树突状细胞在支气管哮喘发病机制中的作用

树突状细胞在支气管哮喘发病机制中的作用 2013-03-16 19:46 来源:国际呼吸杂志作者:娄月妍等 支气管哮喘(简称哮喘)是严重影响人们健康的常见病。此前对哮喘发病机制的认识主要停留在Th2细胞反应占优势以及由此导致的气道嗜酸粒细胞浸润上,但对免疫应答过程中的重要细胞——抗原递呈细胞在哮喘发病机制中的作用认识不足。作为重要的抗原递呈细胞,树突状细胞(dendritic cells,DC)在哮喘发病机制中的作用近年来逐渐得到重视。研究发现,DC对吸人性变应原的识别和捕获是哮喘发生、发展的第一步,也是激发Th2占优势的免疫应答以及后续过敏性炎症反应的前提。DC连接固有性免疫和适应性免疫,并且在适应性免疫中引起免疫应答或免疫耐受。因此,DC作为炎症反应的始动、维持及调节细胞之一,目前已成为哮喘发病机制研究中的又一热点。 1 DC的来源及生物学功能 DC是一种职业性的抗原递呈细胞,在免疫应答和免疫耐受中起着重要的作用。DC在细胞表面标志、组织定位和功能方面具有明显异质性。 1.1 DC的来源及亚群分类DC是一种骨髓源性细胞,某些亚群的DC与单核巨噬细胞系具有共同的祖细胞,其生长依赖于粒细胞集落刺激因子(G-CSF),在某些炎症条件下,还可以由单核细胞在粒细胞一巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)刺激下发育而来,这些DC为的表型为CD11c+ CD123-mDC;DC还可从直接由骨髓中的前体细胞分化产生,与T、B、NK细胞有着共同前体细胞,其生长依赖于flt3L的存在,IL-3(小鼠)或IL-7(人),表型特征为CD11CD123+,被称为浆细胞样DC(plasmacytoid DCs,pDCs)。髓样树突状细胞(mDC)表达Toll样受体TLR1、TLR2、TLR3、TLR4、TLR5、TLR6、TLR8和TLR10等;而pDC表达TLR7、TLR9,在一些病毒或细菌的刺激下,能够产生分泌大量的IFN-α。根据DC的成熟状态,还可将DC分为DC前体、未成熟DC、迁移期DC和成熟DC。 1.1.1脾脏中DC DC首次在小鼠的脾中发现,小鼠脾脏DC包括两个主要的亚群。这些亚群有上百个基因的表达不同,并且在抗原递呈方面具有专一性。一类为CDllc+CD8+的DC,最初位于T细胞区、边缘区。另一类为CD11c+ CD8-的DC,存在于红髓和衔接通道。这两类DC在活化后均迁移到T细胞区。CD11c+ CD8+的DC是捕获和交叉呈递凋亡细胞中抗原的主要细胞类型。而CD11c+CD8-33D1+DC 主要为MHC-Ⅱ递呈时处理抗原。 1.1.2淋巴结中DC淋巴结包含两类固有DC,这些DC属于CD11chiMHCⅡ+及来源于血液pre-DC前体细胞:CD8+ CD205+和CD8+ CD11b+ DC。这两类DC似乎和脾脏中的CD8+CD205+和CD8+33D1+ DC在细胞表面标志和功能方面相对应。另外,淋巴结中包含通过淋巴液以CCR-7依赖的方式从外周组织迁移而来的DC。这些迁移DC为CD11cintMHCⅡhi langerin+ CD40hi,迁移DC可以转移周围循环中的抗原给淋巴结固有CD8+ DC引起交叉呈递。 1.1.3非淋巴组织中DC皮肤真皮层包括两个DC亚群:CD103+ CD11b lo Langerin+和CD103-CD11bhiLangerin-DC。CD103+ CD11b lo Langerin+DC与病毒和自身抗原的免疫反应有关,而CD103-CD11bhiLangerin-DC的功能尚未明确。