海胆"黑嘴病"中宿主-微生物组互作机制的多组学解析及其免疫调控网络研究

本研究针对海胆(Strongylocentrotus intermedius)高致死性"黑嘴病"的致病机制不明问题，通过16S rRNA测序、宏基因组和转录组多组学联用技术，揭示Vibrio、Photobacterium等潜在病原菌通过激活补体系统(C3)、转录因子(NF-κB1/Jun)和线粒体未折叠蛋白反应(mtUPR)等通路调控宿主免疫应答，为水产病害防控提供了新靶点。

　　

海胆养殖业正面临"黑嘴病"的严峻威胁，这种以口器周围黑色素沉积、棘刺脱落为特征的疾病，发病迅速且死亡率极高。尽管已有研究从患病海胆体腔液中分离出Bacillus firmus和Vibrio mediterranei等病原菌，但宿主与微生物组的复杂互作机制仍是未解之谜。更棘手的是，现有防治手段效果有限，亟需从分子层面揭示病原-宿主互作规律。这项发表在《Aquaculture Reports》的研究，首次采用多组学整合分析策略，解码了海胆"黑嘴病"的微生物群落结构特征与宿主免疫应答的分子对话。

研究团队运用16S rRNA测序解析微生物组结构，结合宏基因组进行功能注释，同时通过转录组测序(RNA-seq)捕获宿主基因表达谱，最后采用RT-qPCR验证关键基因。所有样本均来自相同养殖环境的海胆，设立健康组(CM)与患病组(RM)各3个生物学重复，每个重复包含5只海胆的口器组织混合样本。

微生物组结构分析显示，患病海胆口器微生物的α多样性指数显著升高，Pseudomonadota(65.71% vs 9.72%)和Bacteroidota(25.39% vs 5.47%)成为优势菌门。在属水平上，Vibrio(34.22% vs 2.56%)、Photobacterium(16.68%)和Arcobacter等病原相关菌属在患病组特异性富集。功能分析发现这些菌群显著激活嘌呤代谢、ABC转运蛋白等114条KEGG通路。

转录组分析鉴定出4645个差异表达基因(DEGs)，其中1753个上调、2892个下调。关键上调基因涉及补体C3、组织蛋白酶CTSL、转录因子NF-κB1/Jun/ATF5以及热休克蛋白HSP70^IV。多组学网络分析揭示，Vibrio等病原菌与C3(r=0.82)、CTSL(r=0.79)呈强正相关，通过补体系统激活和抗原呈递增强免疫防御；同时这些病原菌还显著关联NF-κB1(r=0.75)/Jun(r=0.68)转录因子轴，可能通过AP-1异源二聚体调控炎症反应。值得注意的是，ATF5和HSP70^IV的上调提示病原感染可能诱发线粒体未折叠蛋白反应(mtUPR)，通过分子伴侣修复受损蛋白维持细胞稳态。

讨论部分深入阐释了三大发现：首先，Vibrio可能通过III型分泌系统(T3SS)注入效应蛋白，激活TLR-NF-κB通路诱导炎症；Photobacterium则可能分泌AIP56毒素切割NF-κB，形成免疫逃逸。其次，CTSL-C3轴的激活表明补体系统在溶解病原体中的核心作用，这与Vibrio刺激产生膜攻击复合物(MAC)的报道一致。最后，ATF5-HSP70^IV的共表达揭示了病原体干扰线粒体功能后，宿主通过mtUPR维持蛋白稳态的新机制。

这项研究不仅建立了海胆"黑嘴病"的微生物组-转录组关联图谱，更创新性地提出"病原体-补体系统-转录因子-线粒体应激"的四维互作模型。发现的生物标志物如Photobacterium丰度、C3表达水平等，可为养殖场早期预警提供分子指标。未来研究可针对Arcobacter等新现病原体开发特异性抑制剂，或通过调节mtUPR通路增强海胆抗病力，为水产病害绿色防控开辟新途径。