小腸的天然性免疫系統(tǒng)

席興字 孫寅瑋

（新鄉(xiāng)學(xué)院 河南新鄉(xiāng) 453003）

小腸是人體內(nèi)最長(zhǎng)的器官，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收非常重要，但又很容易受各種病原微生物的影響，引起一些慢性炎癥性疾病。因?yàn)闄C(jī)體依賴小腸對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的充分吸收，小腸必須能保護(hù)自己免受病原微生物感染的同時(shí)又不干擾營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收過程。細(xì)菌的克隆增殖是非常危險(xiǎn)的因素，因?yàn)楣采芸赡茉谒拗飨諣I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)前將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行代謝轉(zhuǎn)化。小腸的近端細(xì)菌數(shù)量很低、腸道遠(yuǎn)端增加。小腸中保持細(xì)菌數(shù)量低的因素有：腸蠕動(dòng)性避免營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和細(xì)菌滯留、 腸黏液提供了一個(gè)保護(hù)屏障、腸上皮細(xì)胞分泌抗菌物質(zhì)等。腸上皮由4 種細(xì)胞系構(gòu)成： 吸收細(xì)胞、 黏液分泌細(xì)胞（杯狀細(xì)胞）、 激素產(chǎn)生細(xì)胞和產(chǎn)生抗菌肽的潘氏細(xì)胞。表皮下面是黏膜固有層，分布有巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，負(fù)責(zé)黏膜天然性免疫反應(yīng)。因此，小腸除了擔(dān)負(fù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收功能外，還是體內(nèi)一個(gè)非常重要的免疫器官［1］。本文主要介紹小腸中的一些天然性免疫分子，以及天然性免疫分子在控制腸道微生物中的作用。

1 小腸的黏膜層：天然性免疫屏障

小腸的黏膜層是小腸的第一道物理性防御屏障，它能阻止微生物和毒素到達(dá)腸上皮細(xì)胞表面。它由2 層黏液構(gòu)成，內(nèi)層緊密結(jié)合在上皮細(xì)胞表面，比較致密，不允許細(xì)菌穿透，腸上皮細(xì)胞表面因此遠(yuǎn)離細(xì)菌；外層的結(jié)合不甚緊密，是腸道共生菌的棲息地。健康個(gè)體內(nèi)，共生菌在腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、 維生素的產(chǎn)生和抑制病原菌的繁殖等多方面發(fā)揮重要作用。小腸的黏膜層主要由高度糖基化的黏蛋白（MUC2）組成，由杯狀細(xì)胞分泌產(chǎn)生。MUC2 和其他分泌型蛋白一起組織成一個(gè)親水的膨脹的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成小腸的黏膜層。敲除小鼠Muc2－/－基因進(jìn)一步證明了小腸黏膜層的作用［2］。在該類動(dòng)物模型中，由于缺乏黏膜層的保護(hù)，小腸的滲透性增加，腸粘膜表面細(xì)菌數(shù)量增加，細(xì)菌更易于接觸到腸上皮細(xì)胞，引發(fā)炎癥反應(yīng)，而持續(xù)炎癥反應(yīng)使腸上皮增厚直至形成癌癥。黏膜層的作用遠(yuǎn)不止于防御屏障，糖蛋白還是細(xì)菌的結(jié)合位點(diǎn)，特別是涉及到一些特異性菌群的選擇。因此，黏膜層對(duì)腸道微生物菌群穩(wěn)態(tài)的維持非常重要。

2 小腸中的天然性抗菌物質(zhì)

小腸上皮細(xì)胞的表面覆蓋一層厚厚的黏液，它不僅是一道物理性防御屏障，黏液中的糖蛋白還結(jié)合多種抗菌類物質(zhì)［3-4］，是小腸天然性免疫反應(yīng)的重要組成部分。

2.1 防御素 防御素（defensin）屬于抗菌肽類，由18～45 個(gè)氨基酸構(gòu)成，包括α-防御素和β-防御素等，由腸上皮細(xì)胞和潘氏細(xì)胞分泌產(chǎn)生。防御素具有廣譜的抗微生物活性，對(duì)多數(shù)細(xì)菌、真菌和病毒有效。它作用于細(xì)菌細(xì)胞膜，它能在細(xì)胞膜上形成通道，使細(xì)胞內(nèi)容物流失從而導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞死亡。

