昆蟲免疫防御機制研究進展課件

1、昆蟲免疫防御機制研究進展主講人：王雄雅前言 昆蟲是地球上種類最多的生物類群，在生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位，是許多捕食者和寄生生物攻擊的對象。昆蟲在長期的進化過程中發(fā)展出了一套獨特的防御系統(tǒng)。 昆蟲和其他動物一樣，也常常有被病原物入侵的危險，但昆蟲自身具有防止異種生物的侵入和排斥、消滅異種生物的防御辦法。如昆蟲堅硬的表皮、組織間的體液、血細胞以及免疫器官等共同協(xié)調(diào)作用，保護昆蟲不受其他生物的入侵。體壁體液胃腸圍食膜病原物病原物氣門病原物 免疫是機體識別和清除體內(nèi)異物，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的一種特異生理反應(yīng)。 昆蟲的免疫系統(tǒng)與高等動物相似，具有重要的生理功能，包括：1、免疫防御：清除體內(nèi)病原物、防止感染；2

2、、免疫穩(wěn)定：清除體內(nèi)衰老和損傷的細胞，維持機體的生理平衡；3、免疫監(jiān)視：清除體內(nèi)變異產(chǎn)生的異常細胞。內(nèi)容昆蟲免疫防御種類及特征昆蟲血細胞免疫防御昆蟲抗菌肽免疫防御昆蟲酚氧化酶免疫防御其他體液免疫防御昆蟲內(nèi)共生菌介導(dǎo)的防御（非免疫防御）昆蟲免疫防御系統(tǒng)的限制因素細胞免疫體液免疫昆蟲免疫防御 存在于體液中的各種免疫細胞對異物的識別、結(jié)合及消化的作用過程，以防止外來物對自身機體造成傷害。 存在于體液中的各種免疫因子（如：抗菌肽、 酚氧化酶 和溶菌酶等分子物質(zhì)）對外來物進行清除，以保護自身機體不被損害的防御過程。2.昆蟲血細胞免疫防御血細胞原血細胞漿血細胞粒血細胞類絳血細胞 原血細胞是昆蟲體內(nèi)最基本的

3、血細胞，其他血細胞均由其分化而來，而原血細胞自身還具有分裂增殖的功能。 漿細胞通常在外來物表面呈不對稱伸展，主要形成包裹的血細胞。 粒細胞對外來物表面具有強的黏附作用，并對稱性伸展，執(zhí)行吞噬功能。 類絳細胞屬于非粘附細胞，其在酚氧化酶級聯(lián)反應(yīng)中起作用。小球細胞 小球細胞也屬于非粘附細胞，是蟲體表膜成分角皮層的潛在來源昆蟲血細胞的生成 血細胞的產(chǎn)生和增殖主要發(fā)生在蟲體發(fā)育的兩個時期：第一時期產(chǎn)生于胚胎期的中胚層頭或背部，第二時期產(chǎn)生于幼蟲或蛹期由中胚層分化而成的造血器官中。昆蟲血細胞的分化 早期在胚胎第二裂片的原血細胞是外皮層分化而來的主要血細胞，在三齡后期釋放，蛻變期后隨淋巴腺退化。胚胎組織的

4、循環(huán)血細胞可繼續(xù)在幼蟲期分化、增殖。2.2昆蟲血細胞的生成和分化吞噬作用：活化的血細胞可直接吞噬入侵的細菌等微小病原體并將其殺滅。粒血細胞和漿血細胞是進行吞噬作用的主要血細胞。包被反應(yīng)：主要足針對較大的入侵病原體，大量血細胞包圍在病原體周圍，并形成囊狀，包裹病原體進行黑化反應(yīng)。結(jié)節(jié)形成：當大量微生物入侵時，先由顆粒血細胞釋放顆粒，將一些血細胞及大量細菌等卷入形成黑化團，進一步由漿血細胞形成多層的鞘圍繞黑化核即形成結(jié)節(jié)。 抗菌肽是昆蟲體液免疫中重要的抗菌因子，具有廣譜抗菌性。不僅能殺死革蘭氏陽性及陰性菌，還有抗真菌、病毒、原蟲及抑制癌細胞的活性。 昆蟲抗菌肽的產(chǎn)生， 是在外界因素誘導(dǎo)下發(fā)生的生物

5、效應(yīng)。這些誘導(dǎo)因子既可以是致病性的細菌，也可以是一些不造成感染的物理和化學(xué)的因素，如超聲波、 射線、 生理鹽水、 聚肌胞核苷酸等（表1）3.1昆蟲抗菌肽簡述抗菌肽可根據(jù)分子結(jié)構(gòu)特點分為4類：(1)以天蠶素為代表的不含半胱氨酸殘基的抗菌肽，現(xiàn)在已經(jīng)從鱗翅目的蛾類、蝴蝶及雙翅目的蠅類中分離純化出20多種天蠶素類似物。(2)以防御素、死亡素為代表的富含半胱氨酸殘基的堿性多肽。(3)以膜翅目昆蟲中發(fā)現(xiàn)的蜜蜂肽等為代表的富含脯氨酸殘基的抗菌肽。(4)以雙翅目昆蟲中分離得到的雙翅肽、攻擊素、麻蠅毒素等為代表的富含甘氨酸殘基的抗菌肽。3.2昆蟲抗菌肽的類型抗菌肽的作用機制主要有4個方面：酶促水解破壞微生物的