肠道中已鉴定出3个DC亚群,Peyer斑中的CD103+CD11b lo及黏膜固有层中的CD103-CD11bhi和CD103+CD11b+DC。其中,对CD103+ CD11b+ DC研究较为深入,这群细胞可以转移肠道致病菌至肠系膜淋巴结,和脾脏中CD8+CD205+DC的功能相似。肺、肝、肾中也存在这两类DC亚群,CD103+ CD11b+和CD103-CD11bhiDC。这些组织中的CD103+ CDllb+ DC和脾脏中CD8+ CD205+DC对应。 1.2 DC的生物学功能DC的主要生物学功能包括抗原的摄取和处理、抗原递呈和免疫激活、参与T细胞在胸腺中的分化发育、维持免疫记忆、诱导免疫耐受以及免疫调节等多个方面。 DC组成性表达MHC-Ⅱ类分子、共刺激分子、黏附分子参与抗原的递呈。人的DC表面分子包括CD11c、HLA-DR等,共刺激分子包括CD80、CD86、CD40L、CD2等。这些表面分子和共刺激分子在始发过敏性疾病的Th2炎性反应中有着重要的作用。DC也能分泌IL-1、IL-6、IL-12、TNF-α、IFN-α等细胞因子及多种趋化因子,参与机体的免疫调节。未成熟DC表面表达较少的MHC-Ⅱ类分子、共刺激分子和黏附分子,体外激发混合淋巴细胞反应(MLR)能力较弱,但表达较多的FcR和病原体受体,具有较强的摄取和加工处理抗原的能力。在摄取和处理抗原的过程中,未成熟DC逐渐发展为成熟DC,表面MHC-Ⅱ类分子、共刺激分子和黏附分子表达逐渐增加,体外激发MLR能力增强。成熟DC摄取和处理抗原的能力大大降低,而递呈抗原及激活T细胞的能力增强。DC提供T细胞激活所需要的第一信号和第二信号,并可诱导Th0细胞的分化。DC能够与T细胞结合,为T细胞提供MHCⅠ/肽、MHCⅡ/肽复合物的第一信号,使相应的CD4+、CD8+T 细胞的TCR占据量增加,有利于T细胞的激活。DC还为T细胞提供充足的第二信号,成熟DC表达高水平的CD80、CD86、CD40等分子。当同时具备了第一信号和第二信号之后,DC可以诱导Th0向不同的方向分化。 2 气道DC在哮喘发病机制中的作用 哮喘是一种主要由Th2细胞介导的气道炎症性疾病。DC通过对Th2细胞的始动作用在哮喘的起始阶段发挥重要作用。DC对吸人过敏原适应性免疫调节方面的重要作用已有所认识。DC不仅将过敏原转移到局部淋巴结,而且起着联系气道微环境和免疫系统的作用。 2.1气道DC的分布及表型DC存在于人的包括鼻、气管、支气管、肺泡和脏层胸膜的整个呼吸系统,在实验动物和人类中证实气道黏膜下有一个密集的DC网络。DC大量表达的HLA-Ⅱ类分子和其独特的形态学特征被作为鉴定DC的标志。Jahnsen等通过一小部分HLA-DR+细胞可以和CDlc单抗共染色的实验表明CD1c+可以用来定位支气管上皮组织中的DC。 2.2 气道DC在哮喘发病机制中的作用 2.2.1DC诱发Th1反应使Th1分化的关键细胞因子为IL-12,IL-12的主要来源是DC。接触细菌及其他强危险信号可以引起DC的成熟,促进DC调控的Th1分化。DC成熟以其胞吞作用的减弱、抗原递呈功能的增强、趋化因子受体的表达改变为特征,成熟后从外周黏膜区回到区域淋巴结并且免疫调节细胞因子包括IL-12表达增加。诱发DC成熟的信号多由DC和固有免疫系统其他细胞表达的TLR家族模式识别受体转导。强危险信号诱导DC产生大量的IL-12以促进Th1分化,使DC倾向于促进Th1免疫反应。成熟DC产生IL-12的最佳条件为DC表面的CD40和T细胞表达的配体CD40L结合,再联合IFN-γ的刺激。