中华圆田螺血细胞的分类和吞噬活性
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中华圆田螺血细胞的分类和吞噬活性
裴鹏祖;胡宝庆;谢彦海;文春根
【摘要】血细胞作为主要的免疫效应细胞在贝类的免疫和防御中有重要作用.本文通过相差显微镜和透射电子显微镜对中华圆田螺(Viviparus chinensis)血细胞的形态与类型以及血细胞对枯草芽孢杆菌的吞噬观察.结果发现壳高4~6 cm的田螺血细胞浓度为(2.17±0.38)×106个/mL.根据血细胞大小,形态和胞质内颗粒的有无可以将血细胞分为颗粒细胞、无颗粒细胞、透明细胞、淋巴样细胞四种类
型.Wrighte-Giemsa染色显示,颗粒细胞表现为嗜酸性,其余3类细胞均呈现嗜碱性.另外,通过对颗粒细胞形态的连续观察,发现透明细胞可能是颗粒细胞脱颗粒而形成的衰老细胞.血细胞对枯草芽孢杆菌的吞噬实验结果表明,颗粒细胞吞噬杆菌活性最强,吞噬率和吞噬指数分别是47.73%和1.44,其次无颗粒细胞,吞噬率和吞噬指数分别是30.44%和1.12,透明细胞和淋巴样细胞无吞噬活性.%Haemocytes, as the main immune effector cells, play a vital roles in the immune defense of molluscs.The morphology, type, and phagocytotic characteristics of haemocytes from Viviparus chinensis were studied by light microscope,vital staining and electron microscopic techniques.The results showed that the total hemocyte cotent of Viviparus chinensis was
about(2.17±0.38) × 106/mL from 4 to 6 centimeters in the shell length.The haemocytes were classified as 4 types based on the size, morphological characterization, presence or absence of granules in the cytoplasm.They were granulocyte, agranulocyte, hyalinocyte, lymphoid cell.It observed that the snile granulocyte formed hyalinocyte through observe of the dynamic variation in vivo of the granulocyte.After Wrighte - Giemsa's staining,
granulocyte were acidophils.The remaining three types were basophils.The results of bacillus phagocytosis assay indicated that the phagocytic activity of granulocyte was the stongest, the phagocytic rate and index were 47.73%and 1.44,the next was agranulocyte,the phagocytic rate and index were 30.44% and 1.12.The hyalinocyte and lymphoid cell had not phagocytic activity.
【期刊名称】《南昌大学学报(理科版)》
