对虾免疫到底有什么秘密?益生菌跟虾免疫存在什么关系?
由于虾缺乏反应性免疫系统,该物种被迫完全依赖其先天免疫系统进行保护,其中,包括主动寻找并摧毁任何可能威胁宿主的外来物质的细胞免疫和体液免疫反应。
虾的细胞反应,例如:吞噬作用、包膜作用和凋亡,是由三种类型的血细胞(透明细胞、半颗粒细胞和颗粒细胞)直接诱导产生的,而体液反应可以由血细胞产生的许多分子控制,例如:酚氧化酶、抗菌肽、凝集素、氧化酶、抗凝血蛋白、凝血蛋白和识别蛋白。
虾先天免疫反应是由病原体相关分子模式(PAMP)通过模式识别受体(PRR)产生的,并由三个主要信号通路控制;Toll-like途径(调节革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌、真菌和病毒引起的感染;IMD途径(调节革兰氏阴性细菌和病毒引起的感染);还有JAK/STAT途径,主要参与抗病毒免疫活性。
虾对WSSV(白斑病毒)感染具有先天免疫力,针对这种感染的最初防线是由细胞内的分子提供的,这些分子被确定为重要的受体。病毒进入以及下游分子的产生,导致对参与病毒增殖或抑制的成分的控制。
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一、益生菌在对抗WSSV感染过程中增加虾的血细胞总数
血细胞是一种免疫细胞,在虾的细胞免疫和体液免疫中发挥重要作用。血细胞主要通过吞噬、包裹、凋亡和结节形成等方式参与免疫机制。
在体液免疫系统的运作过程中,血细胞通过合成抗菌肽、凝集素和包膜等免疫化合物来参与。
因此,血细胞是虾淋巴液的重要组成部分,可以指示健康状况和免疫状态,因为长期患病和压力会显着减少虾体内的血细胞(THC)总数。THC的增加可能表明虾已经启动了免疫反应来对抗感染或病原体,而THC水平低可能表明免疫系统减弱,使虾更容易受到细菌感染和其他疾病的影响。
根据研究,对虾的WSSV感染可以显着降低THC,特别是在感染的急性期。这是因为WSSV可以感染并破坏血细胞,导致虾淋巴液中循环的血细胞数量减少。WSSV攻击导致THC浓度下降可能是几种不同防御机制的结果,例如:用于伤口修复的血细胞的产生、吞噬活性、针对病原体的细胞溶解或细胞从淋巴液快速移动到组织。
多项研究表明,在WSSV感染期间,给虾施用益生菌可以提高其THC水平,例如,使用芽孢杆菌。与对照组虾中的THC(0.53×106 个细胞/mL) 相比,南美白对虾中的NP5在WSSV感染3天后增加了THC(7.50×106个细胞/mL),虾中的THC (3.69×106个细胞/mL) 在WSSV感染5天后,益生菌研究组的THC(0.28×106细胞/mL)高于对照组。同样,与THC (0.99×104个细胞/mL)相比,斑节对虾中的枯草芽孢杆菌(含有 VP28)在WSSV感染3天后THC增加(1.43×104个细胞/mL)。在同一实验中,与对照虾相比,用益生菌处理的虾的透明细胞和颗粒细胞也有所增加。
此外,在南美白对虾中,与对照组虾中的THC水平(11.55x105个细胞/mL)相比,WSSV感染25天后,THC水平(44.66x105 个细胞/mL)有所增加;由于合生元相互作用,当益生菌与蜂蜜一起使用时,THC水平也最高。在其他实验中,当用益生菌处理虾时,也发现虾中的THC含量较高。
因此,观察到某些益生菌可以提高虾体内的THC水平,这可能是因为益生菌增强了虾的肠道微生物群的平衡,而虾对免疫系统的发育和功能发挥着重要作用,微生物群失衡会降低免疫功能。
另一种可能性是,益生菌可能会直接刺激虾的免疫系统,并可能刺激免疫反应所需的细胞外免疫相关化合物的产生,并可能刺激血细胞和其他免疫细胞的产生,导致血液总量增加细胞计数。
