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1、肠道黏膜免疫系统的研究进展生物与感染2007年筮2鲞筮塑!垫!丛鉴!oJ!.肠道黏膜免疫系统的研究进展柬弋综述王健伟审校人体肠道内的黏膜总面积约为300m2,是人体内环境与外环境间直接交流的主要界面.肠道黏膜不仅是营养吸收及水分,矿物质交换的主要场所,同时也是许多病原体感染或起始感染的主要位点.肠道黏膜免疫系统是由肠相关淋巴组织组成的复杂网络,具有完善的免疫反应机制和严格的免疫调控机制.可以说,肠道黏膜免疫系统是机体抵御肠道病原体感染的第1道防线,同时,也在宿主与外环境间黏膜稳态的建立和维持上发挥重要的作用.本文简要综述了肠道黏膜免疫系统的组成和免疫机制研究进展,并对现今研究的热点问题进行了讨
2、论.肠道黏膜免疫系统组成肠道内的黏膜免疫系统由肠相关淋巴组织(tassociatedlymphoidtissue,GALT)组成.GALT主要以两种形式存在:一种是呈弥散分布的淋巴组织(scatteredlymphoidtissue),即在肠道黏膜上皮及固有层(1aminapropria,LP)内散在的淋巴细胞,它们是肠道黏膜免疫系统行使免疫保护功能的效应位点;另一种为组织化的淋巴组织(organizedlymphoidtissue),如派氏结(Payerpatch,PP),肠系膜淋巴结(mesentericlymphoidnode,MLN)及较小的孤立淋巴滤泡.这些淋巴组织作为肠道黏膜免疫系
3、统的诱导位点(inductivesite),负责起始肠道黏膜内的免疫反应.其中,特别要指出的是PP区域的滤泡相关上皮(follicleassociatedepithelium,FAE)中存在的一种特殊的M细胞(microfoldcel1).M细胞表现出高度的跨细胞转运活性,所以一般认为它是肠道黏膜免疫系统的入口,是GALT摄取外界抗原最主要的细胞11.肠道黏膜免疫反应机制肠道黏膜免疫系统是机体免疫系统内最大也是作者单位:中国疾病预防控制中心病毒病预防控制研究所,北京100052通讯作者:王健伟,E-mail:wangjw28vip.sina.COB最为复杂的部分l2J,这不仅仅是因为肠道的内环
4、境非常复杂,使得肠道黏膜免疫系统持续地受到包括病原体,食物蛋白和共生菌群在内的信号刺激,同时还因为肠道黏膜免疫系统需要依靠严格的调节机制来区分这些信号中的危险信号和无害信号.对于无害信号刺激,GALT或是保持一种低反应性的免疫监视状态,或是调动免疫耐受机制;而对于危险信号,GALT则及时反应将其清除,从而维持肠道内环境的稳定.对于正常的食物蛋白,肠道黏膜免疫系统主要通过由调节性T细胞介导的主动抑制和抗原特异性T细胞克隆无反应或缺失(clonalanergyO1deletion)等机制诱导的口服耐受来防止对食物蛋白的过敏反应_3J.另外,肠道内还有大量的微生物定居,肠道生态系统的长期进化最终导致
5、GALT下调针对正常存在的共生菌群的固有炎症反应.概括来讲,GALT对共生菌的低反应性主要是由共生菌自身的特点,小肠上皮细胞(epithelialcell,EC)表面的特性及肠道黏膜LP内免疫细胞的特点3个方面的因素所决定.从共生菌自身的特点来看,它们与致病菌不同,不能表达黏蛋白酶及黏附,定居和侵入因子,因此不能分解肠道内保护性的黏液层.小肠蠕动形成的黏液层流可以将共生菌冲离肠道表面,使其不能黏附EC,破坏上皮屏障.另外,可能由于共生菌具有五聚化的类脂A(pentacylatedlipidA),比致病菌的六聚化类脂A(hexacylatedlipidA)要短_4J,所以它们只表现低的内毒素毒性
6、(endotoxicity),不会引发强的炎症反应.从黏膜上皮细胞的角度来看,首先,EC表面缺少识别共生菌病原相关分子模式(pathogenassociatedmolecularpattern,PAMP)的Toll样受体(Tolllikereceptor,TLR),如TLR2,TLR4,MD2和CD14t;其次,这些固有免疫的传感分子被阻隔和隐藏起来,如rIB5在基底侧表达,使其不能与EC顶侧的共生菌接触_6J,因此不能有效地识别共生菌的PAMP;最后,GALT在共生菌群存在的压力下,诱导永久活化的抗炎症反应系统.研究发现,诱导活化细胞核受体过氧化物酶体增殖子活化受体7(pemxisomeof
