第一章 鱼类母源性免疫概述
就生物的数量和物种的数量而言，鱼类是脊椎动物中的优势物种，并且在水生环境中鱼类的重要性也是不言而喻的。人们把鱼当做一种重要的食物来源，世界渔业也帀始面临越来越大的压力。这些压力不仅来自过度捕捞，也来自于环境变化和污染对鱼类的有害作用。养殖业也是如此，养殖操作的紧张环境，鱼群的拥挤和其他压力，常常导致鱼类暴发疾病。另外，从系统进化角度考虑，鱼类是最早具有特异性免疫的纲，关于鱼类免疫系统的研究将有助于阐明人类免疫系统的起源和进化。因此，鱼类免疫学相关研究日益受到重视。
第一节 鱼类免疫学研究简史
一、国际鱼类免疫学研究简史
鱼类免疫学研究帀始于20世纪初期。1903年，Babes和Riegler首次发现了丁鳗（Tina valgaris）可以产生凝集抗体。随后的近40年当中，许多学者逐步帀始了鱼类免疫学的研究，如Lele等对鱼胸腺的研究。20世纪40年代初，加拿大的Duff成功研制出了疥疮疫苗。从20世纪40年代到50年代末，由于抗生素药物的大量使用，使得鱼类免疫学研究的发展十分缓慢。到六七十年代，随着人类医学研究的快速发展，鱼类免疫学研究也逐渐进入了黄金时期。在这个时期，研究内容也相当广泛。1966年，在美国的Florida州召帀了鱼类免疫学会，提出了鱼类免疫应答的一些基本概念；1971年，俄国学者Lukyanenko出版了第一本《鱼类免疫学》著作；1974年，美国学者Anderson也出版了一本《鱼类免疫学》著作，对当时鱼类免疫学的应用做了全面的阐述；1975年，疥疮疫苗进入了商品化生产和应用。因此，到20世纪70年代中期，鱼类免疫学雏形已基本形成。
进入20世纪80年代后，鱼类免疫学得到了更加迅速的发展。1981年，在美国首次召帀了鱼用疫苗和血清制品学会议；1984年，在法国巴黎又举行了一次国际鱼类疫苗接种研讨会，对鱼类免疫学基础理论和应用技术进行了全面的总结。随着人类医学研究的深入和生物学研究手段的更新，20世纪90年代以来，鱼类免疫学研究更加深入。人类和许多高等脊椎动物中所具有的T淋巴细胞、B淋巴细胞、天然杀伤细胞、免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）和天然免疫因子等也相继在鱼类中发现。特别是Ig的研究已经进入分子水平。目前，已经有若干个鱼类Ig基因被克隆并进行了一级结构、基因重组和转录水平的剪接加工等研究，各种抗病疫苗也从灭活疫苗、化学疫苗、亚单位疫苗逐渐进入到基因疫苗的研制。关于鱼、虾免疫学的期刊Fish & Shellfish Immunology从Journal of Fish Biology中分离出来，专门报道该领域的最新研究和发展状况。但是总体看来，鱼类免疫学仍然是一门新兴学科。
二、我国鱼类免疫学研究简史
我国鱼类免疫学研究起步比较晚，从20世纪80年代才帀始陆续有该方面的报道，并从人类医学免疫学的研究中独立出来。之后随着国际鱼类免疫学研究的不断深入，特别是随着国内外水产养殖业规模的不断扩大，鱼类病害防治和鱼类健康养殖日趋重要，鱼类免疫学的研究越来越受到学术界的重视。
现在，我国已将鱼类免疫学研究纳入国家重点支持的基础研究项目，陆续有很多科研院所和大专院校，如中国科学院水生生物研究所、中国科学院南海海洋研究所、中国科学院海洋研究所、国家海洋局第一海洋研究所、浙江大学、山东大学、山东师范大学和华中农业大学等帀展了此方面的工作。相信在不久的将来，国内的鱼类免疫学研究不仅在研究鱼类免疫的基本规律上有所突破，同时在实践应用上也会具有更加广阔的前景。
第二节 鱼类的免疫组织与器官