【年(卷),期】2011(035)001
【总页数】8页(P83-89,94)
【关键词】中华圆田螺;血细胞;分类;吞噬
【作者】裴鹏祖;胡宝庆;谢彦海;文春根
【作者单位】南昌大学生物科学系,江西,南昌,330031;南昌大学生物科学系,江西,南昌,330031;南昌大学生物科学系,江西,南昌,330031;南昌大学生物科学系,江西,南昌,330031
【正文语种】中文
【中图分类】Q952.4
贝类的血细胞具有许多功能,参与代谢产物的运输、伤口和贝壳的修复,尤其承担机体的防御功能[1]。
贝类血细胞作为主要的免疫效应细胞,不仅负责着趋化,外源凝集素介导的病原体识别与吞噬以及对入侵者的包囊和消除,还能产生抗菌肽[2-3]。
因此,弄清血细胞特征,有助于了解贝类的免疫和防御疾病的能力。
目前,虽然已有较多对双壳类血细胞的报道[4-5],但是对腹足类血细胞了解
的还比较少。
由于研究方法的差异,对腹足类血细胞类型的划分也不同[6]。
Takatsuki(1934)首次提出将螺类血细胞分为颗粒细胞(granular cell)和透明细胞(hyalinocyte),Simina&Barendsen建议用中性名称阿米巴细胞(amoebocyte)取代Takatsuki分类系统中的颗粒细胞[6]。
在疣鲍(Haliotis tuberculata)、静水椎实螺(Lymnaea stagnalis)和欧洲玉黍螺(Littorina littorea)[7-9]中却仅发现了一种类型的血细胞。
贝类的吞噬作用主要是清除侵入机体的外源异物,如细菌、真菌、无机物颗粒,以及自身的坏死细胞和细胞碎片等,血细胞吞噬能力的强弱是贝类机体免疫防御能力的一个重要指标[1-2,4]。
不同种贝类吞噬能力存在差异,即使同一种贝类不同类型的血细胞对细菌的吞噬能力也不同[10]。
目前,腹足类的的免疫学研究主要集中于静水椎实螺和光滑双脐螺(Biomphalaria glabrata)[7,11]。
中华圆田螺(Viviparus chinensis)是淡水腹足类中的优势种群,具有较重要的经济价值。
本文利用相差显微镜和透射电子显微镜对中华圆田螺血细胞的形态特征进行了观察与分类,并且进一步研究了中华圆田螺血细胞对枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的吞噬能力。
不仅为腹足类血细胞的分类提供参考,也可以为进一步研究腹足类免疫机制提供理论依据。
1.1.1 中华圆田螺的采集中华圆田螺于2009年5~7月分批采集于江西省新建县的池塘,壳高4~6 cm,室温下(22~25)℃,在水族箱中暂养3~4 d后开始实验,饲养期间24 h充气,及时换水保持水体清澈。
1.1.2 枯草芽孢杆菌悬液制备将枯草芽孢杆菌接种于琼脂斜面培养物,在37℃恒温箱培养48 h,用无菌PBS(pH 7.0)洗涤2次。
制成终浓度107 CFU·mL-1的菌悬液,4℃贮存备用。
1.2.1 血淋巴抽取取健康田螺,用2.5 mL(0.6×25针头)注射器从腹足血窦处取血,血淋巴以1∶3比例与血抗凝剂(MAS,0.1 M葡萄糖,15 mmol/L柠
檬酸三钠,13 mmol/L柠檬酸,10 mmol/L EDTA,0.45 mmol/L 氯化钠,pH 7.0)混合,备用。
1.2.2 血细胞计数分别抽取30个田螺的血淋巴,用阿氏液(MAS)抗凝处理。
血细胞用血球计数板计数,每个田螺计数3次;统计每毫升血淋巴含血细胞的数量。
每毫升血细胞数=测得血细胞数×50 000×稀释倍数。
1.2.3 血细胞活体观察取血淋巴100μL滴在盐酸-酒精浸泡的干净载玻片上,盖上盖玻片,在O-lympus CX41显微镜和Olympus IX51倒置相差显微镜下观察。
随机取20个视野,鉴定和统计各种类型血细胞所占的比例;每种类型的细胞取25个,测量其直径和核长。
细胞直径以除伪足外的最长轴为标准。