6、細胞壁；直接插入細胞膜破壞膜結(jié)構(gòu)及其通透性；抑制微生物的物質(zhì)代謝，尤其是外膜組分的合成，阻止細胞分裂增殖；代謝產(chǎn)生細胞毒性物質(zhì)（酚氧化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的過氧化物自由基和羥基自由基），使異物被殺死或鈍化。3.3昆蟲抗菌肽防御機制3.4昆蟲抗菌肽應(yīng)用前景新藥物的研發(fā)： 由于昆蟲抗菌肽具有分子量小、熱穩(wěn)定性強、水溶性好、無免疫原性、強堿性、抗菌譜廣等特點。昆蟲抗菌肽不僅對細菌和真菌有廣譜殺滅作用，而且對病毒、原蟲及癌細胞也有殺傷作用，且不易產(chǎn)生抗藥性。其作用機制獨特，不損害或破壞高等動物的正常細胞。在動物飼料中的應(yīng)用： 抗菌肽種類多，抗菌譜廣，是一種的短鏈蛋白質(zhì)或小肽，因細菌不會對其產(chǎn)生耐藥性、無殘留

7、、不會產(chǎn)生富集效應(yīng)受到人們青睞。轉(zhuǎn)基因動物、植物： 由于抗菌肽具有抗菌廣譜性，對利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)選育抗病品種提供優(yōu)秀的基因資源。4.昆蟲酚氧化酶免疫防御4.1昆蟲酚氧化酶簡述 酚氧化酶（PO）又稱為酪氨酸酶，是以酚氧化酶原（POO）的形式存在于昆蟲血淋巴、 表皮及中腸中。當昆蟲受到外界微生物的入侵和傷害時，通過特異性絲氨酸蛋白酶的級聯(lián)反應(yīng) （POO 級聯(lián)） 而使酚氧化酶原裂解成酚氧化酶，參與機體的免疫防御反應(yīng)。PO氧化酪氨酸、 多巴和多巴胺等物質(zhì)成黑色素，而昆蟲的體液免疫中的黑化反應(yīng)與黑色素有著密切的聯(lián)系，在此氧化過程中產(chǎn)生有細胞毒性醌，醌也有利于殺死被包被的微生物。酪氨酸酚氧化酶多巴黑色素酚氧

8、化酶原絲氨酸蛋白酶絲氨酸蛋白酶原細菌、真菌等的細胞壁成分激活參與黑化反應(yīng)4.3昆蟲體內(nèi)酚氧化酶作用機制醌殺傷病原物6.1昆蟲內(nèi)共生菌 昆蟲內(nèi)共生菌是與宿主相互依賴、相互影響、協(xié)同進化的。根據(jù)其生物學(xué)和進化史，昆蟲內(nèi)共生菌可以分為2類，初生共生菌和次生共生菌。初生共生菌：與寄主的存活和繁殖有關(guān)，進行嚴格的垂直傳播。例如蚜蟲內(nèi)共生菌能提供給蚜蟲必須的營養(yǎng)。次生共生菌：與寄主的適應(yīng)性有關(guān)，如提高寄主的存活率和繁殖量，通過低水平的水平傳播就能在新的寄主體內(nèi)定殖，有時也能進行垂直傳播?？共≡婢饔?共生菌具有抵御病原菌的作用，如白蟻的共生細菌具有氧化還原的能力，能抑制外來病原微生物的入侵?？辜纳渥饔?/p>

9、 例如豌豆蚜體內(nèi)的2種共生菌與其抵御寄生蜂有關(guān)，蚜蟲的寄生率可降低30以上，這種作用并非由蚜蟲本身的基因型引起，而是由其體內(nèi)共生細菌決定的?？共妒匙饔?共生菌也能產(chǎn)生有毒物質(zhì)保護寄主免于被捕食，如白蟻體內(nèi)共生菌能產(chǎn)生甲烷氣體以防御螞蟻和其它捕食性天敵。 6.2內(nèi)共生菌對昆蟲防御的作用 昆蟲自身的免疫系統(tǒng)也存在一些限制因素，如識別抗原失敗、免疫特異性、防御代價、自體免疫、性別、資源利用率和寄生物的干擾等，而這些局限使得昆蟲的免疫防御受到不同(自發(fā)或誘導(dǎo)的、廣泛或具體的)免疫反應(yīng)的影響，從而限制其持續(xù)的免疫防御。7.昆蟲免疫防御系統(tǒng)的限制因素資源利用率：資源利用率對昆蟲免疫的限制目前主要集中在昆蟲

10、的食物與其免疫防御間的相互關(guān)系上。寄生物的干擾：寄生物在侵入寄主體內(nèi)后能抑制寄主的免疫防御，如寄生蜂寄生時PDV和畸形細胞對寄主的影響；錐體蟲、線蟲會抑制酚氧化酶。免疫特異性：昆蟲的免疫防御識別標準會影響其免疫防御反應(yīng)，由于昆蟲識別也常具有?；?，從而使得昆蟲不能識別另外很多其他的抗原，不能激活其免疫防御。防御代價：昆蟲的免疫防御不僅要消耗能量和食物，而且還會造成昆蟲在進化過程中其體內(nèi)某些與生存適合度有關(guān)的功能下降。包括進化代價和維持防御代價。自體免疫：昆蟲的免疫防御要依賴于對自身物質(zhì)和異己物質(zhì)的正確識別，正因如此才容易引起識別失敗的問題，造成自我損害。性別：通常在昆蟲中雄性的免疫反應(yīng)能力要低于雌性，雄蟲為獲得交配機會，就以降低免疫能力為代價。其它因素：免疫反應(yīng)時間、環(huán)境溫度和昆蟲老化等 對昆蟲免疫防御機制的研究不僅使我們對昆蟲整個免疫系統(tǒng)有所了解，同是也啟發(fā)了人類對自身的免疫機制的認識和探索，也對我們在其他領(lǐng)域的認知和發(fā)展提供了新思維。如對害蟲的防治和益蟲