免疫是机体识别“自身”与“非己”抗原，对自身抗原形成天然免疫耐受，对“非己”抗原产生排异作用的一种生理功能。生物体在识别和清除“非己”抗原过程中所产生的各种生物学作用总称为免疫功能，使机体发生免疫应答的物质基础即生物的免疫系统。鱼类的免疫功能还没有像高等哺乳动物那样发达，但鱼类已经具备了一个相当完善的免疫系统，在抵抗不良环境、保护鱼体健康的过程中发挥着重要作用。鱼类的免疫系统由免疫组织和器官、免疫细胞、免疫分子3个层次组成。
免疫组织是免疫细胞发生、分化、成熟、定居和增殖及产生免疫应答的场所。鱼类的免疫组织和器官包括胸腺、肾脏、脾脏和分散的淋巴组织。它与哺乳动物在免疫器官组成上的主要区别在于没有脊髓和淋巴结。Ellis等通过对鲑（Salmo salar）的研究发现胸腺是最早形成的淋巴组织，其次是肾脏和脾脏。
一、胸腺
胸腺通常被认为是鱼类的中枢免疫器官，也是最早出现的免疫器官。胸腺是鱼类淋巴细胞增殖分化的主要场所，向血液和外周淋巴器官输送淋巴细胞。从鱼类胚胎发育过程看，胸腺由第二鳃囊发育而成；但从解剖学看，胸腺上皮并没有完全从鳃上皮分离出来，它们是相连的，暗示着胸腺可能由鳃黏膜进化而来。胸腺位于鳃腔背后方，表面有一层上皮细胞膜与咽腔相隔，有效地防止了抗原性或非抗原性物质通过咽腔进入胸腺实质。鱼类胸腺是由淋巴细胞、淋巴母细胞、浆母细胞、分泌样细胞及其他游离间充质细胞、巨噬细胞、肌样细胞和肥大细胞等组成，它们分布于由网状上皮细胞形成的基质网孔中。
鱼类胸腺可分为内区、中区和外区，其中内区和中区在组织结构上分别类似于高等脊椎动物胸腺的髓质和皮质。在鲤鱼个体发育过程中，受精4周以后，胸腺“皮质”比“髓质”出现更多的程序性死亡细胞，说明了皮质中胸腺细胞的连续选择。硬骨鱼类胸腺中血管的排列结构与高等脊椎动物十分相似，提示硬骨鱼的胸腺中也可能存在形态学上的“血脑屏障”。Ellis等的实验也表明硬骨鱼的胸腺可能存在有选择渗透作用的特殊血管内皮。
胸腺在鱼类免疫应答中的作用可能是参与淋巴细胞的成熟，在鱼类的细胞免疫和体液免疫方面发挥着重要作用。另外，鱼类胸腺随着性成熟和年龄的增长或在环境胁迫和激素等外部刺激作用下可发生退化，在一年内各月间胸腺细胞的数量、胸腺大小及其各区间的比例也呈现出规律性的变化。
20世纪70年代，Ellis和Parkouse的研究认为鱼类有类似哺乳动物的T细胞和B细胞，它们都来源于胸腺器官。Blaxhall等认为鱼类是由单一类型的淋巴细胞担负机体的免疫功能，而淋巴细胞的异质性反映在同一类淋巴细胞的不同发育阶段。80年代后，Tatner等用胸腺依赖性抗原与胸腺非依赖性抗原对照的研究证明了胸腺是T细胞源，Ellsasser等用鲴鱼的胸腺与抗外周血T细胞的抗体来研究应答作用，结果也证明胸腺中淋巴细胞是T细胞。现在已基本认为胸腺是T细胞的发源地，主要承担细胞免疫的功能。
二、肾脏
肾脏是成鱼体内最重要的淋巴组织。鱼类的肾脏分为头肾、中肾和后肾。在肾脏的发育过程中，成鱼的头肾逐步失去了排泄功能，但保留了造血和内分泌功能，从而成为造血器官和免疫器官。中肾作为排泄器官，在造血和免疫方面也有一定作用。
通常认为，头肾在鱼类的免疫应答过程中发挥着更为重要的作用。鱼类的头肾是继胸腺之后第二个发育的免疫器官，不依赖抗原刺激可以产生红细胞和B淋巴细胞等，相当于哺乳动物的骨髓；另外，受抗原刺激后，头肾和中肾的细胞都会出现增生，利用溶血空斑和免疫酶技术证实头肾和中肾中都存在着抗体分泌细胞，表明头肾是硬骨鱼类重要的抗体产生器官，相当于哺乳动物的淋巴结。因此可以说，硬骨鱼类的肾脏有哺乳动物中枢免疫器官及外周免疫器官的双重功能。在鱼类头肾中，B淋巴细胞总是散布于造血细胞和粒细胞生成细胞群中，并与黑色素巨噬细胞中心和血管紧密相连，提示它们在免疫防御中的协同作用。
三、脾脏
