腸道噬菌體的免疫作用及機(jī)制探究

呂興幫，郝 賀，張 博

（河北工程大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，河北 邯鄲 056000）

噬菌體是一類可特異性感染細(xì)菌、霉形體、螺旋體、放線菌的病毒，廣泛存在于環(huán)境和生物體中。噬菌體可根據(jù)作用特點(diǎn)分為烈性噬菌體、溫和性噬菌體。其中，烈性噬菌體能夠裂解宿主菌并產(chǎn)生子代噬菌體，可作為抗菌劑殺滅細(xì)菌；溫和型噬菌體可與宿主菌基因整合，共同參與復(fù)制。腸道噬菌體大多屬于溫和型噬菌體，具有重要的生理和病理學(xué)意義。目前，有關(guān)腸道噬菌體的研究多集中于其對(duì)腸道菌群和腸道健康的影響，噬菌體本身對(duì)免疫系統(tǒng)的影響仍有待探究。因此，本文就噬菌體對(duì)機(jī)體免疫功能的影響進(jìn)行綜述，為今后有關(guān)噬菌體的研究提供參考。

1 腸道噬菌體轉(zhuǎn)位途徑

所有機(jī)體內(nèi)的微生物群落中，腸道群落最為復(fù)雜、密集，包含約10 萬(wàn)億細(xì)菌和2 萬(wàn)億噬菌體[1]。噬菌體可穿過(guò)融合的上皮細(xì)胞層，遷移至血液、淋巴以及其他組織[2]，在各種組織和器官中轉(zhuǎn)運(yùn)。機(jī)體內(nèi)每天平均約3×1010個(gè)噬菌體發(fā)生轉(zhuǎn)胞作用，這種連續(xù)的噬菌體流被認(rèn)為對(duì)抗病毒防御具有保護(hù)作用。腸道噬菌體的轉(zhuǎn)位方式主要為：

（1）自由攝取。噬菌體可被細(xì)胞單獨(dú)內(nèi)吞并轉(zhuǎn)運(yùn)[3]。Nguyen等[4]研究發(fā)現(xiàn)，噬菌體的轉(zhuǎn)運(yùn)優(yōu)先發(fā)生在細(xì)胞頂端至基底外側(cè)方向，且T4 噬菌體可根據(jù)不同的細(xì)胞類型表現(xiàn)顯著的轉(zhuǎn)運(yùn)差異性，結(jié)果表明，噬菌體的轉(zhuǎn)胞作用可能與個(gè)體和組織的特異性有關(guān)，因此，某些噬菌體更容易在特定組織中移動(dòng)，而其他噬菌體則不具備相同的轉(zhuǎn)位能力。

（2）“特洛伊木馬”機(jī)制。噬菌體與其細(xì)菌宿主共同轉(zhuǎn)運(yùn)或被內(nèi)吞。腸黏膜中的M細(xì)胞是大型微生物的進(jìn)入點(diǎn)，也可能是細(xì)菌和病毒病原體的進(jìn)入點(diǎn)，細(xì)菌穿過(guò)結(jié)膜淋巴濾泡上方的M細(xì)胞，并深入濾泡。噬菌體侵入到細(xì)菌內(nèi)部后，可與細(xì)菌共同被M細(xì)胞攝取。噬菌體的溶原性可能導(dǎo)致毒力因子上調(diào)，包括分泌系統(tǒng)、生物膜基因和毒素，均可促進(jìn)上皮細(xì)胞對(duì)細(xì)菌的攝取[5]。

（3）“腸漏”假說(shuō)。腸道滲漏或腸道屏障受損的情況下，噬菌體通過(guò)被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)穿過(guò)上皮組織[6]。健康的黏膜屏障中，細(xì)胞旁轉(zhuǎn)運(yùn)僅限于可通過(guò)孔隙的溶質(zhì)和離子[7]；而在腸道滲漏的情況下，細(xì)胞的緊密連接受到影響，上皮屏障通透性增加，噬菌體也可能通過(guò)上皮屏障轉(zhuǎn)胞。

腸道噬菌體轉(zhuǎn)位由許多因素決定，如噬菌體濃度、噬菌體衣殼蛋白內(nèi)的特異序列以及噬菌體與腸道免疫細(xì)胞（尤其是樹(shù)突狀細(xì)胞）的相互作用等。現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明，噬菌體可能以類似細(xì)菌易位的過(guò)程通過(guò)腸壁，但仍需大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明其易位過(guò)程。

