昆蟲免疫防御機制研究進(jìn)展

昆蟲免疫防御機制研究進(jìn)展主講人：王雄雅前言昆蟲是地球上種類最多的生物類群，在生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位，是許多捕食者和寄生生物攻擊的對象。昆蟲在長期的進(jìn)化過程中發(fā)展出了一套獨特的防御系統(tǒng)。

昆蟲和其他動物一樣，也常常有被病原物入侵的危險，但昆蟲自身具有防止異種生物的侵入和排斥、消滅異種生物的防御辦法。如昆蟲堅硬的表皮、組織間的體液、血細(xì)胞以及免疫器官等共同協(xié)調(diào)作用，保護(hù)昆蟲不受其他生物的入侵。體壁體液胃腸圍食膜病原物病原物氣門病原物

免疫是機體識別和清除體內(nèi)異物，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的一種特異生理反應(yīng)。

昆蟲的免疫系統(tǒng)與高等動物相似，具有重要的生理功能，包括：1、免疫防御：清除體內(nèi)病原物、防止感染；2、免疫穩(wěn)定：清除體內(nèi)衰老和損傷的細(xì)胞，維持機體的生理平衡；3、免疫監(jiān)視：清除體內(nèi)變異產(chǎn)生的異常細(xì)胞。內(nèi)容昆蟲免疫防御種類及特征昆蟲血細(xì)胞免疫防御昆蟲抗菌肽免疫防御昆蟲酚氧化酶免疫防御其他體液免疫防御昆蟲內(nèi)共生菌介導(dǎo)的防御（非免疫防御）昆蟲免疫防御系統(tǒng)的限制因素1.昆蟲免疫防御種類及特征昆蟲免疫防御先天免疫獲得性免疫

有機體在種系演化過程中逐步建立起來的一系列天然防御功能，可遺傳給后代。其作用廣泛，能對抗多種微生物，起作用快，較穩(wěn)定。無專一性，受遺傳基因所控制

有機體在生活中接觸某種病原物及其產(chǎn)物后產(chǎn)生的特異性體液免疫和細(xì)胞免疫，可使機體獲得免疫抗體，但不遺傳。其作用來的慢且范圍窄，有專一性，免疫力較強細(xì)胞免疫體液免疫昆蟲免疫防御存在于體液中的各種免疫細(xì)胞對異物的識別、結(jié)合及消化的作用過程，以防止外來物對自身機體造成傷害。存在于體液中的各種免疫因子（如：抗菌肽、酚氧化酶和溶菌酶等分子物質(zhì)）對外來物進(jìn)行清除，以保護(hù)自身機體不被損害的防御過程。2.昆蟲血細(xì)胞免疫防御

昆蟲血細(xì)胞在同有免疫應(yīng)答巾起重要作用。雖然利用染色技術(shù)，通過光鏡、電鏡對昆蟲血細(xì)胞進(jìn)行形態(tài)及分類研究已有很長歷史，但一直沒有徹底弄清楚各種昆蟲血細(xì)胞的具體種類。目前利用抗體、分子標(biāo)記的研究已獲得顯著的進(jìn)展，但在不同昆蟲中還未發(fā)現(xiàn)血細(xì)胞類型特有的標(biāo)志性抗原。所以目前昆蟲血細(xì)胞大體可分類如下：2.1昆蟲血細(xì)胞的類型血細(xì)胞原血細(xì)胞漿血細(xì)胞粒血細(xì)胞類絳血細(xì)胞原血細(xì)胞是昆蟲體內(nèi)最基本的血細(xì)胞，其他血細(xì)胞均由其分化而來，而原血細(xì)胞自身還具有分裂增殖的功能。漿細(xì)胞通常在外來物表面呈不對稱伸展，主要形成包裹的血細(xì)胞。粒細(xì)胞對外來物表面具有強的黏附作用，并對稱性伸展，執(zhí)行吞噬功能。類絳細(xì)胞屬于非粘附細(xì)胞，其在酚氧化酶級聯(lián)反應(yīng)中起作用。小球細(xì)胞小球細(xì)胞也屬于非粘附細(xì)胞，是蟲體表膜成分角皮層的潛在來源昆蟲血細(xì)胞的生成

