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近日，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授徐安龍/黃盛豐團(tuán)隊(duì)利用斑馬魚(yú)模型，第一次對(duì)魚(yú)類(lèi)腸道幾丁質(zhì)膜在消化和免疫中的不同效用進(jìn)行了解析，發(fā)現(xiàn)相比昆蟲(chóng)等無(wú)脊椎動(dòng)物，斑馬魚(yú)幾丁質(zhì)膜的分區(qū)消化功能依然重要，但屏障免疫作用下降，且不再是存活與繁殖的必需結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究發(fā)表于EMBO Reports。

傳統(tǒng)認(rèn)為，脊椎動(dòng)物區(qū)別于無(wú)脊椎動(dòng)物的標(biāo)志性特征之一，是失去了腸道幾丁質(zhì)圍食膜，這也使得脊椎動(dòng)物失去了由幾丁質(zhì)膜建立的腸道徑向分區(qū)和免疫屏障。然而近年的研究發(fā)現(xiàn)，腸道幾丁質(zhì)膜的合成能力至少延續(xù)到硬骨魚(yú)類(lèi)，直至哺乳動(dòng)物才徹底失去。該發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知，引出一系列新問(wèn)題：魚(yú)類(lèi)為何保留了腸道幾丁質(zhì)膜？該膜具有什么功能？保留該膜是否有助適應(yīng)水生環(huán)境？魚(yú)類(lèi)的腸道生理是否更接近于無(wú)脊椎動(dòng)物而非哺乳動(dòng)物？幾丁質(zhì)膜的失去如何影響哺乳動(dòng)物的腸道結(jié)構(gòu)演化？哺乳動(dòng)物為何失去幾丁質(zhì)膜？幾丁質(zhì)膜的存在是否影響?hù)~(yú)類(lèi)作為人類(lèi)腸道疾病模型的適用性？

在最新研究中，中山大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是否進(jìn)食，斑馬魚(yú)前中后腸的上皮細(xì)胞均可持續(xù)分泌幾丁質(zhì)，形成縱貫全腸的幾丁質(zhì)膜管道，構(gòu)建出持續(xù)存在的免疫屏障和徑向分區(qū)。

接著，研究人員建立了完全缺失幾丁質(zhì)膜的斑馬魚(yú)系，發(fā)現(xiàn)缺失幾丁質(zhì)膜既不會(huì)造成外觀及其它發(fā)育缺陷，也不影響性腺成熟及繁殖周期。但是，突變魚(yú)普遍生長(zhǎng)緩慢，存活率偏低，六月齡后陸續(xù)有個(gè)體出現(xiàn)身體消瘦和腸道萎縮的現(xiàn)象，并最終死亡。

研究人員采用免疫組化、活體成像和多組學(xué)分析等技術(shù)對(duì)上述宏觀表型的底層機(jī)理進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)魚(yú)類(lèi)幾丁質(zhì)膜至少有四種作用：一是為腸道建立徑向分隔，避免腸道內(nèi)容物接觸及壓迫腸道上皮；二是促進(jìn)食物的高效移動(dòng)和消化吸收；三是為腸道菌群提供不同的徑向生態(tài)位，維持菌群的多樣性和穩(wěn)定性；四是抑制腸道上皮的更新速率和炎癥反應(yīng)，維持其完整性和內(nèi)穩(wěn)態(tài)。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，在低月齡成魚(yú)中，幾丁質(zhì)膜缺失所引起宏觀表型不能通過(guò)添加抗生素獲得逆轉(zhuǎn)，幾丁質(zhì)膜缺失也不會(huì)直接引起適應(yīng)免疫的異常激活。此外，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)缺失幾丁質(zhì)膜會(huì)明顯降低了腸道對(duì)急性細(xì)菌感染的抵抗力。

該研究發(fā)現(xiàn)，魚(yú)類(lèi)腸道兼具無(wú)脊椎動(dòng)物和哺乳動(dòng)物腸道的特點(diǎn)，而失去幾丁質(zhì)膜的魚(yú)類(lèi)腸道在結(jié)構(gòu)上更接近于哺乳動(dòng)物小腸。與無(wú)脊椎動(dòng)物相比，魚(yú)類(lèi)幾丁質(zhì)膜的免疫功能有所下降，但消化功能依舊重要。前者可能與脊椎動(dòng)物演化出高效的黏膜適應(yīng)性免疫有關(guān)，后者可能有助魚(yú)類(lèi)接受低品位食物和快速轉(zhuǎn)換食性，因而有助提升魚(yú)類(lèi)的主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境的能力。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.15252/embr.202256645

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