來源丨科研圈（ID：keyanquan）
編譯 劉平平
編輯：魏瀟
對於大多數脊椎動物來說，缺乏適應性免疫是致命的。但有一種動物卻放棄了適應性免疫，來換取交配和繁衍的機會。
6.2毫米長的雄性鮟鱇魚寄生融合在46毫米長的雌性鮟鱇魚背上。圖片來源：Edith A. Widder
鮟鱇魚（anglerfish）一直是深海中神秘的存在，這不僅因為它怪異的長相，更因為它過分奇特的交配方式。
在我們所知的近 170 種鮟鱇魚中，某些種類的雄性鮟鱇魚似乎只為了嗅出它們的伴侶而活。一旦找到雌性鮟鱇魚 (可能是雄魚體積的 60 倍)，雄魚便會緊緊咬住雌魚的肚子。隨後，雄魚的嘴會先開始溶解，把它和它的“新娘”結合在一起。最終兩者的組織融為一體，甚至共享血液循環。雄魚與雌魚交配後，雄魚的內臟會迅速萎縮，只剩下一對球根狀的睪丸，睪丸周圍有鰓，從雌魚的側面突出來，就像一個裝滿精子的掛包。自此，雄魚將完全依賴雌魚提供營養。
這種奇特的交配繁殖方式被稱為“性寄生”（sexual parasitism）。對於生活在漆黑深海里的鮟鱇魚，雌雄魚相遇的概率非常小，這種一旦相遇便“吃定”不鬆口的繁殖方式，反而能大大增加繁殖成功的概率。
但是我們都知道，無論是病原體，還是移植的器官，免疫系統都會將其視為異物，發起攻擊。例如人類器官移植前，需要嚴格檢測供體和受體組織類型的匹配度，接受外來器官的患者還需要服用免疫抑制藥物，才能確保移植器官長期存活。
那為何雄性鮟鱇魚不受雌魚免疫系統排斥，安心寄生呢？
近日，發表於Science的一項研究解開了這個謎題。研究發現，那些可以與配偶融合的鮟鱇魚，基因組中與適應性免疫有關的關鍵基因發生了根本性變異，使得鮟鱇魚缺乏適應性免疫。在演化過程中，與抗體生成、殺傷 T 細胞相關的基因發生突變可能為鮟鱇魚奇特的生殖方式鋪平了道路。但對科學家來說，在免疫缺失的情況下，鮟鱇魚如何在深海中保護自己免受病原體侵害是一個需要深入探討的問題。
該研究的作者，德國馬克斯·普朗克免疫與表觀遺傳學研究所的免疫學家托馬斯·伯姆（Thomas Boehm）及其團隊一直想知道這些鮟鱇魚是如何在個體之間進行身體融合的，於是他們著手分析了它們的基因組。來自深海的生物樣本很難獲得，但是在美國華盛頓大學深海鮟鱇魚專家西奧多·皮奇（Theodore Pietsch）的幫助下，該團隊從幾個標本收集處獲得組織樣本。
伯姆團隊對涵蓋了 13 種深海鮟鱇魚的 31個樣本進行了 DNA 測序，其中有 4 個物種通過短暫依附進行交配，還有 6 個物種會永久融合——有 3 種是一對一融合，還有 3 種是多個雄性與一個雌性融合。為控制變量，研究小團隊同時檢測了 3 種不通過融合進行交配的鮟鱇魚作為對照。
研究者們關注了一些在適應性免疫反應中起關鍵作用並具有代表性特徵的基因。MHC 蛋白是區分個體間差異的細胞表面分子，能使 T 細胞區分自身細胞和外來細胞。同時，MHC I 類蛋白能夠在組織移植中驅使殺傷 T 細胞攻擊外來細胞。因此，研究團隊研究了編碼鮟鱇魚主要組織相容性複合體 MHC I 類和 II 類蛋白的基因。
有趣的是，6 種與伴侶永久融合的鮟鱇魚 MHC 基因都出現了顯著的變化，特別是在多隻雄魚和一隻雌魚融合的種類中，MHC基因的變化更為顯著。同時，研究人員還發現與 MHC I 類蛋白相互作用、編碼殺傷 T 細胞受體的基因也發生了改變。例如，6 個永久融合種中，編碼殺傷 T 細胞受體的兩個基因完全缺失，這表明，降低 T 細胞的攻擊性對不同鮟鱇魚個體融合是必不可少的。
腹部寄生著雄魚的雌性鮟鱇魚。圖片來源：Edith A. Widder
在組織移植過程中，抵抗外來組織的抗體會引起患者的併發症，因此研究小組還研究了與抗體形成相關的一些基因。雖然這些基因中的大部分在大多數鮟鱇魚體內都是完整的，但他們發現產生特異性抗體的aicda基因在所有能夠融合的鮟鱇魚體內都有所缺失，而在 3 種對照魚體內卻完好無損。除此之外，rag基因也與抗體形成相關，在多隻雄魚與一隻雌魚融合的物種中，rag基因積累了有害的突變，而在一對一融合物種中rag基因卻相對完整。
研究小組指出，總的來說，配偶之間的融合越多，適應性免疫基因的變化也就越多。雖然短暫融合似乎只需減少抗體反應，但永久的一對一融合似乎與殺傷 T 細胞功能的減弱有關。在有多個配偶相融合的情況下，適應性免疫將產生更多變化，比如抗體反應遲鈍、rag基因缺失等。
倫敦大學的免疫學家和病毒學家阿爾貝託·法薩提（Ariberto Fassati）雖未參與這項研究，但他認為這項研究的結果驚人。許多科學家認為，免疫系統一旦建立，就只會朝著一個方向演化，“變得更加具有適應性和特異性”他說，“但實際上如果演化壓力合理，失去適應性免疫的力量也是可能的。” 據他所知，深海鮟鱇魚是脊椎動物中第一個喪失適應性免疫程度如此巨大的例子。
對於大多數脊椎動物，缺乏適應性免疫是致命的。伯姆說：“出生時帶有rag基因突變的嬰兒，如果不通過骨髓移植接受治療，就會重病或迅速死亡。”
