性寄生虫：深海琵琶鱼进化出一种新型的免疫系统以与其伴侣进行物理融合

约75毫米深海琵琶鱼物种Melanocetus johnsonii的雌性标本，腹中融合着23.5毫米大的雄性。

深海琵琶鱼已经发展出一种奇特的繁殖策略。微小的雄性与巨大的雌性紧密相连，以至于两只动物的组织最终融合在一起。男性本质上会变成产生精子的寄生虫​​。这种现象称为性寄生，可以避免器官移植后通常发生的排斥反应。现在，位于德国弗赖堡的免疫生物学和表观遗传学MPI和位于美国西雅图的华盛顿大学的研究人员解决了这一难题，并描述了相同物种的两个个体可以轻易发生融合的机制。他们发现，异常的繁殖方式与基因组的变化有关，而基因组的变化使获得性免疫系统的关键功能失效，取而代之的是必须依靠大大改善的先天设施来应对感染。这种独特的免疫系统的发现为改善患有先天性或获得性免疫障碍后果的患者的免疫防御提供了可能的新方法。

约75毫米深海琵琶鱼物种Melanocetus johnsonii的雌性标本，腹中融合着23.5毫米大的雄性。

深海琵琶鱼采用了令人难以置信的繁殖策略。小矮小的雄性会永久地附着在相对巨大的雌性身上，融合其组织，然后建立普通的血液循环。这样，雄性就完全依赖雌性提供营养，就像她母亲子宫中的胎儿发育或移植患者的供体器官一样。在angle鱼中，这种不寻常的现象被称为性寄生虫，为生活在深海中的雌性和雄性很少见面的这些动物的繁殖成功做出了贡献。

雄性与雌性的永久结合代表了一种解剖学上的结合，除了在遗传上相同的双胞胎中很少发生以外，在自然界中这是未知的。免疫系统在这里代表着巨大的障碍。它攻击外来组织，因为它会破坏被病原体感染的细胞。只需见证一下围绕人体器官移植的困难，就需要对供体和受体组织特征以及免疫抑制药物进行仔细的交叉匹配，以确保器官移植物的长期存活。但是，如果有鱼，在钓鱼者的情况下，同种的个体之间如此容易相互接纳，这又怎么可能呢？

自从1920年冰岛渔业生物学家发现第一对依恋夫妇以来，性寄生虫现象就已经存在了100年之久。现在，来自德国和美国的科学家解决了这个有着百年历史的难题，并在科学杂志《科学》上报告了他们的发现。

雌性刺棘藻（Photocorynus spiniceps）的雌性，长46毫米，背部寄生有6.2毫米的寄生雄性。

几年前，德国弗莱堡马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所的医学博士兼免疫学家托马斯·博姆（Thomas Boehm）和鱼类学家，国际知名的琵琶鱼专家西奥多·W·彼得施（Theodore W. Pietsch）在华盛顿大学工作。美国西雅图着手研究不同琵琶鱼物种的基因组。他们从研究主要组织相容性（MHC）抗原的结构开始。这些分子被发现在人体细胞表面，当细胞被病毒或细菌感染时，就会向免疫系统发出警报信号。为了确保所有病原体都能被有效识别，MHC分子变化很大，以至于很难在一个物种的任何两个个体中找到相同或接近相同的形式。此功能是困扰人体器官和骨髓移植的组织匹配问题的根源。

有趣的是，研究人员发现，利用永久性附着的钓鱼鱼在编码这些MHC分子的基因中大大减少了健康，就好像它们放弃了免疫识别而支持组织融合一样。“除了这个异常的MHC基因星座以外，我们发现杀伤性T细胞的功能即使没有完全丧失，它们通常也会在器官排斥过程中主动清除受感染的细胞或攻击外来组织，而这些功能也被严重削弱了。这些发现暗示着成千上万的脊椎动物物种中angle鱼的免疫系统非常不正常的可能性。”该研究的第一作者，免疫生物学和表观遗传学MPI的杰里米·斯旺（Jeremy Swann）说。

在没有获得性免疫设施的情况下生存

在这些意外发现之后，科学家们怀疑angle鱼免疫系统的重组可能比预期的还要广泛。确实，进一步的研究表明，某些钓鱼者物种中也缺少抗体，而抗体是免疫防御体系中的第二大有力武器。该项目的首席科学家，免疫生物学和表观遗传学MPI主任Thomas Boehm说：“对人类而言，在钓鱼鱼中观察到的重要免疫功能的综合丧失将导致致命的免疫缺陷。”

但是，琵琶鱼显然能够在没有必需的适应性免疫功能的情况下生存。因此，研究人员得出结论，这些动物使用了许多改良的先天设施来抵御感染，这是解决所有生物所面临问题的最出乎意料的解决方案。的确，直到现在，人们一直认为，获得性免疫和先天性免疫的伙伴关系一旦在进化中形成，就不会导致严重后果。

免疫系统影响生殖策略

因此，这项研究表明，尽管先天和适应功能的共同进化伙伴关系经历了数亿年的发展，但脊椎动物在没有以前认为不可替代的适应性免疫设施的情况下仍可以生存。我们认为，目前还未知的进化力首先驱动免疫系统的变化，然后将其用于性寄生虫的进化。 Thomas Boehm说。

有趣的是，科学家们相信，在他们收集的鱼类中，他们甚至在发展性寄生虫的过程中捕获了一个物种。华盛顿大学的特德·皮希（Ted Pietsch）说：“我们发现，这种鱼类的非常规繁殖方式是数次独立发明的，这一点令人惊讶。

尽管有待改进的angle鱼先天免疫功能的细节仍有待发现，但这项研究的结果指出了增强可能遭受先天性或后天性免疫功能受损的人类患者的先天免疫功能的潜在策略。因此，科学之旅始于大西洋中部一个渔船上的模糊观察，出乎意料地为人类免疫疾病的治疗开辟了新途径。

参考：Jeremy B. Swann，Stephen J.Holland，Malte Petersen，Theodore W.Pietsch和Thomas Boehm的“性寄生虫的免疫遗传学”，2020年7月30日，科学。DOI：
10.1126 / science.aaz9445