血細(xì)胞的產(chǎn)生和增殖主要發(fā)生在蟲體發(fā)育的兩個時期：第一時期產(chǎn)生于胚胎期的中胚層頭或背部，第二時期產(chǎn)生于幼蟲或蛹期由中胚層分化而成的造血器官中。昆蟲血細(xì)胞的分化早期在胚胎第二裂片的原血細(xì)胞是外皮層分化而來的主要血細(xì)胞，在三齡后期釋放，蛻變期后隨淋巴腺退化。胚胎組織的循環(huán)血細(xì)胞可繼續(xù)在幼蟲期分化、增殖。2.2昆蟲血細(xì)胞的生成和分化2.3昆蟲血細(xì)胞介導(dǎo)的防御反應(yīng)吞噬作用結(jié)節(jié)形成對外部損傷局部血塊的形成和修復(fù)包被反應(yīng)吞噬作用：活化的血細(xì)胞可直接吞噬入侵的細(xì)菌等微小病原體并將其殺滅。粒血細(xì)胞和漿血細(xì)胞是進(jìn)行吞噬作用的主要血細(xì)胞。包被反應(yīng)：主要足針對較大的入侵病原體，大量血細(xì)胞包圍在病原體周圍，并形成囊狀，包裹病原體進(jìn)行黑化反應(yīng)。結(jié)節(jié)形成：當(dāng)大量微生物入侵時，先由顆粒血細(xì)胞釋放顆粒，將一些血細(xì)胞及大量細(xì)菌等卷入形成黑化團(tuán)，進(jìn)一步由漿血細(xì)胞形成多層的鞘圍繞黑化核即形成結(jié)節(jié)。3.昆蟲抗菌肽免疫防御細(xì)胞免疫體液免疫昆蟲免疫防御抗菌肽酚氧化酶溶菌酶凝集素等其他活性分子抗菌肽是昆蟲體液免疫中重要的抗菌因子，具有廣譜抗菌性。不僅能殺死革蘭氏陽性及陰性菌，還有抗真菌、病毒、原蟲及抑制癌細(xì)胞的活性。昆蟲抗菌肽的產(chǎn)生，是在外界因素誘導(dǎo)下發(fā)生的生物效應(yīng)。這些誘導(dǎo)因子既可以是致病性的細(xì)菌，也可以是一些不造成感染的物理和化學(xué)的因素，如超聲波、射線、生理鹽水、聚肌胞核苷酸等（表1）3.1昆蟲抗菌肽簡述抗菌肽可根據(jù)分子結(jié)構(gòu)特點分為4類：(1)以天蠶素為代表的不含半胱氨酸殘基的抗菌肽，現(xiàn)在已經(jīng)從鱗翅目的蛾類、蝴蝶及雙翅目的蠅類中分離純化出20多種天蠶素類似物。(2)以防御素、死亡素為代表的富含半胱氨酸殘基的堿性多肽。(3)以膜翅目昆蟲中發(fā)現(xiàn)的蜜蜂肽等為代表的富含脯氨酸殘基的抗菌肽。(4)以雙翅目昆蟲中分離得到的雙翅肽、攻擊素、麻蠅毒素Ⅱ等為代表的富含甘氨酸殘基的抗菌肽。3.2昆蟲抗菌肽的類型抗菌肽的作用機制主要有4個方面：酶促水解破壞微生物的細(xì)胞壁；直接插入細(xì)胞膜破壞膜結(jié)構(gòu)及其通透性；抑制微生物的物質(zhì)代謝，尤其是外膜組分的合成，阻止細(xì)胞分裂增殖；代謝產(chǎn)生細(xì)胞毒性物質(zhì)（酚氧化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的過氧化物自由基和羥基自由基），使異物被殺死或鈍化。3.3昆蟲抗菌肽防御機制3.4昆蟲抗菌肽應(yīng)用前景新藥物的研發(fā)：由于昆蟲抗菌肽具有分子量小、熱穩(wěn)定性強、水溶性好、無免疫原性、強堿性、抗菌譜廣等特點。昆蟲抗菌肽不僅對細(xì)菌和真菌有廣譜殺滅作用，而且對病毒、原蟲及癌細(xì)胞也有殺傷作用，且不易產(chǎn)生抗藥性。其作用機制獨特，不損害或破壞高等動物的正常細(xì)胞。在動物飼料中的應(yīng)用：

抗菌肽種類多，抗菌譜廣，是一種的短鏈蛋白質(zhì)或小肽，因細(xì)菌不會對其產(chǎn)生耐藥性、無殘留、不會產(chǎn)生富集效應(yīng)受到人們青睞。轉(zhuǎn)基因動物、植物：

由于抗菌肽具有抗菌廣譜性，對利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)選育抗病品種提供優(yōu)秀的基因資源。4.昆蟲酚氧化酶免疫防御4.1昆蟲酚氧化酶簡述

酚氧化酶（PO）又稱為酪氨酸酶，是以酚氧化酶原（POO）的形式存在于昆蟲血淋巴、表皮及中腸中。當(dāng)昆蟲受到外界微生物的入侵和傷害時，通過特異性絲氨酸蛋白酶的級聯(lián)反應(yīng)（POO

