抗結(jié)核分枝桿菌感染的免疫機制

姚翠梅,孫長江,雷連城,韓文瑜

(吉林大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院,吉林長春,130062)

據(jù)世界衛(wèi)生組織(World Health Organization,WHO)統(tǒng)計,全世界約有 20億人感染結(jié)核分枝桿菌,每年約有 880萬新發(fā)病例,200萬人因結(jié)核病而死亡,每 15 s就會有一個死亡病例。并且,隨著社會人員流動,HIV感染者增多造成的交叉感染使我國的結(jié)核病感染率一直處于上升趨勢,已經(jīng)成為造成全球人類死亡的主要傳染病類型[1,2]。雖然全球有 1/3的人口感染結(jié)核分支桿菌,但只有 10%發(fā)展成為肺結(jié)核[2]。近幾年由于耐多藥結(jié)核分支桿菌(Mycobacterium tuberculosis,MTB)的出現(xiàn),給結(jié)核病的治療又提出了一大難題。至今,全球預(yù)防結(jié)核病的疫苗只有卡介苗(BCG)一種,但是近來發(fā)現(xiàn)此種疫苗對于成人結(jié)核病的預(yù)防幾乎起不到作用,對于幼兒的預(yù)防也存在一定的危險性。因此,了解宿主的免疫系統(tǒng)及機體相關(guān)細胞與病原菌的相互作用機制非常重要,并且能對結(jié)核病的預(yù)防和治療提供一定的幫助。

1 非特異性免疫

1.1 巨噬細胞與結(jié)核分枝桿菌相互作用

巨噬細胞是由骨髓中分化成熟的單核細胞進入血液,然后隨血流隨機分布到全身多種組織器官分化成熟而來。巨噬細胞壽命長,具有較強的吞噬功能,是MTB的最主要的靶細胞。組織中的巨噬細胞可以吞噬多種病原微生物并處理衰老死亡的組織,其自身還能分泌多種細胞因子和其他炎性介質(zhì)參與局部炎癥反應(yīng)、發(fā)熱反應(yīng)等。巨噬細胞可以通過氧依賴性和非氧依賴性殺菌系統(tǒng)發(fā)揮殺傷和消除病原菌的作用。此外,它還可以加工處理遞呈抗原,啟動特異性免疫應(yīng)答以及抗腫瘤等作用。

巨噬細胞有兩種識別MTB的方式:①直接識別 巨噬細胞能通過其表面的激素樣受體直接識別侵入機體的 MTB。在這些受體中,Toll樣受體(Toll2like recep tor,TLR)在MTB中的作用受到廣泛關(guān)注,其中 TLR 2更重要。結(jié)核分枝桿菌19-kD脂蛋白能被 TLR2識別,持續(xù)刺激巨噬細胞能降低 IFN-γ誘導(dǎo)的 MHCⅡ類分子的表達[3]。最新研究表明,還存在TLR 2非依賴途徑[4]。②間接識別 巨噬細胞可以通過表達補體受體識別 MTB。Daniel等[5]研究發(fā)現(xiàn),補體 C5缺失的小鼠由于活性氧的合成和遞送障礙,殺滅MTB的能力減弱。Rooyakkers等[6]發(fā)現(xiàn),補體受體 3剔除的小鼠巨噬細胞對MTB的黏附和吞噬作用降低。

巨噬細胞是 MTB進入機體內(nèi)首先侵入的細胞,是MTB感染過程中的主要靶細胞。巨噬細胞能通過自身凋亡等殺滅菌體。巨噬細胞系統(tǒng)的細胞毒素具有兩個系統(tǒng):一個是氧依賴系統(tǒng),在抗微生物效應(yīng)中起決定性的作用;另一個是氧不依賴的系統(tǒng),溶菌酶等屬于該系統(tǒng)產(chǎn)物,這個系統(tǒng)也參與殺微生物活性。巨噬細胞主要通過氧依賴系統(tǒng)殺傷侵入機體的 MTB,激活的巨噬細胞發(fā)生呼吸暴發(fā),產(chǎn)生反應(yīng)性氧中間產(chǎn)物(ROIs)和反應(yīng)性氮中間產(chǎn)物(RNIs),釋放溶菌酶等活性蛋白質(zhì),這些物質(zhì)有強的氧化作用和細胞毒作用,對MTB有強的殺傷作用。另外,巨噬細胞與病原菌作用后處于激活狀態(tài)的巨噬細胞可以通過病原菌與 TLR相互作用激活 caspase-8,誘導(dǎo)其自身凋亡,破壞 MTB的生存環(huán)境,殺滅入侵的MTB。