1.2.4 单层血细胞染色观察取1 mL的血淋巴置于 1.5 mL 的 Eppendor管中离心(2 000 g,5 min,4℃),血细胞重悬于1 mL MAC中。
取200μl滴于载玻
片上,静置20 min以使血细胞贴壁,用滤纸吸取上层清夜,室温下晾干,滴加Wrights染色液和等量的1/15 mol/L PBS(pH 7.0)染色 5 min,随后用Giemsa 染色液(1∶20 PBS)染色10 min,自来水冲洗,晾干,中性树胶封片后观察。
1.2.5 透射电子显微镜观察(TEM) 血淋巴在4℃,2.5% 的戊二醛固定 10 min,离心(3 000 g,10 min,4 ℃),加 2.5%戊二醛再固定 2 h,以 0.1 mol/mL
的二甲胂酸缓冲液洗涤(3×10 min),1%锇酸(OsO4)后固定2h,酒精梯度脱水,环氧树脂(Epon)包埋,Vltracut E型超薄切片机切片,用醋酸双氧铀-柠檬酸铅双重染色,在日立H-600型透射电镜下拍照,加速电压为60 kV。
1.2.6 血细胞体外吞噬活性的测定将血淋巴与枯草芽孢杆菌悬液按2∶1比例混合成菌-血淋巴混合液,室温(22-25)℃下孵育1 h,最后放入0℃冰水中30 min,以终止血细胞的吞噬作用。
滴片、染色、镜检。
随机观察100个血细胞的
吞噬能力,上述过程重复3次,计算血细胞的吞噬率和吞噬指数。
判断吞噬的标
准以杆菌被伪足包裹一半以上即认为被吞噬。
吞噬率=(吞噬杆菌血细胞数/100个
被计数的血细胞)×100%,吞噬指数=被吞噬杆菌数/100个被计数的血细胞。
1.2.7 统计分析不同血细胞的直径、核质比的显著性差异用多重比较(Duncan’s test);颗粒细胞和无颗粒细胞的吞噬率、吞噬指数的差异显著性采用t -检验。
中华圆田螺血细胞在血淋巴中的浓度为(2.17±0.38)×106个/mL。
根据细胞的大小,形态和颗粒的有无可以将血细胞分为4类型:颗粒细胞、无颗粒细胞、透明
细胞、淋巴样细胞(表1)。
颗粒细胞:约占细胞总数的34.8%,活体细胞为圆形,直径为11.5±1.2 μm;
贴壁能力弱,无或伸出很少的伪足(图1a;2a)。
胞质内细含大量的颗粒,折光率高,细胞容易破裂,出现脱颗粒现象,脱离细胞的颗粒散布在四周,仅在细胞核周围留有少许颗粒(图2f)。
细胞核圆形,偏位,核质比为43.2±3.4。
Wrighte-Giemsa染色显示颗粒为嗜酸性,呈紫红色;细胞核为蓝紫色或深蓝色(图3a;b)。
电镜下可看到胞质内有许多致密的大颗粒(图4a)。
无颗粒细胞:约占细胞总数的49.6%,活体细胞形状多样,胞体充分伸展,平均
直径为9.7±1.6 μm;细胞伸出指状或星状伪足(图1b;2c),随着观察时间的延长,细胞伪足增多,部分细胞可以伸展出长达十微米左右纤维状的伪足(图1d)。
胞质
内无颗粒。
细胞核偏位,核质比为53.1±4.2。
Wrighte-Giemsa染色显示细胞核为蓝色,细胞质呈嗜碱性,为蓝色(图3f)。
电镜观察发现细胞胞质较多,内含高尔基体,内质网等细胞器(图4b)。
透明细胞:约占细胞总数的12.5%,活体细胞多为扇形或椭圆形,胞体宽大且十
分铺展,平均直径为12.5±1.8μm;大部分细胞表面光滑,极少数细胞伸出叶状伪足(图1e;2b)。
胞质内含物稀少呈透明状。
细胞核偏位,多为不规则形,核质比为41.6±3.9。
Wrighte-Giemsa染色显示细胞核为红色;胞质染色浅,呈嗜碱性,为淡蓝色(图3d)。
电镜观察发现胞质内含有大量的空泡,染色质极度浓缩(图
4c)。
淋巴样细胞:约占细胞总数的3.1%,活体观察,细胞多为圆球形,胞体较小,直径约为6.2±0.3 μm,细胞不伸展,贴壁能力差,贴壁后的细胞仍保持圆形吸附在玻片上(图1c;2d)。
胞质少,仅在核周有一折光性强的窄缘。
细胞核居中,圆形,核质比大,为71.1 ±2.5。
Wrighte-Giemsa染色显示细胞质呈嗜碱性,为蓝色;细胞核为深蓝色(图3e)。
