发现和研究日本囊对虾中介导弧菌鞭毛蛋白免疫信号的模式识别受体

Flagellins are the key virulent factors of Vibrio. Sensing flagellins and triggering immune defenses is an important strategy for shrimp to resist Vibrio infection. Aiming on this topic, the previous grant of the proposer found that Leulectin could inhibit Vibrio attachment and colonization to neutralize bacterial infection in Marsupenaeus japonicus. In addition, we also found that flagellin could induce the expression of multiple antimicrobial peptides. This indicated that, besides of direct neutralization, shrimp also had the anti-Vibrio mechanism by initiating the immune signaling pathways upon sensing flagellin to induce the expression of antimicrobial effectors. However, the receptor mediating the recognition and activation is unknown. This study is aiming to identify such pattern recognition receptors, to uncover their recognition mechanisms and functions during Vibrio infection, and to reveal the signaling pathways they stimulate and the activating and regulating mechanism of these pathways. This study will establish the flagellin-receptor-immune signaling-effector signaling pathways, reveal the new mechanisms of shrimp to resist Vibrio infection by sensing flagellin, and provide new insights into vibriosis prevention and control.

鞭毛蛋白（Flagellin）是弧菌的关键毒力因子，感知Flagellin并作出免疫应答是对虾抵御弧菌感染的重要机制。针对这一主题，申请人承担的前一个国家基金项目发现了日本囊对虾Leulectin可通过识别Flagellin抑制弧菌黏附和定植，直接中和细菌感染。此外，我们还发现Flagellin可诱导多种抗菌肽效应分子表达，说明除直接中和外，对虾还具有识别Flagellin后激活下游免疫信号通路表达效应分子以抵御弧菌感染的机制，但哪些受体介导了这种识别和激活过程并不清楚。本项目拟在前一个基金积累的基础上，筛选识别弧菌Flagellin并激活下游免疫信号的模式识别受体，研究其识别机制和免疫功能，发现受体激活的免疫信号通路及其激活和调控机理。项目预期建立Flagellin-受体-下游免疫信号-效应分子信号通路，阐释对虾通过识别Flagellin抵御弧菌感染的新机制，为弧菌病防控提供新的视角。

鞭毛蛋白是一种关键的细菌毒力因子，可以刺激动物和植物的分子免疫反应。在脊椎动物中，识别鞭毛蛋白、启动免疫反应的详细机制已被阐明，但无脊椎动物是否能区分鞭毛蛋白尚不清楚。弧菌是对虾的主要细菌性病原，且鞭毛蛋白已被证实直接影响弧菌毒力。因此，发现对虾如何感知弧菌鞭毛蛋白信号，不仅将率先揭示无脊椎动物中的鞭毛蛋白识别机制，也对对虾病害防控有重要意义。我们首先发现鳗弧菌（Vibrio anguillarum）感染后，对虾血细胞内可检测到鞭毛蛋白信号。我们采用鳗弧菌鞭毛蛋白A（FlaA）为诱饵，采用酵母双杂交方法筛选并确认日本囊对虾中的人类SHOC2富含亮氨酸重复支架蛋白的同源物（命名为MjShoc2）可与FlaA相互作用。MjShoc2通过介导FlaA诱导的典型抗菌效应分子（凝集素和抗菌肽）的表达在抗菌反应中发挥作用。FlaA刺激经由MjShoc2导致细胞外调节激酶（extracellular regulated kinase，Erk）的磷酸化。Erk进而激活信号传导及转录激活蛋白（signal transducer and activator of transcription, Stat），最终诱导效应分子的表达。因此，通过阐明FlaA/MjShoc2/Erk/Stat信号传导轴，我们揭示了对虾一种新的抗菌策略，并为无脊椎动物中鞭毛蛋白的感应机制提供了新见解。此外，在本项目资助下，我们还开展了其他工作，包括一批免疫效应分子协同调控对虾-细菌互作的机制、抗病细胞因子MjVago-L的工作机制等。本项目研究成果共发表论文11篇，分别发表于PLoS Pathog（2篇）、Cell Rep、mBio、J Immunol（3篇）、Fish Shellfish Immunol和Dev Comp Immunol等期刊。