鱼类细胞因子在进化上具有重要意义,因为它们代表了最古老、保守的脊椎动物免疫通信系统之一。主要的哺乳动物细胞因子家族(包括白细胞介素(ILs)、干扰素(IFNs)、肿瘤坏死因子(TNFs)、趋化因子和转化生长因子(TGFs)的同源物均存在于硬骨鱼类中。这强烈表明,在鱼类和四足动物分化之前,细胞因子介导的免疫调节机制就已经确立(Reyes-Cerpa等人,
2012;Zou和Secombes,
2016)。尽管鱼类细胞因子的氨基酸序列与哺乳动物类型可能存在很大差异,但它们的三维结构、受体使用、下游信号通路和核心生物学功能却高度保守(Huising等人,
2004;Zou和Secombes,
2016)。硬骨鱼类特有的全基因组复制产生了许多细胞因子的旁系基因,这些旁系基因的功能适应了复杂多变的水生环境。这种多样化反映了由水传播的细菌、病毒和寄生虫病原体,以及温度、盐度和其他环境压力因素所施加的进化压力(Zou和Secombes,
2016)。因此,鱼类细胞因子为脊椎动物免疫系统的起源、进化和可塑性提供了独特而有力的线索。
比较免疫学研究表明,鱼类和人类的细胞因子网络在机制上有密切的相似性(Mokhtar等人,
2023;Uribe等人,
2011)。在许多养殖和模式鱼类中,已经研究并证实了IL-1β、IL-6、IL-10、TNF-α、IL-12、IL-17、IL-22以及I型和II型干扰素等细胞因子,它们在调节炎症、抗病毒防御、白细胞募集、造血和适应性免疫方面的作用与哺乳动物非常相似(Reyes-Cerpa等人,
2012)。例如,鱼类IL-1β是一种强效的促炎介质,能诱发类似发热的反应、急性期蛋白和白细胞激活;鱼类I型干扰素通过保守的JAK-STAT信号通路驱动抗病毒状态;IL-10能够抑制过度炎症;TNF-α则调控细胞死亡和组织重塑。由于许多这些功能反应可以在斑马鱼、青鳉和小型鲤科鱼类等透明或遗传易于研究的物种中进行研究,因此硬骨鱼类越来越成为研究炎症性疾病、感染生物学、肿瘤-免疫相互作用、黏膜免疫学和免疫稳态调节的理想脊椎动物模型(Mokhtar等人,
2023;Scapigliati等人,
2018)。
细胞因子对人类健康和疾病也至关重要,它们作为协调免疫细胞间通信、组织间相互作用和炎症消退的关键介质(Mokhtar等人,
2023)。失调的细胞因子信号通路是许多病理过程的基础,包括自身免疫疾病、慢性炎症性疾病、代谢性疾病、癌症、过敏和严重感染。涉及TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-17等细胞因子的病理“细胞因子风暴”现在被认为是败血症、严重病毒感染和系统性炎症综合征的组织损伤驱动因素,而细胞因子反应不足则可能导致慢性感染、肿瘤逃避和免疫缺陷。因此,针对细胞因子的疗法(如抗TNF、抗IL-6R、抗IL-17和JAK抑制剂)已经改变了类风湿性关节炎、炎症性肠病、银屑病等主要人类疾病的管理(Schett等人,
2013)。对鱼类细胞因子的研究,结合其独特的基因扩展和环境适应性,为识别与人类疾病相关的保守炎症途径、调节回路和潜在的新药物靶点提供了补充的比较框架,包括那些由新出现病原体和气候变化引起的疾病。
在水产养殖背景下,了解鱼类细胞因子不再是纯粹的学术研究;它已成为可持续生产和鱼类福利的基石。集约化养殖使鱼类暴露于高病原体负担、拥挤压力、水质波动和温度升高等因素中,这些因素都会深刻影响细胞因子谱型和免疫能力(Bojarski等人,
2025;Hedayati,
2018)。内在的促炎细胞因子(如IL-1β、TNF-α、IL-8)和抗病毒干扰素(如IL-10和TGF-β)是对抗细菌性疾病(如疖病和弧菌病)或病毒感染(如传染性胰腺坏死和诺达病毒感染)的第一道防线。同时,调节性抗炎细胞因子(如IL-10和TGF-β)对于防止鳃部、皮肤和肠道(鱼类的关键黏膜屏障)的免疫病理反应至关重要。在养殖鱼类中的详细细胞因子分析有助于识别压力、免疫抑制和疫苗反应性的生物标志物,从而指导养殖实践、选择抗病品种和群体水平的健康监测(Mokhtar等人,
20232021)。
细胞因子生物学研究对于合理设计鱼类DNA疫苗、疫苗佐剂、微阵列应用和水产养殖中的免疫刺激剂也至关重要(Savan和Sakai,
2006)。现代鱼类疫苗——无论是灭活型、减毒型、亚单位型、DNA型还是病毒载体型——都旨在引发平衡的细胞因子反应,以提供强大且持久的保护作用,同时不引起有害的炎症。诱导Th1样(IFN-γ、IL-12)、Th17样(IL-17、IL-22)和调节性(IL-10、TGF-β)细胞因子越来越多地被用于评估疫苗诱导的免疫质量并优化佐剂配方(Sakai等人,
2021)。细胞因子或趋化因子基因本身正在被探索作为分子佐剂,以增强肠道和鳃部的黏膜免疫或增强对经济重要病原体的抗病毒反应。关于浸泡、口服或注射接种后细胞因子动力学的见解有助于优化接种计划、加强策略和多病原体疫苗组合。此外,了解环境因素(温度、盐度、污染物、微塑料)如何调节不同鱼类的细胞因子反应对于确保疫苗在实际养殖条件和未来气候情景下的有效性至关重要。
除了提高养殖效率外,鱼类细胞因子在连接人类、动物和环境健康的“同一健康”框架中也占据核心地位。鱼类生活的生态系统受到人类活动、污染物和新出现病原体的日益影响。许多污染物(包括内分泌干扰物、重金属、农药和药物)会改变鱼类的细胞因子表达和免疫功能,从而作为生态失衡的早期预警指标,并可能影响人类的暴露(Dalzochio等人,
2017)。相反,在水生环境中传播的动物源性和跨物种病原体可以利用脊椎动物共有的细胞因子通路。因此,鱼类中的细胞因子比较研究有助于评估环境有毒物质的危害、监测人-动物-环境界面的新出现感染,并制定综合的疾病预防策略。
总之,鱼类细胞因子不仅仅是比较免疫学的一个小众课题;它们位于进化生物学、生物医学研究、环境毒理学和可持续水产养殖的交叉点上。即将出版的《干扰素与细胞因子研究杂志》(Journal of Interferon & Cytokine Research)关于鱼类细胞因子的专题将探讨广泛而相互关联的主题,包括:(i)低等脊椎动物中细胞因子的进化和多样化;(ii)鱼类细胞因子的分子和功能多样化,包括旁系基因的特化和黏膜免疫;(iii)利用鱼类细胞因子网络来模拟和理解人类的炎症和传染病;(iv)在水产养殖中基于细胞因子的疫苗接种、免疫刺激和疾病管理方法;(v)如何将鱼类细胞因子研究整合到连接水生生态系统完整性、动物福利和人类健康的“同一健康”视角中。通过这些不同的方面,鱼类细胞因子成为连接古老免疫策略与现代健康和疾病挑战的统一纽带。