2 噬菌體對(duì)腸道的保護(hù)作用

腸道微生物菌群與機(jī)體的健康密切相關(guān)，并賦予腸道特定的生理功能，如調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)代謝、黏膜屏障完整性的維持及免疫調(diào)節(jié)等[8]。腸道穩(wěn)態(tài)失衡的情況下，微生物群落的組成和功能隨之改變，可導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)一些病理過(guò)程，如炎癥、免疫激活、慢性炎癥性腸?。↖BD）等。

腸道內(nèi)噬菌體群落為機(jī)體健康提供基礎(chǔ)保障，為宿主抵御細(xì)菌病原體提供防御屏障。Barr等[9]研究中描述了一種模型，即噬菌體粘附黏膜上（BAM模型），黏液粘附的噬菌體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)減弱，增加與病原菌接觸，并且能夠更徹底地搜索周圍局部區(qū)域，這種亞擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)可能對(duì)維護(hù)腸道穩(wěn)態(tài)起到積極作用。腸道噬菌體可直接作用于腸道中病原菌，發(fā)揮保護(hù)腸道的作用。然而，腸道中噬菌體介導(dǎo)的細(xì)菌病死率相對(duì)有限，這可能是腸道環(huán)境為細(xì)菌提供了空間避難所或替代抗性機(jī)制，一些非生物因素（如pH 值和氧）及黏蛋白、膽汁酸和短鏈脂肪酸等分子驅(qū)動(dòng)的細(xì)菌種群的空間異質(zhì)性也可能導(dǎo)致細(xì)菌對(duì)噬菌體的變異，降低細(xì)菌對(duì)噬菌體的易感性[10-13]。

3 噬菌體對(duì)免疫系統(tǒng)的影響

哺乳動(dòng)物免疫系統(tǒng)的功能是保護(hù)宿主免受多種病原菌的侵害，緩解過(guò)度的炎癥反應(yīng)。有研究表明，體內(nèi)噬菌體組可通過(guò)類似細(xì)菌的易位作用遷移到遠(yuǎn)處組織，與免疫系統(tǒng)的細(xì)胞相互作用，從而介導(dǎo)免疫反應(yīng)或參加機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)[14]。

3.1 噬菌體與炎癥反應(yīng)

3.1.1 噬菌體的抗炎特性

噬菌體除了發(fā)揮其抗菌作用抑制體內(nèi)炎癥變化，還可能通過(guò)與抗菌作用無(wú)關(guān)的機(jī)制發(fā)揮強(qiáng)大的抗炎作用。如，噬菌體可通過(guò)抑制NF- κB 通路的活化，阻斷CD40-CD40L系統(tǒng)進(jìn)程來(lái)抑制炎癥反應(yīng)。

噬菌體對(duì)NF-κB通路的影響：NF-κB家族由7種轉(zhuǎn)錄因子組成，共同調(diào)節(jié)基因表達(dá)在細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)和炎癥中發(fā)揮中心作用[15-16]。炎癥機(jī)制導(dǎo)致Nk-κB活化，激活下游各類炎癥因子，造成機(jī)體炎癥損傷。與其他病毒不同，噬菌體無(wú)法在內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞中引起NF-κB 活化，但可能通過(guò)阻斷IkBα磷酸化下調(diào)NF-κB的活化。Mishra等[17]研究表明，噬菌體可下調(diào)NF-κB 的活性。噬菌體也可降低金黃色葡萄球菌或LPS 誘導(dǎo)的腫瘤壞死因子-α（TNFα）、白細(xì)胞介素1β（IL-1β）、白細(xì)胞介素6（IL-6）、白細(xì)胞介素10（IL-10）的水平，調(diào)節(jié)MAC-T細(xì)胞中T細(xì)胞表達(dá)和分泌，促進(jìn)機(jī)體的免疫修復(fù)[18]。

噬菌體對(duì)CD40-CD40L系統(tǒng)影響：CD40-CD40L系統(tǒng)被認(rèn)為在免疫進(jìn)程和炎癥反應(yīng)中具有核心作用，其核心組成CD40L是一種血小板激動(dòng)劑，可與纖維蛋白原結(jié)合并參與血小板的形成，通過(guò)激活αⅡbβ3整合素受體，導(dǎo)致炎癥性腸病發(fā)生。噬菌體（T4家族的噬菌體和腸內(nèi)可能存在的其他噬菌體）的gp24 頭角蛋白可表達(dá)與αⅡbβ3 整合素結(jié)合的賴氨酸-精氨酸-甘氨酸（KGD）序列[19]，KGD 同CD40L 競(jìng)爭(zhēng)并與血小板和淋巴細(xì)胞上的β3 整合素結(jié)合，阻止細(xì)胞進(jìn)一步激活從而阻斷由同一整合素受體介導(dǎo)的CD40L對(duì)血小板的刺激作用。

