对于大多数脊椎动物来说，缺乏适应性免疫是致命的。但有一种动物却放弃了适应性免疫，来换取交配和繁衍的机会。

6.2毫米长的雄性鮟鱇鱼寄生融合在46毫米长的雌性鮟鱇鱼背上。图片来源：Edith A. Widder

编译 刘平平

编辑 魏潇

鮟鱇鱼（anglerfish）一直是深海中神秘的存在，这不仅因为它怪异的长相，更因为它过分奇特的交配方式。

在我们所知的近 170 种鮟鱇鱼中，某些种类的雄性鮟鱇鱼似乎只为了嗅出它们的伴侣而活。一旦找到雌性鮟鱇鱼 (可能是雄鱼体积的 60 倍)，雄鱼便会紧紧咬住雌鱼的肚子。随后，雄鱼的嘴会先开始溶解，把它和它的“新娘”结合在一起。最终两者的组织融为一体，甚至共享血液循环。雄鱼与雌鱼交配后，雄鱼的内脏会迅速萎缩，只剩下一对球根状的睾丸，睾丸周围有鳃，从雌鱼的侧面突出来，就像一个装满精子的挂包。自此，雄鱼将完全依赖雌鱼提供营养。

这种奇特的交配繁殖方式被称为“性寄生”（sexual parasitism）。对于生活在漆黑深海里的鮟鱇鱼，雌雄鱼相遇的概率非常小，这种一旦相遇便“吃定”不松口的繁殖方式，反而能大大增加繁殖成功的概率。

但是我们都知道，无论是病原体，还是移植的器官，免疫系统都会将其视为异物，发起攻击。例如人类器官移植前，需要严格检测供体和受体组织类型的匹配度，接受外来器官的患者还需要服用免疫抑制药物，才能确保移植器官长期存活。

那为何雄性鮟鱇鱼不受雌鱼免疫系统排斥，安心寄生呢？

近日，发表于 Science 的一项研究解开了这个谜题。研究发现，那些可以与配偶融合的鮟鱇鱼，基因组中与适应性免疫有关的关键基因发生了根本性变异，使得鮟鱇鱼缺乏适应性免疫。在演化过程中，与抗体生成、杀伤 T 细胞相关的基因发生突变可能为鮟鱇鱼奇特的生殖方式铺平了道路。但对科学家来说，在免疫缺失的情况下，鮟鱇鱼如何在深海中保护自己免受病原体侵害是一个需要深入探讨的问题。

该研究的作者，德国马克斯·普朗克免疫与表观遗传学研究所的免疫学家托马斯·伯姆（Thomas Boehm）及其团队一直想知道这些鮟鱇鱼是如何在个体之间进行身体融合的，于是他们着手分析了它们的基因组。来自深海的生物样本很难获得，但是在美国华盛顿大学深海鮟鱇鱼专家西奥多·皮奇（Theodore Pietsch）的帮助下，该团队从几个标本收集处获得组织样本。

伯姆团队对涵盖了 13 种深海鮟鱇鱼的 31个样本进行了 DNA 测序，其中有 4 个物种通过短暂依附进行交配，还有 6 个物种会永久融合——有 3 种是一对一融合，还有 3 种是多个雄性与一个雌性融合。为控制变量，研究小团队同时检测了 3 种不通过融合进行交配的鮟鱇鱼作为对照。

研究者们关注了一些在适应性免疫反应中起关键作用并具有代表性特征的基因。MHC 蛋白是区分个体间差异的细胞表面分子，能使 T 细胞区分自身细胞和外来细胞。同时，MHC I 类蛋白能够在组织移植中驱使杀伤 T 细胞攻击外来细胞。因此，研究团队研究了编码鮟鱇鱼主要组织相容性复合体 MHC I 类和 II 类蛋白的基因。