級聯(lián)）而使酚氧化酶原裂解成酚氧化酶，參與機體的免疫防御反應(yīng)。PO氧化酪氨酸、多巴和多巴胺等物質(zhì)成黑色素，而昆蟲的體液免疫中的黑化反應(yīng)與黑色素有著密切的聯(lián)系，在此氧化過程中產(chǎn)生有細(xì)胞毒性醌，醌也有利于殺死被包被的微生物。4.2昆蟲酚氧化酶的形式及作用顆粒型PO：在昆蟲的正常發(fā)育過程中通過合成黑色素而改變昆蟲體色；漆酶型PO：參與了新表皮的硬化反應(yīng)；損傷型PO：在昆蟲受到傷害時通過合成具有細(xì)胞毒性的醌而對入侵微生物產(chǎn)生殺傷作用。酪氨酸酚氧化酶多巴黑色素酚氧化酶原絲氨酸蛋白酶絲氨酸蛋白酶原細(xì)菌、真菌等的細(xì)胞壁成分激活參與黑化反應(yīng)4.3昆蟲體內(nèi)酚氧化酶作用機制醌殺傷病原物凝集素：廣泛存在于動物、植物和微生物中，至少含有一個非催化結(jié)構(gòu)域并能可逆結(jié)合單糖或寡糖的所有蛋白質(zhì)。通過識別微生物細(xì)胞膜表面的糖鏈，使發(fā)生凝集作用以至其失活。溶菌酶：是作用于外來抗原使之發(fā)生溶解或分解的物質(zhì)。某些昆蟲的免疫性在很大程度上由溶菌素決定?？苟舅兀耗苁挂恍┑鞍踪|(zhì)的性質(zhì)發(fā)生變化，例如能中和外毒素的毒性。溶血素：能與病原物細(xì)胞膜表面糖鏈特異結(jié)合，使細(xì)胞膜發(fā)生破壞溶解，從而使其在清除和殺滅病原微生物的活動中發(fā)揮積極的作用。5.其他體液免疫防御機制6.1昆蟲內(nèi)共生菌

昆蟲內(nèi)共生菌是與宿主相互依賴、相互影響、協(xié)同進(jìn)化的。根據(jù)其生物學(xué)和進(jìn)化史，昆蟲內(nèi)共生菌可以分為2類，初生共生菌和次生共生菌。初生共生菌：與寄主的存活和繁殖有關(guān)，進(jìn)行嚴(yán)格的垂直傳播。例如蚜蟲內(nèi)共生菌能提供給蚜蟲必須的營養(yǎng)。次生共生菌：與寄主的適應(yīng)性有關(guān)，如提高寄主的存活率和繁殖量，通過低水平的水平傳播就能在新的寄主體內(nèi)定殖，有時也能進(jìn)行垂直傳播。抗病原真菌作用共生菌具有抵御病原菌的作用，如白蟻的共生細(xì)菌具有氧化還原的能力，能抑制外來病原微生物的入侵?？辜纳渥饔?/p>

例如豌豆蚜體內(nèi)的2種共生菌與其抵御寄生蜂有關(guān)，蚜蟲的寄生率可降低30％以上，這種作用并非由蚜蟲本身的基因型引起，而是由其體內(nèi)共生細(xì)菌決定的?？共妒匙饔?/p>

共生菌也能產(chǎn)生有毒物質(zhì)保護(hù)寄主免于被捕食，如白蟻體內(nèi)共生菌能產(chǎn)生甲烷氣體以防御螞蟻和其它捕食性天敵。

6.2內(nèi)共生菌對昆蟲防御的作用昆蟲自身的免疫系統(tǒng)也存在一些限制因素，如識別抗原失敗、免疫特異性、防御代價、自體免疫、性別、資源利用率和寄生物的干擾等，而這些局限使得昆蟲的免疫防御受到不同(自發(fā)或誘導(dǎo)的、廣泛或具體的)免疫反應(yīng)的影響，從而限制其持續(xù)的免疫防御。7.昆蟲免疫防御系統(tǒng)的限制因素資源利用率：資源利用率對昆蟲免疫的限制目前主要集中在昆蟲的食物與其免疫防御間的相互關(guān)系上。寄生物的干擾：寄生物在侵入寄主體內(nèi)后能抑制寄主的免疫防御，如寄生蜂寄生時PDV和畸形細(xì)胞對寄主的影響；錐體蟲、線蟲會抑制酚氧化酶。免疫特異性：昆蟲的免疫防御識別標(biāo)準(zhǔn)會影響其免疫防御反應(yīng)，由于昆蟲識別也常具有?；?，從而使得昆蟲不能識別另外很多其他的抗原，不能激活其免疫防御。防御代價：昆蟲的免疫防御不僅要消耗能量和食物，而且還會造成昆蟲在進(jìn)化過程中其體內(nèi)某些與生存適合度有關(guān)的功能下降。包括進(jìn)化代價和維持防御代價。自體免疫：昆蟲的免疫防御要依賴于對自身物質(zhì)和異己物質(zhì)的正確識別，正因如此才容易引起識別失敗的問題，造成自我損害。性別：通常在昆蟲中雄性的免疫反應(yīng)能力要低于雌性，雄蟲為獲得交配機會，就以降低免疫能力為代價。其它因素：免疫反應(yīng)時間、環(huán)境溫度和昆蟲老化等對昆蟲免疫防御機制的研究不僅使我們對昆蟲整個