牡蛎ApeC结构域蛋白的全基因组鉴定及ChACP-1.10在黏膜免疫中的功能解析

本研究针对无脊椎动物特有的ApeC结构域蛋白（ACP）家族在牡蛎黏膜免疫中的机制空白，通过全基因组分析鉴定了6种牡蛎的148个ACP基因，揭示了串联重复驱动基因家族扩张的进化特征。研究发现香港牡蛎ChACP-1.10在鳃组织中感染后表达激增220倍，其独特的β-三足折叠结构通过Ca2+依赖性方式凝集病原体，兼具模式识别受体（PRR）和免疫效应因子双重功能，可激活ChDefensins和ChIL-17s的表达。该成果为水产健康养殖和黏膜免疫进化研究提供了新视角。

　　

在海洋无脊椎动物与微生物的共生关系中，黏膜屏障是抵御病原入侵的第一道防线。然而，与脊椎动物免疫球蛋白主导的黏膜免疫不同，缺乏适应性免疫系统的牡蛎等贝类如何通过分泌蛋白实现黏膜防御，一直是学界未解的谜题。Apextrin C端结构域（ApeC）作为无脊椎动物特有的免疫相关蛋白模块，虽在文昌鱼等物种中被发现具有识别病原体相关分子模式（PAMPs）的能力，但其在牡蛎这类经济贝类中的基因家族进化规律和免疫调控机制仍属未知。

针对这一科学问题，中国水产科学研究院的研究团队在《Fish》发表了突破性研究成果。通过全基因组扫描技术结合多组学分析，研究人员系统鉴定了6种牡蛎的148个ACP基因，首次揭示该基因家族通过串联重复实现功能性扩张的进化特征。实验选取香港牡蛎ChACP-1.10作为关键靶点，发现其响应弧菌感染的表达动力学呈现组织特异性：鳃组织在感染3小时后表达量暴增220倍，而血淋巴仅上调2.6倍。结构生物学分析显示，ChACP-1.10的ApeC结构域具有独特的β-三足折叠构象，三个长环（DXEDX₄N）可结合Ca²⁺离子，这种特殊结构赋予其Ca²⁺依赖性病原凝集能力。

研究采用的关键技术包括：1）基于隐马尔可夫模型（HMM）的全基因组ACP基因筛选；2）系统发育分析与基因结构建模；3）感染模型下的时空转录组检测；4）重组蛋白体外功能验证实验。样本来源于香港牡蛎（Crassostrea hongkongensis）等6种牡蛎的基因组数据库。

基因组鉴定与进化分析
通过比较基因组学发现，ACP基因在双壳纲和腹足纲中显著扩张，而在其他冠轮动物中较为罕见。染色体定位显示26-36个ACP基因在牡蛎基因组中成簇分布，暗示串联重复是驱动基因家族多样化的关键机制。

表达模式与免疫调控
时空表达谱揭示CgACPs在消化腺感染弧菌12-24小时后显著激活。ChACP-1.10不仅能作为PRR识别肽聚糖（PGN），还可通过上调ChDefensins和ChIL-17s的表达发挥免疫调节作用，这种双重功能在无脊椎动物黏膜免疫中尚属首次报道。

结构-功能关联
晶体结构解析表明，ChACP-1.10-ApeC域的Ca²⁺结合位点突变会完全丧失病原凝集能力，证实了金属离子依赖性是其免疫效应的结构基础。

该研究不仅阐明了ACP基因家族在贝类中的进化创新机制，更揭示了ChACP-1.10通过"识别-效应"双功能模块实现黏膜免疫监控的新范式。在应用层面，研究为牡蛎抗病育种提供了分子标记，对解决水产养殖中弧菌等病原威胁具有重要实践价值。从进化免疫学角度，β-三足折叠结构的发现为理解无脊椎动物与脊椎动物免疫系统的分异演化提供了关键线索。