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1、卫生假说与过敏性疾病,中国医科大学免疫学教研室吕昌龙,主要介绍内容,卫生假说的提出 卫生假说的内容 卫生假说的证据 卫生假说的机制,卫生假说的提出,过敏性疾病（包括支气管哮喘、过敏性鼻炎、特应性皮炎、食物过敏症等）是复杂的炎症性病，已有的研究证明与基因多态性有关，但仅凭基因多态性不能解释发达国家该类疾病发病率迅速上升的原因。1989年英国学者Strachan在其调查研究的基础上提出的“卫生假说（hygiene hypothesis）”为此提供了可能的解释。,卫生假说的内容,卫生假说指出，过敏性疾病的发病率不断上升与现代生活方式有关。高水平的生活环境和卫生条件同过敏性疾病发生的危险性增加密切相关
2、。由于暴露于环境中微生物及其产物机会的减少，这些环境因素对过敏性疾病的预防潜能无论在质还是量方面都不能足够存在，结果导致免疫系统功能失衡，过敏性疾病发生。因此说，过敏性疾病的发生是基于患者同环境因素之间复杂相互作用的结果。,卫生假说的证据,过敏性疾病的发生危险性可能与下述因素有关：1.家庭大小和儿童的多少 2.出生和生长的环境 3.生活方式和饮食习惯,家庭大小和儿童的多少 同胞效应(sibling effect)：家庭的大小，即儿童的多少与枯草热和特应性皮炎的发病率之间呈负相关关系。这是由于儿童多的家庭同胞间感染的机会多，接触微生物及其产物的几率高。出生顺序效应（birth order eff
3、ect），即在出生后的生命早期（1年内），同胞中年长的孩子白天带领年少孩子，也同哮喘的发生危险性减少相关。,(From David P Strachan Hay fever,hygiene,and household size Br Med j 1989;299:1259-60),(KILPELA INEN et al.Clinical and Experimental Allergy,2000，30,201208),(From Hoffjan et al.Am.J.Hum.Genet.2005,76,696704.),出生和生长环境 农村出生和生长的儿童的变态反应性疾病的发病率明显低于都市环
4、境中的儿童，这是由于前者暴露于微生物及其产物的机会多于后者。,(From BRAUN-FAHRLA et al.Clinical and Experimental Allergy,1999,Volume 29,pages 2834),(From VON EHRENSTEIN et al,Clinical and Experimental Allergy,30,187193),(From VON EHRENSTEIN et al,Clinical and Experimental Allergy,30,187193),出生和生长环境,东西德国统一之前的40年，东德人过敏性疾病（哮喘、过敏性鼻炎等
5、）的发生率明显低于西德。1990年东西德统一后出生的东德儿童的哮喘、枯草热和特应性湿疹的发病率明显升高。说明西德高水准的生活环境导致了变应性疾病的发病率升高。,From D.Nowak,et al.Eur Respir J,1996,9,25412552,From D.Nowak,et al.Eur Respir J,1996,9,25412552,From D.Nowak,et al.Eur Respir J,1996,9,25412552,From D.Nowak,et al.Eur Respir J,1996,9,25412552,From J.Heinrich Eur Respir J
6、 2002;19:10401046,食入富含发酵蔬菜的食品和很少或完全未服过抗生素的，可以减少儿童特应症的危险性。在瑞典对生活习惯不同，校址毗邻的的二种学校中5-13岁儿童的特应性疾病的调查结果显示：在具有特殊生活习惯的Steiner学校的259名儿童和一般生活习惯的普通学校的380名儿童中，分别有 52和90的儿童用过抗生素，63和4.5的儿童食入含有活乳酸杆菌的的发酵蔬菜。Steiner学校儿童的特应症的发病率为13，普通学校儿童的为25前者明显低于后者。,生活方式和饮食习惯,Table 2:Signs of atopy according to clinical examination,
7、skinprick test,and blood tests in children from Steiner schools and control schools,From Johan S Alm et al.L a n c e t 1999;353:1 4 8 5 148 8,生活方式和饮食习惯,宠物的主人较少患变态反应性疾病。在瑞典的小学生中的一项调查研究显示，在出生后的前几年内重复接触宠物，过敏性鼻炎和哮喘的发生率较低。,From Hesselmar,B.et al.Clinical and Experimental Allergy,1999;29,611617,Table 2.Th