7、MicrobesandIrffeetion,March2007,Yol2,No.Droliferator-activatedreceptor-y,PPAR一)可抑制TLR诱导的NF-信号传导通路l,从而抑制了炎症反应的发生.从肠道黏膜LP的特点来看,LP内含有特殊的耐受性树突细胞(dendriticcell,DC),巨噬细胞和调节性T细胞,这些免疫细胞可以产生许多抗炎症的细胞因子,从而下调针对共生菌的固有炎症反应,维持了肠道内环境的稳定J.与共生菌群相反,肠道内病原体则可被GALT识别并引起免疫保护反应.然而准确地说,GALT识别的是一种危险信号,不仅包括致病的细菌,病毒等分子,也同样包括肠道
8、内过量存在,甚至侵入EC的共生菌群.GALT针对病原体引发的危险信号的反应起始于PP,MLN或小肠黏膜中的孤立淋巴滤泡8.以PP为例,病原体主要是通过FAE中的M细胞进行摄取,并呈递到抗原呈递细胞(antigen-presentingcell,APC),APC继而将抗原呈递到黏膜内的淋巴细胞,活化的淋巴细胞在归巢受体的介导下到达效应组织.在效应位点处,抗原起始的免疫球蛋白A(Ign)B细胞分化成为IgA浆细胞,并向肠腔内分泌大量的抗原特异性的二聚化或多聚化的IgA,以捕获和清除腔内的抗原.另外,效应组织中还含有多种T细胞亚型,表现出辅助,调节和细胞毒性T淋巴细胞(CTL)等活性,以完成和调节黏
9、膜表面保护性的免疫反应.同时,黏膜组织摄取的抗原还可以进入淋巴循环,诱导全身陛免疫反应的发生.而GALT针对过量增生的共生菌群所引发的反应则是在小肠的隐窝处起始的E8J.正常情况下,小肠的隐窝处于相对无菌环境,一旦上皮层表面共生的微生物体生长过量,那么隐窝处的菌体密度就会升高,这种危险信号可以被隐窝内上皮细胞表面的TLR和NOD2/CARD15分子识别L9J,继而引发固有免疫反应,诱导潘氏细胞(panethcel1)分泌抗菌多肽,清除过量存在的微生物体.肠道黏膜免疫系统研究中的热点问题1.M细胞不是唯一的抗原摄取位点尽管FAE相关的M细胞被认为是吸收腔内抗原并起始抗原特异性免疫反应的主要位点,
10、但是,M细胞不表达主要组织相容复合物(MHC)I1类分子_2,因此,M细胞可能并不是肠黏膜唯一的抗原摄取位点.现今的研究认为,肠黏膜摄入抗原至少还有另外3种可选择的方式:首先,在小肠PP附近的微绒毛上皮中存在另一种微绒毛M细胞(viUousMcel1)m,它可能是一个小肠摄入抗原的新入口,并且也可能是新的病原微生物入侵位点.另外,肠黏膜Dc参与一个摄入抗原的M细胞非依赖途径(Mcellindependentpathway).DC表达一些紧密连接相关蛋白(如occludin,claudin1和zonulaoccludens1),可与紧密连接的某些结构成分相互作用,使DC能够将其突起伸入上皮细胞间
11、隙.通过这些伸向外界腔体的突起,DC可以收集抗原,并将这些抗原呈递到T和(或)B细胞.还有报道指出,表达CD18分子的巨噬细胞也参与这种M细胞非依赖途径来呈递入侵的细菌抗原【11.第3种抗原摄入的途径是通过EC本身.一些实验证明,EC可以加工抗原并通过MHCI类和类分子向T细胞和B细胞呈递抗原L】.2.上皮内淋巴细胞的功能GALT内存在一类黏膜免疫系统内特有的T细胞群,即上皮内淋巴细胞(intraepitheliallymphocyte,IEL),它们在黏膜的免疫防御中也起到了非常重要的作用.肠道黏膜内的IEL分为两类,一类为CD8a3IEL,另一类为CD8aaIEL,如T细胞.与黏膜固有层淋
12、巴细胞(1aminaproprialymphocyte,LPL)相比,IEL中含有少量的RCD8offl细胞(一10%).大多数(一50%)的CD8IEL为RCD8eaT细胞或TaTCRCD8aaT细胞_】引.CD8a3IEL在胸腺中发育,并且通过选择性地表达CCR9和a437整合素而迁移到黏膜区域.而对于CD8aaIEL,之前的研究认为其发生是非胸腺依赖的,该类T细胞亚群主要在肠相关的隐窝结节(cryptopatches,CP)处发育.但是最新的研究发现,小肠内的T细胞,不论是表达同源二聚体(呶)的CD8分子,还是表达异源二聚体(a8)的CD8分子,都是来源于CD4,CD8胸腺细胞15J.此
13、外,CD8actIEL与CD8a3IEL还存在一个重要的差别,即TCRCD8a3IEL为MHCI类分子依赖的,而CD8actIEL则是MHCI类分子非依赖的【.因此,rIRCD8IEL在MHCI类分子的限制下,对细胞质内的抗原表现出较高的细胞毒性;而CD8actIEL则不受MHCI类分子的限制,表现低水平的细胞毒性.一些非经典的MHC分子,如胸腺白血病抗原(thymusleukeITliaantigen,TL),Qa一1,Qa,2,CD1和MHCI类相关分子(MHCclassIrelatedmolecule,如MICA和MICB)等,可能具有向CD8aaIEL呈递非蛋白抗原的能力17-19.例