3.1.2 噬菌體的促炎反應(yīng)

噬菌體在體內(nèi)介導(dǎo)的免疫反應(yīng)并不是絕對(duì)的。例如，在人體或恒河水中發(fā)現(xiàn)的噬菌體（噬菌體組）可通過(guò)殺死細(xì)菌以及非細(xì)菌宿主保護(hù)人類免受各種感染。有研究發(fā)現(xiàn)，噬菌體可能對(duì)機(jī)體存在消極影響，當(dāng)葡萄球菌噬菌體與A549 細(xì)胞系共同孵育時(shí)，一些與抗菌相關(guān)的免疫基因如白細(xì)胞介素-2（IL-2）的基因表達(dá)量增加[18]，可使NK 細(xì)胞的活性增強(qiáng)，導(dǎo)致細(xì)胞免疫反應(yīng)，這可能與噬菌體的種類有關(guān)。噬菌體具有不同程度的抗炎或促炎作用，但單獨(dú)使用時(shí)不會(huì)對(duì)動(dòng)物機(jī)體產(chǎn)生顯著的免疫影響。例如，在小鼠體內(nèi)以低劑量和高劑量施用大腸桿菌0157∶H7 噬菌體時(shí)，細(xì)胞因子水平仍保持在正常范圍內(nèi)，噬菌體的劑量高低對(duì)細(xì)胞因子并無(wú)明顯影響[20]。有研究結(jié)果表明，噬菌體單獨(dú)治療不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)[21]。

3.2 噬菌體對(duì)機(jī)體免疫的影響

噬菌體的自然宿主是細(xì)菌，但噬菌體也可與某些真核細(xì)胞群，特別是免疫細(xì)胞相互作用。這些互作主要包括噬菌體的免疫原性，即噬菌體誘導(dǎo)特異性免疫反應(yīng)的能力；噬菌體的免疫調(diào)節(jié)功能，即噬菌體對(duì)參與先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)的免疫細(xì)胞群的非特異性作用[22-23]。

3.2.1 噬菌體與抗病毒先天性免疫

真核宿主對(duì)噬菌體的最初接觸和反應(yīng)，通過(guò)先天免疫系統(tǒng)的細(xì)胞發(fā)生。先天免疫系統(tǒng)的細(xì)胞通過(guò)稱為病原體識(shí)別受體（PRR）的受體家族共同感知微生物特異性物質(zhì)，該受體家族可識(shí)別病原體相關(guān)分子模式（PAMP），其中主要包括Toll樣受體（TLR7和TLR8）和核酸受體（CDN傳感器、AIM2 樣受體和RIG-1 樣受體）。識(shí)別同源配體后，PRR發(fā)出信號(hào)，刺激促炎或抗炎反應(yīng)。許多真核細(xì)胞表達(dá)PRR[20]，允許在宿主體內(nèi)的多個(gè)區(qū)域識(shí)別噬菌體。這些傳感器均可啟動(dòng)信號(hào)級(jí)聯(lián)，激活Ⅰ型干擾素、炎癥細(xì)胞因子（如IL-6 和IL-1β）以及趨化因子（包括IL-8 和趨化因子CXCL-10）的表達(dá)[11]。

若噬菌體能夠進(jìn)入宿主細(xì)胞，其核酸可能會(huì)暴露于內(nèi)體，或被細(xì)胞質(zhì)病毒核酸傳感器識(shí)別，激活其中一條或多條途徑。Johanna 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，PRR 可識(shí)別一種Pf 噬菌體，該受體通過(guò)含有轉(zhuǎn)接器TIR結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)接器誘導(dǎo)干擾素-b 或產(chǎn)生髓樣分化初級(jí)反應(yīng)，繼而對(duì)TNF 生成產(chǎn)生抑制作用，延緩?fù)淌杉?xì)胞清除體內(nèi)細(xì)菌，對(duì)機(jī)體的自身修復(fù)造成消極影響。

3.2.2 噬菌體與吞噬細(xì)胞的作用

脾臟和肝臟的網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（RES）是負(fù)責(zé)清除噬菌體的主要區(qū)域，肝臟中的Kupffer 細(xì)胞是識(shí)別并清除噬菌體的主要細(xì)胞。Borysowsk 等[25]研究表明，B 細(xì)胞也可能對(duì)噬菌體進(jìn)行特異性清除，噬菌體在免疫缺陷個(gè)體中可獲得更多的循環(huán)時(shí)間。