8、e relation between pet keepingduring first year of life,allergy symptoms and skin prick tests at 78 and 1213 years of age.Weighted proportions from stratified subsample.,From Clinical and Experimental Allergy,1999;29:611617,“卫生假说”不能解释全部相关调查结果,美国的一份小学生哮喘发病情况的4775为家长调查报告示，调查结果经多因素回归模型处理得到数据如下表：,卫生假说的机
9、制,1.微生物及其成分的作用 2.细胞与分子机制：适应性免疫应答 3.细胞与分子机制：固有免疫细胞活化的作用,微生物及其成分的作用,分枝杆菌的感染和疫苗接种可降低变态反应性疾病发生的危险性。正常微生物群和前生物菌同变态反应性疾病发病率减少有关。LPS是介导特应症低发病率的微生物成分之一。菌细胞壁内的肽聚糖乙酰胞壁酸的高浓度同低哮喘发生率明显相关。富含高甲基化CpG基序的细菌DNA是发挥特应症预防效应的介导剂。,分枝杆菌的感染和疫苗接种可降低变态反应性疾病发生的危险性。,有关分枝杆菌感染和疫苗接种人群的调查支持环境中微生物成分诱导产生抗变态反应作用的理论。如：用BCG接种可减少变态反应性疾病发生
10、的危险性。一份日本的小学校的调查表明，强的结核菌素反应与低IgE水平、Th1细胞介导的免疫应答和最终减少的变态反应性疾病（哮喘、鼻结膜炎和湿疹）的发病率之间存在相关性。最值得注意的是出生后一周内接种BCG的儿童的特应性疾病的发病率最低。,分枝杆菌的感染和疫苗接种可降低变态反应性疾病发生的危险性。,自然暴露分枝杆菌也可产生强的结核菌素反应和对过敏性疾病的保护性(Aaby et al.2000).ISAAC(International Study of Asthma and Allergies in Childhood)调查了20余万儿童发现结核病的报告率与绝对低的哮喘率有关(Von Mutius
11、 et al.,2000),分枝杆菌的感染和疫苗接种可降低变态反应性疾病发生的危险性。,出生后立即接种热灭活的BCG,能减少对OVA致敏产生的IgE的水平(Tukenmez et al.,1999)和减轻组织病理学改变(Ozdemir et al.,2003)。初次注射变应原后，经鼻粘膜接种BCG可减少再次用同种变应原攻击产生的对乙酰甲胆碱刺激的高反应性、支气管周围的嗜酸粒细胞数量和 肺泡内的IL-5的水平(Hopfenspirger et al.,2002)。其他细菌，如Listeria monocytogenes(Li et al.,2003)、Propionibacterium acne
12、s(Braga et al.,2003)，Bordetella pertussis(Kim et al.,2004)和 Chlamydia(Han et al.,2004)也显示同样结果。,正常微生物群和前生物菌同变态反应性疾病发病率减少有关,爱沙尼亚与瑞典比较，爱沙尼亚人的变态反应发生率低，瑞典人发病率高。分析其原因是肠道内正常菌群构成不同，前者肠道内含大量的乳酸杆菌和Bifidobacteria ssp。肠道微生物群介导了特应症发生率的改变(Bjorksten et al.,2001).,正常微生物群和前生物菌同变态反应性疾病发病率减少有关,非病原菌（如前生物菌乳球菌）的鼻粘膜应用可逆向调
13、节免疫应答，阻止变态反应发生(Fujiwaraet al.,2004;Repa et al.,2003)。抗生素的使用致肠道正常菌群的改变会导致变态反应性Th2型应答的产生(Bashir et al.,2004)。,变应原本身并不含有和代表典型的PAMPs，微生物的变态反应性预防作用与其病原性质无关，而是同微生物的成分和产物有关。,LPS是介导特应症低发病率的微生物成分之一,LPS是内毒素的主要成分，来自革兰氏阴性菌细胞壁。农村家庭的牛棚和马厩内的内毒素浓度最高，农村房舍内的内毒素浓度也比非农民房舍高(Von Ehrenstein et al.,2000)。儿童床垫内测得的内毒素的浓度与这些儿
14、童的变态反应性疾病发生率呈显著负相关(Braun-Fahrlander et al.,2002)。,LPS是介导特应症低发病率的微生物成分之一,在变应原致敏前，局部或全身给予LPS可抑制IgE的产生、气道嗜酸粒细胞的发育和Th2型的免疫应答(Gerhold et al.,2002)；此效应具有 高级量依赖性的，低剂量LPS则诱导炎症性变态反应(Delayre-Orthez et al.,2004)。新生期给予LPS可增加IgG2a 的产生，但不能预防Th2应答的发生。然而在有特异性抗原存在时给予LPS,可完全抑制高气道反应和变态反应的发生(Gerhold et al.,2003)。,除LPS外