在特異性細胞免疫應(yīng)答中,巨噬細胞可以作為免疫遞呈細胞,通過吞噬、攝取外來抗原經(jīng)過胞內(nèi)酶將其降解為抗原多肽,在其內(nèi)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運來的MHCⅡ類分子結(jié)合,形成抗原肽與MHCⅡ類分子的復(fù)合物,然后被高爾基體運送至抗原遞呈細胞表面,供CD 4+TH細胞識別,刺激機體做出保護性應(yīng)答。

MTB能在巨噬細胞內(nèi)定居存活以及引起機體一系列的病理反應(yīng)是與其免疫逃逸的機制分不開的。MTB進入巨噬細胞胞膜內(nèi)化形成吞噬小體,然后與溶酶體結(jié)合形成吞噬溶酶體,溶酶體分泌的胞內(nèi)酶可以促使吞噬溶酶體酸化,外源性抗原在吞噬溶酶體的酸性環(huán)境中被水解為抗原多肽。而MTB之所以能夠在巨噬細胞內(nèi)存活是因為它能夠阻止吞噬溶酶體的酸化。MTB可以通過降低磷脂酶D的活性,下調(diào)MHCⅡ的表達,抑制吞噬溶酶體的成熟進而抑制巨噬細胞的氧依賴殺傷作用。Auricchio等[7]研究發(fā)現(xiàn),CpG寡脫氧核苷酸可通過增強磷酯酶D的活性,增強巨噬細胞對 MTB的反應(yīng),恢復(fù)巨噬細胞的天然防御機制。

復(fù)旦大學(xué)免疫生物所[8]曾用不同劑量的熱滅活結(jié)核分枝桿菌H 37Rv(0,5,50,150,500mg/L)刺激BMDM 24 h后,再給予 IFN-γ(20μg/L)刺激 24 h,發(fā)現(xiàn)給予結(jié)核分枝桿菌刺激后,IFN-γ誘導(dǎo)的 MHCⅡ類分子表達降低,且呈劑量依賴性。如果持續(xù)刺激 TLR,機體會產(chǎn)生負調(diào)控,抑制過強的炎癥反應(yīng),如出現(xiàn)內(nèi)毒素耐受等。結(jié)核分枝桿菌在機體內(nèi)能長期存在,可能就是通過這種負調(diào)控機制,抑制IFN-γ誘導(dǎo)的巨噬細胞抗原呈遞功能,降低適應(yīng)性免疫應(yīng)答,從而產(chǎn)生免疫逃逸。

1.2 γδT細胞與結(jié)核分枝桿菌的相互作用

結(jié)核分枝桿菌侵入機體后首先遇到非特異性免疫機能的抵抗,其中以巨噬細胞吞噬和炎癥反應(yīng)為主。對于 MTB主要參與非特異性免疫的細胞除了巨噬細胞,還有γδT細胞。

T淋巴細胞根據(jù)其表面抗原識別受體類型不同,分為包含 α,β鏈的 αβT細胞和包含 γ,δ鏈的 γδT細胞。 γδT細胞占外周血 T細胞的 0.5%～10%,主要分布在一些器官與外界相通處,如肺、上皮、黏膜免疫系統(tǒng)等。它對靶細胞的作用無專一性,無MHC限制性。

陳勇等[9]通過對結(jié)核桿菌耐熱多肽抗原MTB-Ag的蛋白組成進行定性分析,并觀察了MTB-Ag及其純化組分刺激人外周血 γδT細胞和 αβT細胞增殖反應(yīng)的量效關(guān)系。得出如果有合適刺激劑量的MTB-Ag刺激,其所含的低分子多肽抗原能特異性激活 γδT細胞,而其所含的大分子蛋白抗原則特異性激活 αβT細胞。Hoft等[10]通過流式細胞計數(shù)儀發(fā)現(xiàn),卡介苗接種組與非致敏的對照組相比,人類 γδT細胞明顯增多,并且以 γ9+δ2+T細胞為主。γ9+δ2+T細胞可以通過顆粒依賴性機制削弱胞內(nèi)桿菌的生存能力,殺死寄存 MTB的巨噬細胞。在殺死被感染的巨噬細胞及 MTB時,穿孔素起了重要作用。

