UuPGRP是一种来自Urechis unicinctus（一种多毛类海洋动物）的肽聚糖识别蛋白，能够增强机体对细菌感染的免疫防御能力

《Fish & Shellfish Immunology》：UuPGRP, a peptidoglycan recognition protein of Urechis unicinctus, promotes immune defense against bacterial infection

短型PGRP UuPGRP在环节动物抗菌免疫中发挥关键作用，通过识别并结合革兰氏正/阴性菌，介导Zn2+依赖的细菌聚集和活性氧爆发，加速病原清除。该研究首次解析U. unicinctus免疫分子UuPGRP的结构特征与功能多样性，为非模式生物先天免疫机制提供新视角。

　　

邱玉丽|史晨曦|李旭鹏|焦旭东|张健

中国烟台大学海洋学院

摘要

肽聚糖识别蛋白（PGRPs）是进化上保守的先天免疫受体，在调节宿主防御反应中起着关键作用，然而，特别是在棘尾动物门（Echiurioidea）和环节动物门（Annelida）中，PGRPs的功能特性研究仍然有限。在这项研究中，我们从U. unicinctus中鉴定并表征了一种短型PGRP，命名为UuPGRP，以阐明其在抗菌免疫中的作用。序列分析显示UuPGRP由232个氨基酸残基组成，包含一个保守的C末端PGRP结构域。系统发育和序列一致性分析表明，UuPGRP与其他物种的PGRPs具有40.72%–59.09%的序列相似性。在健康的U. unicinctus中进行的组织分布分析显示，UuPGRP在多种组织中广泛表达，其中肛门囊中的表达水平最高。值得注意的是，在感染Vibrio anguillarum后，UuPGRP表现出显著的组织特异性转录调控。功能分析显示，rUuPGRP以剂量依赖的方式与多种革兰氏阳性和阴性细菌相互作用。此外，rUuPGRP能够介导Zn²⁺依赖性的细菌凝集反应，这一反应可被EDTA抑制。重要的是，rUuPGRP增强了血细胞中的活性氧（ROS）生成，表明其具有调节氧化应激的能力。最后，体内清除实验表明，rUuPGRP显著加速了受感染U. unicinctus中V. anguillarum的清除，直接证实了其对病原体清除的贡献。总体而言，这些发现表明UuPGRP作为一种重要的免疫效应分子，通过ROS调节和凝集作用介导细菌识别并放大免疫反应。这项工作扩展了我们对非模式生物中PGRP介导的免疫机制的理解，揭示了它们在微生物丰富的底栖环境中的生存适应策略。

引言

先天免疫系统是多细胞生物抵御外源性病原体的主要防御屏障[1]。这种防御机制依赖于病原体相关分子模式（PAMPs）与模式识别受体（PRRs）之间的特异性相互作用。作为先天免疫的核心识别元件，PRRs（包括肽聚糖识别蛋白（PGRPs）、Toll样受体（TLRs）、C型凝集素（CLRs）和NOD样受体（NLRs）在免疫细胞和上皮细胞中广泛表达[2]。PAMPs作为病原体的保守分子标记物，包括细菌肽聚糖（PGN）、脂多糖（LPS）和脂磷壁酸（LTA）[3]。PGN作为细菌细胞壁的特征成分，是检测真核生物中细菌入侵的理想分子靶标[4]、[5]、[6]。因此，多种物种进化出了特定的PGN识别蛋白，例如PGRPs[7]。

1996年，PGRP首次在蚕（Bombyx mori）的血液淋巴中发现，它对PGN具有特异性结合亲和力，并激活prophenoloxidase级联反应以启动先天免疫反应[8]。后续研究揭示了PGRP同源物在多种生物类群中的广泛分布，包括哺乳动物[9]、[10]、节肢动物[11]、[12]、环节动物[13]、[14]和软体动物[15]、[16]，这些生物都含有保守的PGRP结构域，表明了这一家族的进化保守性。根据结构域组成和分子量，PGRPs被分为三种主要类型：短型（PGRP-S，20-25 kDa）、中间型（PGRP-I，40-45 kDa）和长型（PGRP-L，≤90 kDa）[17]、[18]。尽管分类和亚细胞定位存在差异，大多数经典PGRPs都含有一个保守的C末端PGRP结构域，该结构域对PGN结合至关重要，并在Zn²⁺依赖性的酰胺酶活性、抗菌作用和免疫信号传导中发挥关键作用[19]、[20]。