15、，来自细菌、酵母菌、支原体、甚至病毒的其它成分也能诱导产生变态反应的抑制作用，包括CpG 寡核苷(Banerjee et al.,2004)、脂蛋白和 lipoglycans(Sayerset al.,2004)、zymosan,包括胞壁酸和 MALP-2的肽聚糖(Weigt et al.,2004)。,菌细胞壁内的肽聚糖及乙酰胞壁酸的高浓度同低哮喘发生率明显相关,肽聚糖及乙酰胞壁酸是细菌细胞壁的主要成分。儿童用床垫上的屋尘中的胞壁酸浓度较高，同低哮喘发生率明显相关。(van Strien et al.,2004）。,富含高甲基化CpG基序的细菌DNA是发挥特应症预防效应的介导剂,来自农村房舍
16、屋尘中的高浓度的富含高甲基化CpG基序的细菌DNA可防止变态反应的发生(Roy et al.,2003)。,细胞与分子机制：适应性免疫应答,变态反应性疾病是Th2型偏向性的疾病，以释放细胞因子IL-4、IL-5、IL-9和IL-13为其特征，主要效应机制为 A.Ig的产生偏向IgE；B.嗜酸粒细胞的增殖、分化、募集和存活率增加；C.呼吸道和肠道粘液产生增多。Th1细胞和CD4+CD25+FoxP3+Treg细胞在抑制Th2型应答中起作用。生命早期阻止Th2型细胞的发育，或抑制Th2型应答可减少变态反应性疾病的发生。,细胞与分子机制：固有免疫细胞的活化,APC的亚群和活化状态决定何种T细胞亚群活
17、化TLRs与PAMPs结合诱导Th1型免疫应答TLR促进Treg细胞增殖和抑制其功能发挥TLR基因多态性与特应症发病率升高及严重性有关,APC亚群的作用：DC是启动和维持变态反应性应答的主要APC(Lambrecht and Hammad,2003)。去除CD11+DC（主要是髓样 DC）可消除实验性哮喘的典型特征，说明这些细胞在诱导Th2型炎症性变态反应应答中是必需的(van Rijt et al.,2005)；另外一个DC亚群（调节性DC）可诱导Treg的活化(Akbari and Umetsu,2005)。APC的活化状态决定T细胞应答的类型：抗原在IL-12和I型干扰素存在下被提呈，诱
18、导Th1细胞发育；在IL-4存在下被提呈，诱导Th2型应答(OGarra and Arai,2000)。,TLRs与PAMPs结合诱导Th1型免疫应答：DC 的PRRs与微生物的PAMPs结合诱导共刺激分子和前炎症因子(TNF)-a,type-I interferons,IL-1,IL-6,IL-10 and IL-12 in APCs(Sabroe et al.,2003)的表达和分泌，引起Th1型免疫应答。重要的是：TLR4-LPS,TLR2-细菌的脂蛋白和脂磷壁酸脂类,TLR-9-CpG DNA,TLR3-RNA(Takeda et al.,2003)。,TLR促进Treg细胞增殖和抑制
19、功能发挥：Treg 可表达TLRs,如TLR2,TLR4,TLR5,TLR7,and TLR-8。通过TLR4接受LPS刺激可诱导某些活化分子的表达，维持Treg存活和促进其抑制功能的增强(Caramalho et al.,2003)。TLR2可刺激Treg的增殖(Sutmuller et al.,2006)。,TLR基因多态性与特应症发病率升高及严重性有关：一份瑞典调查证明，一种特殊的TLR4多态性同哮喘的高发病率相关，其原因是由于APC产生IL-12的减少(Fageraset al.,2004)。其它研究也证明TLR2(Ahmad-Nejad et al.,2004;Eder and Vo
20、n Mutius,2004)、TLR3,TLR6 and TLR9(Yanget al.,2006)的多态性同变态反应性疾病的发生有关。TLR4的基因的多态性虽然与特应症的发病率间没用相关性，但其多态性与疾病严重性有关(Raby et al.,2002;Yang et al.,2004)。,TLR以外的，如NOD 和RIG家族(Creagh and ONeill,2006)和C-型凝集素受体，如dectins and DC-SIGN(Brown,2006;Gross et al.,2006;Sato et al.,2006)信号系统是否干扰特应性疾病的发生尚不清楚。,机会之窗 影响早期适应性免
21、疫系统的状态,TLRs信号系统影响免疫系统的早期发育，TLRs信号刺激的缺失使得CD4+T，细胞不能成熟发育(Rakoff-Nahoum et al.,2004)。在正常情况下TLRs对正常菌群的识别对于肠道上皮的发育和稳定及免疫系统的发育成熟是必需的(Macpherson et al.,2004;Noverr et al.,2004)。,生命早期固有免疫系统同含有微生物的正常环境接触有益于适应性免疫系统的正常发育成熟(Riedler et al.,2001)。出生前和出生后的早期暴露于农村的环境和使用未经巴斯德技术消毒的牛奶，会在很大程度上预防呼吸道变态反应的发生(Riedler et al
