果蠅的先天免疫

吳夢雨 貴州醫科大學

一、體液免疫

果蠅的體液免疫是通過脂肪體調節抗菌肽（AMPs）的釋放或通過其他體液免疫分子的調節來抵御入侵病原體的免疫機制，在果蠅的先天免疫中發揮重要作用。果蠅的體液免疫主要包括TOLL通路，IMD通路。據研究，JAK-STAT信號通路，JUK信號通路等也參與體液免疫的調節作用。

（一）TOLL信號通路

革蘭氏陽性菌和真菌引起的體內免疫反應主要由果蠅 Toll 信號通路介導并進行調控[1]。革蘭氏陽性菌和真菌等微生物中存在一些與其生命活動有關且可被宿主免疫蛋白識別的保守結構，稱之為病原相關分子模式 ( pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)。果蠅中識別PAMPs配體的模式識別受體( PRR)主要包括肽聚糖識別蛋白(PGRP) 和革蘭氏陰性菌結合蛋白 ( GNBP)，它們也是 Toll 信號通路上游的模式識別受體。果蠅的基因組中能轉錄出數種PGRP蛋白，并有3個 GNBPs基因，其中PGRP-SA，PGRP-LC，PGRPLE，GNBP1參與了免疫反應。在革蘭氏陽性菌誘導激活的 Toll 信號通路中，需要兩個PRR的作用，即PGRP-SA和 GNBPl，兩者作用于 Toll信號通路上游的配體 spatzle，使配體 Spatzle 被蛋白水解酶切割后形成有活性的二聚體[2]。有活性的 Spatzle能與Toll 膜蛋白受體發生結合，誘使 Toll 受體胞內域招募含死亡域的蛋白 MyD88，該蛋白C-端的磷酸肌醇結合域招募 Tube 蛋白[3]，Tube蛋白再招募Pelle蛋白。Tube 蛋白招募Pelle蛋白后，由于 Pelle 蛋白具有磷酸激酶的活性，能對靶蛋白 Cactus (與 NF-κB 蛋白同源)進行磷酸化修飾，導致 Cactus 蛋白發生降解，使與其結合的 Dorsal或 Dif 因子解離，釋放出來的 NF-κB 蛋白因子進入細胞核[4]，有效地誘導 AMPs 基因的表達，增強果蠅抵御微生物入侵的能力。

（二）IMD信號通路

IMD通路是在研究果蠅imd突變體時發現的一條免疫途徑，當革蘭氏陰性菌入侵時，果蠅會通過PGRP-LC或PGRP-LE識別病原微生物細胞壁上的DAP型PGN(DAP-type PGN)，誘發IMD信號轉導途徑，調控產生大多數抗菌肽，如Diptericin，Attacin，Drosocin和Cecropin等。[5]IMD通路激活后招募dFADD蛋白，dFADD蛋白再招募caspase蛋白和DREDD蛋白。至此，IMD信號通路上游被激活。IMD通路下游至少存在三個反應。首先是級聯反應中最上游的激酶TAK1刺激依ikk而來的卵裂和relish的激活。第二種是通過FADD Dredd通路激活了Relish，這個分支中有一個負調控環Dnr-1作為caspase抑制劑，能更有效的使通路保持正常運作。三是通過JNK通路的TAK1激活以調節早期反應基因、傷口愈合和黑色素化。通路中有序的網狀結構，更有利的保障了機體免疫系統的正常工作。

（三）JAK-STAT信號通路

JAK-STAT通路是一種獨立的由細胞因子激活的免疫信號應答途徑，在動物中的進化高度保守。JAK-STAT信號通路在果蠅中首次被發現，可調節免疫應答及多種發育過程[7]。昆蟲的JAK-STAT信號通路相對哺乳動物較簡單，具有可在不同條件下激活通路的三種配體（Upd1，Upd2，Upd3）[8]，一種受體（Domeless），一種Jak(Hopscotch)和一種STAT（STAT92E）。病原體入侵后，細胞外信號(Upd1，2，3)與跨膜蛋白（Dome）結合導致受體多聚化，并招募JAK（Hop）使Dome發生反式磷酸化。隨后，Hop激活位于c端附近保守的酪氨酸殘基上STAT92E，使其發生的磷酸化，導致STAT92E發生二聚并轉移至細胞核，調控抗菌肽基因等的靶基因的轉錄[6]，增強機體免疫其他效應能力。

