Иммунная система рыб: слизистый барьер, врождённый и адаптивный иммунитет

Как рыбы защищаются от инфекций: барьер кожи и слизи, врождённый и адаптивный иммунитет, органы иммунитета без костного мозга, влияние температуры, кортизол и стресс, основы вакцинации.

Жизнь в среде, богатой микробами

Вода даёт микробам больше питательных веществ, чем наземные местообитания, поэтому рыбы с эмбриональной стадии окружены бактериями и другими микроорганизмами. Большинство патогенов проникает через слизистые поверхности: жабры, кишечник и повреждения кожи. Костные рыбы защищаются с помощью и врождённого, и адаптивного иммунитета, каждый из которых имеет клеточные и гуморальные (растворённые, неклеточные) компоненты.

Кожа и слизь — первая линия защиты

Кожа, жабры, выстилка кишечника и покрывающий их слой слизи образуют первый барьер против инфекции. Слизь — физический щит, но она и химически активна: в ней есть антимикробные пептиды, иммуноглобулины (антитела), лизоцимы, белки комплемента, лектины, протеазы и антипротеазы. В этих тканях находятся бокаловидные клетки и лимфоциты, а в коже есть собственная ассоциированная с кожей лимфоидная ткань (SALT), способная запускать местный иммунный ответ. На слизистых также живут комменсальные микробы (жабрам и микробиому посвящены отдельные руководства).

Врождённый иммунитет

Врождённый иммунитет — основная, немедленная и неспецифическая защита рыб. Его задача — остановить или сдержать инфекцию, пока не разовьётся более медленный и точный адаптивный ответ.

Физические и химические барьеры: кожа, чешуя, слизистые поверхности и молекулы в слизи.
Гуморальные факторы плазмы и жидкостей тела: белки комплемента, цитокины и лизоцимы. Активированный комплемент привлекает иммунные клетки и усиливает воспаление.
Клетки: макрофаги и нейтрофилы распознают и поглощают чужеродные агенты и выделяют активные формы кислорода и азота; если патогены преодолели барьеры, подключаются лимфоциты.

Адаптивный иммунитет и органы иммунной системы

Адаптивный иммунитет индуцируемый и специфичен к патогену; как правило, он формирует иммунологическую память за счёт B-клеток, T-клеток и антител. У рыб нет костного мозга и лимфатических узлов. У костистых рыб передняя (головная) почка — главный кроветворный и лимфоидный орган, необходимый для развития B-клеток, в тимусе созревают T-клетки, а селезёнка — основной вторичный лимфоидный орган; рассеянная иммунная ткань есть также в коже, жабрах, кишечнике и гонадах. Лимфатическая система, похожая на систему млекопитающих, была описана у данио в 2006 году.

У костистых рыб выявлены три класса антител: IgM, IgD и IgT (также IgZ).
IgM преобладает в системном ответе — в крови и в таких органах, как селезёнка и головная почка.
IgT — самый древний класс антител, специализированный на слизистых; по роли он сопоставим с IgA млекопитающих, помогает удалять патогены со слизистых и поддерживать баланс комменсальной микробиоты.
Ассоциированные со слизистыми лимфоидные ткани описаны в кишечнике, коже, жабрах, носовой полости, ротовой полости и глотке.
У данио циркулирующие антитела выявляются примерно через 28 дней после оплодотворения.

Зависимость от температуры

Рыбы пойкилотермны: изменение температуры воды означает изменение температуры тела, и иммунная система следует за ним. Температура выше диапазона вида запускает стрессовый ответ, способный ослабить иммунитет, а обзор влияния холода (Abram, Dixon, Katzenback 2017) заключает, что острое или хроническое воздействие пониженной температуры в целом подавляет иммунитет, особенно адаптивный. Эффекты различаются у разных видов.

У радужной форели, содержавшейся при 5 °C более двух месяцев, активность комплемента и фагоцитоз лейкоцитами крови были ниже, чем у рыб при 10 °C и выше.
У обыкновенного карпа (Cyprinus carpio) пролиферация T-лимфоцитов росла от 12 °C к 20 °C и 28 °C, а уровень антител при 12 °C был достоверно ниже, чем при 20 °C или 28 °C.
У канального сома число циркулирующих B-клеток падало после воздействия 11 °C и восстанавливалось лишь примерно через пять недель, что указывает на постепенную акклимацию.
Активность макрофагов и нейтрофилов при пониженной температуре, как правило, не менялась или даже росла, так что клетки врождённого иммунитета, по-видимому, страдают меньше лимфоцитов.

Стресс и кортизол

Гормоны стресса связывают среду с работой иммунитета (сам стрессовый ответ рассмотрен в отдельном руководстве о стрессе у рыб). У рыб, как и у млекопитающих, хронический стресс и его главный гормон кортизол оказывают отчётливо иммуносупрессивное действие; считается, что это возникло в эволюции для экономии энергии на выживание, когда гомеостаз под угрозой. В экспериментах со сравнением гормонов кортизол подавлял экспрессию иммунных генов сильнее, чем адреналин или норадреналин, и снижал экспрессию всех изученных цитокинов. У млекопитающих острый кратковременный стресс может усиливать некоторые функции иммунитета; у рыб его эффекты, по-видимому, отличаются от эффектов хронического стресса, но пока изучены плохо.

Основы вакцинации

Вакцины тренируют адаптивный иммунитет и применяются в аквакультуре, а не в домашних аквариумах (вакцинации рыб в аквакультуре посвящено отдельное руководство). Путь воздействия определяет ответ: у радужной форели иммерсионное заражение Yersinia ruckeri повышало IgT в слизистой кишечника, тогда как инъекция давала в основном IgM в системных тканях. Внутрибрюшинная инъекция — преобладающий способ, но для крупных хозяйств она дорога и сложна, поэтому разрабатываются иммерсионные и пероральные мукозальные вакцины для защиты жабр, кожи и кишечника — входных ворот патогенов. Холодная вода также может ослаблять выработку антител на вакцины.

Кормовые добавки иногда связывают с иммунитетом, но данные видоспецифичны: у цихлазомы цитринеллум (Amphilophus citrinellus) добавка каротиноидов не усилила врождённый иммунитет.