有趣的是，6 种与伴侣永久融合的鮟鱇鱼 MHC 基因都出现了显著的变化，特别是在多只雄鱼和一只雌鱼融合的种类中，MHC 基因的变化更为显著。同时，研究人员还发现与 MHC I 类蛋白相互作用、编码杀伤 T 细胞受体的基因也发生了改变。例如，6 个永久融合种中，编码杀伤 T 细胞受体的两个基因完全缺失，这表明，降低 T 细胞的攻击性对不同鮟鱇鱼个体融合是必不可少的。

腹部寄生着雄鱼的雌性鮟鱇鱼。图片来源：Edith A. Widder

在组织移植过程中，抵抗外来组织的抗体会引起患者的并发症，因此研究小组还研究了与抗体形成相关的一些基因。虽然这些基因中的大部分在大多数鮟鱇鱼体内都是完整的，但他们发现产生特异性抗体的 aicda 基因在所有能够融合的鮟鱇鱼体内都有所缺失，而在 3 种对照鱼体内却完好无损。除此之外，rag 基因也与抗体形成相关，在多只雄鱼与一只雌鱼融合的物种中，rag 基因积累了有害的突变，而在一对一融合物种中 rag 基因却相对完整。

研究小组指出，总的来说，配偶之间的融合越多，适应性免疫基因的变化也就越多。虽然短暂融合似乎只需减少抗体反应，但永久的一对一融合似乎与杀伤 T 细胞功能的减弱有关。在有多个配偶相融合的情况下，适应性免疫将产生更多变化，比如抗体反应迟钝、rag 基因缺失等。

伦敦大学的免疫学家和病毒学家阿尔贝托·法萨提（Ariberto Fassati）虽未参与这项研究，但他认为这项研究的结果惊人。许多科学家认为，免疫系统一旦建立，就只会朝着一个方向演化，“变得更加具有适应性和特异性”他说，“但实际上如果演化压力合理，失去适应性免疫的力量也是可能的。” 据他所知，深海鮟鱇鱼是脊椎动物中第一个丧失适应性免疫程度如此巨大的例子。

对于大多数脊椎动物，缺乏适应性免疫是致命的。伯姆说：“出生时带有 rag 基因突变的婴儿，如果不通过骨髓移植接受治疗，就会重病或迅速死亡。”

在免疫缺失的情况下，鮟鱇鱼如何在深海中保护自己免受病原体侵害？伯姆推测，鮟鱇鱼或已进化出其他一些免疫系统，或通过增强先天免疫机制以弥补所缺的适应性免疫。他推测，也许鮟鱇鱼可以通过持续表达干扰素使它们的身体处于持续的警戒状态，并使病毒和其他病原体难以感染。他说，研究一些鮟鱇鱼在失去适应性免疫后如何应对病原体侵染，有助于为免疫缺陷患者找到治疗方案。

美国得克萨斯农工大学的进化生物学家吉尔·罗森塔尔（Gil Rosenthal）认为：“这项研究强调了基因组学革命除了让研究人员研究模式生物，还能更多地探索地球生命的不同适应性。” 剑桥大学的遗传学家伊丽莎白·默奇森（Elizabeth Murchison ）则表示， “通过探索演化上的不同谱系，我们不仅要学习免疫学，还要学习所有的生物学知识。你永远不知道你将会发现什么，因为大自然是如此的广阔和多样，非常特殊的生态位有如此多的适应能力。”

尽管鮟鱇鱼先天免疫系统改善的细节还有待探索，但这项研究有助于开发治疗先天免疫功能或后天免疫功能受损的潜在策略，也可能为克服人类免疫紊乱开辟新的途径。

本文来自微信公众号“科研圈”。如需转载，请在“科研圈”后台回复“转载”，或通过公众号菜单与我们取得联系。

【标题】The immunogenetics of sexual parasitism

【作者】Jeremy B. Swann, Stephen J. Holland, Malte Petersen, Theodore W. Pietsch, Thomas Boehm*

【期刊】Science

【时间】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.

【链接】https://science.sciencemag.org/content/early/2020/07/29/science.aaz9445

参考链接：

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

▽精彩回顾▽