二、細胞免疫

（一）血細胞類型

果蠅細胞免疫主要發生于果蠅血腔內，由其血細胞介導完成，其血細胞主要類型包括： 漿血細胞 （plasmatocytes）、薄層細胞 （lamellocytes） 和晶細胞（crystalcell）。不同類型的 3 種血細胞 行使不同的生物學功能，并在果蠅細胞免疫反應中扮演不同角色。漿母細胞作為專業的吞噬細胞是幼蟲血液循環中最豐富的血細胞類型，晶體細胞在防御相關的黑色素化中起著關鍵作用片細胞封裝了大量的入侵者，而薄層細胞主要在胚胎發生過程中發揮重要的作用。

（二）細胞免疫的防御方式

一旦病原體進入宿主的血腔，它們就必須面對一個復雜的先天防御機制。

A.黑化作用。昆蟲黑化分兩個過程：首先形成包囊，然后發生黑化。目前認為血淋巴成分引起黑化是由可溶性模式識別受體(pattern―recognition receptors，PRRs)啟動的，該受體與靶標結合，激活酶級聯.最終引起與瘧原蟲有關的蛋白質交聯和黑化[9]。

B.吞噬作用。即細胞對顆粒物質的吸收和消化，是一種成熟的防御方式。吞噬細胞先附著在目標顆粒上，然后在吞噬體中對細胞骨架進行修飾、內化和吞噬。

C.結節作用。結節是指多細胞的血細胞聚集。這樣的結節聚集物附著在組織上，更大的結節最終被包裹。而結節作用是指一種局限于無脊椎動物的細胞免疫反應。結節作用使病原體周圍的血細胞形成多層、重疊的鞘，再形成被囊體，最終伴隨著被囊體的黑色素化病原體在被囊體內被殺死。

D.細胞粘附調理素作用。細胞粘附對于多細胞生物的功能至關重要，它不僅參與許多生理過程，如發育、傷口愈合、止血，而且在病理條件下參與癌細胞轉移、炎癥反應等。免疫系統的細胞介導反應依賴于粘附受體來控制免疫細胞在靜息、非粘附狀態和激活、粘附狀態之間的過渡。粘附蛋白存在于非粘附的循環血細胞表面，在接觸到粘附受體之前，這些血細胞保持非粘附狀態；接觸粘附受體后，血細胞轉變成貼壁細胞，暴露在受體表面以某種方式將這些非活性粘附蛋白轉化為活性狀態[10]使病原體失活。

E.脫顆粒反應。中性粒細胞擁有無數黏附分子、受體和諸如溶菌酶和蛋白酶這類天然抗菌劑的前體物質，也是體內專職的吞噬細胞之一。病原體激活中性粒細胞使其形成內吞噬體，隨后，粒細胞顆粒中的抗菌蛋白酶釋放出來，這一過程即為脫顆粒作用。

F.凝塊反應，免疫逃避機制等。大多數入侵的病原體在經歷如此復雜的免疫機制后被滅活達到機體免疫的目的。

三、小結

以果蠅為模式生物，在胚胎發育、基因表達調控、疾病發病機制以及昆蟲先天免疫等方面的研究發揮了重要的作用。因此，利用果蠅的研究方法和研究成果，為蜜蜂和家蠶等經濟昆蟲的先天免疫研究提供借鑒，即為更好地做好經濟昆蟲的飼養奠定基礎，也為其他 昆蟲和高等哺乳動物的先天免疫研究提供參考。另外，害蟲嚴重威脅著人類健康與農牧業生產，對昆蟲天然免疫系統的研究可為尋找害蟲防治新方法提供了新的突破口。

最近幾年果蠅的先天免疫研究已取得很大進展，大量研究資料表明，果蠅能利用其先天免疫系統抵抗微生物入侵，綜上所述，以果蠅為模式生物在抗細菌，真菌等免疫反應方面開展廣泛的研究，從而使我們對果蠅體內先天免疫機制有了清晰的認識。然而，鑒于果蠅體內先天免疫的復雜性，仍有很多問題有待研究。