Імунна система риб: слизовий бар'єр, вроджений і адаптивний імунітет

Як риби захищаються від інфекцій: бар'єр шкіри й слизу, вроджений і адаптивний імунітет, органи імунітету без кісткового мозку, вплив температури, кортизол і стрес, основи вакцинації.

Життя в середовищі, багатому на мікроби

Вода дає мікробам більше поживних речовин, ніж наземні оселища, тому риби з ембріональної стадії оточені бактеріями та іншими мікроорганізмами. Більшість патогенів проникає через слизові поверхні: зябра, кишечник і пошкодження шкіри. Кісткові риби захищаються за допомогою і вродженого, і адаптивного імунітету, кожен з яких має клітинні та гуморальні (розчинені, неклітинні) компоненти.

Шкіра і слиз — перша лінія захисту

Шкіра, зябра, вистилка кишечника та шар слизу, що їх вкриває, утворюють перший бар'єр проти інфекції. Слиз — фізичний щит, але він і хімічно активний: у ньому є антимікробні пептиди, імуноглобуліни (антитіла), лізоцими, білки комплементу, лектини, протеази та антипротеази. У цих тканинах розташовані келихоподібні клітини й лімфоцити, а в шкірі є власна асоційована зі шкірою лімфоїдна тканина (SALT), здатна запускати місцеву імунну відповідь. На слизових також живуть коменсальні мікроби (зябрам і мікробіому присвячено окремі посібники).

Вроджений імунітет

Вроджений імунітет — основний, негайний і неспецифічний захист риб. Його завдання — зупинити або стримати інфекцію, доки не розвинеться повільніша й точніша адаптивна відповідь.

Фізичні та хімічні бар'єри: шкіра, луска, слизові поверхні й молекули в слизу.
Гуморальні фактори плазми та рідин тіла: білки комплементу, цитокіни й лізоцими. Активований комплемент приваблює імунні клітини та посилює запалення.
Клітини: макрофаги й нейтрофіли розпізнають і поглинають чужорідні агенти та виділяють активні форми кисню й азоту; якщо патогени подолали бар'єри, долучаються лімфоцити.

Адаптивний імунітет і органи імунної системи

Адаптивний імунітет індукований і специфічний до патогену; як правило, він формує імунологічну пам'ять завдяки B-клітинам, T-клітинам і антитілам. У риб немає кісткового мозку й лімфатичних вузлів. У кісткових риб передня (головна) нирка — головний кровотворний і лімфоїдний орган, необхідний для розвитку B-клітин, у тимусі дозрівають T-клітини, а селезінка — основний вторинний лімфоїдний орган; розсіяна імунна тканина є також у шкірі, зябрах, кишечнику та гонадах. Лімфатичну систему, схожу на систему ссавців, було описано в даніо 2006 року.

У кісткових риб виявлено три класи антитіл: IgM, IgD та IgT (також IgZ).
IgM переважає в системній відповіді — у крові та в таких органах, як селезінка й головна нирка.
IgT — найдавніший клас антитіл, спеціалізований на слизових; за роллю він зіставний з IgA ссавців, допомагає видаляти патогени зі слизових і підтримувати баланс коменсальної мікробіоти.
Асоційовані зі слизовими лімфоїдні тканини описано в кишечнику, шкірі, зябрах, носовій порожнині, ротовій порожнині та глотці.
У даніо циркулювальні антитіла виявляються приблизно через 28 днів після запліднення.

Залежність від температури

Риби пойкілотермні: зміна температури води означає зміну температури тіла, і імунна система йде за нею. Температура вище діапазону виду запускає стресову відповідь, здатну послабити імунітет, а огляд впливу холоду (Abram, Dixon, Katzenback 2017) доходить висновку, що гостра або хронічна дія зниженої температури загалом пригнічує імунітет, особливо адаптивний. Ефекти різняться в різних видів.

У райдужної форелі, яку утримували при 5 °C понад два місяці, активність комплементу й фагоцитоз лейкоцитами крові були нижчими, ніж у риб при 10 °C і вище.
У звичайного коропа (Cyprinus carpio) проліферація T-лімфоцитів зростала від 12 °C до 20 °C і 28 °C, а рівень антитіл при 12 °C був достовірно нижчим, ніж при 20 °C або 28 °C.
У канального сома кількість циркулювальних B-клітин падала після дії 11 °C і відновлювалася лише приблизно через п'ять тижнів, що вказує на поступову акліматизацію.
Активність макрофагів і нейтрофілів за зниженої температури, як правило, не змінювалася або навіть зростала, тож клітини вродженого імунітету, схоже, страждають менше за лімфоцити.

Стрес і кортизол

Гормони стресу пов'язують середовище з роботою імунітету (саму стресову відповідь розглянуто в окремому посібнику про стрес у риб). У риб, як і в ссавців, хронічний стрес і його головний гормон кортизол мають виразну імуносупресивну дію; вважають, що це виникло в еволюції для економії енергії на виживання, коли гомеостаз під загрозою. В експериментах із порівнянням гормонів кортизол пригнічував експресію імунних генів сильніше, ніж адреналін чи норадреналін, і знижував експресію всіх досліджених цитокінів. У ссавців гострий короткочасний стрес може посилювати деякі функції імунітету; у риб його ефекти, схоже, відрізняються від ефектів хронічного стресу, але поки що вивчені погано.

Основи вакцинації

Вакцини тренують адаптивний імунітет і застосовуються в аквакультурі, а не в домашніх акваріумах (вакцинації риб в аквакультурі присвячено окремий посібник). Шлях дії визначає відповідь: у райдужної форелі імерсійне зараження Yersinia ruckeri підвищувало IgT у слизовій кишечника, тоді як ін'єкція давала переважно IgM у системних тканинах. Внутрішньочеревна ін'єкція — переважний спосіб, але для великих господарств вона дорога й складна, тому розробляють імерсійні та пероральні мукозальні вакцини для захисту зябер, шкіри й кишечника — вхідних воріт патогенів. Холодна вода також може послаблювати вироблення антитіл на вакцини.

Кормові добавки іноді пов'язують з імунітетом, але дані видоспецифічні: у цихлазоми цитринеллум (Amphilophus citrinellus) добавка каротиноїдів не посилила вроджений імунітет.