二 昆虫天然免疫的识别机制
2.3 类免疫球蛋白（immunoglobulin –like）
仅在鳞翅目昆虫体内发现，同哺乳动物的免疫球蛋白 类似，昆虫类免疫球蛋白由 4 个免疫球蛋白结构域组成，是 由昆虫体内的脂肪体合成。
图2
利用软件程序软件分析家蚕hemolin结果 类免疫球蛋白的结构和功能
Fig. 2
路 Toll signaling pathway; Imd: Imd信号通路Imd signaling pathway.(宁媛媛,2009)
三 昆虫细胞免疫
三 昆虫细胞免疫
当入侵信号被昆虫模式识别蛋白识别，昆虫体内的天 然免疫反应被迅速激发而产生效应分子(effectors) 以清 除外源物。昆虫的天然免疫反应分为细胞免疫和体液免疫 两种。
( Kaneko andSilverman，2005)
PGRPs 就是通过该结构域与细菌表面的肽聚糖分子结合，激活天然免疫反应中的 Toll 和 Imd 信号途径继而诱导抗菌肽的表达( 例如果蝇 PGRP-SA 和 PGRP-LE 等) ( Kaneko andSilverman，2005) ，也可以激活酚氧化酶原产生黑化反应 ( 例 如 烟 草 天 蛾 PGRP1 和 PGRP2 等 )( Sumathipala and Jiang，2010) ，还可以促进吞噬作用 ( 例如果蝇 PGRP-SA 等) ( Kaneko and Silverman，2005) 。
ApoLp-Ⅲ在昆虫免疫信号通路中的具体作用机制尚需进一步的研究。
二 昆虫天然免疫的识别机制
昆虫模式识别蛋白种类与功能 Categories and main functions of insect pattern recognition proteins
F: 真菌Fungi G-: 革兰氏阴性菌Gram-negative bacteria; G+: 革兰氏阴性菌Gram-positive bacteria; Y: 酵母Yeasts; Toll： Toll信号通
研究表明 IML-2 增加血淋巴细胞的包囊和黑化作 用( Yu and Kanost，2004) 。
二 昆虫天然免疫的识别机制
2.5 整联蛋白
多细胞动物中广泛存在的蛋白，属于整合蛋白家族, 是细胞外基 质受体蛋白。整联蛋白是一类跨膜α /β 异源二聚体膜受体分子,作为 跨膜接头在细胞外基质和细胞内肌动蛋白骨架之间起双向联络作用, 将细胞外基质同细胞内的骨架网络连成一个整体
不同昆虫具有的血淋巴细胞种类不完全相同，且相 同功能的血淋巴细胞在不同昆虫中命名也比较混乱。
果蝇体内有 5 种血细胞，其中主要的 3 种血淋巴 细胞分别是浆细胞( plasmatocytes) 、薄层细胞 lamellocytes)和晶细胞( crystal cells) ( Lanot et al．， 2001) 。
PO级联形成的黑化作用与表皮硬化的路径
黑腹果蝇 Drosophila melanogaster GNBP1 能够识别 革兰氏阴性菌的脂多糖进而通过体内的天然免疫信号途径 诱导抗菌肽基因的表达( Kim et al.,2000) 。
二 昆虫天然免疫的识别机制
2.2 肽聚糖识别蛋白(Peptidoglycan recognition-binding protein, PGRP)
昆虫细胞免疫是由血淋巴细胞(hemocytes) 介导完成， 目前对昆虫细胞免疫发生机制的研究较少.主要是因为收集 鉴定血淋巴细胞比较困难。 细胞免疫在不同昆虫中大致都包括吞噬作用(phagocytosis), 集结作用(nodulation)和包囊作用(encapsulation).
三 昆虫细胞免疫
二 昆虫天然免疫的识别机制
二 昆虫天然免疫的识别机制
天然免疫依赖于一些有限数量的受体来识别 不变的分子,这些分子常位于微生物的表面或从微 生物脱落,被称为病原体相关性分子模式(Pathogenassociated molecular pattern, PAMPs)。
PAMPs：广泛存在于病原体细胞表面的分子标志。 如：酵母细胞壁上的甘露糖、 肽聚糖( peptidoglycan, PGN)、 脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)、 β-1,3-葡聚糖(β-1,3-glucans)、 胞壁酸、 原虫GPI锚定蛋白(glycosyl hospatidyl inositol)
通过细胞膜的双向信号转导作用以调节细胞分化、迁移、免疫、 黏附等生物学功能体。
整联蛋白识别并结合特异细胞表面或胞外基质或可溶蛋白的 RGD ( Arginine-Glycine-Aspartic acid) 中心，进而引发免疫反应。
二 昆虫天然免疫的识别机制
地中海实蝇 Ceratitis capitata 中，整联蛋白参 与血淋巴细胞对细菌的吞噬作用( Lamprou etal.,2007) 。
烟草天蛾中，整联蛋白可刺激血淋巴细胞的粘连进而 对病原物进行包囊(Zhuang et al.,2007).
