《Nature Communications》：Functional characterization of specialized immune cells in a cnidarian reveals an ancestral antiviral program
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为解决先天免疫系统演化起源问题，研究者以6亿年前分化的海葵Nematostella vectensis为模型，利用RLRb启动子介导的mCherry报告系统，结合转录组与单细胞测序，鉴定出一类形态与转录组独特的抗病毒特化免疫细胞，其吞噬活性增强且免疫基因上调，并在六放珊瑚中保守，为 innate immunity 演化提供新见解。
在生命演化的漫长历史中，病毒与宿主之间的“军备竞赛”从未停歇。对于人类及大多数高等动物而言，我们熟知的免疫系统（尤其是先天免疫系统）是抵御病毒入侵的第一道防线。然而，这套复杂的防御体系并非一蹴而就，它是如何随着动物的演化逐步建立和完善的？其最早期的“雏形”又是什么样子？这些问题一直是免疫学与进化生物学领域的核心谜题。
为了追溯动物免疫细胞的起源，研究人员将目光投向了早期分支的动物类群——刺胞动物（Cnidaria）。这类动物（如海葵、水母、珊瑚等）在约6亿年前就与其他动物分化开来，保留了诸多古老的生物学特征。其中，星状海葵（Nematostella vectensis）因其通体透明、易于基因操作且生命周期短，成为了研究早期动物发育与进化的理想模型。尽管此前的研究已发现刺胞动物拥有一些同源的免疫相关基因，但免疫系统的核心执行者——特化的免疫细胞，在这些低等动物中是否真实存在、它们又是如何识别和抵御病毒的，长期以来一直缺乏功能性的实证。现有的免疫进化模型多基于两侧对称动物（如昆虫和脊椎动物）的对比，由于这两大类群在演化上已相距甚远且各自发生了大量特有修饰，导致真正的“祖先状态”被掩盖。因此，深入解析刺胞动物中的免疫细胞程序，成为重构动物免疫细胞起源的关键一步。
针对上述科学问题，研究人员开展了一系列精巧的功能基因组学与细胞生物学研究。他们利用转基因报告系统、病毒模拟物刺激、批量及单细胞转录组测序（scRNA-seq），以及免疫荧光与流式细胞分选（FACS）等技术，对海葵胚胎中的免疫相关细胞进行了全方位表征。研究发现，在海葵中确实存在一类形态和转录组层面均独特的细胞群体，它们在病毒感染信号刺激下被特异性激活，上调免疫效应因子与调节因子，并表现出增强的吞噬活性。进一步比较分析显示，这一抗病毒免疫应答程序在六放珊瑚（Hexacorallia）类群中具有高度保守性。该成果不仅鉴定出一种参与抗病毒免疫的刺胞动物特化免疫细胞类型，也为理解先天免疫的演化历史提供了宝贵的“活化石”证据。论文发表在《Nature Communications》。
主要关键技术方法
研究选用刺胞动物模型星状海葵（Nematostella vectensis）的胚胎作为样本。关键实验技术包括：构建并使用在RLRb抗病毒启动子驱动下表达mCherry的转基因海葵报告系；利用病毒模拟物poly(I:C)进行免疫激活处理；通过免疫荧光染色结合荧光激活细胞分选（FACS）分离特定细胞群；对分选后的细胞进行批量RNA测序（Bulk RNA-seq）及全胚胎的单细胞RNA测序（scRNA-seq）以解析基因调控程序；以及进行吞噬功能测定和跨物种（与石珊瑚）免疫表达谱比对分析。
研究结果
Identification of RLRb-positive cells in Nematostella
研究人员首先利用转基因海葵系（RLRb promoter::mCherry），在病毒模拟物poly(I:C)刺激下，成功识别出一个表达mCherry的细胞群体（即RLRb阳性细胞）。形态学观察与转录组分析均证实，这群细胞与周围其他细胞存在显著差异，代表着一个独立的细胞谱系或状态。
Transcriptomic profiling of RLRb-positive cells
对RLRb阳性细胞进行的批量RNA测序显示，这些细胞在基线状态和激活状态下均高表达多种免疫效应基因（如调控因子和效应分子）。当受到poly(I:C)刺激后，它们进一步显著上调了参与抗病毒防御和免疫信号转导的基因集合。
Single-cell resolution of the immune program
单细胞转录组学分析进一步在更高分辨率上揭示了海葵胚胎的细胞类型组成。分析明确锁定了一群特异的“免疫样”细胞，其基因表达特征与RLRb阳性细胞高度吻合，且在病毒模拟刺激下展现出特定的基因调控网络变化，证明了特化免疫程序的真实存在。
Phagocytic activity of RLRb-positive cells
功能实验显示，RLRb阳性细胞具备显著的吞噬活性。在poly(I:C)处理后，这群细胞的吞噬能力进一步增强，表明其在抗病毒响应中不仅能通过基因表达重编程，还能直接通过吞噬作用清除病原体或感染源。
Conserved immune response across Hexacorallia
通过将海葵的免疫表达谱与经2′3′-环鸟苷酸-腺苷酸（2′3′-cGAMP）处理的石珊瑚（Stony corals）表达谱进行对比，研究人员发现两者在抗病毒免疫响应基因上存在显著相似性。这提示了以RLRb为核心的抗病毒免疫应答在六放珊瑚亚纲（Hexacorallia）中是古老且保守的。
研究结论与讨论
本研究通过在刺胞动物海葵中的深入探索，成功鉴定并功能表征了一类特化的免疫细胞，它们能在病毒模拟信号刺激下被RLRb启动子驱动激活，展现出独特的形态、转录特征及增强的吞噬功能。这一发现直接证明了特化免疫细胞及相关的抗病毒基因调控程序在早寒武纪之前（约6亿年前）就已出现在动物谱系中。
更为重要的是，研究通过跨物种比较，揭示了这一抗病毒免疫程序在六放珊瑚（包含海葵和造礁石珊瑚）中高度保守。这不仅填补了免疫细胞演化早期关键环节的空白，也暗示了现代珊瑚的免疫反应可能仍保留着极为古老的抗病毒机制。鉴于全球珊瑚礁正面临严重的病害与白化威胁，而病毒可能是重要诱因之一，理解珊瑚及其近亲中海葵的古老免疫防线，未来或许能为珊瑚礁生态健康研究提供新的分子视角。
总之，该研究不仅“找回”了动物免疫系统的古老拼图，也再次证明，即便是看似简单的低等生物，也蕴藏着复杂而精妙的细胞免疫策略，为整个动物界的先天免疫演化史写下了关键注脚。
