水螅异种免疫排斥的转录组分析

摘要

为探讨水螅异种免疫排斥的分子机理,本研究探索并建立了一个以长锥形牙刷毛为载体、把两段水螅身体片段串联(嫁接)起来的方法,并以中国绿水螅(Hydra sinensis)野生型品系(体内有共生藻,身体呈现绿色)、中国绿水螅无藻品系及寻常水螅(Hydra vulgaris)为移植材料,通过显微操作分别成功制备了水螅同种移植(绿水螅野生型品系切除尾部后的伤口与绿水螅无藻品系切除头部后的伤口之间的嫁接)嵌合体及异种移植(绿水螅野生型品系切除尾部后的伤口与寻常水螅切除头部后的伤口之间的嫁接)嵌合体。在移植手术结束12h时60%以上的异种移植嵌合体结构完整(两段水螅身体仍为连接状态)、24h时约40%的异种移植嵌合体结构完整、36h时不到20%的异种移植嵌合体结构完整、48h后已观察不到结构完整的异种移植嵌合体,这反映了在水螅异种移植嵌合体中存在显著的免疫排斥现象;相反,移植手术结束96h时约85%的同种移植嵌合体中两段水螅身体连接处的组织完全融合,并且这些同种移植嵌合体能够长期存活,这说明在同种移植嵌合体中免疫排斥现象即使存在也非常轻微。在此基础上,以移植手术结束24h时的同种移植嵌合体为对照,对移植手术结束24h时的异种移植嵌合体进行了转录组分析。异种移植嵌合体与同种移植嵌合体间共筛选出24125个差异表达基因(Differentially expressed genes, DEGs),其中17707个表达上调, 6418个表达下调;基于DEGs富集分析获得了26条显著KEGG通路(P<0.05),其中3条通路涉及先天免疫系统、2条通路涉及铁死亡、2条通路涉及凋亡,还有15条物质代谢通路与免疫细胞代谢重编程相关;根据KEGG富集结果统计到的与先天免疫系统直接相关的33个代表性DEGs中大部分(30个基因)表达上调,其中12个基因参与免疫应答, 4个基因涉及凋亡, 6个基因与蛋白质泛素化相关, 4个基因涉及蛋白质折叠, 4个基因涉及细胞信号转导,还有3个基因参与物质转运。结果表明,水螅异种移植手术激活了水螅的先天免疫反应、铁死亡和凋亡进程,而铁死亡和凋亡可对水螅的先天免疫水平进行调控;被激活的先天免疫系统引发了水螅免疫细胞代谢重编程,还通过抗原的加工和呈递通路启动水螅获得性免疫系统的活化进程,但没有发现水螅获得性免疫系统直接介入异种免疫排斥的相关证据。因此,水螅异种免疫排斥主要是先天免疫活动及免疫细胞代谢重编程两个因素共同作用的结果。研究为探讨动物异种免疫排斥的细胞及分子机理提供了基础数据。

关键词

异种免疫排斥 / 先天免疫 / 免疫细胞代谢重编程 / 转录组 / 中国绿水螅 / 寻常水螅