MAPK/Erk通路对尼罗罗非鱼T细胞免疫的调控机制

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丝裂原活化蛋白激酶/胞外信号调节激酶(MAPK/Erk)通路广泛存在于所有真核细胞中,响应多种胞外信号并作用于一系列下游底物,调控细胞的生长、激活、增殖等多种生物学过程。作为T细胞受体(TCR)激活的经典途径之一,MAPK/Erk通路对于T细胞发育、激活和效应功能亦不可或缺。然而MAPK/Erk通路是否、以及如何调控低等脊椎动物的T细胞免疫仍是未解之谜。鱼类作为最早出现完整适应性免疫系统的动物类群,是研究T细胞功能、机制及其演化规律的理想模型。本研究在尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)中搭建了完整的MAPK/Erk通路,探究了该通路对T细胞激活、增殖、效应功能的调控作用,并进一步解析了其相关机制。尼罗罗非鱼基因组中编码了MAPK/Erk通路的所有元件,包括:h-Ras、cRaf、Mek1、Mek2、Erk1和Erk2,这些元件在氨基酸序列、结构域组成和三级结构上都十分保守,且均在淋巴相关组织中广泛分布。利用三个激酶的特异性抑制剂,发现激活的淋巴细胞中c-Raf-Mek1/2-Erk1/2依次磷酸化,说明罗非鱼采用保守的“三级激酶级联”反应激活MAPK/Erk通路。在体外激活或体内感染病原菌的适应性免疫阶段,罗非鱼淋巴细胞MAPK/Erk通路元件的mRNA表达和蛋白磷酸化水平均明显上调;同时,激活淋巴细胞中的Erk1/2在磷酸化后发生入核。这些结果表明MAPK/Erk通路参与了罗非鱼淋巴细胞激活和抗感染免疫过程。在被有丝分裂原PHA特异性激活的罗非鱼T细胞中,MAPK/Erk通路的抑制阻断了T细胞激活相关基因IFN-γ和CD122的上调表达;在病原菌诱导的初次免疫应答中,MAPK/Erk活性的缺乏造成脾脏淋巴细胞增殖受限、效应T细胞相关基因表达的下调;最终导致罗非鱼清除病原能力的下降和死亡率的增加。这些结果表明,MAPK/Erk通路促进了尼罗罗非鱼T细胞的激活、增殖和效应功能。MAPK/Erk通路的抑制会限制PHA活化的罗非鱼T细胞中葡萄糖转运蛋白1(Glut1)的表达,及葡萄糖的摄取效率;也会降低糖酵解限速酶HK2、PFK、PKM的mRNA表达,削弱PKM的酶活性,以及c-Myc的表达。进一步的研究发现,c-Myc的抑制会显著下调T细胞激活过程中乳酸脱氢酶A(LDHA)和活化T细胞标志IFN-γ的表达,也会削弱抗感染免疫中淋巴细胞的增殖能力。这些结果表明MAPK/Erk通路利用c-Myc介导的糖代谢促进了T细胞的激活和增殖。利用共线性分析从尼罗罗非鱼基因组序列中发掘并鉴定出了MAPK/Erk通路下游的IL-2基因。在罗非鱼抗感染免疫和T细胞激活的过程中,脾脏淋巴细胞中的IL-2均被诱导表达;而MAPK/Erk的抑制会下调活化T细胞中IL-2的表达。利用原核表达系统制备了罗非鱼IL-2重组蛋白,发现IL-2能够激活淋巴细胞中MAPK/Erk等多条免疫信号通路,进而调控多种T细胞免疫相关的细胞因子和转录因子等的表达。说明MAPK/Erk通路可通过促进IL-2的表达调控罗非鱼T细胞免疫。本研究以尼罗罗非鱼为对象,阐明了MAPK/Erk通路对硬骨鱼T细胞免疫的调控作用,并解析了其调控机制。研究结果增进了对鱼类适应性免疫的认识,丰富了养殖鱼类的免疫防病理论,也为了解适应性免疫系统的起源和演化提供了新的视角。
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