DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2024.1474512
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39611155
تاريخ النشر: 2024-11-14
المؤلف: Jesús Luis Betancourt وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات استجابة المناعة في اللافقاريات
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على الجهاز المناعي الفطري في القشريات، مع التركيز بشكل خاص على القشريات العشرية، التي تعتبر دفاعها الرئيسي ضد العدوى في البيئات المائية. تسلط المراجعة الضوء على التحديات الكبيرة التي تواجه القشريات في تربية الأحياء المائية، حيث تؤدي الكثافات السكانية العالية والضغوط البيئية إلى تعطيل توازن المضيف والجراثيم، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية. يتم مناقشة المكونات الرئيسية لعلم المناعة في القشريات، مثل مستقبلات التعرف على الأنماط، ومُستقبلات شبيهة Toll (TLRs)، ومسار نقص المناعة (IMD)، إلى جانب دور الببتيدات المضادة للميكروبات (AMPs) في الدفاع ضد الجراثيم.
علاوة على ذلك، تفحص المراجعة كيف تؤثر العوامل البيئية – مثل تقلبات درجة الحرارة، ومستويات الأمونيا، والتلوث – على الاستجابات المناعية وتزيد من قابلية الإصابة بالأمراض. تؤكد على ضرورة إجراء أبحاث مستقبلية للتحقيق في التفاعلات بين هذه الضغوط ومسارات الإشارات المناعية، بالإضافة إلى تطوير استراتيجيات تهدف إلى تعزيز الاستجابات المناعية في بيئات تربية الأحياء المائية. بشكل عام، تسهم النتائج في فهم أعمق لآليات التعرف على الجراثيم والدفاع في القشريات، خاصة في ظل ظروف الضغط غير الحيوي.
مقدمة
تستعرض المقدمة أهمية المناعة الفطرية في اللافقاريات، وخاصة القشريات، التي تكيفت بنجاح مع بيئات متنوعة وتقاوم العديد من العدوى الميكروبية. المناعة المكتسبة، التي يُعتقد أنها ظهرت قبل حوالي 500 مليون سنة مع الفقاريات المبكرة، تتناقض مع الاستجابات المناعية الفطرية القوية التي لوحظت في القشريات. أصبحت الروبيان الأبيض الباسيفيكي، *Litopenaeus (Penaeus) vannamei*، أكثر أنواع المحار المزروعة على مستوى العالم، حيث زادت الإنتاجية بشكل كبير من 0.15 مليون طن في عام 2000 إلى 5.8 مليون طن في عام 2020. ومع ذلك، يواجه قطاع تربية الأحياء المائية خسائر اقتصادية كبيرة، تُقدّر بحوالي 50 مليار دولار سنويًا، بسبب تفشي الأمراض المرتبطة بالجراثيم مثل فيروس متلازمة البقع البيضاء (WSSV) وأنواع *Vibrio* المختلفة.
تسلط المقدمة الضوء أيضًا على التأثير الضار للضغوط البيئية، بما في ذلك تقلبات درجة الحرارة والملوثات، على صحة القشريات، مما يضعف الدفاعات المناعية ويزيد من قابلية الإصابة بالأمراض. استجابةً لهذه التحديات، هناك اتجاه مقلق للاستخدام المفرط للمضادات الحيوية في تربية الأحياء المائية، مما يسهم في مقاومة المضادات الحيوية. تهدف هذه المراجعة إلى تجميع المعرفة الحالية حول مستقبلات التعرف على الأنماط في القشريات، ومسارات الإشارات الخاصة بها، والاستجابات المناعية، مع معالجة الضغوط البيئية التي تؤثر على تربية الأحياء المائية وآثارها على صحة القشريات.
نقاش
يتميز الجهاز المناعي للقشريات المائية بقدرته على مكافحة مجموعة متنوعة من الجراثيم بفضل حواجزه الفيزيائية المعقدة واستجاباته المناعية المتطورة. تشمل دفاعاتهم هيكلًا خارجيًا قويًا، وآليات هضمية واقية، وطبقة ظهارية قوية، والتي تمنع معًا معظم الغزوات الميكروبية. عندما تخترق الجراثيم هذه الحواجز، تقوم القشريات بنشر استجابات مناعية خلوية ومصلية. تشمل الآليات الخلوية الرئيسية البلعمة، وإطلاق الهيموسيت، وإطلاق الببتيدات المضادة للميكروبات (AMPs)، بينما تشمل الاستجابات المصلية التعرف على الجراثيم، وتخثر الهيموليمف، وتنشيط نظام البروفيينول أوكسيداز (proPO)، الذي يعزز تصبغ الجراثيم وتدميرها.