吞噬細(xì)胞是先天免疫的主要組成部分，以活性氧（ROS）的形式從生物體中去除病原菌。Aeonow 等[26]研究表明，巨噬細(xì)胞和兔腹腔中性粒細(xì)胞對(duì)大腸桿菌T2 噬菌體具有吞噬作用，噬菌體病毒粒子的體外解體，其作用過(guò)程是噬菌體附著于吞噬細(xì)胞細(xì)胞膜，經(jīng)跨膜作用運(yùn)輸至溶酶體，噬菌體在溶酶體的酸性環(huán)境中失活。雖然ROS在吞噬細(xì)胞的免疫清除中起主要作用，但產(chǎn)生過(guò)多ROS可能導(dǎo)致氧化應(yīng)激和組織損傷。與細(xì)菌相比，純化的T4 噬菌體誘導(dǎo)單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞呼吸爆發(fā)的效果較弱，使用特異性噬菌體可抑制由細(xì)菌抗原刺激的中性粒細(xì)胞中ROS的產(chǎn)生[27]。

3.2.3 噬菌體與中和抗體的作用

噬菌體被免疫系統(tǒng)識(shí)別后，機(jī)體血清產(chǎn)生針對(duì)噬菌體的特異性抗體。目前，已有動(dòng)物及人類的相關(guān)試驗(yàn)表明噬菌體特異性誘導(dǎo)產(chǎn)生抗體[28-30]?？贵w通常被認(rèn)為對(duì)噬菌體具有潛在的破壞性作用[31]，也是干擾噬菌體治療的主要因素。Jerne等[32]研究表明，降低噬菌體抗菌活性造成干擾作用，并非抗體作用于噬菌體本身導(dǎo)致。機(jī)體中的補(bǔ)體系統(tǒng)參與抗體對(duì)噬菌體的清除作用，酶作用下的級(jí)聯(lián)反應(yīng)介導(dǎo)入侵微生物的清除。噬菌體雖然非致病性，但易受補(bǔ)體系統(tǒng)活性的影響。除直接破壞病毒顆粒外，補(bǔ)體系統(tǒng)中的蛋白質(zhì)也可作為調(diào)理劑，使噬菌體失活[33-34]。

免疫系統(tǒng)清除噬菌體的同時(shí)，噬菌體具有免疫沉默活性，有助于延長(zhǎng)噬菌體在體內(nèi)維持的時(shí)間[35]。一些噬菌體包被技術(shù)也可延長(zhǎng)噬菌體的釋放時(shí)間，并保護(hù)噬菌體免受可能的化學(xué)應(yīng)激（如胃液）或免疫因素導(dǎo)致的滅活，封裝的噬菌體能夠更長(zhǎng)時(shí)間地保持活性，間接增強(qiáng)了噬菌體的體內(nèi)抗菌效果[32]。

3.2.4 噬菌體的免疫調(diào)節(jié)功能

研究表明，噬菌體自身具有免疫原性與免疫調(diào)節(jié)活性，還具有下調(diào)特異性和非特異性免疫反應(yīng)的能力[36]。樹(shù)突狀細(xì)胞是免疫系統(tǒng)中主要的抗原提呈細(xì)胞，噬菌體可作用于樹(shù)突狀細(xì)胞而調(diào)節(jié)體內(nèi)的免疫反應(yīng)。Carroll 等[37]研究表明，T4噬菌體可抑制小鼠的特異性抗體反應(yīng)（樹(shù)突狀細(xì)胞介導(dǎo)的抗原處理和呈遞），延長(zhǎng)小鼠皮膚移植存活時(shí)間，顯著減弱單核細(xì)胞的移植浸潤(rùn)。此外，噬菌體還可抑制體外CD3 觸發(fā)的T 細(xì)胞活化增殖以及轉(zhuǎn)錄因子核因子NF-κB的活化，減緩產(chǎn)生活性氧[30]。

4 結(jié)論

腸道中的噬菌體具有平衡健康與疾病的雙向作用，噬菌體與腸道菌群共生，并影響腸道菌群的多樣性和豐富度。同時(shí)，噬菌體也具有自身免疫原性及對(duì)免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。目前，關(guān)于噬菌體在體內(nèi)傳播途徑及噬菌體對(duì)免疫系統(tǒng)的影響仍然需要大量試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)支撐，深入研究噬菌體的體內(nèi)動(dòng)力學(xué)及其對(duì)機(jī)體免疫系統(tǒng)的作用可為噬菌體治療的安全性提供參考。