文 |江烟染
编辑 | 江烟染
前言
大西洋鲑鱼是一种重要的经济鱼类，也是自然界中免疫病毒感染研究的模式物种之一。
然而，鲑鱼养殖业面临着高温和中度缺氧等环境压力的挑战，这是因为先天免疫反应作为一种重要的防御机制，对于鲑鱼在应对这些压力方面扮演着关键角色。
过去的研究表明，高温和缺氧对鲑鱼的免疫系统产生了不可忽视的影响。
在高温环境下，鲑鱼的免疫系统会发生结构和功能的改变，导致其对病原微生物的抵抗力下降。
而在缺氧条件下，鲑鱼的免疫细胞活性和免疫相关基因表达也会受到明显影响。
就是有一些相关的研究，但是关于大西洋鲑鱼先天免疫反应在高温和中度缺氧环境中的表现的资料，目前还比较少。
接下来，小染将为大家讲解，高温和中度缺氧对于鲑鱼来讲真的是不可逆的吗？
温度上升——鲑鱼的灾难
很多的国家在2014~2019年间都发布了气候、温度上的报告，报告表示全球变暖将会成为现实，而世界海洋表面温度还会上升3-80°C。
因此，了解高温如何影响海洋物种至关重要，而这个问题在全球范围内也是越来越人们的广泛关注。
此外，随着缺氧事件的频率和严重程度的增加，研究海洋生物相关的专家预计，水溶氧含量（缺氧）的降低，将影响海洋生物的健康和分布。
其中，饲养海洋鱼类的海水养殖场，最容易受到这些环境条件变化的影响，因为它们通常位于沿海地区，如果鱼类受到限制，那么养殖场的人基本上无法寻找更有利的、适合鱼类生长的条件。
例如，塔斯马尼亚的大西洋鲑鱼海笼的温度，在2020年就超过了22-23°C，要知道加拿大和挪威夏季的水温通常达到18-20°C，而氧气水平在这些时期降至空气饱和度的12%以下，这样的情况并不少见。
这是因为环境条件的这些变化，对水产养殖业来说是一个相当大的挑战，毕竟它们会影响海网箱中鱼类的生长、健康和福利。
站在鱼类健康层次来讲很显著的就是起伏的水温，可以调节鱼类的免疫功能，因此在很大的程度上正常运作的免疫系统，是鱼类抵抗细菌和病毒感染能力的关键。
基于这个观点，相关人员观察了一些鱼，发现它们似乎更多地依赖于低温的非特异性反应，但在较高的温度下，它们可能更多地依赖于特异性免疫力。
因此，这些人依然没能明白，高温是否会损害鱼类对感染的反应能力，特别是在大西洋鲑鱼等养殖鱼类在夏季可能实际面临的热条件，即温度升高到接近或超过其致死的上限。
要知道鱼类死亡的其中一个原因就是缺氧，而缺氧与疾病暴发有着很大的关系，并且已知会对鱼类免疫功能产生不利影响。
相关的报告说急性缺氧降低了大西洋鲑鱼肾脏中ifna和mx的组成转录物水平。
而慢性和中度间歇性缺氧，还会减少该物种的白细胞呼吸爆发，有相关人员对此进行了测试，他们先将小鲑鱼暴露于慢性缺氧中，然后对其进行病毒或细菌的免疫刺激，最后发现虽然缺氧减少或延迟了免疫相关基因的表达，但总体影响并不大。
在这之后，这些人想要查看关于中毒缺氧和高温的组合，对鱼类免疫反应的影响的资料，于是想要先查看关于中度缺氧结合高达20°C的温度增量升高，对大西洋鲑鱼免疫功能的影响。
而找这两种相关的资料，是因为塔斯马尼亚州似乎普遍存在这种情况，这在2019年夏季纽芬兰鲑鱼网箱养殖场的大规模死亡可以看出。
然而，这两种资料都没有找到，也就是说，这一类的实验并未有人做出努力，发现这一点后，这些人就对此进行了实验。
小可伶——鲑鱼
实验的开始是从挑选研究对象开始的，因而圣约翰河品种的大西洋鲑鱼成了最佳的选择，毕竟圣约翰河与塔斯马尼亚温度基本相同。
但是在抓捕这些大西洋鲑鱼之后，并不能直接实验，需要先在3000升的圆形水箱中储存一个月，这是为了让鲑鱼适应。
在此期间，海水温度和氧气水平分别为10±1°C和>95%的空气饱和度，而光周期为12h，并且每天以1%体重的日粮饲喂食。