2.2 組織蛋白酶抑制素 組織蛋白酶抑制素（cathelicidin）是抗菌肽家族的重要成員，由腸上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞分泌產(chǎn)生，對(duì)葡萄球菌、鏈球菌、致病性大腸桿菌和真菌有抗菌活性。cathelicidin 的作用機(jī)制與防御素相似，它形成的α-螺旋插入細(xì)菌質(zhì)膜并與之結(jié)合形成穿孔，使細(xì)胞內(nèi)容物流失。

2.3 殺菌/通透性增加蛋白 殺菌/通透性增加蛋白（bactericidal/permeability increasing protein，BPI）是一個(gè)分子量約50 kD 的糖蛋白，由腸粘膜上皮細(xì)胞分泌產(chǎn)生，對(duì)革蘭氏陰性菌具有較強(qiáng)的抗菌活性。這種選擇性的殺菌作用主要是BPI 與LPS（脂多糖） 有很高的親和力，干擾了LPS 的分子排列規(guī)律，引起膜通透性改變。LPS 是細(xì)菌內(nèi)毒素的重要成分，釋放到血液中會(huì)引起嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。BPI 與LPS 的結(jié)合還具有中和細(xì)菌內(nèi)毒素的作用。

2.4 溶菌酶 溶菌酶是潘氏細(xì)胞分泌的一種糖苷酶，它水解N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸之間的糖苷鍵，作用于細(xì)菌細(xì)胞壁的肽聚糖成分。革蘭氏陽(yáng)性菌的肽聚糖成分比革蘭氏陰性菌多，因此，溶菌酶對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌的殺菌效果比革蘭氏陰性菌明顯。磷脂酶A2 也是潘氏細(xì)胞分泌的酶蛋白，它能透過細(xì)菌細(xì)胞壁作用于細(xì)胞膜，水解膜上的磷脂成分從而破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的完整性。

2.5 凝集素RegⅢγ 凝集素RegⅢγ 由潘氏細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞分泌產(chǎn)生，小腸基膜隱窩中表達(dá)量較高。它與革蘭氏陽(yáng)性菌的細(xì)胞壁成分肽聚糖結(jié)合，然后在膜上發(fā)生寡聚，形成一個(gè)“透化孔”；該“透化孔”在細(xì)菌膜上打出一個(gè)洞，最終通過“滲透性溶解”將細(xì)菌殺滅。

3 免疫球蛋白A 的保護(hù)作用

小腸是機(jī)體最大的免疫器官，它分泌的免疫球蛋白A（Secretory IgA，SIgA）遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過整個(gè)機(jī)體產(chǎn)生的IgG，構(gòu)成小腸的局部免疫系統(tǒng)。分泌到腸腔中的SIgA 是由漿細(xì)胞產(chǎn)生的，它從腸淋巴結(jié)或其他腸黏膜相關(guān)的淋巴組織遷移而來。小腸黏膜中的SIgA 具有多方面的作用［5-6］：1）SIgA 的糖側(cè)鏈識(shí)別結(jié)合致病菌表面的抗原分子，阻止致病菌與腸上皮細(xì)胞接觸，阻止細(xì)菌擴(kuò)散，抑制細(xì)菌的移動(dòng)；2）SIgA 的Fab 段能特異結(jié)合細(xì)菌的內(nèi)毒素和外毒素，阻止毒素釋放得到血液中，具有中和毒素的作用；3）早有研究發(fā)現(xiàn)，超過70%的共生菌被SIgA 包裹，說明SIgA 在共生菌數(shù)量和種群穩(wěn)態(tài)維持方面很重要；4）研究還發(fā)現(xiàn)，SIgA 能選擇性地與腸道集合淋巴結(jié)中抗原加工和抗原遞呈細(xì)胞結(jié)合，參與免疫調(diào)節(jié)作用。

