综述:海参分子与细胞免疫的整合

《Comparative Immunology Reports》:Integration of Molecular and Cellular Immunity in Sea Cucumbers: A Comprehensive Review

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月14日 来源:Comparative Immunology Reports 2.4

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  作为非脊索动物后口动物(deuterostomes),棘皮动物(echinoderms)构成了与脊椎动物比较免疫学研究的关键门类。其中,海参(Holothuroidea)由于在水产养殖应用以及作为生物活性化合物来源的潜力而日益受到科学关注。在过去几十年中,关于

  
作为非脊索动物后口动物(deuterostomes),棘皮动物(echinoderms)构成了与脊椎动物比较免疫学研究的关键门类。其中,海参(Holothuroidea)由于在水产养殖应用以及作为生物活性化合物来源的潜力而日益受到科学关注。在过去几十年中,关于海参免疫系统(尤其是免疫相关基因)的研究大幅扩展。这一进展主要受到改善养殖物种刺参(Apostichopus japonicus)的健康和抗病能力的努力所推动。相比之下,细胞免疫学受到的关注相对较少,现代分子方法很少被应用于研究海参免疫细胞——即体腔细胞(coelomocytes)——的功能。尽管在过去一个世纪中描述了众多体腔细胞类型,其分类仍仅依赖形态学标准,这可能掩盖了这些细胞群体内重要的功能多样性。本综述汇集了海参免疫系统分子与细胞组分的最新知识,从而凸显了这两个研究层面之间存在的空白。综述呈现了主要免疫机制及其相关的分子和细胞参与者。此外,还讨论了连接分子免疫与细胞免疫的最新进展,并提出了在单细胞类型分辨率下对体腔细胞进行分子表征的未来方向。总体而言,本综述为桥接海参分子免疫学与细胞免疫学——这两个在很大程度上仍相互脱节的领域——提供了框架,并为这些具有经济和生态重要性的海洋无脊椎动物的免疫组分提供了更新概述。
引言(Introduction):海参属于棘皮动物门,是后口无脊椎动物,在比较免疫学中具有重要地位。刺参因其养殖价值成为研究焦点,但细胞免疫与分子免疫研究存在脱节。

文献综述策略与方法(Review strategy and methodology):作者系统检索了2006-2026年间的文献,筛选功能性免疫基因和体腔细胞组学研究,并排除了仅依据应激差异表达推断免疫功能的基因。

海参的多层次免疫(Multi-level immunity of sea cucumbers):海参的免疫防御不仅依赖免疫系统本身,还包括行为免疫、物理屏障、化学防御和微生物组保护等。

行为免疫反应(Behavioural immune response):海参通过化学通讯(如皂苷)介导同类避让行为,受伤个体的警报信号可触发预免疫反应。

物理屏障与化学防御(Physical barriers and chemical defences):体壁由表皮、真皮、肌肉带和体腔上皮构成,黏液和皂苷等提供抗菌活性。

微生物组的保护作用(Protective role of the microbiota):体腔液中的共生细菌与体腔细胞共存,可能通过竞争和免疫调节发挥保护作用。

细胞免疫与体液免疫(Cellular versus humoral immunity):体液免疫依赖释放到胞外环境的分子,细胞免疫则由体腔细胞直接介导。

分子免疫组分(Molecular actors of immunity):通过组学筛选和基因功能研究,已鉴定出大量参与病原识别、体液效应和免疫调节的分子。

体腔细胞的组学研究(Omics studies on coelomocytes):共筛选出27项组学研究,主要集中于转录组和蛋白质组,单细胞RNA测序(scRNA-seq)开始应用。

免疫基因特征(Immune gene characterisation in sea cucumbers):共鉴定108个免疫基因,多数为功能验证的“关键免疫基因”,分类为病原识别受体、体液因子和免疫调节因子。

病原识别受体(Pathogen Recognition Receptors):包括凝集素、Toll样受体(TLRs)、NOD样受体(NLRs)、清道夫受体及其他识别蛋白。

凝集素(Lectins):C型凝集素等结合糖基,参与病原凝集和补体激活。

Toll样受体(Toll-like receptors):在呼吸树和体腔细胞中高表达,响应多种病原体相关分子模式(PAMPs)。

NOD样受体(NOD-like receptors):包括NLRP3、NLRC4和NLRP10,分别促进炎症、吞噬和免疫调节。

清道夫受体(Scavenger receptors):SR-B等可结合脂多糖(LPS)、肽聚糖(PGN)和甘露糖,在肠道高表达。

其他病原识别受体(Other pathogen recognition receptors):包括LBP/BPI、肽聚糖识别蛋白(PGRPs)、纤维蛋白原相关蛋白(FREPs)、gC1qR和含ApeC蛋白等。