一个月之后，这些鲑鱼就会被驯化，然后就进行下一个步骤，在含有三卡因甲烷磺酸盐的海水中，将鲑鱼轻度麻醉，进行称重，这样是为了更加的准确。
在称重结束后，还要将一个PIT(被动集成应答器)标签植入其腹膜腔以进行个体识别，再将这些鱼放回相同的水箱中大约1个月的时间。
在此期间之后，将重复罐分为三种处理：对照（CN），温氧和常氧（WN）以及温缺氧（WH）。
将其中一个集管罐指定为控制罐供电，另一个集管罐为WN和WH罐供电。
对于对照处理，在整个实验过程中，温度和氧气水平分别保持恒定，但WH处理，会在2周的时间内，通过减少为这些罐提供氧气集管罐中的氧合作用，并将储罐中的氧气水平逐渐降低到70%（空气饱和度）。
而WN处理中的氧气水平，通过在储罐中放置氧气扩散器，将氧气水平保持在100-110%氧气水平。
此后，WN和WH罐内温度从12℃逐渐升高至20℃，其中每周温度增量为0.3°C，而第4天为0.1°C，第5-7天则是无变化。
当WN和WH缺氧罐的水温达到20°C时，鱼再适应这些条件4周，而且每天两次(9:00和15:00)用商业鲑鱼饲料，小心地用手喂食鲑鱼直至饱腹，也就是说当看见几个颗粒开始积聚在每个水箱底部时，停止喂食。
在所需温度下，缺氧罐以15L分钟的速度供应海水(流通系统)，再通过大型板式换热器控制海水温度，该换热器将加热的海水输送到真空除气器，而真空除气器供应每个集水箱，并且每天早上监测所有实验水箱的水箱温度和溶解氧水平。
此外，带有预校准浸渍探头和一台运行软件（PreSens）的计算机，用于连续监测其中一个缺氧罐中的溶解氧水平。
还每周监测其中一个缺氧罐中的氨和亚硝酸盐，并保持在可接受的水平。
这样使鱼适应四周之后，对初始鲑鱼抽样，剩下的鱼麻醉在海水中，然后在鲑鱼眼睛后面的软骨中，注入荧光弹性体ForteVII（红色）和PBS（黄色）。
这是因为，荧光弹性体可以快速识别水箱中的鲑鱼，并且由于这种组织血管化不良，因此最大程度选择减少有炎症的鲑鱼。
在注射后的6、12、24和48小时（HPI）对他们的脾脏和头部肾脏进行采样。
在24HPI时，还通过尾部穿刺收集血液，以测量呼吸爆发，补体系统替代途径的溶血活性和血浆溶菌酶浓度，并称量脾脏以计算脾体指数。
最后，测量了12个基因的头肾转录表达水平，在所有时间点参与所有组中鲑鱼的抗菌或抗病毒中的反应。
实时定量聚合酶链反应（qPCR）分析中使用的引物
这样的测量数据相当于这一部分已经结束了，接下来是最关键的部分了，那就是给不同缺氧程度水平下的鱼注射白细胞，这样可以有效的观察，鲑鱼在不同的缺氧程度下，所能承受的高温变化。
鲑鱼的体液免疫反应
体液免疫反应首先需要通过化学发光测量鲑鱼血白细胞，产生活性氧（ROS）。
简而言之，就是需要将全血加入到鲁米诺，然后在0.2M硼酸钠和PBS中的混合物中，将该溶液的225μL加入到96孔白色斜板中。
之后再使用酶标仪在室温（~5°C）期间，获得了每秒发光计数（LCS）的曲线，并取峰值来表示每个样品的呼吸爆发。
在24HPI下，在常氧或缺氧下保持在20°C的PBS注射鱼的白细胞比CN（6°C）鱼的呼吸爆发明显更高（14倍和12倍）。
此外在ForteVII注射后WH鱼的白细胞比WN鱼的呼吸爆发明显更高。
在CN鱼中注射ForteVII导致呼吸爆发减少61%，这种影响在WN和WH鱼中也很明显，在注射VII后，其值分别降低了53%和69%。
所以，补体系统的溶血活性或血浆溶菌酶浓度，在治疗组或注射组之间没有显着差异。
但与其他处理相比，WH鱼的SSI降低了2%，虽然ForteVII注射不影响CN和WN鱼的SSI，但它将WH处理中的SSI增加到CN和WN处理中测量的水平。
然而，注射PBS的CN鱼在24和48HPI时，具有显着更高的camp-b转录表达水平，因为ifng水平在6HPI时显着低于其各自的基线值。
