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精氨酸对鱼类免疫功能的影响及其机制

出处:动物营养学报 作者: 中国水产养殖网 2016-09-18 15:20:00

引言

精氨酸能增强鱼鳃组织物理屏障功能,提高吞噬细胞吞噬能力和杀菌活性,提高抗菌物质杀菌活性和免疫球蛋白含量,以增强鱼类非特异性和特异性免疫功能。同时,精氨酸具有抗炎作用,能保护鱼体免受免疫应答的自我损伤。

1、Arg对鱼类非特异性免疫功能的影响 

1.1 对粘膜物理屏障功能的影响

PC(蛋白质羰基)和MDA(丙二醛)分别是蛋白质和脂肪的氧化产物,其含量反映上皮细胞的氧化损伤程度。鱼鳃直接接触水环境,具有气体交换和渗透调节功能,对鱼类至关重要。Arg能显著降低鳃组织中PC和MDA含量,减轻鳃组织氧化损伤,保护鳃上皮细胞完整性,增强应激条件下鱼鳃组织的物理屏障功能。

抗氧化酶包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和谷胱甘肽硫转移酶(GST),谷胱甘肽(GSH)则是重要的非酶抗氧化物质。大量研究表明精氨酸可以通过提高鱼鳃组织SOD、CAT、GPx 和GST活性及GSH含量来提高鱼类鳃组织抗氧化能力。

NO是Arg重要的代谢活性物质,能促进鱼类Nrf2基因(转录因子NF-E2相关因子,可上调SOD、CAT、GPx和GST等基因表达)的表达。但目前未见Arg提高鱼鳃组织NO生成的相关报道。Arg可通过产生NO,上调组织Nrf2基因表达,促进抗氧化酶合成,提高组织抗氧化能力,保护鱼体在应激条件下的鳃上皮完整性,增强其屏障功能。

由紧密连接蛋白颗粒重复排列形成的健米连接蛋白是细胞间屏障结构。研究表明,Arg能上调鱼鳃组织紧密连接蛋白基因表达,维持应激时腮组织细胞间屏障功能正常。Arg可通过抑制TNFα 等促炎因子的表达,促进细胞间紧密连接蛋白合成,增强鱼类上皮细胞间物理屏障功能,但其具体机制尚待研究。

1.2 对非特异性免疫细胞功能的影响

吞噬细胞是血液和组织器官中重要的非特异性免疫细胞。吞噬细胞可在血液中或迁移到组织中吞噬和杀灭病原。研究表明,适宜水平Arg能提高鱼类吞噬细胞的吞噬能力和杀菌活性。

吞噬细胞的吞噬能力与其数量和吞噬活性有关。 头肾是白细胞的生成场所。Arg能提高鱼类头肾指数以及血液中单核细胞和淋巴细胞数量。因此,Arg能促进头肾发育和吞噬细胞的生成,从而提高吞噬能力。

吞噬细胞呼吸爆发产生的活性氧可杀灭入侵的病原,超氧阴离子是一种重要的活性氧,其产生量可反映吞噬细胞的杀菌活性。Arg可通过提高鱼类吞噬细胞活性氧的产生量来增强其杀菌活性。

吞噬细胞能通过NOS(一氧化氮合成酶)利用Arg产生NO,NO能增强吞噬细胞活性氧的杀菌活性。Arg可能通过提高鱼体胰岛素水平,经PI-3K/PKB途径上调NOS活性,促进NO的生成,增强吞噬细胞活性氧杀菌活性,但其具体作用机理有待研究。

1.3 对非特异性抗菌物质活性的影响

溶菌酶是非常重要的抗菌物质,能溶解细菌细胞壁,激活补体旁路和吞噬细胞活性,参与非特异性免疫防御。有研究表明,Arg能提高鱼类血清溶菌酶活性,以增强鱼类的非特异性免疫功能。但不同种类的鱼其适宜 Arg水平存在差异,补体(C)可以被抗原-抗体复合物激活或直接被抗原激活,结合到抗原表面;也可以被外源细菌凝集素和炎症初期产生的蛋白共同激活,辅助非特异性免疫和特异性免疫。C3在补体系统激活过程中起着枢纽作用,参与补体激活的3条通路;C4是补体经典激活途径的重要分子。有数据表明适宜水平的Arg能通过提高C3和C4活性,促进补体系统的激活,提高鱼类非特异性免疫功能。

1.4 对炎症反应的影响

炎症反应受多种炎症细胞因子调节,能清除病原菌和坏死崩解的细胞碎屑,但过度反应会造成组织自我损伤。鱼类炎症细胞因子水平与炎症细胞因子基因表达密切相关,Arg能上调抗炎因子表达,抑制促炎因子表达,起到抗炎作用。

关于Arg调控鱼类炎症因子基因表达的机制尚不完全清楚,根据国外一些数据分析,Arg可能通过抑制TLR4(跨膜蛋白TOLL样受体4)通路MyD88(髓样分化因子)依赖途径,降低NF-κB(核因子-κB)活性,或通过胰岛素-PI-3K/PKB信号途径直接作用提高NOS活性,进而提高NO水平,抑制促炎因子的表达,发挥其抗炎作用(图1) ,但具体机制有待研究。

2、Arg对鱼类特异性免疫功能的影响  

2.1 对体液免疫功能的影响

免疫球蛋白M(IgM)是鱼类的主要抗体。Arg能提高免疫球蛋白滴度,增强鱼类特异性免疫功能。Arg可通过促进鱼类淋巴细胞增殖,提高分泌IgM的B淋巴细胞的数量,以提高特异抗体滴度,增强鱼类特异性免疫功能。淋巴细胞主要包括T淋巴细胞和B淋巴细胞,二者共同介导体液免疫。
免疫球蛋白的分泌受辅助性T(Th)细胞的调节,Th-2 细胞可分泌IL-4和IL-10等细胞因子,促进免疫球蛋白的分泌。Arg可能通过影响Th-2细胞IL-10分泌量,提高IgM+细胞分泌免疫球蛋白的能力,提高特异性抗体滴度,增强鱼类体液免疫功能。

2.2 对细胞免疫功能的影响

T淋巴细胞表面具有特异性抗原受体,能与抗原特异性结合, 介导细胞免疫杀伤抗原Arg可通过促进T淋巴细胞增殖,以增强鱼类的细胞免疫功能。关于Arg促进鱼类T淋巴细胞增殖分化的机制尚待研究。

3、总结

精氨酸作为一种功能性氨基酸,对鱼类的特异性免疫和非特异性免疫都起着很重要的作用。目前研究仅集中在斑点叉尾鮰 、建鲤、大菱鲆、草鱼、杂交狼鲈和大口黑鲈等几种鱼类,Arg对鱼类黏膜化学屏障功能和免疫细胞增殖分化的影响及其机制有待进一步研究。

注:本文由亚太兴牧水产部技术经理节选自《动物营养学报》,2015,27(10):3026-2032

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