Science：存在100年的性寄生谜团终破解！牺牲免疫功能来换取雌雄永久连体
来源：本站原创 2020-08-01 07:08
2020年8月1日讯/生物谷BIOON/---深海琵琶鱼（anglerfish，也称为安康鱼）采用了一种不可思议的繁殖策略。矮小的雄鱼与体型较大的雌鱼永久结合，融合它们的组织，建立共同的血液循环。这样一来，雄鱼就完全依赖于雌鱼的营养供应，就像母亲子宫里的发育中的胎儿或移植病人体内的供体器官一样。在琵琶鱼中，这种不寻常的现象被称为性寄生（sexual para
2020年8月1日讯/生物谷BIOON/---深海琵琶鱼（anglerfish，也称为安康鱼）采用了一种不可思议的繁殖策略。矮小的雄鱼与体型巨大的雌鱼永久结合，融合它们的组织，建立共同的血液循环。这样一来，雄鱼就完全依赖于雌鱼的营养供应，就像母亲子宫里的发育中的胎儿或移植病人体内的供体器官一样。在琵琶鱼中，这种不寻常的现象被称为性寄生（sexual parasitism），是这些生活在深海广阔空间的动物取得繁殖成功的原因，否则雌性和雄性很少相遇。
雄性与雌性的永久性结合代表了一种解剖学上的结合形式，除了在同卵双胞胎中罕见地出现外，这种现象在自然界中是未知的。免疫系统代表了一种巨大的障碍。它攻击外来组织，就像它破坏被病原体感染的细胞一样。看看人体器官移植的困难就知道了，这需要仔细交叉匹配供体和受体组织类型，再使用免疫抑制药物，以确保器官移植的长期生存。但是，在可能出现组织排斥反应的情况下，琵琶鱼怎么能如此轻易地接受彼此呢？
自从1920年冰岛渔业生物学家发现第一对连体的雄鱼和雌鱼以来，性寄生现象就构成了一个存在了100年的谜团。如今，在一项新的研究中，来自德国马克斯普朗克免疫生物学与表观遗传学研究所和美国华盛顿大学的研究人员解决了这个百年难题，并将他们的发现发表在Science期刊上，论文标题为“The immunogenetics of sexual parasitism”。
免疫系统的关键功能被移除
几年前，在马克斯普朗克免疫生物学与表观遗传学研究所工作的免疫学家Thomas Boehm博士和在西雅图华盛顿大学工作的琵琶鱼专家Theodore W. Pietsch，开始研究不同种类琵琶鱼的基因组。他们首先研究了主要组织相容性（MHC）抗原的结构。这些分子存在于机体细胞表面，当细胞被病毒或细菌感染时，会向免疫系统发出警报信号。为了确保所有的病原体都能被有效识别，MHC分子的变化非常大，以至于在一个物种的任何两个个体中很难找到相同或接近相同的MHC形式。这一特点是困扰人类器官和骨髓移植的组织匹配问题的根源。
有趣的是，这些研究人员发现，采用永久结合策略的鮟鱇鱼在很大程度上是去掉了编码这些MHC分子的基因，就好像它们取消了免疫识别而选择了组织融合。论文第一作者、马克斯普朗克免疫生物学与表观遗传学研究所的Jeremy Swann说，“除了这种不寻常的MHC基因被移除之外，我们发现，通常在器官排斥过程中积极清除感染细胞或攻击外来组织的杀伤性T细胞的功能，即使没有完全丧失，也受到严重减弱。这些发现提示着琵琶鱼的免疫系统在成千上万种脊椎动物中是非常不寻常的。”
没有获得性免疫功能的情形下生存下来
在这些意外的发现之后，这些研究人员猜测，琵琶鱼免疫系统的重组可能比预期的更加广泛。而事实上，进一步的研究表明，作为免疫防御武器库中的第二件强有力的武器，抗体也在一些琵琶鱼物种中消失了。Boehm说，“对于人类来说，在琵琶鱼中观察到的重要免疫功能的综合丧失将会导致致命的免疫缺陷。”
然而，琵琶鱼显然能够在没有至关重要的获得性免疫功能的情况下生存下来。因此，这些研究人员得出结论，这些动物使用经过大量改进的先天性免疫功能来抵御感染，这是所有生物在面临问题时的一个意想不到的解决方案。事实上，到目前为止，人们认为，一旦在进化中形成获得性免疫和先天性免疫的合作关系，就不可能在没有严重后果的情况下解除。
免疫系统影响繁殖策略
因此，这项研究表明，尽管几亿年来先天性和获得性免疫功能形成共同进化的合作关系，但脊椎动物可以在没有以前被认为不可替代的适应性免疫功能的情况下生存下来。Boehm说，“我们假设，至今未知的进化力量首先推动了免疫系统的变化，然后利用这些变化进化出性寄生。”
有趣的是，这些研究人员认为，在他们收集的鱼中，他们甚至捕获了正在产生性寄生的鱼类。Pietsch说，“我们发现，这种不寻常的繁殖模式在这类鱼中独立地出现了好几次。”
虽然琵琶鱼的先天性免疫功能得到改善的细节还有待发现，但是这项研究的结果指出了增强先天性免疫功能或获得性免疫功能受损的患者的先天性免疫功能的潜在策略。因此，从大西洋中部一艘渔船上的一次不知名的观察开始的科学之旅，意外地为人类免疫疾病的治疗开辟了新的途径。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Jeremy B. Swann et al. The immunogenetics of sexual parasitism. Science, 2020, doi:10.1126/science.aaz9445.