相比之下，VII注射显着影响10个基因中12个的转录本表达水平，而注射VII 后，包括il7b、il1-a、stlr2-a 和 ifng 在内的5个基因的水平大幅上调，而IRF7-B和Stat1-B的水平分别仅增加了2倍和2.6倍。
有趣的是在注射V II的CN鱼中，与PBS组VII刺激基因之间峰表达的时间也不同。
而cox2的转录表达水平最高，其中12 HPIcamp-b和stat1-b的转录表达水平最高，在48HPI时达到峰值。
由此可以看出，预计气候变化将提高水温、降低海洋环境中的氧气含量，这可能影响鱼类的健康和福利，包括它们对病原体作出反应的能力。
然而，大西洋鲑鱼在常氧或中度缺氧下承受水温的受控增量升高，然后在20°C下保持4周。
这些条件（即与中度缺氧相关的温度升高）实际上反映了养殖鲑鱼在夏季可能面临的情况。
虽然操纵这些环境条件，不影响补体系统的活性或血浆溶菌酶浓度，但高温（20°C）显着增加呼吸爆发，并且这种挑战与中度缺氧的组合进一步增加了这种反应。
此外，高温上调了头部肾脏中il1bil8-acox2、hamp-astlr5-a和irf7-b转录本的组成表达，并加速了Forte V II刺激后cox2，hamp-a，camp-b和stat1-b转录本表达水平的增加。
有趣的是尽管高温影响了转录本表达水平变化的时间，但它对这些变化的幅度没有重大影响，缺氧几乎没有额外的影响。
研究结果表明，中度缺氧与高达20°C的温度增量升高相结合，不会损害大西洋鲑鱼先天免疫系统对细菌病原体的反应能力。
结语
由于加速的气候变化，鱼类可能会面临接近或超过其热上限的升高温度，并且经常与缺氧相结合。
然而，人们对气温上升和溶解氧水平降低对鱼类免疫防御的影响知之甚少。
在研究中，发现水温单独增加到20°C或结合中度缺氧（70%空气饱和度），对大西洋鲑鱼产生先天免疫反应的能力的影响非常有限。
这些发现并不支持鲑鱼先天免疫反应在高温和缺氧下受到极大损害的假设，因此表明这种影响不是夏季疾病爆发的原因。
然而检查的条件，即20°C和中度缺氧，也很可能处于该菌株鲑鱼生理耐受性的边缘或极限，并且这些环境条件的进一步恶化可能导致鲑鱼免疫功能的损害。
其实高温条件下鲑鱼的免疫系统受到抑制，免疫细胞活性降低，导致其对病原微生物抵抗力下降。
这表明在全球气候变暖的背景下，鲑鱼养殖业面临着巨大的挑战，需要采取措施来应对高温对免疫系统的不利影响。
而且在中度缺氧条件下，大西洋鲑鱼的免疫反应也受到明显影响，因为缺氧环境，会导致免疫细胞的功能和代谢异常，进而降低鲑鱼对病原微生物的免疫能力。
这提醒我们，在鲑鱼养殖过程中，必须重视水质管理和缺氧风险的控制，以减少缺氧对免疫系统的不利影响。
然而，尽管高温和中度缺氧对大西洋鲑鱼的先天免疫反应产生了负面影响，但鲑鱼仍表现出了一定的适应能力。
之前的一些研究表明，在一定程度的高温和缺氧条件下，鲑鱼免疫系统能够通过适应性调节来保持一定的免疫功能，从而提高对病原微生物的抵抗能力。
这反映出鲑鱼在进化过程中对复杂环境的适应性，并为鲑鱼养殖业提供了希望。
因此，可以得出一些启示，加强水质管理和控制温度是至关重要的，特别是在面临高温和缺氧风险时，提供适宜的水质条件和维持适宜的温度范围，可以帮助鲑鱼免疫系统的正常功能，提高其抵抗病原微生物的能力。
在鲑鱼养殖业的发展过程中，应注重可持续发展和环境保护，以确保鲑鱼产业的可持续性，并在保护环境的前提下满足人们对鲑鱼产品的需求。
总之大西洋鲑鱼先天免疫反应在高温和中度缺氧环境下受到负面影响，但鲑鱼仍具有一定的适应能力。
因此，面对加速的气候变化，我们对鱼类免疫功能以及如何保护具有重要商业意义的水产养殖物种免受病原体侵害还有很多东西要了解。