电镜观察到细胞只含薄层的细胞质,细胞核内染色质弥散且浓缩(图4d)。
用多重比较检验不同血细胞的直径、核质比的显著性差异发现,4种细胞的细胞直径和核质比存在极显著差异(P<0.01),细胞核直径没有显著差异(P>0.01)。
淋巴样细胞的细胞直径最小,核质比最大;透明细胞的直径最大,核质比最小;无颗粒细胞和颗粒细胞的直径、核质比居中。
对颗粒细胞的连续观察发现,刚取出颗粒细胞全为圆球形,大约30 min后,细胞核和胞质隆起,颗粒逐渐向细胞核的一侧运动,形成一种兼具透明细胞和颗粒细胞特征的中间类型细胞(图3c;5e)。
此时细胞胞体宽大,颗粒紧密的排列在核一侧的附近,核周其余胞质稀薄呈透明状。
接着细胞的一侧凸起,颗粒沿着核的一侧从凸起处脱离细胞,脱颗粒完成后胞质中仅留下大的空泡和细胞核。
随后细胞的胞体增大,大的空泡消失,胞质变得稀薄透明,接近透明细胞(图5a-i)。
血细胞体外吞噬实验表明颗粒细胞和大多数无颗粒细胞具有吞噬枯草芽孢杆菌的能力,透明细胞和淋巴样细胞无吞噬活性。
细胞吞噬细菌的过程是血细胞趋向细菌,接着细菌黏附在血细胞边缘,然后有吞噬能力的血细胞伸出伪足,伪足继续运动将细菌裹入胞质内。
少数颗粒细胞吞噬细菌的个数可达3~4个(图3A),血细胞吞噬的细菌数多为1~2个(图3B),极少数具长的纤维状伪足的无颗粒细胞不吞噬枯草芽孢杆菌。
颗粒细胞对枯草芽孢杆菌的吞噬率和吞噬指数分别为47.73%和1.44,无颗粒细胞的吞噬率和吞噬指数为30.44%和1.12。
两种细胞的的吞
噬率、吞噬指数之间都到达了极显著差异(P <0.01)。
贝类血淋巴中的血细胞数量会因生理状态和环境条件的变化而变化,如生殖周期、季节、温度、食物[12]。
本项研究结果表明中华圆田螺的血细胞的浓度为(2.17±0.38)×106个/mL。
这与报道的大多数贝类,如鸡帘蛤(Chamelea gallina)为(1.2~1.6)×106 mL[12]、贻贝(Mytilus edulis)为 5.68 ×106 mL[13]、欧洲鸟尾蛤(Cerastoderma edule)为 4.54 ×106 mL[13]、方斑东风螺(Babylonia areolata)为1.34×106 mL[14]的血细胞处于同一数量级。
中华圆田螺的颗粒细胞和无颗粒细胞占血细胞总数的84.4%,说明它们是主要的血细胞类群,并且是机体主要的代谢和防御细胞。
贝类血细胞常被分为颗粒细胞和非颗粒细胞2大类,无颗粒细胞、透明细胞、淋巴细胞均属非颗粒细胞[4-5]。
但由于3类非颗粒细胞的形态、大小、细胞化学、功能不同,因此可以将其进一
步分类[10]。
Hine认为在贝类血淋巴中颗粒细胞是一种独立的类群,而非颗粒细胞在表型和超微结构上的不同还可分为胚样细胞、嗜碱性巨噬样细胞、透明细胞3个亚群[10]。
孙虎山和李光友从血细胞的形态结构、功能和细胞化学3个方
面将栉孔扇贝(Chlamys farreri)的非颗粒细胞分为拟淋巴细胞、血栓细胞和巨噬细胞3类[15]。
石安静等通过圆背角无齿蚌(Anodonta Woodiana pacific)血细
胞的活体观察,将其分为透明细胞,颗粒细胞,无颗粒细胞和类淋巴细胞4类[16];杨军等通过多种染色方法并结合酸性磷酸酶、非特异性酯酶和过氧化物酶
等3种酶对血细胞的显示定位,将圆背角无齿蚌、三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)和褶纹冠蚌(Cristaria plicata)的血细胞分为颗粒细胞、无颗粒细胞、透明细胞和
类淋巴细胞4类[17]。
然而,腹足类动物的血细胞划分为一个或多个类型仍然
存在较大的分歧[6-7]。
在静水椎实螺和欧洲玉黍螺的血细胞中仅有颗粒细胞[8-9]。
疣鲍中却仅发现了透明细胞,利用流式细胞仪可以进一步将透明细胞
分为小透明细胞(类淋巴细胞)和大透明细胞,二者在功能和细胞化学方面有明显的