1.3 樹突狀細胞

樹突狀細胞(Dendritic cells,DC)是機體功能最強的專職抗原遞呈細胞,他能高效的攝取、加工處理和遞呈抗原,未成熟 DC具有很強的遷移能力,成熟的DC能有效的激活初始型T細胞,處于啟動、調(diào)控、并維持免疫應(yīng)答的中心環(huán)節(jié)。樹突狀細胞盡管數(shù)量不足外周單個核細胞的 1%,但表面具有豐富的抗原遞呈分子(MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ)、共刺激因子(CD 80/B7-1,CD 86/B 7-1,CD40,CD 40L等)和粘附因子(ICAM-1,ICAM-2,ICAM-3,LFA-1,LFA-3等),是功能強大的專制抗原遞呈細胞。DC具有免疫刺激能力,是目前發(fā)現(xiàn)的能激活未致敏的初始型T細胞的抗原遞呈細胞。

目前,分支桿菌肉芽腫中存在的DCs越來越受到關(guān)注。其中單核細胞衍生的 DCs是主要的單核細胞亞群,這個譜系中的細胞表面趨化因子受體主要包括CCR2,CCR 5及CCR6。研究發(fā)現(xiàn),CCR 2高表達的小鼠可以加速免疫應(yīng)答過程,而 CCR 2缺失的小鼠對于高劑量的結(jié)核分支桿菌(2×105CFU)易感,而對于低劑量的結(jié)核分枝桿菌(50～100 CFU)有一定的耐受性,延遲感染速度[11]。CCR 5缺失的小鼠在肺部引流淋巴結(jié)處發(fā)現(xiàn)相對較多的 DCs,說明 CCR 5的表達有助于保留DCs在肉芽腫區(qū)。表達CCR 7,CCR 8受體的單核細胞能促使分支桿菌由受損組織到引流淋巴結(jié)遷移。分支桿菌的吞噬體與機體生物合成途徑也受到DCs的控制,并且能夠阻止結(jié)核分支桿菌生長必須的營養(yǎng)的吸收[12,13]。這些研究表明,DCs在多種趨化因子存在時,可以移行到或者移行出肉芽腫。DCs對于感染細菌從受損組織或者肉芽腫區(qū)抗原移行到引流淋巴結(jié),以便保持連續(xù)的T細胞引發(fā)反應(yīng)方面起著關(guān)鍵作用。

2 特異性免疫

MTB作為一種胞內(nèi)寄生菌,機體主要通過細胞免疫將其殺滅清除。首先抗原遞呈細胞的對抗原的遞呈,經(jīng)過致敏階段、反應(yīng)階段、T細胞分化為效應(yīng)淋巴細胞并產(chǎn)生細胞因子,從而發(fā)生免疫效應(yīng)。

TH細胞根據(jù)所產(chǎn)生細胞因子的不同分化為不同的Th細胞亞群。IL-2與IL-2R結(jié)合是促進T細胞增殖的一個條件。成熟的 Th0在 IL-12作用下分化為 Th1細胞,在 IL-4作用下分化為 Th2細胞。Th1細胞分泌 IFN-γ,IL-12,TNF-α等細胞因子參與細胞免疫應(yīng)答,其中IFN-γ能有效激活巨噬細胞,促巨噬細胞殺滅進入細胞內(nèi)的病原菌。誘導(dǎo) M f高表達B7和MHCⅡ類分子,促進抗原的加工和提呈。促進 CTL分化,輔助 B細胞產(chǎn)生調(diào)理性抗體。Th2細胞分泌 IL-4,IL-5,IL-13參與免疫應(yīng)答,主要功能為促進B細胞發(fā)育和介導(dǎo)體液免疫應(yīng)答。在Th1細胞輔助下(或以非 Th1細胞依賴方式),初始CD8+T細胞分化成 CTL(活化的 CTL)。效應(yīng) CTL分泌穿孔素(perforin)和粒酶(granzyme),穿孔素在靶細胞膜上形成孔道,使細胞裂解。顆粒酶通過孔道進入細胞,激活凋亡相關(guān)酶系統(tǒng)介導(dǎo)靶細胞凋亡。效應(yīng) CTL表達 FasL,分泌 TNF-α,TNF-β,激活caspase信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,誘導(dǎo)靶細胞凋亡。目前認為 Th1細胞產(chǎn)生的細胞因子對于宿主抵抗 MTB的感染起主要作用,Th2細胞的作用還備受爭議[14～17]。