在免疫缺失的情況下，鮟鱇魚如何在深海中保護自己免受病原體侵害？伯姆推測，鮟鱇魚或已進化出其他一些免疫系統，或通過增強先天免疫機制以彌補所缺的適應性免疫。他推測，也許鮟鱇魚可以通過持續表達干擾素使它們的身體處於持續的警戒狀態，並使病毒和其他病原體難以感染。他說，研究一些鮟鱇魚在失去適應性免疫後如何應對病原體侵染，有助於為免疫缺陷患者找到治療方案。
美國得克薩斯農工大學的進化生物學家吉爾·羅森塔爾（Gil Rosenthal）認為：“這項研究強調了基因組學革命除了讓研究人員研究模式生物，還能更多地探索地球生命的不同適應性。” 劍橋大學的遺傳學家伊麗莎白·默奇森（Elizabeth Murchison ）則表示， “通過探索演化上的不同譜系，我們不僅要學習免疫學，還要學習所有的生物學知識。你永遠不知道你將會發現什麼，因為大自然是如此的廣闊和多樣，非常特殊的生態位有如此多的適應能力。”
儘管鮟鱇魚先天免疫系統改善的細節還有待探索，但這項研究有助於開發治療先天免疫功能或後天免疫功能受損的潛在策略，也可能為克服人類免疫紊亂開闢新的途徑。
論文信息
【標題】The immunogenetics of sexual parasitism
【作者】Jeremy B. Swann, Stephen J. Holland, Malte Petersen, Theodore W. Pietsch, Thomas Boehm*
【期刊】Science
【時間】30 Jul 2020
【DOI】10.1126/science.aaz9445
【摘要】Sexual parasitism has evolved as a unique mode of reproduction among deep-sea anglerfishes. The permanent attachment of males to host females observed in these species represents a form of anatomical joining, which is otherwise unknown in nature. Striking modifications to immune facilities are associated with this reproductive trait. The genomes of species with temporarily attaching males lack functional aicda genes that underpin affinity maturation of antibodies. Permanent attachment is associated with additional alterations, culminating in the loss of functional rag genes in some species, abolishing somatic diversification of antigen receptor genes, the hallmark of canonical adaptive immunity. In anglerfishes, co-evolution of innate and adaptive immunity has been disentangled, implying that an alternative form of immunity supported the emergence of this evolutionarily successful group of vertebrates.
【鏈接】https://science.sciencemag.org/content/early/2020/07/29/science.aaz9445
參考鏈接：
1.https://www.the-scientist.com/news-opinion/for-mates-to-fuse-bodies-some-anglerfish-have-lost-immune-genes-67782
2.https://www.nytimes.com/2020/07/30/science/anglerfish-immune-rejection.html
本文經授權轉載自科研圈（ID：keyanquan），如需二次轉載請聯繫原作者。
轉載請超鏈接註明：頭條資訊 » 為了繁殖，它們連免疫能力都不要了
免責聲明
：非本網註明原創的信息，皆為程序自動獲取互聯網，目的在於傳遞更多信息，並不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責；如此頁面有侵犯到您的權益，請給站長發送郵件，並提供相關證明(版權證明、身份證正反面、侵權鏈接)，站長將在收到郵件24小時內刪除。