固有免疫應答在抗布魯菌感染過程中的作用

高微，王夢，曹志然

（河北大學基礎醫(yī)學院，河北 保定 071000）

固有免疫應答在抗布魯菌感染過程中的作用

高微，王夢，曹志然

（河北大學基礎醫(yī)學院，河北 保定 071000）

布魯菌是革蘭氏陰性兼性胞內(nèi)寄生菌，包括牛布魯菌、羊布魯菌、豬布魯菌、犬布魯菌和海洋哺乳動物感染的布魯菌等，其中羊布魯菌、牛布魯菌、豬布魯菌和犬布魯菌等可以通過多種途徑侵入人和動物體內(nèi)，其引起的布魯菌病是一種嚴重的人畜共患病。固有免疫系統(tǒng)是機體抵抗病原體感染的第一道防線，因此在布魯菌感染過程中發(fā)揮重要作用。現(xiàn)綜述布魯菌感染過程中宿主固有免疫應答發(fā)揮的作用。

布魯菌；布魯菌病；固有免疫；病原相關分子模式；模式識別受體

本文引用：高微,王夢,曹志然.固有免疫應答在抗布魯菌感染過程中的作用[J].醫(yī)學研究與教育,2015,32(3): 82-86.

布魯菌病是由布魯菌感染引起的重要的人畜共患病，常見癥狀有發(fā)熱、寒戰(zhàn)、周身疼痛、關節(jié)和腰背疼痛、頭痛、厭食、易疲勞、全身無力[1]。它在全球廣泛流行，給人類的經(jīng)濟和健康帶來巨大影響，且目前為止沒有安全有效的疫苗用于預防其感染。Brucella.melitensis、B.suis和B.abortus是導致人類患病的主要病原物種，絕大多數(shù)人類布魯菌病是由此引起的[2]。固有免疫是宿主抵御病原體感染的第一道防線，布魯菌感染宿主細胞后，宿主固有免疫細胞通過模式識別受體（pattern recognition receptor,PRR）識別病原體的某些高度保守分子結(jié)構(gòu)，即病原相關分子模式（pathogen-associated molecular pattern,PAMP），激活宿主固有免疫應答。

1 參與抗布魯菌的固有免疫細胞與免疫分子

在抗布魯菌感染免疫中，往往固有免疫應答比適應性免疫應答發(fā)揮作用更迅速，使進入宿主體內(nèi)的布魯菌數(shù)量減少，但不會產(chǎn)生免疫記憶，因此是抵御布魯菌感染的第一道防線。固有免疫細胞和固有免疫分子（如血漿中的補體）是實現(xiàn)固有免疫功能的重要組成部分，參與抗布魯菌感染的固有免疫細胞主要包括巨噬細胞（macrophage,MΦ）、樹突狀細胞（dentritic cell,DC）、自然殺傷細胞（naturel killer cell,NK）、肥大細胞（mast cell,MC）等。

1.1 固有免疫細胞

1.1.1 巨噬細胞

巨噬細胞是重要的固有免疫應答細胞，同時也是布魯菌感染的主要靶細胞，研究表明，巨噬細胞膜表面有很多模式識別受體，可以識別布魯菌的病原相關分子模式，并且巨噬細胞有強大的吞噬功能，所以布魯菌感染后優(yōu)先感染巨噬細胞，并通過多種機制抵抗巨噬細胞的殺菌作用，從而在其中大量繁殖，形成慢性持續(xù)性感染。巨噬細胞還是重要的抗原提呈細胞，可以提呈抗原，啟動適應性免疫應答，但布魯菌感染后卻破壞其抗原提呈功能，這也是布魯菌能在巨噬細胞中大量繁殖的原因之一[3]。

1.1.2 樹突狀細胞

樹突狀細胞是最主要的抗原提呈細胞，不同布魯菌感染樹突狀細胞后的結(jié)局不同。Billard等[4]研究表明，樹突狀細胞雖然可以捕獲布魯菌，但不能被有效激活。曹志然等[5]研究證實，布魯菌S2株感染樹突狀細胞后可導致樹突狀細胞活化，分泌IL-12等細胞因子，并給T細胞提呈抗原，誘導Th1性細胞因子的分泌。韓麗濱等[6]實驗表明，巨噬細胞負載布魯菌12 h后大量巨噬細胞破裂，胞內(nèi)容物被釋放，樹突狀細胞能通過捕獲破裂的巨噬細胞所釋放的凋亡物質(zhì)而被激活。據(jù)此推測，巨噬細胞破裂后釋放的含布魯菌抗原的物質(zhì)被樹突狀細胞捕獲，使其激活和成熟，并提呈抗原啟動適應性免疫應答。