22、.,2001)。,经鼻粘膜将LPS接种给孕鼠，仔鼠出生时IFN-gamma 水平升高，用OVA致敏产生低水平的IgE和IgG1，抗 IgG2a的水平不变；Th2性型的反应性受到抑制，IL-5和IL-13产生减少，IFN-gamma产生不变；气道的炎症反应和变应原气溶胶激发实验反应均降低(Blumer et al.,2005)。,出生后第一年的肠细菌、肠球菌、肠杆菌、真菌和双歧杆菌在肠道内的定居与低变态反应发生率有直接关系，而在发达国家同大肠杆菌和梭菌属有关(Adlerberth et al.,1991;Bennet et al.,1991;Bjorksten et al.,1999;Sepp
23、et al.,1997)。,用乳酸杆菌GG（LGG）和双歧杆菌Bb-12治疗患特应性湿疹和牛奶过敏症的新生儿可减轻变态反应症状(Majamaa and Isolauri,1997；Isolauri et al.,2000)；出生前给母亲或出生后立即给新生儿使用LGG可预防变态反应性疾病的发生，降低特应性湿疹的发生率(Kalliomaki et al.,2003)。,I型和型超敏反应的研究进展,来自工作环境中的高分子量的化合物和低分子量的化学物质在暴露的潜伏期之后均可引起职业性哮喘。尽管由低分子量的化学物质引起的哮喘在临床症状、功能和病理学特征方面都与普通的过敏性哮喘无差别，但不能检出抗小分子物
24、质的特异性IgE抗体。这就需要对导致气道过敏的其它机制进行研究或对原来的进行机制补充。高水平暴露刺激物没有潜伏期的机制也需进行研究。(Maestrelli P.et la.,J Allergy Clin Immunol.2009;123(3):531-542),肠道变态反应疾病多数发生在年幼儿童，一般是由于经口耐受被打破所致。在肠道变态反应疾病患者,微量食物变应原不仅刺激产生特异性IgE抗体导致致敏，而且也可刺激嗜酸性粒细胞或T细胞介导的过敏性炎症。(from Eigenmann PA.Et al.,Pediatr Allergy Immunol 2009:20:511),Fig.2.Sche
25、matic representation of an IgE-mediated reaction.(1)Antigen-specific,Th2-type lymphocytes will secrete IL-4 and IL-13 promoting specific IgE secretion by plasmocytes.(2)IgE will circulate in the serum and(3)bind to organ-resident mastocytes.(4)Subsequent ingestion of the food antigen will directly p
26、rovoke mast cells degranulation after binding of the antigen to mast cell bound IgE antibodies.(from Eigenmann PA.Et al.,Pediatr Allergy Immunol 2009:20:511),(from Eigenmann PA.Et al.,Pediatr Allergy Immunol 2009:20:511),Fig.4.Potential mechanisms involved in tolerance acquisition to foods.Regulator
27、y T lymphocytes will secrete IL-10 and TGF-b which may downregulate the immune initially promoting IL-5 secretion and IgE-driven reactions.(from Eigenmann PA.Et al.,Pediatr Allergy Immunol 2009:20:511),细胞凋亡是死亡的最常见形式，也是一种建立和维持固有和适应性免疫应答的关键机制。凋亡过程的中心环节是胱门蛋白酶家族的活化或抑制。胱门蛋白酶可受到多种抗凋亡分子的逆向调节，抗凋亡分子在白细胞的表达主要
28、依赖于存活因子。因此，细胞的生理性凋亡率会在病理条件下发生改变。例如：在炎症时，存活因子（survival factors）通常升高，增加细胞存活度，继之相关免疫细胞集聚。,在多数变态反应性疾病嗜酸粒细胞凋亡延迟,使得血液和组织中嗜酸粒细胞增多。除嗜酸粒细胞外，其它白细胞的凋亡在变态反应炎症过程中也遭到阻止或延迟。与炎性细胞相反，上皮细胞则加速死亡，加重或至少维持炎症反应。失控的细胞死亡是变态反应性疾病的一种常见现象，可能在其病理反应中起重要作用。（Simon HU.Apoptosis(2009)14:439446）,变态反应性疾病嗜酸粒细胞凋亡延迟,嗜酸性粒细胞是过敏反应性和寄生虫性感染性炎