تلعب بروتينات التعرف على الأنماط (PRPs) دورًا حاسمًا في الاستجابة المناعية للقشريات من خلال التعرف على الأنماط الجزيئية المرتبطة بالجراثيم (PAMPs) مثل الليبوسكريات والبيبتيدوجليكانات. تم تحديد عائلات مختلفة من PRPs، بما في ذلك بروتينات مرتبطة بـ β-1،3-غلوكوزاناز والليكتينات، كل منها يساهم في وظائف المناعة مثل تنشيط الهيموسيت وتجمع الجراثيم. تُعتبر مستقبلات شبيهة Toll (TLRs) ومسار نقص المناعة (IMD) مسارات إشارات مهمة في القشريات، حيث تُظهر TLRs تشابهات مع مستقبلات الثدييات في قدرتها على التعرف على PAMPs مباشرة. لقد أظهر مسار IMD، المسؤول بشكل أساسي عن الاستجابة للبكتيريا سالبة الجرام، أنه ينشط الاستجابات المضادة للميكروبات من خلال سلسلة من البروتينات الإشارية المختلفة. بشكل عام، تُظهر القشريات نظامًا مناعيًّا عالي التكيف يدمج بين الاستجابات الفطرية والمصلية لإدارة تهديدات الجراثيم بشكل فعال.
DOI: https://doi.org/10.3389/fimmu.2024.1474512
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39611155
Publication Date: 2024-11-14
Author(s): Jesús Luis Betancourt et al.
Primary Topic: Invertebrate Immune Response Mechanisms
Overview
The section provides an overview of the innate immune system in crustaceans, particularly focusing on Decapoda, which serves as their primary defense against infections in aquatic environments. The review highlights the significant challenges faced by crustaceans in aquaculture, where high population densities and environmental stressors disrupt the host-pathogen balance, leading to economic losses. Key components of crustacean immunology, such as pattern recognition receptors, Toll-like receptors (TLRs), and the immune deficiency (IMD) pathway, are discussed, alongside the role of antimicrobial peptides (AMPs) in pathogen defense.
Furthermore, the review examines how environmental factors—such as temperature fluctuations, ammonia levels, and pollution—affect immune responses and increase disease susceptibility. It underscores the necessity for future research to investigate the interactions between these stressors and immune signaling pathways, as well as to develop strategies aimed at enhancing immune responses in aquaculture settings. Overall, the findings contribute to a deeper understanding of pathogen recognition and defense mechanisms in crustaceans, particularly under conditions of abiotic stress.
Introduction
The introduction outlines the significance of innate immunity in invertebrates, particularly crustaceans, which have successfully adapted to various environments and resist numerous microbial infections. Acquired immunity, believed to have emerged around 500 million years ago with early vertebrates, contrasts with the robust innate immune responses observed in crustaceans. The Pacific white shrimp, *Litopenaeus (Penaeus) vannamei*, has become the most cultivated shellfish globally, with production increasing dramatically from 0.15 million tonnes in 2000 to 5.8 million tonnes in 2020. However, the aquaculture sector faces substantial economic losses, estimated at USD 50 billion annually, primarily due to disease outbreaks linked to pathogens such as the White Spot Syndrome Virus (WSSV) and various *Vibrio* species.
The introduction further highlights the detrimental impact of environmental stressors, including temperature fluctuations and contaminants, on crustacean health, which compromise immune defenses and heighten disease susceptibility. In response to these challenges, there is a concerning trend of antibiotic overuse in aquaculture, contributing to antibiotic resistance. This review aims to synthesize current knowledge on crustacean pattern recognition receptors, their signaling pathways, and immune responses, while also addressing the environmental stressors affecting aquaculture and their implications for crustacean health.
Discussion
The immune system of aquatic crustaceans is adept at combating a variety of pathogens due to their complex physical barriers and sophisticated immune responses. Their defenses include a strong exoskeleton, protective digestive mechanisms, and a robust epithelial layer, which together prevent most microbial invasions. When pathogens breach these barriers, crustaceans deploy both cellular and humoral immune responses. Key cellular mechanisms involve phagocytosis, hemocyte degranulation, and the release of antimicrobial peptides (AMPs), while humoral responses include pathogen recognition, hemolymph coagulation, and activation of the prophenoloxidase (proPO) system, which enhances pathogen melanization and destruction.
Pattern recognition proteins (PRPs) play a crucial role in the crustacean immune response by recognizing pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) such as lipopolysaccharides and peptidoglycans. Various families of PRPs, including β-1,3-glucanase-related proteins and lectins, have been identified, each contributing to immune functions like hemocyte activation and agglutination of pathogens. Toll-like receptors (TLRs) and the immune deficiency (IMD) pathway are significant signaling pathways in crustaceans, with TLRs showing similarities to mammalian receptors in their ability to recognize PAMPs directly. The IMD pathway, primarily responsible for responding to Gram-negative bacteria, has been shown to activate antimicrobial responses through a cascade involving various signaling proteins. Overall, crustaceans exhibit a highly adaptive immune system that integrates both innate and humoral responses to effectively manage pathogen threats.