1.1.3 自然殺傷細胞

NK細胞不需要抗原預先致敏，可以直接殺傷某些腫瘤細胞和病毒感染細胞。但Fernandes等[7]研究表明，在布魯菌感染過程中，NK細胞對早期布魯菌感染的控制不起作用，這可能因為布魯菌復制相對較慢并且導致慢性感染而非像其他胞內(nèi)菌引起的急性感染。Gao等[8]研究表明，在布魯菌感染后若NK細胞耗竭，則抗體的生成明顯減少，這表明B細胞的活化需要NK細胞的幫助。

1.1.4 肥大細胞

肥大細胞是重要的固有免疫細胞，在機體抗腫瘤、抗感染和引發(fā)超敏反應過程中發(fā)揮重要作用?；罨姆蚀蠹毎ㄟ^脫顆粒釋放組胺、白細胞介素、干擾素等多種物質(zhì)引發(fā)炎癥反應。用豬布魯菌S2株感染體外培養(yǎng)肥大細胞的實驗證明，S2株感染后粘附在肥大細胞表面誘導其脫顆粒釋放組胺，但不能引起INF-γ和IL-12的釋放，并且S2株感染后可以誘導TLR4的表達量增加，說明TLR4可能參與對布魯菌的識別[9]。

1.2 固有免疫分子

1.2.1 補體系統(tǒng)

粗糙型布魯菌侵入機體后會迅速被補體系統(tǒng)殺死，而光滑型布魯菌侵入機體后則可以存活并入侵宿主巨噬細胞，并在其中繁殖，然后從被感染的巨噬細胞中釋放出來，在此過程的早期階段，細菌導致IgM抗體和低濃度的IgG抗體產(chǎn)生，這會激活補體系統(tǒng)介導的殺傷作用，使感染局限于巨噬細胞內(nèi)。然而機體對布魯菌抗原的免疫應答將增強，IgG抗體濃度增加，高濃度的抗體不利于對胞外布魯菌的補體殺傷作用，但抗體補體復合物會對布魯菌起到調(diào)理作用，導致宿主對其的吞噬作用增強，從而形成慢性感染[10]。

1.2.2 細胞因子

固有免疫細胞被激活后可以引起一系列促炎性細胞因子(如IFN-γ、TNF-α、IL-12等)的產(chǎn)生，從而直接殺傷病原體，也可以通過激活適應性免疫應答來對抗病原體。IFN-γ可以由T細胞產(chǎn)生，也可以由NK細胞產(chǎn)生，Murphy等[11]用布魯菌2308株感染BALB/c小鼠的實驗表明，IFN-γ基因敲除的小鼠體內(nèi)布魯菌數(shù)量明顯增加，但TNF-α數(shù)量不會增高，這說明TNF-α的作用依賴IFN-γ的存在，兩者均在抵抗布魯菌感染過程中發(fā)揮作用。

2 固有免疫產(chǎn)生機制：模式識別受體

宿主固有免疫細胞表達多種PRR，機體感染布魯菌后可以通過PRR識別布魯菌的PAMP，激活宿主固有免疫應答。已經(jīng)證明的識別布魯菌的PRR主要有Toll樣受體(Toll like receptors,TLRs)、核苷酸結(jié)合寡聚化作用域樣受體(nucleotide binding and oligomerization domain-like receptors,NLRs)和視黃酸誘導基因 1樣受體(retinoic acid-inducible gene 1-like receptors,RLRs)[12]。

2.1 Toll樣受體

TLRs家族中已有12個成分在哺乳動物中被識別，其中TLR1-10在人類中發(fā)現(xiàn)[13]。根據(jù)細胞定位，TLRs可以分成兩組。第一組表達在細胞表面，如TLR2通過識別細菌脂肽啟動強有力的免疫反應[14]，De Almeida等[15]研究表明，TLR6對在機體內(nèi)感染布魯菌后誘導固有免疫應答的形成是必需的，而在體外感染布魯菌后則需要TLR2和TLR6的共同作用才能識別布魯菌并激活NF-κB途徑。第二組TLRs存在于細胞內(nèi)，包括TLR3識別雙鏈RNA，TLR7-8識別單鏈RNA，TLR9與未甲基化的CpG DNA結(jié)合，胞內(nèi)TLRs與信號分子結(jié)合雖然可以保護宿主，卻也有形成自身免疫的危險[16-17]。

髓樣分化因子(MyD88)蛋白在宿主固有免疫應答中發(fā)揮關鍵作用。研究表明，MyD88蛋白缺乏的小鼠無法抵抗B.abortus感染，這與損害樹突狀細胞的成熟、致使IL-12的缺乏和巨噬細胞無法產(chǎn)生相應的炎癥因子有關，樹突狀細胞在B.abortus感染過程中被激活后可以刺激T細胞產(chǎn)生IFN-γ[18]，而IFN-γ對控制B.abortus感染起重要作用[19]。