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二、益生菌增强proPO对抗WSSV的活性
当病原体进入甲壳类宿主体内时,一系列细胞防御机制被激活,最终引发宿主体内黑色素化。酚氧化酶原 (proPO) 家族参与黑色素的形成,是虾防御系统的重要组成部分,当检测到细胞壁中的微量微生物成分时,该系统就会被激活。该反应由一系列酶促成,其中非活性前体被保留,并且仅在PRR微生物识别时启动。
首先,proPO激活酶前体(proPPAE)通过丝氨酸蛋白酶介导的蛋白水解转化为proPO激活酶(PPAE),然后PPAE催化proPO转化为酚氧化酶(PO),进而导致氧化单酚产生邻二酚和邻醌,导致黑色素产生。这样形成的黑色素阻碍了疾病的发展和复制,而中间代谢产物醌则破坏了病原体。因此,经常观察到进入虾的病原体被PO酶引起的黑化斑块包围。
在虾中,proPO系统已被证明可以促进吞噬作用、细胞粘附和封装,最终减少病原体的传播。当向虾提供添加益生菌的饲料时,发现它们的proPO和PO活性因WSSV感染而增加。
例如,添加戊糖片球菌菌株的虾饲料显示其proPO和PO活性,以及对WSSV感染的抵抗力显着增加。
虾对WSSV感染具有先天免疫力
同样,芽孢杆菌株或用补充有rVP28-bs的饲料进行投喂时,可以增加WSSV感染后proPO和PO活性,以及虾的耐受性。因此,益生菌可以通过影响proPO相关基因的表达、刺激免疫细胞的增殖来增强proPO系统的功能。
此外,益生菌已被证明可以增强虾中免疫细胞的生长,例如:血细胞,它们是proPO系统的重要组成部分。
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三、益生菌提高虾SOD活性,抵抗WSSV感染
当巨噬细胞受到适当刺激时,吞噬作用与活性氧 (ROS) 的产生有关,包括:过氧化氢 (H2O2 )、单线态氧 (O2 )、阴离子超氧化物 (O2− ) 和羟基自由基 (OH−)具有极高的杀菌能力,并且还会损害宿主细胞。
为了防止损伤,出现了抗氧化防御系统,包括:酶(SOD、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶)和非酶因子(β-胡萝卜素、β-生育酚、维生素E抗坏血酸等)。超氧化物歧化酶(SOD)是一种重要的抗氧化酶,有助于保护细胞免受氧化应激并保持虾的健康。
SOD被认为是健康状况的指标,因为它负责将超氧自由基转化为过氧化氢和危害较小的分子氧。SOD存在于甲壳类动物的许多组织中,包括肝胰腺、鳃和肌肉。
许多研究表明,补充益生菌的虾的SOD产量显着增加,表明益生菌可以改善虾的抗氧化反应。
例如,在WSSV感染后,用添加了含有VP28基因的枯草芽孢杆菌的饲料喂养的虾,其SOD活性在14天后增加了33%。类似地,在饲喂补充有3种芽孢杆菌属混合物饲料的虾中,SOD的相对基因表达上调。
此外,当虾感染WSSV时,含有戊糖片球菌MR001或戊糖片球菌AB01的饲料会增加虾的SOD活性。在饲料中含有酿酒酵母、肠道肝菌和乳酸杆菌的虾中,观察到较高的SOD活性。
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四、益生菌与对虾免疫的关系。
研究表明,添加益生菌补充剂可以通过减少脂质过氧化和增加SOD水平来减少氧化应激。此外,益生菌能够改变消化系统中微生物群的整体组成,这可能会增加宿主的抗炎和抗氧化能力。益生菌可以通过刺激有用物质和酶的产生来增强虾的SOD活性,从而增强虾的抗氧化防御系统。