4 小腸中的微生物感受器：天然性免疫受體

小腸中天然性免疫反應(yīng)的啟動(dòng)是病原體識(shí)別受體（pathogen-recognition receptors，PRRs）引發(fā)。PRRs 作為病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）感受器和損傷相關(guān)的分子模式感受器識(shí)別腸管中的病原微生物及其代謝產(chǎn)物，從而啟動(dòng)天然性免疫效應(yīng)。研究最多的PRRs 是Toll-樣受體（Toll-like receptors，TLRs）。TLRs 是跨膜蛋白，在腸上皮細(xì)胞膜及黏膜固有層免疫細(xì)胞膜上表達(dá)。它的胞外結(jié)構(gòu)域能識(shí)別細(xì)菌內(nèi)毒素（脂多糖，LPS）、細(xì)菌鞭毛蛋白、脂壁酸、細(xì)菌/病毒核酸分子等，胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域通過激活NF-κВ信號(hào)通路、產(chǎn)生細(xì)胞因子、進(jìn)而募集炎癥細(xì)胞等。如TLR4 識(shí)別LPS 激活NF-кB 信號(hào)通路、誘導(dǎo)干擾素IFN-β 表達(dá)。其他研究發(fā)現(xiàn)，激活TLR 信號(hào)通路誘導(dǎo)細(xì)胞趨化因子表達(dá)，而后者能夠召集表達(dá)SIgA 的B 淋巴細(xì)胞到黏膜固有層，從而提高腸腔 中SIgA 的 含 量［7］。

NLRs（Nod-like receptors）是另一類天然性免疫受體分子，在腸上皮細(xì)胞、潘氏細(xì)胞和單核細(xì)胞膜上表達(dá)。它的胞外結(jié)構(gòu)域能夠識(shí)別革蘭氏陰性菌的肽聚糖結(jié)構(gòu)，胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域募集和激活天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶-1（Caspase-1）。Caspase-1，又稱為白介素-1（IL-1β）轉(zhuǎn)化酶，是第1個(gè)被鑒定的哺乳動(dòng)物Caspases 酶，但它不參與細(xì)胞凋亡。激活的Caspase-1 能夠加工切割如IL-1β和IL-18 前體分子，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡、促進(jìn)炎癥因子的成熟和釋放［8］。

5 熱休克蛋白對(duì)小腸的保護(hù)作用

熱休克蛋白是一類在進(jìn)化上高度保守的蛋白質(zhì)，根據(jù)其分子量大小分為HSP90 類、HSP70 類、HSP60 類、HSP40 類和小分子熱休克蛋白。熱休克蛋白不僅在蛋白質(zhì)的折疊和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)揮作用，還參與微生物感染免疫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)熱休克蛋白在多數(shù)動(dòng)物腸腔上皮細(xì)胞中高表達(dá)，而在抗生素處理的小鼠或無(wú)菌小鼠表達(dá)減少或消失，說明該類蛋白可能參與腸道菌群的控制［9］。HSP27與微絲相互作用、阻止微絲的解聚，在維持腸上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性起重要作用。HSP gp96 與天然性免疫受體分子TLR4 相互作用，調(diào)節(jié)炎癥因子的釋放。HSP gp96 功能喪失，TLR4 滯留在細(xì)胞內(nèi)而不能對(duì)細(xì)菌刺激作出反應(yīng)。其他研究還發(fā)現(xiàn)，HSP gp96 基因敲除小鼠腸隱窩細(xì)胞增殖障礙、隱窩微絨毛結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞完整性喪失?？傊瑹嵝菘说鞍自谀c上皮表達(dá)可能發(fā)揮天然性免疫分子的調(diào)節(jié)作用［10］。

6 結(jié)語(yǔ)

眾所周知，小腸是人體內(nèi)重要的消化吸收器官。小腸要維持正常功能，既要控制共生菌的繁殖，又要清除病原性細(xì)菌。小腸通過多種機(jī)制維持內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡，包括分泌天然性免疫分子、表達(dá)天然性免疫受體、產(chǎn)生抗菌肽、分泌IgA，以及熱休克蛋白的保護(hù)等。小腸天然性免疫系統(tǒng)的失調(diào)會(huì)引發(fā)一些相關(guān)性疾病，例如克羅恩病是腸道組織中細(xì)胞因子大量釋放引起的長(zhǎng)期慢性炎癥綜合癥［11］。因此，深入理解小腸的天然性免疫機(jī)制對(duì)尋找一些針對(duì)腸道疾病的治療方案有重要價(jià)值。