白介素-1受體相關激酶4(interleukin-1 receptor-associated kinase4,IRAK-4)是另一個TLRs激活所需要的調(diào)整細胞信號的蛋白,它與小鼠體內(nèi)布魯菌的有效清除有關。研究表明，IRAK-4缺乏的小鼠體內(nèi)巨噬細胞和樹突狀細胞不能產(chǎn)生炎癥細胞因子，所以對布魯菌感染不能產(chǎn)生免疫應答[20]。

綜上所述，在MyD88和IRAK-4的參與下，TLRs被激活，引起胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導，從而導致NF-κB的激活和蛋白激酶(MAPKs)產(chǎn)生炎癥細胞因子，從而啟動固有免疫應答抵抗布魯菌感染[21]。

2.2 NOD樣受體

NLRs是胞內(nèi)分子，通過識別胞質(zhì)中的細菌成分起到監(jiān)視作用，在固有免疫應答中發(fā)揮重要作用[22]。NLRs家族由很多受體組成，如NLRC4、NLRP3、AIM2等[23]。Gomes等[24]研究表明，NLRC4在布魯菌感染過程中誘導半胱天冬酶-1(caspase-1)的激活和IL-1β的分泌是非必須的，而NLRP3在此過程中的某些部分是必須的。AIM2能感受布魯菌的DNA。炎癥小體是多蛋白復合體，能激活半胱天冬酶引起炎癥細胞因子IL-1β和IL-18的釋放，已經(jīng)被識別的4個主要炎癥小體中，有3個屬于NLRs[25-26]。

Oliveira等[27]通過研究發(fā)現(xiàn)，NOD1和NOD2受體缺乏的小鼠巨噬細胞產(chǎn)生的TNF-α比野生型小鼠產(chǎn)生的少，而兩組小鼠卻表現(xiàn)出同樣的布魯菌負載量，這說明NOD1和NOD2受體可能誘導應答布魯菌的信號產(chǎn)生，但這些信號對抵抗布魯菌感染不是必需的。

2.3 視黃酸誘導基因1樣受體

RLRs是胞內(nèi)模式識別受體，它們通過發(fā)起信號轉(zhuǎn)導反應，最終引起Ι-型干擾素(Ι-IFN)的產(chǎn)生和固有免疫關鍵調(diào)節(jié)因子(如NF-κB)的激活,從而啟動固有免疫應答[28]。

Chiu等[29]研究表明，胞質(zhì)DNA在RNA聚合酶Ⅲ的參與下轉(zhuǎn)錄為RNA，然后通過視黃酸誘導基因1(RIG-I)途徑誘導IFN-Ι的產(chǎn)生，據(jù)此推測布魯菌感染后，RNA聚合酶Ⅲ能通過RIG-I途徑誘導干擾素的產(chǎn)生從而抵抗布魯菌感染。

綜上所述，宿主感染布魯菌后首先啟動固有免疫應答，通過固有免疫細胞膜表面或胞內(nèi)的模式識別受體與布魯菌的病原相關分子模式結(jié)合啟動胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導，從而激活宿主固有免疫應答途徑，引起炎性細胞因子的分泌，從而殺傷體內(nèi)的布魯菌或啟動適應性免疫應答與其一起抵抗布魯菌感染。

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(責任編輯：劉俊華)

The role of innate immune response during infection of Brucella

GAO Wei,WANG Meng,CAO Zhiran
(College of Basic Medical Science of Hebei University,Baoding 071000,China)

Brucellais a Gram-negative,facultative intracellular bacteria,which includesBrucella.abortus(cattle),B.melitensis(goats),B.suis(swine),B.canis(dogs) andBrucellainfected by marine mammals,et al.B.abortus,B.melitensis,B.suisandB.canis,et al can invade into humans and animals through a variety of ways and cause Brucellosis that is a severe zoonotic desease.The innate immune system is the frst line of defensing against the infection of pathogen for our organism,which plays a key role during the infection ofBrucella.This paper overviews the role of innate immune response during the infection ofBrucella.

Brucella; Brucellosis; innate immune; pattern-recognition receptor; pathogen-associated molecular pattern

10.3969/j.issn.1674-490X.2015.03.018

R392

A

1674-490X(2015)03-0082-05

2015-03-07

河北省自然科學基金資助項目（C2010000243）；河北大學國家級大學生創(chuàng)新訓練計劃項目（201410075028）作者簡介：高微（1990—），女，河北廊坊人。

曹志然（1963—），女，河北景縣人，教授，碩士生導師，主要從事抗感染免疫研究。

E-mail: 919196928@qq.com