已证实表达编码p35和p40链mRNA的成熟呼吸道树突状细胞(respiratory tract dendritic cells,RTDC)在接触GM-CSF、TNF-α及CD40L后表达IL-12,这和它们的强促Th1活性相符合。 2.2.2DC诱发Th2反应目前认为分泌IL-4、IL-5、IL-9及IL-13的CD4+ Th2细胞构成哮喘的多种病理生理特性,包括气道炎症、黏液分泌和气道高反应性。DC不产生促Th2的细胞因子IL-4,但可能间接的始动Th2分化。活化的产生低水平IL-12的DC(IL-12lo DC)可能会促进Th2分化。因此,使IL-12lo DC成熟的环境信号可认为是特异性哮喘患者Th2偏倚的易感因素。已经发现几种可以使DC向IL-12lo/促Th2表型成熟的信号,包括低水平的内毒素、TLR2配体、糖皮质激素和多种G蛋白耦联受体激动剂。IL-12产生减少及活性降低是过敏性疾病患者促Th2反应的危险因素。但缺少IL-12时,T细胞不会自发的向Th2方向分化。因此,虽然认为减少DC产生IL-12的量是促Th2反应的一个危险因素,但激活DC始动Th2分化还存在着其他一些机制,可能包括分泌因子及接触依赖信号。 2.2.3DC诱导Treg的产生研究证实DC可以诱导T细胞向Treg方向分化。未成熟DC对间歇期和(或)初始T细胞的作用是有限的,诱导Treg的产生需要未成熟DC的反复刺激。在无炎症反应存在的体内稳定状态下,未成熟DC在体内循环并捕获抗原,经过胞吞作用,DC依然未成熟,但是它们依旧迁移到区域淋巴结,在此遇到初始T细胞,初始T细胞接受信号后,分化成Treg而非效应T细胞。Treg在抗炎症网络中起着重要的作用,且Treg在Th1/Th2平衡中起着非常重要的作用,DC可以通过诱导Treg的分化下调免疫反应。 2.2.4DC诱导Th17的产生Lewkowich等证实,可产生IL-23的肺部mDC可以使效应T细胞向Th17方向分化。早在2001年一些学者已注意到哮喘患者血清中IL-17 (目前称为IL-17A)增加及气道组织中IL-17 mRNA的表达也增加,提出Th17在哮喘发病机制中的可能作用。2008年Th17细胞在哮喘患者的气道中成功定位。Th17产生IL-17A、IL-17F、IL-6、IL-22和TNF-α等细胞因子,并且可以作用于纤维母细胞、巨噬细胞、嗜酸粒细胞以及上皮细胞引起炎症介质及趋化囚子的释放,近来研究发现Th17与重症哮喘患者气道中性粒细胞的浸润有密切的关系。 3 DC在维持气道炎症中的作用 DC在呼吸道和肺组织中组成一个复杂的网络,在各种促炎症因子的作用下,被迅速募集到炎症部位。气道DC在哮喘患者受到抗原刺激产生的炎症反应中起着重要的作用。在哮喘动物模型的研究中发现,DC在过敏性气道炎症的始动和维持方面均有重要的作用。Lambrecht等利用气传OVA致敏的哮喘小鼠模型,引起气管周和血管周CD4依赖的嗜酸粒细胞炎症,以及肺部Th2细胞因子和IgE产物 的释放。在利用可以减少DC数量的更昔洛韦治疗OVA二次攻击致敏的胸苷激酶转基因小鼠时,发现Th2细胞因子相关的嗜酸粒细胞气道炎症几乎完全被抑制。证明DC在过敏性哮喘的发病机制中对气道炎症的发展和维持起着重要的作用。 4 结语 DC是哮喘发生、发展中的重要因素,在哮喘的发病机制中发挥着重要的作用。DC作为重要的专职抗原递呈细胞始动Th2反应,引发和维持过敏性炎症级联反应,诱导各种Th细胞的产生。因此,研究哮喘发病起点的抗原递呈细胞尤其是DC,对明确哮喘的发病机制可能有重要的作用,并可能为哮喘的治疗提供指导作用。