重要海水养殖动物病害发生和免疫防治的基础研究

生命科学

Chinese Bulletin of Life Sciences

第19卷 第4期2007年8月

Vol. 19, No. 4Aug., 2007

重要海水养殖动物病害发生和免疫防治的基础研究

相建海*，刘保忠

(中国科学院海洋研究所，青岛266071)

收稿日期：2007-06-13基金项目：“973”项目

作者简介：相建海(1946—)，男，研究员，博士生导师，E-mail ：jhxiang@

文章编号 ：1004-0374(2007)04-0396-03

随着捕捞资源的急剧衰减，水产养殖已成为国际社会为满足人类日益增长的蛋白质需求而普遍采纳的主要举措。我国是水产养殖大国，但病害发生严重制约养殖业健康可持续发展。近年来，病害导致的水产养殖业直接经济损失每年超过百亿元。此外，药物滥用导致水产品药物残留等食品安全问题，还造成了病原微生物耐药性增加及养殖环境恶化。开展病害发生和免疫防治基础研究，对支撑水产业健康持续发展，确保我国21世纪食物安全，提高国民健康素质，引领我国渔业经济发展和水产科学的创新都是非常重要和紧迫的。

1　水产动物病害与免疫防治国际最新研究进展1.1　病原微生物基因组和疾病蛋白质组学研究为本领域学科新发展提供了必需的知识基础　基因大规模测序技术的成熟，大大促进了病原微生物基因组学数据库的丰富，基因组学揭示了生物体结构的遗传分子特征；而蛋白质组学研究则为揭示动态的生命过程提供了全新的认识。疾病蛋白质组学概念的提出使人们对疾病了解深入到了系统的分子作用水平，为疾病的早期诊断、新药研发等提供了重要的高灵敏和高通量的技术途径。

1.2　病原致病相关因子被作为免疫防治和新药筛选的关键分子靶位　病原致病性相关的功能基因是当前研究的热点。一些重要的医学和畜禽病毒，如人类免疫缺陷病毒(H I V )、重急性呼吸道综合征(SARS)病毒等宿主细胞受体是抗病毒药物筛选和病毒疫苗研制的关键靶点。海洋生物病毒与宿主相互作用的研究已开始受到人们关注，鱼类弹状病毒(VHSV)成为第一个发现了其细胞受体的鱼类病毒，对虾WSSV 蛋白VP28等在病毒感染初期起重要作

用，并被尝试用作口服疫苗来提高对虾在WSSV 感染中的存活率，一些重要海洋病原菌致病基因也被发现和鉴定，这些新发现为揭示病原致病机制及疫苗研制提供重要基础。

1.3　病原分子流行病学给水产动物疾病传播和流行爆发机制提供令人信服的诠释　重要疾病病原，如SARS 病毒、HIV 、禽流感病毒等的分子流行病学成为疫苗和药物开发以及治疗和管理基础研究领域的热点。掌握分子流行病学证据，评估病原致病基因变异性和流行趋势，是保证抗病新药或新疫苗研发方向正确性的关键。病原基因变异导致水产疾病流行变化的分子生物学研究逐渐受到重视，如通过分子流行病学研究已经揭示目前全球流行的对虾WSSV 有一个共同起源，其基因组存在一段13kb 以内的高变异区，对该高变异区的精细分析揭示了WSSV 可能的最初发源地和流行爆发途径。这些进展为病原微生物分子流行病学研究奠定了关键基础条件。

1.4　无脊椎动物先天性免疫体系关键分子结构和功能成为发现免疫抗病途径的新突破点　先天免疫与其Toll-like 受体研究成为近年来免疫学中热门话题，在模式动物的研究上已揭示无脊椎动物先天性免疫能对侵袭的病原进行“异己”识别，然后经免疫信号调整放大和信号转导，最终激活效应物反应系统消灭入侵者，这一完整过程形成先天免疫反应基本框架。免疫清除的体液效应物系统研究得较深入，发现有3大类，包括抗菌肽、黑化系统和凋亡相关基因。近年来在对虾WSSV 感染中观察到拟免疫应答过程(quasi-immune response)，VP28作为预防WSSV 感染的实验就利用了该原理，该过程被

·“973”项目·

397第4期相建海，等：重要海水养殖动物病害发生和免疫防治的基础研究

归结为无脊椎动物的免疫致敏或免疫记忆机制，也

在其他无脊椎动物中得以证实。这些研究成果揭示

了无脊椎动物先天免疫的分子基础，为病害免疫防

治提供新的理论依据。

1.5　鱼类先天和适应性免疫研究取得长足进步，为

免疫防治提供新的关键技术支撑　国际上对鱼类免

疫系统的发生和补体系统的组成、激活与放大以及

免疫球蛋白、主要组织相容性复合体(MHC)基因和

重组活化(RAG)基因结构与功能以及免疫细胞因子基因的鉴定等方面已取得重要成果。目前，发现鱼类至少存在4种免疫球蛋白，其生物学功能和意义具有重要研究价值。病原感染影响主要组织相容性复合体(MHC)基因表达。这些研究成果揭示了鱼类先天和适应性免疫的细胞与分子基础以及调控机制，为养殖鱼类病害防治提供新思路、开辟新途径。

