医药学-粘膜免疫在粘膜保护中的作用机制研究进展

医药学-粘膜免疫在粘膜保护中的作用机制研究进展 作者：白晓东 随着各种广谱、高效抗生素的大量使用，使得从肠粘膜面来源的条件菌感染显得较为 突出；其次，许多传染病如艾兹病、伤寒、霍乱的感染亦首先来自粘膜表面。因此，保护粘 膜表面以抵抗环境病原体是感染研究领域重要的议题之一。目前迫切需要一种能在粘膜表面 使用的高效的非抗生素防治手段，而粘膜免疫的研究不断深化，使人们认识到提高粘膜免疫 屏障在粘膜保护中具有十分重要的意义。 1 粘膜免疫系统的构成及各自功能 早在1963年，Thomas等就提出IgA是位于粘膜表面主要的免疫成份，此后随着研究逐 渐 深入，证明粘膜免疫系统是相对独立于全身免疫系统之外、又与全身免疫系统密不可分的 系 统。粘膜免疫往往由二大功能区构成：免疫诱导部位及免疫效应部位。淋巴细胞在全身免 疫 系统及粘膜免疫系统内二大功能区之间不断的迁移，同时伴随着淋巴细胞本身的分化成熟 ［1］。粘膜免疫诱导部位往往是特异化的粘膜淋巴滤泡，存在于扁桃体、气管及肠道 等处，例如舌、腭扁桃体，口腔及鼻咽部的咽扁桃体，小肠的潘氏结(Peyer’s patchs，PP) 以及阑尾。典型肠道的淋巴滤泡分为生发中心及富含B细胞的边缘带；诱导部位通过冠状层 与肠上皮隔离开来，冠状层主要由B细胞、CD+4 T细胞以树突状细胞及巨噬细胞构成 ［2］。大量证据表明：诱导部位在局部免疫中起着主要作用，包括抗原的提呈及信号 传导，淋巴细胞的产生及致敏，主要包括特异IgA效应的B细胞，记忆B细胞以及T细胞［ 3］。 免疫效应部位是指淋巴细胞在此分化为终末细胞并发挥作用的场所，主要为粘膜中的固 有层，通过免疫组化显示固有层含有大量的IgA型浆细胞。 粘膜免疫系统具有其独特的性质，例如抗原的提呈主要依靠M细胞、淋巴细胞分化过程 中的迁移以及局部调控因子以Th2样因子为主；更为引人注意之处在于，粘膜免疫产生的 抗体主要为IgA型以及肠固有层中T细胞中rδT细胞占多数。这些特点与其屏障作用密切相关 。 2 粘膜免疫中抗原摄取(Antigen sampling) 在粘膜免疫组织中，M细胞、树突状细胞及肠上皮细胞均具有抗原摄取功能。M细胞是高 度专业化的肠上皮细胞，拥有区别于其它肠上皮的超微结构及组织学标志［4］。M细 胞在近肠腔的顶端处吞噬肠腔内的可溶性及固化物质，包括肠腔内的微生物，胞内加工后以 吞噬小泡形式转送至侧面胞膜处，并以胞吐方式分泌入细胞间隙。在M细胞侧面聚集有淋巴 细胞及巨噬细胞，从而迅速识别M细胞提供的抗原。通过这种方式，位于肠上皮下的粘膜免 疫诱导部位迅速识别肠腔内抗原并产生免疫应答。 目前研究表明，肠上皮细胞同样具有抗原摄取功能。许多实验证实［5］，肠上 皮细胞吞噬肠腔内抗原并将抗原提呈给已致敏的T细胞。其次，肠上皮细胞接受抗原刺激后 会应激分泌细胞因子，如IL-6等，亦分泌血管活性肽分子；这些因子均可提高局部分泌型 抗体IgA的合成水平。因此，肠上皮细胞在粘膜免疫中的作用逐渐引起重视。 肠固有层中的 rδT细胞在抗原早期识别亦有十分重要的地位［5］。肠粘膜免疫组织能迅速对肠腔 内抗原做出反应，与rδT细胞的功能有很大关系。rδT细胞在肠粘膜免疫组织中数量多，全 身约1/3的rδT细胞位于肠上皮组织中。这类T细胞表面TCR受体类型为rδ，具备CDR3抗体 结构。rδT细胞在局部的作用主要为：进行非限制的细胞毒反应，提供早期杀菌机制；充当 免疫调节细胞，分泌IFN-r、IL-5等，在rδ-knockout的小鼠体内，IgA浆细胞数量明显 减少，说明rδT细胞参与了IgA合成的调控。 3 参与分泌型IgA合成的相关机制 分泌型IgA是在肠腔内抗原诱导下，由局部粘膜免疫组织合成，并经上皮细胞分泌入粘 膜表面。SIgA在保护机体免受粘膜表面的微生物侵袭方面起着非常重要的作用，其合成与抗 原 提呈、淋巴细胞归巢迁移(Trafficking)、以及周围环境中的细胞因子均有很大关系 ［6］。 在粘膜免疫诱导部位，抗原加工、提呈后，形成抗原致敏特异的IgA型B细胞。在此过 程 中，B细胞的分化、增殖有赖T细胞的帮助［7］。其中多种Th2样因子参与了诱导部 位B细胞增殖、分化，相关因子包括TGF-β［8］、VIP［9］、IL-4［10 ］等。