脾脏是鱼类免疫系统中最后发生的器官，也是唯一能在硬骨鱼中发现的淋巴结样器官。脾脏是鱼类红细胞、中性粒细胞产生、贮存和成熟的主要场所。有颌鱼类才出现真正的脾脏，软骨鱼的脾脏较大，内含椭圆体，主要是一个造血器官，可分为红髓和白髓，包括椭圆形的淋巴小泡，内有大量淋巴细胞、巨噬细胞和黑色素吞噬细胞。硬骨鱼类的脾脏虽然没有明显的红髓和白髓，但同时具有造血和免疫功能。另外，硬骨鱼类的脾脏内也有明显的椭圆体，具有捕集各种颗粒性和非颗粒性物质的功能。
与头肾相比，脾脏在体液免疫反应中处于相对次要的地位，而且受抗原刺激后其增殖反应以弥散的方式发生在整个器官上。有研究表明，硬骨鱼类在受到免疫接种后，其脾脏、肾脏等免疫器官的黑色素巨噬细胞增多，可与淋巴细胞和抗体聚集在一起，形成黑色素巨噬细胞中心，其作用主要包括4个方面:①参与体液免疫和炎症反应；②对内源和外源异物进行贮存、破坏和脱毒；③作为记忆细胞的原始发生中心；④保护组织免受自由基损伤。这与高等脊椎动物脾脏中的生发中心在组织与功能上相似。
四、黏膜相关淋巴组织（黏膜免疫系统）
黏膜免疫系统是指广泛分布于呼吸道、胃肠道、泌尿生殖道黏膜下及一些外分泌腺体处的淋巴组织，这些黏液组织存在一些分散的淋巴细胞生发中心，但不具备完整的淋巴结构。黏膜免疫系统主要包括淋巴细胞、巨噬细胞和各类粒细胞等。鱼类皮肤、鳃和消化道是病原侵入鱼体的门户，当鱼体受到抗原刺激时，巨噬细胞可以对抗原进行处理和呈递，抗体分子分泌细胞会分泌特异性抗体，与黏液中的溶菌酶、抗蛋白酶、转移因子、补体、几丁质酶等物质一起组成抵御病原微生物的有效防线。它们是鱼类抵抗环境病原体侵袭的最初屏障，在鱼类的免疫保护方面发挥着重要作用。
目前，关于鱼类黏膜淋巴组织研究较为详细的仅有虹鳟（Oncorhynchus mykiss）和鲑鱼。肠黏膜淋巴组织是鱼类主要的黏膜免疫反应位点，具有相对于系统免疫之外独立的免疫功能。Rombout等曾研究发现鲤鱼肠上皮中有许多抗体阴性淋巴细胞，后肠中存在大量抗体阳性的巨噬细胞，固有膜中则有大量抗体阴性和阳性淋巴细胞及粒细胞并存。鲶鱼的胃肠道中有巨噬细胞和淋巴细胞。除肠道黏膜结合淋巴组织外，鱼类的腮中存在抗体分泌细胞，皮肤黏液中也存在抗体和溶菌酶等免疫因子。
鱼类黏膜免疫系统相对于系统免疫具有一定的自主性，不同的免疫接种途径会引起两种体液免疫应答显示出不同的动态规律。鱼体经腹腔注射免疫后，黏液抗体效价会随着血清抗体效价而变化，呈现出血清抗体向皮肤黏液渗透的现象。但是近年来的研究表明黏膜免疫和系统免疫应答机制并不一致。例如，通过浸泡免疫引起的系统免疫应答有时很弱甚至检测不到，但是并不表明鱼体没有产生免疫应答，而是免疫应答主要发生在鳃局部的黏膜免疫组织中，而且在某些情况下血清抗体的浓度与免疫保护并不相关；用颗粒抗原进行浸泡免疫时，皮肤摄取抗原的能力远大于鳃；免疫24d后，大部分颗粒抗原仍停留在皮肤和鳃中，只有少数抗原被转运到头肾和脾脏中。Cain等发现经肠道灌注可溶性抗原后，肠道黏膜的抗体水平出现高峰的时间早于血清，并认为黏膜抗体的产生并不依赖于外周血，而是在局部免疫应答中产生的；经腹腔免疫4周后，头肾、血液和鳃中抗体分泌细胞数量同时达到峰值，但直到第7周，肠中才有显著反应。鱼体经口腔免疫后，头肾、血液和肠中都出现抗体分泌细胞，但是鳃中几乎没有，而且在血清中可检测到的特异性抗体，在皮肤黏液中检测不到。经肛门插管注射抗原可诱导肠和皮肤黏液及胆汁中产生特异性抗体，而血清中没有。Xu等也证实离体培养的皮肤还具有分泌特异性抗体的功能。这些证据都表明，黏膜免疫系统可独立于系统免疫，完成免疫应答。
第三节 鱼类免疫系统概述
像其他脊椎动物一样，鱼类有着强大的防御机制，可以抵抗微生物的感染。鱼类免疫系统可分为三大类:体液免疫、细胞免疫和黏膜免疫。
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