体液因子(Humoral factors):包括凝集素、溶菌酶、细胞因子、补体和酚氧化酶。

凝集素(Agglutinins):Amassin和半乳糖结合C型凝集素介导体腔细胞聚集。

溶菌酶与抗菌肽(Lysins and antimicrobial peptides):包括holothuroidin和溶菌酶,具有抗菌和抗生物膜活性。

细胞因子(Cytokines):白细胞介素17(IL-17)、转化生长因子β(TGF-β)等参与炎症调节和免疫细胞募集。

调理素与补体(Opsonins and complement):补体C3、B因子等参与调理吞噬,但具体激活途径尚不明确。

酚氧化酶(Phenoloxidase):参与黑色素化,抑制细菌生长,并促进吞噬。

免疫调节因子(Immune response regulator):包括炎症信号通路、程序性细胞死亡、氧化还原平衡和应激反应蛋白。

炎症(Inflammation):核因子κB(NF-κB)信号通路为核心,多种因子如髓样分化因子88(MyD88)、抑制性κB激酶(IKKβ)、肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)等调节炎症反应。

程序性细胞死亡(Programmed cell deaths):凋亡、坏死性凋亡、铁死亡和胞外陷阱(ETs)形成均见于海参。

氧化还原平衡(Redox balance):NADPH氧化酶(NOX)、一氧化氮合酶(NOS)产生活性氧(ROS),超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶调控ROS水平。

应激反应蛋白(Stress response proteins):热休克蛋白作为损伤相关分子模式(DAMPs),钙调蛋白参与信号转导。

细胞免疫组分(Cellular actors of immunity):体腔细胞分布于体腔液和组织中,主要产生于血系统和波里氏囊等造血组织。

体腔细胞类型和功能(Status and function of coelomocyte morphotypes):基于近期研究将体腔细胞分为确认类型、争议类型和不确定类型。

确认类型(Confirmed cell types):包括吞噬细胞、球型细胞、祖细胞、梭形细胞和类胡萝卜素细胞。

吞噬细胞(Phagocytes):主要执行吞噬、聚集和包囊作用。

球型细胞(Spherule cells):含分泌颗粒,参与细胞毒反应、伤口愈合和包囊。

祖细胞(Progenitor cells):为未分化细胞,具有干细胞标记PIWI表达。

梭形细胞(Fusiform cells):可能参与聚集体的致密化。

类胡萝卜素细胞(Carotenocytes):富含类胡萝卜素,具有抗氧化和抗菌功能。

争议类型(Controversial cell types):包括颤动细胞/精子、血细胞/类胡萝卜素细胞、晶体细胞/生物微晶体。

颤动细胞或精子(Vibratile cells or spermatozoa):颤动细胞实为雄性海参精液污染。

血细胞或类胡萝卜素细胞(Haemocytes or carotenocytes):传统描述的血细胞可能实为类胡萝卜素细胞,血红蛋白定位未被证实。

晶体细胞或包囊生物微晶体(Crystal cells or encapsulated biogenic crystals):晶体细胞可能是吞噬了代谢微晶体的吞噬细胞。

不确定类型(Uncertain cell types):包括微小小体和巨细胞,可能是细胞碎片或组织污染。

海参的免疫反应(Immune response in sea cucumbers):包括非我识别、吞噬、程序性细胞死亡、聚集和包囊。

非我识别(Non-self recognition):体腔细胞通过模式识别受体(PRRs)识别多种生物和非生物颗粒。

吞噬(Phagocytosis):主要由花瓣状吞噬细胞执行,补体系统促进调理吞噬。

程序性细胞死亡(Programmed cell deaths):凋亡、坏死性凋亡、铁死亡和ETosis参与抗感染。

聚集(Aggregation):体腔细胞形成聚集团块,堵塞伤口和限制病原扩散。

包囊与有色体形成(Encapsulation and formation of coloured bodies):大型异物被体腔细胞包囊,最终通过肛门排出。

体腔细胞分子表征新进展(New advances in molecular characterisation of coelomocytes):利用富集群体RNA-seq和scRNA-seq鉴定细胞类型特异性基因,结合原位杂交和基因沉默验证功能。

悬而未决的问题和未来方向(Outstanding Questions and Future Directions):需建立统一的体腔细胞命名系统;扩大非刺参物种的分子研究;在holobiont水平研究免疫。

结论(Conclusion):海参免疫研究在分子和细胞水平之间存在割裂,单细胞技术是连接两者的关键。
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