过氧化氢酶通过调节氧化还原稳态保护南美白对虾抵御白斑综合征病毒

《Fish & Shellfish Immunology》：Catalase protects Penaeus vannamei against WSSV by regulating redox homeostasis

　　

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  Pv-CAT被鉴定为对虾（Penaeus vannamei）中的一种保守的过氧化氢酶。
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  WSSV感染改变了免疫组织及屏障组织中Pv-CAT的表达。
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  Pv-CAT基因沉默导致H₂O₂积累和肠道脂质过氧化。
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  Pv-CAT基因沉默扰乱了免疫基因表达，降低了WSSV感染后P. vannamei的存活率。

引言

Penaeus vannamei（南美白对虾）因其生长速度快、抗逆性强和经济价值高，是全球养殖最为广泛的虾类之一。然而，集约化养殖中疾病暴发仍是制约稳定生产的关键因素。在众多影响虾类的病原体中，白斑综合征病毒（WSSV）尤为致命，因其传播迅速、宿主范围广，且能在短时间内造成大量死亡[1]。WSSV是一种大型双链DNA病毒，几乎所有对虾属物种均高度易感；其他甲壳动物，包括螯虾、螃蟹和龙虾，也可被感染[2]、[3]、[4]。由于有效的治疗措施仍然有限，阐明宿主介导的抗病毒抵抗和耐受机制对于疾病控制及抗病虾种的培育至关重要。

活性氧（ROS）是有氧代谢过程中常见的细胞内副产物。主要的ROS包括过氧化氢（H₂O₂）、超氧阴离子（·O₂^-）、羟自由基（·OH）及其他含氧活性分子。在受控浓度下，ROS参与细胞增殖、分化及信号转导；而在过量时，则会对膜、核酸和蛋白质造成损伤，并可引发凋亡或其他形式的细胞损伤[5]、[6]、[7]。当ROS的产生超过抗氧化清除能力时即发生氧化应激[8]。为减轻此类损伤，生物体进化出了抗氧化系统，其中过氧化氢酶（CAT）是核心酶之一。CAT催化H₂O₂分解为水和氧气，减少高反应性羟自由基的生成，从而帮助维持细胞氧化还原稳态[9]、[10]、[11]、[12]。

CAT是生物体抗氧化防御系统中的关键酶之一，广泛分布于不同类群[13]。该酶主要参与ROS的清除，并通过调节ROS平衡在免疫反应中发挥关键作用，从而抑制氧化应激引起的细胞损伤并维持细胞稳态。CAT能高效催化过氧化氢分解为水和氧气，防止羟自由基等有害物质的形成，保护细胞免受氧化损伤[13]、[14]。

在无脊椎动物中，CAT与免疫保护及基础抗氧化代谢密切相关。在病原体入侵或环境胁迫下，升高的H₂O₂和其他ROS若不能被有效清除，即可损伤细胞结构和功能蛋白[15]、[16]、[17]。昆虫研究表明，抗氧化酶可响应感染、寄生和环境毒物。例如，ROS清除机制参与Mythimna separata（菜心卷叶螟）的宿主-寄生者相互作用[18]，CAT保护Myzus persicae（桃蚜）细胞免受H₂O₂毒性[16]，草甘膦类除草剂暴露改变了Gryllus assimilis（黄纹条螽）的抗氧化状态[19]。

类似证据在甲壳动物中也逐渐涌现。H₂O₂诱导的氧化应激可改变Eriocheir sinensis（中华绒螯蟹）中抗氧化酶活性和免疫基因表达[15]。在P. vannamei中，病原体挑战（包括Vibrio parahaemolyticus（副溶血性弧菌）感染）可增加肝胰腺中CAT活性，表明CAT参与甲壳动物的免疫防御及氧化还原代谢[20]、[21]。这些发现支持了CAT在病毒感染期间帮助协调ROS介导的信号传导与氧化损伤之间平衡的可能性。

尽管CAT已在多种水生动物中被报道，但其在P. vannamei应对WSSV感染中的角色仍未完全阐明。本研究分析了Pv-CAT的序列特征，表征了其组织分布和WSSV诱导的表达动态，并通过RNA干扰评估了其功能。我们进一步评估了存活率、肠道氧化应激指标及免疫相关基因表达，以确定Pv-CAT是否在P. vannamei中将氧化还原调节与抗病毒免疫联系起来。

章节摘要

实验动物

实验所用P. vannamei（每只约3.6±0.5 g）均购自BLUP Aquabreed Co., Ltd.（中国潍坊）。虾体初始体长为6.50±0.55 cm，体重为3.60±0.80 g。实验前，虾在盐度29±1、温度26±1°C的通气无菌海水中适应至少3天。适应期间，每日定时投喂两次，每天换水40%–50%。

Pv-CAT序列与生物信息学分析

理化

Pv-CAT克隆与序列特征

Pv-CAT的cDNA开放阅读框为1563 bp，编码一段预测长度为520个氨基酸的蛋白质（图1a）。预测Pv-CAT蛋白的理论分子量约为58.83 kDa。通过系统发育分析评估了Pv-CAT与其他选定物种同源蛋白之间的氨基酸序列同源性。结果显示，Pv-CAT与Penaeus japonicus（日本对虾）的同源性最高（94.42%），其次为Panulirus ornatus（长隆滑翔虾，83.46%），以及

讨论

CAT是一种含血红素的蛋白质，广泛分布于原核生物和真核生物中。作为关键的抗氧化酶，它能有效清除细胞内ROS，对于防止氧化损伤至关重要[13]。此前研究表明，CAT可通过调节免疫细胞中的抗氧化防御机制来缓解细菌或病毒感染引起的炎症。例如，在Drosophila（果蝇）肠道模型中，CAT是细胞外免疫调控的关键介导因子。在Procambarus clarkii（克氏原螯虾）

作者贡献

倪佳：概念构思、方法学、形式分析、调查研究、数据整理、初稿撰写。金逸琴：数据整理。蒋才园：调查研究。杨冰冰：形式分析。薛倩：形式分析、调查研究。张力：形式分析、调查研究。罗坤：资源提供。鸾胜：资源提供、经费获取。孔杰：资源提供、监督指导。李旭鹏：概念构思、方法学、文稿审阅与编辑。孟宪红：监督指导、资源提供、经费获取

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能影响本文报告工作的财务利益或个人关系方面的冲突。

致谢

本工作得到国家重点研发计划（2022YFF1000304）、山东省重点研发计划（2024LZGC038）、国家农业科研体系（CARS-48）、中央公益性科研机构基本科研业务费、中国水产科学研究院（2023TD27）的资金支持。

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