14、如,当细菌或病毒感染EC后,EC随即表达MICA这种非经典的MHC分子,胞内抗原进而被MICA呈递给TCRCD8aIEL,诱导其细胞毒性作用,从而杀死感染的EC,阻止病毒和细菌在机体内继续扩散.另外,有2OO7年3月第2卷第1期JournalofMicrobesandInfection,March2007,Vol2,No.1研究发现,小肠EC表面还持续表达另一种非经典的MHC分子11L驯.11L与IEL的CD8aa相互作用促进了某些细胞因子的生成,但不造成CD8aalEL的增殖和细胞毒性反应,因此不会造成对肠道上皮的破坏当然,对于IEL还需要进行更进一步的研究.但是,以上的种种发现至少可以说明
15、,在黏膜IgA型B细胞介导的体液免疫与CTL介导的细胞免疫之外,IEL又可为肠道黏膜提供另一层免疫保护.3.PP中的DC在肠道黏膜免疫系统中的作用DC是一类重要的抗原呈递细胞,具有摄取抗原,并将其呈递到免疫效应细胞表面的功能.同时,DC还是黏膜获得性免疫的调节因子,特别是在小肠的PP,这种调节作用更为明显.在PP中,DC主要分布于FAE下的上皮下穹隆(subepithelialdome,sED)区域21.PP内的DC通常可以分为3个不同的亚型,并且各个亚型的功能也存在差异J.第1个亚型的DClCD8aCD1lb(髓样DC)特异性定居在PP的SED区域,在表达CD1lb分子的同时主要分泌IL-1
16、0.第2个亚型的DCCD8aCD1lb一(淋巴样DC)表达CD8aa分子并定位于PP中T细胞富集的滤泡间区域(Tcellrichinterfollicularregion,IFR).第3个亚型的DC(CD8aCD1lb一)既不表达CD1lb,也不表达CD8ct,因此被定义为双阴性DC(doublenegative(DN)DC.DNDC位于SED,WR和FAE内,与CD8a+CD11b-DC有一些相似的功能特点l引.例如:两类DC在受到细菌刺激后都分泌IL-12p70.在黏膜淋巴组织中,DNDC占有很高的比例(占PP的29%,占MLN的30%)J.最近的一项研究表明,DNDC可以从呼肠孤病毒感染
17、引发凋亡的肠细胞内摄取病毒抗原【24J.PP中的DC担负着多种重要的职责:首先,DC调节CD4辅助性T细胞(Thelpercell,111)的多样性反应.当CD4T细胞暴露于抗原后,会产生不同类型的分化反应,最终可在特定的细胞因子调节下分化成为Thl(分泌7一IFN),Th2(分泌IL4和IL-13),1h3(分泌TGF.13),Tr.1(分泌ILdO)或Treg细胞并导致GALT趋向不同的免疫反应结果.而PP中存在的不同DC直接介导了这种CD4T细胞反应的差异性.研究发现,CD8aCD1lbDC分泌IL-10,TGF-13和IL-6,诱导抗原特异性的CD4幼稚T细胞分化为调节性T并引起口服耐
18、受,同时还刺激CD4T细胞高水平地分泌IL-10和IL广4,并与IIJ-6L22J一起作用于B细胞以调节IgA的生成;而CD8aCD1lb一和DNDC则分泌IL-12,可诱导T细胞分化成为辅助性T细胞,进而引发CTL反应,并诱导B细胞产生I抗体以清除体内的病原体J.其次,PP和MLN中的DC可调节T细胞归巢至肠黏膜.因为PP的DCE和MLN中的DC【26J可以增强CD8+T细胞表面a4岛整合素和CCR9的表达,从而调节T细胞在黏膜组织中的迁移.最后,PP内的DC还具有诱导IgA产生的能力.这种诱导IgA生成的反应既针对病原体,同时也选择性地针对共生菌群引.结语肠道黏膜免疫系统是机体内部一个结构
19、独立,功能复杂的免疫网络.它的存在确保了GALT在针对病原体的免疫反应与针对非病原体诱导的耐受之间,在机体的内环境与外环境之间建立一种动态的平衡,以维持机体自身的稳定.对肠道黏膜免疫系统的研究还需进一步深入,有待阐明的主要有如下几个方面:(1)GALT摄取肠腔内抗原的机制;(2)GALT趋向耐受或是趋向保护性免疫反应的调节机制;(3)DC在肠道黏膜免疫系统中的作用.这些机制的阐明将会为口服黏膜疫苗的开发及过敏性或自身免疫性疾病的治疗提供更多的思路和方法.参考文献1.BraydenDJ,JepsonMA.BairdAW.Keynotemew:intestinalPeyerSpatchMcells
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