草鱼Hnf4β通过AIF/Hnf4α/caspase 3信号轴调控抗菌防御的分子机制

本研究揭示了草鱼Hnf4β（gcHnf4β）在抵抗嗜水气单胞菌感染中的关键作用。研究人员通过分子生物学技术发现，gcHnf4β通过转录调控caspase 3、caspase 9和凋亡诱导因子（AIF），形成AIF/Hnf4α/caspase 3信号轴，显著抑制细菌增殖并增强细胞存活。该研究为水产养殖病害防控提供了新靶点，填补了HNF4家族在抗菌免疫中的功能空白。

　　

在自然界中，细菌感染是水生动物面临的主要威胁之一，而鱼类作为重要的水产养殖对象，其免疫防御机制的研究具有重要意义。肝细胞核因子4（HNF4）家族是一类关键的转录因子，在肝脏发育和代谢稳态中发挥重要作用。然而，这个家族中一个特殊成员HNF4β的生物学功能却长期被忽视，特别是在抗菌免疫方面的作用几乎是一片空白。更令人困惑的是，HNF4β在哺乳动物中神秘消失，仅存在于硬骨鱼、两栖动物和鸟类中，这种奇特的进化分布暗示着它可能具有某些独特功能。

针对这一科学问题，中国科学院水生生物研究所的研究人员以草鱼为模型，深入研究了Hnf4β在抵抗嗜水气单胞菌感染中的作用机制。他们发现，草鱼Hnf4β（gcHnf4β）能够通过调控凋亡相关基因的表达，形成一条全新的抗菌信号通路。这项研究不仅揭示了HNF4家族在免疫防御中的新功能，也为水产养殖病害防控提供了潜在的治疗靶点。相关研究成果发表在《Fish》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法：通过基因克隆和序列分析确定了gcHnf4β的结构特征；利用荧光定量PCR检测基因表达模式；采用免疫共沉淀和荧光共振能量转移技术分析蛋白相互作用；通过细胞转染和基因沉默验证功能；使用激光共聚焦显微镜观察蛋白亚细胞定位。实验所用草鱼样本来自实验室养殖群体，细菌菌株为实验室保存的野生型嗜水气单胞菌。

序列分析
研究人员首先克隆了gcHnf4β基因，发现其编码466个氨基酸，分子量约51.9 KDa。系统进化分析显示，gcHnf4β与斑马鱼和非洲爪蟾的Hnf4β具有高度同源性，证实其在进化上的保守性。

表达模式
在正常草鱼中，gcHnf4β在肠道中表达量最高，其次是肝脏和肾脏。当感染嗜水气单胞菌后，gcHnf4β在这些组织中的表达显著上调，提示其可能参与抗菌免疫反应。

功能验证
在CIK细胞中过表达gcHnf4β能显著抑制细菌增殖并提高细胞存活率。机制研究表明，gcHnf4β通过转录上调caspase 3、caspase 9和凋亡诱导因子（AIF）的表达发挥抗菌作用。

分子机制
gcHnf4β作为转录枢纽，直接与AIF相互作用，并与gcHnf4α形成三元复合物间接调控caspase 3。感染过程中，gcHnf4β在细胞核内滞留，同时AIF和caspase 3从细胞质转位至细胞核并共定位。

信号通路
功能缺失实验证实，敲低AIF或抑制caspase 3会完全阻断gcHnf4β的抗菌活性，而抑制caspase 9则无此效果，表明AIF/Hnf4α/caspase 3是gcHnf4β发挥功能的关键信号轴。

这项研究首次阐明了gcHnf4β通过AIF/Hnf4α/caspase 3信号轴调控抗菌免疫的分子机制。研究结果表明，在进化过程中保留的Hnf4β可能赋予了鱼类独特的免疫防御能力。这一发现不仅拓展了对HNF4家族功能的认识，也为理解鱼类与病原体互作提供了新视角。从应用角度看，该研究为开发基于Hnf4β调控通路的水产病害防控策略奠定了理论基础，对保障水产养殖业的可持续发展具有重要意义。

值得注意的是，gcHnf4β与哺乳动物中缺失的HNF4β在功能上可能存在重要差异，这种差异或许反映了不同物种在应对病原体感染时采取的进化策略。未来研究可以进一步探索Hnf4β在其他鱼类中的保守功能，以及其调控网络中的其他关键因子，为开发广谱抗病育种技术提供科学依据。