近年来，关于不同生物系统中PGRPs的研究取得了系统性的进展，揭示了它们超越传统PGN识别功能的多重作用。在无脊椎动物中，Drosophila melanogaster的PGRP通过短型和长型结构异构体以特定方式激活Toll/Imd信号通路[21]、[22]，Crassostrea gigas的CgPGRPs能够识别多种病原分子并发挥抗菌作用[23]，Apostichopus japonicus的AjPGRP-S2通过识别微生物调节补体激活[24]。在脊椎动物中，如斑马鱼和Cynoglossus semilaevis，PGRP作为关键调理素，通过与PGN结合并凝集病原体来增强吞噬作用[25]、[26]。在哺乳动物中，四种PGRP同源物（PGLYRP1–4）演化出了适应特定组织免疫环境的特殊功能，包括水解PGN以调节促炎或抗炎反应、直接杀菌作用，甚至对肿瘤细胞的细胞毒性[27]。总的来说，这些发现表明PGRPs在病原体识别和先天免疫反应调节中起着关键作用，其功能多样性体现了进化保守性和谱系特异性适应。

尽管PGRPs的特性已在多种海洋无脊椎动物中得到广泛研究，但它们在Urechis unicinctus（棘尾动物门）中的功能作用仍知之甚少。U. unicinctus属于棘尾动物科（Urechidae）和Urechis属，是一种栖息在微生物丰富环境中的底栖海洋无脊椎动物[28]。由于缺乏适应性免疫系统，该物种完全依赖先天免疫系统来抵御病原体挑战，这可能是对其微生物密集栖息地的适应性进化结果[29]。

先前的研究已经确定了U. unicinctus体腔液和排泄管中分布的先天免疫活性物质。在体腔液中，多种免疫相关因子（如血红蛋白、thymosin-β12和抗菌肽）被证明具有关键功能，如病原体识别、促进吞噬作用和直接杀菌作用[30]、[31]、[32]。此外，排泄管分泌一种具有双重酶活性的溶菌酶（Uu-ilys）：肽聚糖水解酶和几丁质酶。这种双重功能被认为通过扩大病原体清除范围进一步增强了先天免疫反应[33]。

U. unicinctus栖息的潮间带由于潮汐波动而微生物负荷较高，因此与先天免疫相关的因子对于病原体防御至关重要。对U. unicinctus的转录组研究发现了17个PGRP编码序列[29]，然而这些PGRP的结构特征和功能作用仍不清楚。在这项研究中，我们从U. unicinctus中克隆并表征了一种短型PGRP基因（命名为UuPGRP），并系统地研究了其在细菌感染免疫防御中的表达谱和功能作用。我们的发现表明，UuPGRP能够识别并凝集多种细菌病原体，从而有助于宿主对抗细菌感染。

实验伦理声明

活体动物实验严格遵循山东省颁布的“实验动物管理相关规定”进行，所有涉及活体动物的实验方案均获得了烟台大学伦理委员会的批准。

实验动物

健康的U. unicinctus标本（平均体重：18.36 ± 5.22克；体长：12.40–14.30厘米）在含有氧气和过滤海水的50升水箱中适应了一周，水箱底部铺设了15-20厘米厚的

Urechis unicinctus的形态学概述

本研究中使用的U. unicinctus个体具有细长、蠕虫状的体型，表皮光滑（图1A）。解剖这些个体后发现其内部解剖结构保存完好，包括口、咽、食道、嗉囊、中肠、呼吸肠、直肠、肛门囊、排泄管（肾管）和皮肤（图1B）。每个关键解剖结构都有其独特的定位

讨论

本研究首次鉴定并表征了来自U. unicinctus的肽聚糖识别蛋白（PGRP），命名为UuPGRP。序列和结构分析显示，UuPGRP具有短型PGRPs（PGRP-S）的特征，包括N末端信号肽、保守的C末端PGRP结构域和Ami_2结构域。其整体结构与已知的短型细胞外PGRPs一致[44]、[45]。值得注意的是，锌结合位点和酰胺酶

作者声明

邱玉丽：研究、初稿撰写、方法学设计。史晨曦：研究、数据管理。李旭鹏：正式分析、方法学设计。焦旭东张健：概念构思、资金筹措、撰写及审稿编辑。

致谢

本工作得到了山东省水产种业领军企业培育项目（202351-21）、烟台市水产种业提升项目（20241230）以及烟台市“双百计划”蓝色产业领军人才项目（202518-01）的支持。