1.6　免疫防治成为水产动物病害控制的主流方向　在适应性免疫和病原致病性的关键分子研究基础上，鱼类疫苗的研究近年来在国际上有显著发展，美国、加拿大等国家研制了气单胞菌系列疫苗、病毒性出血败血征疫苗等共30多种。鱼类病毒疫苗研究也成为热点，鱼类VHSV、传染性造血组织坏死病毒(IHNV)和传染性胰脏坏死病毒(IPNV)等的基因工程疫苗和DNA疫苗等开始应用尝试。以提高以对虾为代表的海水养殖动物先天性免疫能力的制剂研究同样成绩喜人，体外重组表达的鲎和凡纳对虾抗菌肽对多种病原都表现出显著的抑制作用，贻贝素(mytilin)已用于对虾WSSV的防治。

2　国内研究现状和水平

近10年是我国海洋生物学研究发展较快的时期，取得了一批具有自主知识产权的科研成果。国内已经查清了对虾、扇贝和海水鱼类的主要病原，初步阐明了WSSV和弧菌病等已知病原的致病机理，勾勒并比较了不同海洋生物的防御体系，系统描述了海水鱼牙鲆免疫器官的发生，构建了虾贝抗病力遗传特性的基础框架，培育出对虾和扇贝等抗逆抗病新品种和新品系，建立并推广了对虾和扇贝高产防病健康养殖模式。分散和零星的研究逐渐趋于系统，明显缩短了与国际同行先进水平之间的差距，为遏制对虾、鱼类等病害的发生和流行提供了新途径、新技术和新模式，但与国际前沿水平相比，国内研究在深度、系统性和影响力方面仍有待加强。

2.1　水产养殖动物病原分子生物学研究跻身国际先进水平　我国科学家最早在国际上完成对虾WSSV 的全基因组序列测定，率先证明WSSV与对虾细胞存在特异性黏附作用，筛选到3种能阻断WSSV与对虾细胞膜蛋白结合的物质，新近又鉴定了WSSV 的39种病毒结构蛋白的基因。在养殖鱼类病毒研究方面，完成了蛙病毒属病毒TFV和细胞肿大病毒属病毒ISKNV的基因组全序列的测定，为国际上后来大量的蛙病毒和细胞肿大病毒基因组测序和分析提供了基础，完成了虹彩病毒科淋巴囊肿病毒中国株的全基因组测序。近年来，发现一些海水养殖动物的新病原，如栉孔扇贝病原急性病毒性坏死病毒(Acute Virual Necrobiotic Virus, )等，阐释了鳗弧菌金属蛋白酶与溶藻弧菌密度调控基因及其致病机制，开展了病原菌蛋白质组学方面的研究工作。

2.2　水产养殖动物免疫学基础研究总体水平逼近国际前沿　国内已成功构建了虾贝类抗病基因筛选、功能鉴定和重组表达等技术平台，共获得26000个EST序列，挖掘、筛选出与虾贝类免疫防御相关的功能基因提示序列近千个，获得了ALF、Crustin、Penaeidin等50余个免疫功能相关的新基因全长序列，从斑节对虾中发现一种对WSSV感染有抗性的基因PmAV，首次证实对虾血蓝蛋白具有抗病毒作用。国内科学家在鱼类免疫组织学、免疫球蛋白基因与抗病毒或抗微生物相关的非特异性免疫因子方面取得进展，系统研究了牙鲆免疫器官发生发育，发现卵黄蛋白原(Vg)可以凝集血细胞并抑制细菌生长；克隆到花鲈等海水鱼类的白介素等18个细胞免疫因子基因、真鲷MHC IIB和Nramp基因，翘嘴鳜IgM轻重链、干扰素调节因子以及草鱼与寄生虫相关的免疫因子，鉴定了鲤鱼多种与寄生挠足类感染相关基因。国内鱼、虾免疫相关的蛋白组学研究有了进展，鉴定了对虾血清类Ig及其与细菌的相互蛋白以及泥鳅血液和皮肤的急性相反应蛋白谱。2.3　水产病害免疫防治技术整体水平与国际上还有较明显差距　我国水产病害免疫防治技术在水产动物先天性免疫增强剂、微生态制剂和鱼类疫苗等方面均有一些研究进展和技术应用。其中，水产动物先天性免疫增强制剂和微生态制剂方面的研究和技术应用较多，形成了以酵母葡聚糖、海藻氨基寡糖、枯草杆菌等益生菌为代表的一批免疫防治制剂。鱼类疫苗也有一定研究进展和应用，嗜水气单胞菌和爱德华氏菌灭活疫苗及亚单位疫苗、草鱼出血病病毒组织浆疫苗和细胞苗已得到了应用，海水