29、症应答的主要效应细胞。IL-5是嗜酸性粒细胞增殖、活化和维持存活的的主要细胞因子。具有高水平IL-5的疾病，嗜酸性粒细胞凋亡延迟，数量增加。嗜酸性粒细胞存活因子还有：IL-3、GM-CSF、eotaxin-1,leptin和CD40L。还有TRAIL和TNF受体。,嗜酸性粒细胞存活因子：,诱导细胞嗜酸性粒细胞凋亡的分子：Fas,recombinant surfactant protein-D(SP-D)，sialic acid binding immunoglobulin-like lectin(Siglec)-8 ligation。糖皮质激素类和茶碱类药物诱导嗜酸性粒细胞凋亡。,(From
30、Wang et al.Cur.Opin.in Immunol.2008,20:697-702),细胞因子IL-17介导变态反应性炎症,Proposed model for the role of IL-17A,IL-17F,IL-25(IL-17E)during allergic inflammation.Invaded pathogens or allergens can trigger inflammatory response that induce the differentiation or infiltration of IL-17-producing T cells.IL-17A
31、,IL-17F and IL-22 can induce structural cells and infiltrated innate cells to produce large amount of inflammatory cytokines and chemokines,thereby augmenting inflammatory responses.During chronic inflammation,infiltrated mast cells,eosinophils,basophils,and injured structural cells produce IL-25 th
32、at can enhance Th2 cytokines production,in particular IL-5 and IL-13 by DC-activated Th2 memory cells.(From Wang et al.Cur.Opin.in Immunol.2008,20:697-702),IV 型超敏反应及其亚型,一些研究显示针对皮肤真菌的体液免疫不具保护作用。皮肤真菌可能作为非特异佐剂刺激IgE类抗体的产生，引起变态反应性疾病。慢性皮肤癣菌病的患者可测出针对癣菌提取物的高水平的特异性IgE和IgG4,变应原皮试在20分钟内出现阳性结果。而迟发型超敏反应皮试阳性的患者Ig
33、E抗体的捡出水平则较低。用发癣菌感染志愿者的研究结果显示，急性炎症反应者同DTH皮试阳性和清除感染相关。而慢性感染者则同高速发型超敏反应和低DTH相关。(Sandro Rogerio Almeida,Mycopathologia(2008)166:277283),IV型超敏反应通常是以不同的临床形式表现于皮肤。根据Gell and Coombs的分类方法，IV型超敏反应是分泌IFN-gamma 的Th1细胞活化的接触性变态反应。但此种分类似乎太简单了。在过去几年，提出了新的观点认识IV型超敏反应的复杂机制，特别是针对药物、镍和其它半抗原。并且也能解释不同的临床表现类型。,IV型超敏反应的皮肤症
34、状是有特异性CD4+and CD8+T细胞活化引起。对反应性的细胞的免疫组化和功能分析显示迟发型超敏反应依赖于分泌的细胞因子。例如，斑丘疹实质上可以是由Th1型或Th2型和细胞因子IFN-、TNF-、IL-4、IL-5和IL-13引起。Bullous反应（如Stevens-Johnsons 综合征或毒性皮肤坏死）是以广泛的角质细胞坏死（一种涉及高数量CD8+T细胞和Fas、穿孔素和颗粒酶B）为其特征。,脓疱疹反应性是由于T细胞释放的IL-8和GM-CSF刺激的结果。为更好地弄清这些炎症的级联反应，IV型超敏反应可再分为4个亚型：1Iva，与Th1和单核细胞及其细胞因子IFN-、IL-1和 IL
35、-2相关；2.IVb，与Th2和嗜酸粒细胞及其细胞因子IL-5、IL-4和 IL-13相关；3.IVc,与CD8+T细胞及其细胞因子穿孔素、颗粒酶B和 Fas配体相关；4.IVd，与CD4+、CD8+T细胞和中性粒细胞及其细胞因子IL-8和GM-CSF相关。,临床迟发型超敏反应皮疹常常多条细胞因子途径重叠的结果。IVa and IVc型在接触性皮炎机制中起作用，而IV b型在慢性哮喘、慢性过敏性鼻炎和嗜酸粒细胞增多的斑丘疹中起作用。IV c型在bullous反应中起作用。IV d在脓疱疹反应(i.g.AGEP-Acute Generalized Exanthematosus Pustule,Behcet disease)中起作用。,I型超敏反应的防治,1.调节Th1和Th2型应答间的失衡 2.诱导针对变应原的耐受,
