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穴鱼的免疫系统适应可能提供自身免疫性疾病的认识

洞穴鱼看起来微不足道:它们个头很小,生活在人类很少去的隐蔽之地,而且它们很常见,在除南极洲以外的所有大陆都能找到。但是斯托尔斯医学研究所的研究人员将其视为了解人类自身免疫性疾病增加的潜在途径。

“穴鱼让我们有机会问,‘在没有寄生虫的情况下,免疫系统是如何进化的?’”罗伯特·皮斯博士解释道,他是斯托尔斯研究所尼古拉斯·罗内尔博士实验室的博士后研究助理。

这是因为,像洞穴鱼一样,大多数人类现在生活在相对没有寄生虫的环境中。和洞穴鱼一样,人类也有天生的和适应性的免疫系统来保护他们免受潜在寄生虫的伤害。但与穴鱼不同的是,人类的免疫系统有时会在没有寄生虫的情况下寻找攻击对象,而穴鱼进化出的免疫系统即使在没有寄生虫的情况下也能保持平衡。

“一种假设是,某些寄生虫有助于平衡我们的免疫系统反应。如果没有这些寄生虫,这种平衡就会被打破,结果免疫系统就会攻击我们体内自己的细胞。”为什么一个人的免疫系统会受到影响,而另一个人却不会,这个问题仍然困扰着世界各地的科学家。我们需要尽快得到答案!根据美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的数据,1型糖尿病等自身免疫性疾病目前影响着多达2350万美国人,而且这个数字还在不断上升。

现代卫生和医疗的进步改善了人们的健康状况,延长了人们的预期寿命,但“对我们来说,这是一个相对较新的情况,所以进化过程还没有时间提供一种应对方法,”斯托尔斯的助理研究员罗内尔说。“但是洞穴鱼已经在这些没有寄生虫的洞穴里生活了15万年,”这是一个更长的进化时间,这也是为什么研究小组决定对洞穴鱼进行更深入的研究。

在这项于2020年7月20日在线发表在《自然生态与进化》杂志上的研究中,斯托尔斯的研究人员评估了墨西哥帕森洞穴鱼和与之密切相关的里约热内卢蔡河(或水面)鱼的环境。鱼看起来非常不同。例如,洞穴鱼有更多的脂肪组织,这有助于它们在营养匮乏、缺乏觅食机会的环境中生存。但它们是同一物种非常接近的成员,这使得它们适合进行比较。而且,表面鱼生活在寄生虫丰富的环境中,这使它们成为洞穴鱼的天然控制组。

“我们在鱼的表面发现了数量惊人的寄生虫——内脏、皮肤、肝脏、胆囊——到处都是。但我们在洞穴鱼中没有发现任何寄生虫。“这并不奇怪,因为洞穴是一个缺乏生物多样性的环境。那里的动物很少,所以寄生虫找到它们赖以生存的宿主的机会就更少了。”

然后,在实验室里,研究人员观察了两种鱼类的先天免疫系统和适应性免疫系统。先天免疫系统是抵御寄生虫的第一道防线,作为一种广泛的防御策略,它会引发非特异性炎症反应,而适应性免疫系统通常在产生免疫反应方面较慢,但这种反应是高度特异性的。研究小组的第一个观察结果是,与水面鱼相比,穴鱼的先天免疫系统在面对潜在威胁时更加敏感,从而导致更强的炎症反应。

有趣的是,研究小组发现洞穴鱼产生的组成先天免疫系统的细胞更少。这种先天免疫细胞的减少可能会弥补敏感度的增加。但是,穴居鱼先天免疫细胞数量的减少纯粹是穴居寄生虫数量减少的结果,还是产生这些细胞数量减少导致炎症的其他好处?

为了回答这个问题,Rohner和他的团队观察了洞穴鱼的体脂水平。脂肪组织增加通常也会增加炎症,对人类也是如此。但当研究人员检查洞穴鱼时,情况并非如此。穴鱼的体脂水平比海鱼高得多,但它们的炎症水平并不高。

“与水面鱼相比,穴鱼体内先天免疫细胞的减少可能是缺乏炎症反应的原因,”Peuss说。“这非常有趣,因为我们知道,在人类中,脂肪组织水平越高往往意味着炎症程度越高,而炎症会导致继发性疾病,如2型糖尿病。”

Peuss指出,这些发现带来了进一步的问题有待探讨。例如,他们不知道导致穴鱼先天免疫细胞减少的遗传因素。这项研究的下一步是尝试识别这些因素,看看是否在人类身上也有类似的因素。

Peuss说:“在几乎没有寄生虫的环境中,这与人类健康的高度敏感有相似之处,这真的很有趣。但在实验室中,其他脊椎动物已经证明了这一点,因为实验室是设计成没有寄生虫的。”“以洞穴鱼为例,我们可以研究它在特定环境下是如何发育的,并寻找这些特征的遗传基础。”

调查结果概要

与人类相似,洞穴鱼生活在寄生虫较少的环境中。然而,与人类不同的是,洞穴鱼有更多的时间——大约15万年——来适应这些环境。为了更多地了解低寄生环境是如何影响宿主免疫系统的进化的,来自Stowers医学研究所Nicolas Rohner博士实验室的研究人员检查了寄生虫数量减少和感染减少对穴鱼免疫系统进化的影响。

在这项研究中,Stowers的科学家和他们的合作者对穴鱼的免疫系统进行了分析,并将其与寄生生物丰富的环境中的近缘河鱼的免疫系统进行了对比。他们的研究结果发表在2020年7月20日的《自然生态与进化》网络版上,研究表明穴鱼对免疫刺激的敏感性不同,免疫细胞的组成也不同,包括对炎症起作用的免疫细胞的减少。在未来的研究中,科学家们希望能够确定穴鱼免疫系统进化的基因因素。这项研究可能为免疫系统紊乱和潜在的人类自身免疫性疾病的发展提供线索,在这些疾病中,免疫系统攻击自己的身体。

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