前体B细胞在诱导部位内进行同种型转换(Isotype switch)，形成膜表面抗体IgA阳 性的B细胞，同种型转换是形成IgA型浆细胞的关键之一。体外研究发现TGF-β作用下，B细 胞基因表达重排，Cα基因替代CH基因［8］，从而使B细胞转型为IgA型B细胞。但有 研究证实IL-4的作用远高于TGF-β。在体内实验中，证实IL-4是调控B细胞在PP(潘氏结) 内分化的主要因子，IL-4—/—小鼠失去合成IgA的功能［9］，因此IL-4对于IgA的 合成十分重要。 转型的B细胞被抗原致敏后离开诱导部位，沿血流进入局部或远处的粘膜组织及分泌组 织。在这些效应部位，致敏B细胞分化为合成IgA的浆细胞［10］，或者成为长效记忆 细胞［11］。已致敏B细胞主要在IL-6、IL-5等细胞因子调控下分化为IgA型浆细胞 。 粘膜免疫组织B细胞分化成熟的过程中存在细胞的不断迁移，称之为淋巴细胞归巢。淋巴 细胞膜上α4β7整合素是引导淋巴细胞归巢的主要成份。体外研究证实，α4β7与 粘膜组织中血管内皮细胞表面的Mad CAM-1结合，介导淋巴细胞进入粘膜组织［12］ 。致敏的淋巴细胞膜表 面α4β7表达增高，但是其中具体机制尚不清楚。 4 提高局部粘膜免疫的研究进展 局部分泌型IgA是保护粘膜、抑制肠内菌的主要成份。经研究证实，分泌型抗体对病毒 ［13］、肠腔内致病菌［14］及条件致病菌［15］均有抑制作用。因此 ，如何提高局部分泌 IgA水平是目前研究的热点。 4.1 主动免疫 开发出高效且安全的疫苗及寻找合理的免疫途径是进行粘膜主动免疫的关键。基因 重组疫苗的研制与使用是近来提高粘膜免疫水平的主要方向之一。例如在对Norwalk病毒的 防治研究中［15］：将Norwalk病毒的致病基因剔除后，重组基因并在昆虫细胞表达 为rNVVLPs，具有病毒的免疫原性，但无致病性；经口将rNVVLPs送入消化道。检测证实，rN VVLPs可刺激CD1小鼠及BALB/C小鼠产生高水平的粘膜免疫应答。 另一种重组是将抗原与CT(Cholera toxin)相连［16］从而提高免疫效力。 CT由CTB及CTA二部分构成，而CTB属无毒性部分。将抗原与CTB相连，复合蛋白与M细胞及肠 上皮细胞表面的GMI分子作用而激发起局部免疫应答。例如将SREHP抗原，一种阿米巴原虫的 保护性抗原，与CTAB等基因嵌合并在大肠杆菌内表达出嵌合蛋白SREHP-H。经实验证实，SR EHP-H经口免疫机体，可使肠粘膜免疫组织产生针对阿米巴的IgA抗体，并可在血浆中产生I gG抗阿米巴抗体。 4.2 局部应用细胞因子 细胞因子在IgA合成中的关键作用，使人联想到使用适当的细胞因子来选择性地提高IgA水平。而基因工程技术的进展，使得细胞因子在粘膜免疫组织局部的应用更为合理、高效。 选择适当的载体，将IL-4、IL-6等细胞因子基因插入载体中，通过载体将细胞因子的基因 选送至粘膜局部。载体往往是一种侵袭性病原体的减毒变异体，如灭毒的沙门氏菌［17 ］以及减毒病毒［18］，通过载体对粘膜组织的感染从而将细胞因子基因植入局部 免疫组织中表达。 此外，微包装技术的发展使得直接局部应用细胞因子成为可能，例如用 脂质体包装细胞因子 并在粘膜局部应用，可提高粘膜免疫组织的合成IgA的能力。 4.3 IgA抗体直 接在粘膜表面的应用 在预防肠腔条件致病菌的机会感染方面，国外有人将分泌型IgA应用到粘膜局部，结果 表明，IgA能有效地抑制细菌移位的发生［19］。此外，通过制备抗致病菌的IgA型单 抗，然后将IgA型抗体用于粘膜局部，可较好地预防肠道致病菌［14］感染。目前这 方面工作尚有待深入，但是对于粘膜免疫机制存在障碍的患者，被动粘膜免疫是一种迅速、 有效的粘膜保护措施。 作者：白晓东 总之，粘膜免疫屏障是保证机体免受粘膜表面来源的病原体感染的机制之一。粘膜免疫 组织对抗原的识别及产生免疫应答方式均有其特点，对于这些特点的认识不断深化，有助于 人们将这一内源防御机制运用于对一些传染病如艾兹病、肝炎及其它粘膜来源的病原体感染 的防治。 参考文献 1 Neutra M R, Pringault E, Kraehenbuhl J P. 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