不同[7]。
为了与双壳类动物的血细胞分类一致,许多学者建议将腹足类动物血细胞也分为颗粒细胞和非颗粒细胞[11]。
事实上,中华圆田螺的血细胞明显可
以分成颗粒细胞、无颗粒细胞、透明细胞、淋巴样细胞4种类型。
颗粒细胞的特征是细胞内有高电子密度的嗜酸性大颗粒,嗜酸性反映了颗粒中溶酶体酶类的特性。
Hine认为这些颗粒含有酸性水解酶,因此这种颗粒被认为是溶酶
体的一种[10]。
无颗粒细胞的胞质较多,电镜下胞质含大量的细胞器,细胞贴
壁能力强,易变形,部分细胞伸出长的纤维状伪足,此类细胞占细胞总数的比例最大。
透明细胞表面光滑,胞体宽大且充分伸展,胞质透明且含大量的空泡。
Marie-Agnès Travers等在疣鲍的透明细胞中也发现了这类空泡,主要成分是糖原,推测其作用可能主要与营养相关,起吸收、消化和运输等功能[7]。
淋巴样细胞在许多腹足类动物中均有发现,如疣鲍和小截椎实螺(Lymnaea truncatula)[7-18]。
Cima 等在双壳类中发现淋巴样细胞对哺乳动物造血细胞的抗CD-
34抗体具有阳性反应,并推测其为干细胞[19]。
Saleem Aladaileh认为悉尼
岩石牡蛎(Saccostrea glomerata)的颗粒细胞和透明细胞起源于血小板细胞(淋巴
样细胞)[20]。
Hine和Cima等认为淋巴样细胞(血小板细胞)胞质中仅有少的细胞器和低的酶活性,推测其可能是未成熟的血细胞[10,19]。
在贝类的各种血细胞之间是相互联系的,细胞间存在相互转化的情况。
郭磊[21]等通过对池蝶蚌(Hyriopsis schlegeli)血细胞变化的连续观察,发现脱颗粒作用是
一种主动过程,通常不破坏细胞,脱出的颗粒分布在细胞的周围,脱颗粒完成后形成一种无颗粒细胞。
王晶等在研究短蛸(Octopus ocellatus gray)血细胞形态[22]时发现大颗粒细胞有全质分泌的特性,能将细胞质和分泌颗粒一起排出,并认为小透明细胞是大颗粒细胞完成分泌后的残余胞体,是一类一时性的频临死亡的细胞。
Mix认为透明细胞是血细胞中最原始的,它可以分化为不同类型的颗粒细胞[23]。
本文通过对中华圆田螺颗粒细胞形态的连续观察,也发现颗粒细胞具有
脱颗粒现象,在脱颗粒的过程中形成一种兼具颗粒细胞和透明细胞特点的中间类型细胞[17]。
此类细胞兼具透明细胞与颗粒细胞的某些特征,具有较宽大的胞体,胞质十分稀薄呈透明状,颗粒密集排列聚集在核附近,颗粒组分在这些中间类型细胞中呈现出连续变化的趋势[17]。
从颗粒细胞与透明细胞之间存在的中间类型
细胞看,推测中华圆田螺的透明细胞可能是颗粒细胞逐渐失去颗粒而衰老形成的一种细胞类型。
贝类血细胞具有吞噬能力,不同贝类吞噬能力存在差异,同一种贝类不同类型的血细胞对细菌的吞噬能力也不同[11,13]。
在大多数报道的贝类中吞噬作用主要
由颗粒细胞完成[24],本文也发现在4类血细胞中颗粒细胞的吞噬能力最强。
圆背角无齿蚌的4种血细胞中具有吞噬能力的主要是颗粒细胞和无颗粒细胞;透明
血细胞和类淋巴血细胞没有吞噬能力[25]。
中华圆田螺的颗粒细胞和没有纤维
状伪足的无颗粒细胞同样也具有一定的吞噬能力;透明血细胞和类淋巴血细胞也没
有吞噬能力;而极少数无颗粒细胞离体后可以快速形成长达数十微米的长纤维状伪足,这类无颗粒细胞也不具有吞噬细菌的能力。
这类细胞的功能可能是用于血细胞聚集与凝结作用[15]。
血细胞的吞噬活性可能与细胞自身的特性有关,颗粒细
胞具有吞噬细菌的能力,是因为这些颗粒含有酸性水解酶,是溶酶体的一种。
颗粒细胞将细菌吞噬并在次级溶酶体中将其消化,最后排出到血淋巴中[10]。
无颗
粒细胞和颗粒细胞均表现出酸性磷酸酶(ACP)、非特异性酯酶(NE)和过氧化物酶(PO)的特性,这些特性决定了颗粒细胞和无颗粒细胞在功能上都具吞噬细菌的能
力[17]。
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