乌鳢白细胞介素-21/受体（shIL-21/shlL-21R）的分子特征、表达模式与免疫功能研究

摘要

白细胞介素-21（IL-21）是γ链家族细胞因子，在哺乳动物免疫调节中具有重要作用，但其在鱼类中的功能尚未系统阐明。本研究成功克隆并鉴定了乌鳢（*Channa argus*）IL-21基因（shIL-21），系统分析了其分子特征、组织表达谱及在细菌感染过程中的动态变化，并验证了重组shIL-21蛋白在促进白细胞增殖、激活JAK-STAT通路及诱导关键炎症因子表达等方面的功能。研究结果为开发用于监测鱼类IL-21/IL-21R信号通路活性的检测试剂盒奠定了重要基础。

一、 引言

IL-21主要由活化CD4⁺ T细胞及NKT细胞产生，通过结合IL-21R/γc受体复合物激活JAK-STAT等信号通路，调控B细胞、T细胞、树突状细胞等多种免疫细胞功能。乌鳢是我国重要淡水经济鱼类，常受鰤鱼诺卡氏菌与舒伯特气单胞菌感染威胁，开展其IL-21/IL-21R系统研究，对阐明免疫机制及开发相关检测工具具有重要价值。

二、 shIL-21基因克隆与生物信息学分析

shIL-21开放阅读框全长438 bp，编码145个氨基酸，预测蛋白分子量为16.50 kDa。该蛋白具有典型IL-21家族结构特征，包括4个保守半胱氨酸残基及4个α-螺旋（图1）。系统进化分析表明，shIL-21与尖吻鲈IL-21亲缘关系最近（同源性66.44%），在硬骨鱼类中形成独立进化支（图2），提示该基因在进化中具有较高保守性。

三、 shIL-21在健康及感染状态下的表达特征

组织表达谱分析显示，shIL-21在健康乌鳢各组织中广泛表达，其中肝脏表达量最高，其次为鳃、头肾与脾脏（图3）。在鰤鱼诺卡氏菌与舒伯特气单胞菌感染后，shIL-21在头肾与脾脏中表达显著上调，呈现时间依赖性变化（图4）。体外实验进一步证实，脂磷壁酸（LTA）、脂多糖（LPS）及聚肌苷酸-聚胞苷酸（poly(I:C)）等病原相关分子模式物质均可诱导头肾白细胞中shIL-21的表达上调（图5）。

四、 重组shIL-21蛋白表达与功能验证

通过原核表达系统成功获得重组shIL-21蛋白（图6）。功能实验表明，该蛋白能显著促进头肾白细胞增殖，刺激48小时后增殖率从18.57%提升至30.50%（图7）。同时，rshIL-21可诱导JAK-STAT通路关键基因（JAK1、JAK3、STAT1、STAT3）、内源性shIL-21及促炎细胞因子（TNF-α、IFN-γ、IL-1β）的表达上调（图8），提示shIL-21通过激活JAK-STAT信号通路参与免疫调控。

五、 讨论与展望

本研究首次在乌鳢中鉴定出IL-21同源基因，证实其在细菌感染免疫中具有重要作用，并初步阐明其通过JAK-STAT通路调控白细胞增殖与炎症反应的功能机制。这些结果为开发用于检测鱼类IL-21/IL-21R信号活性、评估免疫状态及诊断细菌感染的试剂盒提供了理论依据与分子靶点。未来可进一步开展IL-21受体（shIL-21R）的克隆与互作研究，完善该信号通路的检测体系，推动水产动物免疫监测工具的研发与应用。

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