二 昆虫天然免疫的识别机制
2.6 Apolipophorin Ⅲ ( ApoLp-Ⅲ)
是具有水溶性、热稳定性及疏水性的蛋白。 它与以 前发现的 ApoLp-Ⅰ和-Ⅱ同属于载脂蛋白家族，三者都具 有转运脂类物质的功能，但只有ApoLp-Ⅲ在昆虫免疫中发 挥作用 ( Hoffmann et al.,1999) 。
鳞翅目昆虫类免疫球蛋白的产生一般发生在胚胎的滞育期、 幼虫期、成虫期和蛹的滞育期( Lee et al., 2002)。 在细菌的诱导下, 类免疫球蛋白可在脂肪体中被合成, 但后来 发现在昆虫蜕变时,表皮中也有HEM的合成与表达（Yu and Kanost，2002)。
二 昆虫天然免疫的识别机制
烟草天蛾的幼虫，通过RNAi 抑制类免疫球蛋白基因， 结果表明虫体对 大 肠 杆 菌 的 吞 噬 和 集 结 能 力 显 著 降 低( Eleftherianos et al.,2007 ) 。
在病原体入侵昆虫体内后,昆虫可通过模式识别机制识 别病原体并通过Toll途径和Imd途径等机制启动昆虫的体 液及细胞免疫反应。
•
昆虫对外来感染的第一道防线是其身体结构组成的 障碍,如坚硬的外骨骼、壳质的气管以及胃的围食膜基质。 • 在昆虫的免疫反应中,抗菌肽的产生、黑化包被反应和 细胞吞噬作用是最为重要的防御机制。
genes
13
PGRP
17
functions
Toll 和 Imd 信号途 径;激活酚氧化酶原 产生黑化反应 ;促进 吞噬
7 Anopheles albimanus
二 昆虫天然免疫的识别机制
肽聚糖识别蛋白结合模式图
N
PGRP domain 165aa C
结合肽聚糖分子
激活酚氧化酶原产生 黑化反应
TOLL PATHWAY IMD PATHWAY 吞噬作用 ( Sumathipala and Jiang， 2010)
昆虫天然免疫与信号转导机制
沈 以 红2013-5-17
主要内容
一、昆虫天然免疫概述 二、昆虫天然免疫的识别机制 三、昆虫细胞免疫 四、昆虫体液免疫 五、昆虫体液免疫与细胞免疫的互作 六、昆虫天然免疫研究展望
一、昆虫天然免疫概述
一、昆虫天然免疫概述
昆虫的天然免疫机制包括物理防线、体液免疫和细胞 免疫等方面。
二 昆虫天然免疫的识别机制
C 型凝集素能与细菌表面的脂多糖或者脂磷壁酸( lipoteichoic acid) 结合，引起细菌、酵母等微生物的凝 集。
C 型凝集素促进昆虫体内酚氧化酶原的激活和黑色素在 外源物表面的沉积。向烟草天蛾体内注射 C 型凝集素2抗体 降低血淋巴中IML-2 的蛋白水平时，发现黑色素在外源物表 面的沉积,血淋巴对革兰氏阴性菌的清除作用显著降低( Jiang et al.,2003) 。
惜 古 比 天 蚕 蛾Hyalophora cecropia 中，类免疫球蛋 白能结合细菌的脂多糖，进而激活蛋白激酶 C，引发细胞 的吞噬作用( Daffre and Faye,1997) 。
类免疫球蛋白可能有抗病毒的功能，但具体机制不清。
二 昆虫天然免疫的识别机制
2.4 C 型凝集素
含 有 一 个 或 两 个 糖 识 别 结 构 域( carbohydrate recognition domain，CRD) 的钙依赖性糖结合蛋白。 烟草天蛾、家蚕、美国白蛾、棉铃虫 、赤拟谷盗 、果 蝇中均检测到 C 型凝集素的存在。果蝇中30多种。 鳞翅目昆虫中已报道的 C 型凝集素都含有两个糖识 别结构域，其他昆虫中发现的 C 型凝集素大多只含有 1 个糖识别结构域。
昆虫PGRPs 在脂肪体、表皮以及肠中合成并分泌，还有一小部 分来自于血淋 巴 细 胞 ( Hughes，2012) 。
短型 PGRP ( PGRP-S)：一类小分子分泌性蛋白。 长型 PGRP( PGRP-L) ：一类跨膜蛋白或胞内蛋白。
一些物种肽聚糖识别蛋白的基因和蛋白种类
species
Drosorphila menlanogaster
Structure-function analysis of silkworm hemolin
二 昆虫天然免疫的识别机制
类免疫球蛋白家族的 hemolin (HEM)是一种血浆糖蛋白, 为昆虫应答入侵的细菌表面脂多糖分子而诱导表达的, 也是迄 今为止唯一的一个非脊椎动物的免疫球蛋白家族成员( Yu and Kanost 2002; Yao and Wu, 2008)。
N
葡聚糖结合区
β-1，3-葡聚糖酶-like
C
GRP结构模式图
二 昆虫天然免疫的识别机制
家蚕Bombyx mori βGRP1， 烟 草 天 蛾 Manduca sextaβGRP1 和 βGRP2 以及印度谷螟 Plodia interpunctellaβGRP 能够识别并结合 β-1，3-葡聚糖从而 激活体内的酚氧化酶级联反应(Jiang et al.，2004) 。