2.Immune functions traded in for reproductive success
https://medicalxpress.com/news/2020-07-immune-functions-reproductive-success.html
雄性与雌性的永久性结合代表了一种解剖学上的结合形式，除了在同卵双胞胎中罕见地出现外，这种现象在自然界中是未知的。免疫系统代表了一种巨大的障碍。它攻击外来组织，就像它破坏被病原体感染的细胞一样。看看人体器官移植的困难就知道了，这需要仔细交叉匹配供体和受体组织类型，再使用免疫抑制药物，以确保器官移植的长期生存。但是，在可能出现组织排斥反应的情况下，琵琶鱼怎么能如此轻易地接受彼此呢？
图片来自Science, 2020, doi:10.1126/science.aaz9445。
自从1920年冰岛渔业生物学家发现第一对连体的雄鱼和雌鱼以来，性寄生现象就构成了一个存在了100年的谜团。如今，在一项新的研究中，来自德国马克斯普朗克免疫生物学与表观遗传学研究所和美国华盛顿大学的研究人员解决了这个百年难题，并将他们的发现发表在Science期刊上，论文标题为“The immunogenetics of sexual parasitism”。
免疫系统的关键功能被移除
几年前，在马克斯普朗克免疫生物学与表观遗传学研究所工作的免疫学家Thomas Boehm博士和在西雅图华盛顿大学工作的琵琶鱼专家Theodore W. Pietsch，开始研究不同种类琵琶鱼的基因组。他们首先研究了主要组织相容性（MHC）抗原的结构。这些分子存在于机体细胞表面，当细胞被病毒或细菌感染时，会向免疫系统发出警报信号。为了确保所有的病原体都能被有效识别，MHC分子的变化非常大，以至于在一个物种的任何两个个体中很难找到相同或接近相同的MHC形式。这一特点是困扰人类器官和骨髓移植的组织匹配问题的根源。
有趣的是，这些研究人员发现，采用永久结合策略的鮟鱇鱼在很大程度上是去掉了编码这些MHC分子的基因，就好像它们取消了免疫识别而选择了组织融合。论文第一作者、马克斯普朗克免疫生物学与表观遗传学研究所的Jeremy Swann说，“除了这种不寻常的MHC基因被移除之外，我们发现，通常在器官排斥过程中积极清除感染细胞或攻击外来组织的杀伤性T细胞的功能，即使没有完全丧失，也受到严重减弱。这些发现提示着琵琶鱼的免疫系统在成千上万种脊椎动物中是非常不寻常的。”
没有获得性免疫功能的情形下生存下来
在这些意外的发现之后，这些研究人员猜测，琵琶鱼免疫系统的重组可能比预期的更加广泛。而事实上，进一步的研究表明，作为免疫防御武器库中的第二件强有力的武器，抗体也在一些琵琶鱼物种中消失了。Boehm说，“对于人类来说，在琵琶鱼中观察到的重要免疫功能的综合丧失将会导致致命的免疫缺陷。”
然而，琵琶鱼显然能够在没有至关重要的获得性免疫功能的情况下生存下来。因此，这些研究人员得出结论，这些动物使用经过大量改进的先天性免疫功能来抵御感染，这是所有生物在面临问题时的一个意想不到的解决方案。事实上，到目前为止，人们认为，一旦在进化中形成获得性免疫和先天性免疫的合作关系，就不可能在没有严重后果的情况下解除。
免疫系统影响繁殖策略
因此，这项研究表明，尽管几亿年来先天性和获得性免疫功能形成共同进化的合作关系，但脊椎动物可以在没有以前被认为不可替代的适应性免疫功能的情况下生存下来。Boehm说，“我们假设，至今未知的进化力量首先推动了免疫系统的变化，然后利用这些变化进化出性寄生。”
有趣的是，这些研究人员认为，在他们收集的鱼中，他们甚至捕获了正在产生性寄生的鱼类。Pietsch说，“我们发现，这种不寻常的繁殖模式在这类鱼中独立地出现了好几次。”
虽然琵琶鱼的先天性免疫功能得到改善的细节还有待发现，但是这项研究的结果指出了增强先天性免疫功能或获得性免疫功能受损的患者的先天性免疫功能的潜在策略。因此，从大西洋中部一艘渔船上的一次不知名的观察开始的科学之旅，意外地为人类免疫疾病的治疗开辟了新的途径。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Jeremy B. Swann et al. The immunogenetics of sexual parasitism. Science, 2020, doi:10.1126/science.aaz9445.
2.Immune functions traded in for reproductive success
https://medicalxpress.com/news/2020-07-immune-functions-reproductive-success.html
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