体技术细节,仅表明研究方向) 。
在 “保护作用” 研究方面,研究人员开展了两组独立实验。在实验 I 中,给虹鳟注射 MDP 后,用鳗弧菌攻毒,结果发现注射 MDP 的虹鳟存活率显著高于注射 PBS 的对照组;实验 II 同样如此,MDP 注射组虹鳟不仅死亡率出现延迟,而且整体存活率显著提高,这表明 MDP 刺激能够使虹鳟获得对鳗弧菌感染的保护能力。
在 “鱼体内细菌载量” 研究中,研究人员在鳗弧菌攻毒 6 小时后,检测注射 PBS 和 MDP 虹鳟体内的细菌载量,发现此时两组细菌载量相当。但结合整体实验结果可知,MDP 注射组虹鳟后续在免疫反应上的优势,使得细菌载量在后续过程中得到有效控制。
研究结论表明,MDP 能诱导虹鳟产生针对鳗弧菌的长期免疫保护。从机制上看,MDP 诱导的组蛋白乙酰化发生在免疫相关基因启动子区域,增强了免疫基因的表达,这可能是 MDP 发挥长期抗菌作用的关键。讨论部分强调,这一研究揭示了 MDP 在鱼类长期免疫保护中的重要作用,为水产养殖中利用免疫刺激剂防控鱼类疾病提供了新的方向和理论基础,有助于推动水产养殖免疫学的发展,提升水产养殖的健康管理水平。