病毒性感染调控鲤科鱼类淋巴器官生物钟基因表达的昼夜节律机制及其免疫调控意义

本研究揭示了鲤科鱼类(Cyprinus carpio L.)淋巴器官及外周血白细胞中生物钟基因(per1/2, cry1/2, clock, bmal1/2)的昼夜表达规律，发现12L:12D光周期下基因表达呈现显著节律性，而恒暗(DD)或恒光(LL)条件会破坏该节律。通过鲤疱疹病毒3型(CyHV-3)和鲤春病毒血症病毒(SVCV)感染模型，首次证明病毒感染会动态调控核心生物钟基因表达（早期上调/晚期下调），且病毒载量与clock基因表达呈负相关。该研究为水产养殖中光照管理优化和抗病毒策略制定提供了重要理论依据。

　　

在自然界中，生物体通过精密的生物钟系统（circadian clock）来预测并适应昼夜环境变化，这个由Clock/Bmal1异源二聚体驱动、Per/Cry负反馈调节的分子振荡器，在哺乳动物中已被证明与免疫系统存在双向调控。然而在进化地位特殊的硬骨鱼类中，由于经历全基因组复制事件，其生物钟基因存在多拷贝现象（如斑马鱼有4个per基因和6个cry基因），且外周器官具有独立的光响应能力，这种独特的生物钟架构如何与免疫系统互动，特别是在病毒感染过程中会产生哪些变化，一直是学界未解的谜题。随着水产养殖业面临日益严重的光污染和病毒性疾病威胁，解析这一科学问题具有重要实践意义。

来自波兰科学院和南波希米亚大学的研究团队以经济鱼种鲤(Cyprinus carpio L.)为模型，系统研究了淋巴器官（头肾、躯干肾、脾脏、胸腺）、淋巴相关组织（鳃、肠道）及外周血白细胞(PBLs)中核心生物钟基因的昼夜表达谱，并探究了鲤疱疹病毒3型(CyHV-3)和鲤春病毒血症病毒(SVCV)感染对这些基因表达的调控作用。研究发现不仅为鱼类生物钟-免疫互作机制提供了新见解，也为优化养殖环境参数提供了科学依据，相关成果发表在《Fish 》期刊。

研究采用三种光周期处理（12L:12D、DD、LL），通过RT-qPCR技术检测不同昼夜时点(ZT/CT)的基因表达；建立CyHV-3（21°C）和SVCV（12°C）感染模型，在0-324小时 post infection(hpi)多时间点采集组织样本；使用Heatmapper在线平台进行热图可视化，通过Spearman相关性分析病毒载量与基因表达的关系。

【3.1 淋巴器官中生物钟基因的昼夜变化】
在标准光周期(LD)下，头肾、躯干肾和胸腺中per1/per2表达在ZT2（光照初期）达峰，而bmal1/bmal2在ZT2显著高于其他时点。恒暗条件(DD)导致clock基因在CT14出现独特表达高峰，而恒光条件(LL)下per2在CT2呈现组织广谱性高表达。值得注意的是，PBLs在LD下无节律性，但在DD/LL下出现clock基因的显著波动，提示白细胞可能具有环境光依赖的节律调控机制。

【3.2 淋巴相关组织的节律特征】
鳃组织在LD下仅per2显示昼夜差异，而肠道表现出cry1与cry2的反向节律模式。特别的是，LL条件下鳃部per2/bmal1表达对持续光照敏感，在CT10和CT2分别出现峰值，这可能是硬骨鱼类鳃部直接感光的分子证据。

【3.3 病毒感染对生物钟的调控】
CyHV-3感染后期（324 hpi）显著上调皮肤per2表达，但抑制躯干肾cry2（12-156 hpi）和鳃部clock（156 hpi）。SVCV则在感染早期（36 hpi）上调头肾per2和鳃部clock，但后期（156 hpi）下调皮肤cry2。相关性分析显示，病毒载量与头肾bmal1、鳃部clock等基因表达呈显著负相关（p<0.001），提示病毒可能通过抑制生物钟基因逃逸宿主防御。

这项研究首次绘制了鲤科鱼类免疫系统生物钟基因的全景表达图谱，揭示出三个重要规律：其一，淋巴器官的生物钟节律严格依赖光刺激，且不同组织存在基因特异性响应模式；其二，病毒感染会动态重编程生物钟基因表达，早期激活可能与抗病毒防御相关，而晚期抑制可能助长病毒复制；其三，恒暗与恒光条件对生物钟的破坏效应存在组织差异性，鳃部和肠道表现出独特的光敏感性。这些发现不仅深化了对脊椎动物生物钟进化保守性与特异性的认知，更从实践层面指出：水产养殖中维持标准光周期可能通过稳定生物钟功能来增强鱼类抗病毒能力。研究团队特别强调，在实验设计和养殖管理中需考虑"时间生物学"因素，例如疫苗接种或治疗的最佳实施时点选择，这对应对全球水产养殖业的病毒性疾病挑战具有重要指导价值。