劉來成等[18]用 H 37Ra免疫小鼠,活化T細胞增殖,刺激產(chǎn)生高水平的 Th1型細胞因子 IFN-γ,Th2型細胞因子 IL-4的水平也高于生理鹽水對照組,但IFN-γ升高較 IL-4更明顯,說明H 37Ra免疫小鼠后在體內(nèi)誘導(dǎo)的特異性免疫反應(yīng)以Th1型為主。特別是細胞因子IFN-γ的參與,充分的證據(jù)表明,不同的 T細胞群包括 CD4+,CD 8+T細胞等都有參與到抵制 MTB的保護性免疫應(yīng)答中[19]。胥萍等[20]通過流式細胞技術(shù)分析了初診肺結(jié)核患者外周血中 CD 4+T淋巴細胞及其亞型Th1和 Th2細胞亞型的改變,以便對結(jié)核病變過程的研究提供一定的標準。結(jié)果發(fā)現(xiàn),初診肺結(jié)核 Th1細胞含量低于健康對照組、粟粒型肺結(jié)核Th1細胞含量顯著低于浸潤性肺結(jié)核。相反,與健康對照組相比,Th2細胞亞群卻有顯著升高。

另外,MTB侵入機體后,對 Treg及 Th17的研究發(fā)現(xiàn),Treg和 Th17在針對 MTB的細胞免疫中有相反作用[21]。Treg抑制 Th1,Th2的免疫反應(yīng),可以通過產(chǎn)生腫瘤生長因子(Tumour growth factor,TGF)β,抑制 Th17的出現(xiàn)。TGF-β能通過緩沖促炎癥反應(yīng),保護機體組織免受損傷,對于持續(xù)受MTB刺激的組織,降低了機體對 MTB的應(yīng)答,而 Th17有強烈的前炎癥反應(yīng)。減少 Treg和增加Th17能夠通過刺激機體細胞免疫應(yīng)答而增加機體的保護作用。

Manuela Grassi等[22]通過對人肺泡中 847個基因的分析發(fā)現(xiàn),當機體感染 MTB后,IFN-γ以及與控制 IFN-γ產(chǎn)生的相關(guān)基因都有增量調(diào)節(jié),還有部分促使細胞凋亡的基因也呈現(xiàn)不同程度的調(diào)節(jié)。另外一部分趨化因子象IL-8,MIP-1β,MIP-1α,MCP-1以及 GM-CSF-R在 60%結(jié)核病人體內(nèi)也都發(fā)現(xiàn)有增量調(diào)節(jié)[23,24]。

MTB的抗原性物質(zhì)分別經(jīng)MHCⅡ類和MHCⅠ類分子途徑激活機體的CD4+TH細胞和CD 8+TCL細胞,分別識別外源性抗原和內(nèi)源性抗原。CD4+TH細胞和CD 8+TCL細胞在抵抗 MTB感染中均發(fā)揮著重要作用。活化的 CD 4+TH細胞產(chǎn)生 IFN-γ和 IL-2等細胞因子,其中 IFN-γ可充分活化巨噬細胞,促其殺傷胞內(nèi)吞噬的 MTB。CD 8+TCL細胞通過識別靶細胞,釋放穿孔素或顆粒溶素(Granu lysin)等誘導(dǎo)細胞溶解凋亡,破壞 MTB生長環(huán)境,使新增抗原遞呈而起到免疫監(jiān)視的作用。另外,CD 8+TCL細胞也能夠分泌 IFN-γ。IFN-γ盡管在抵抗 MTB感染中不是唯一的因素,但卻是一個很關(guān)鍵的因素。IFN-γ的產(chǎn)生需要細胞因子 IL-12的刺激,而 IL-12是有樹突狀細胞在 MTB與 TLR作用后產(chǎn)生[25]。這也在單核巨噬細胞和 T細胞之間提供了一個橋梁紐帶的作用[26]。

3 結(jié) 語

機體對于抵抗 MTB感染的免疫機制是一個復(fù)雜而精密的過程,他不僅需要各種免疫細胞的參與,還需要各種細胞因子的刺激作用。各種免疫細胞之間不是孤立的起作用而是相互聯(lián)系在一起,如何控制機體向有利于清除MTB和增強機體免疫作用的方向發(fā)展將是今后研究結(jié)核病預(yù)防與治療的重點。隨著分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)及免疫學(xué)的發(fā)展,對抵抗 MTB感染的免疫機制的揭示將會更加清晰,進而對于結(jié)核病的預(yù)防和治療也會提供很大的幫助,結(jié)核病的攻克也將不是難題。

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(責任編輯:朱寶昌)