分枝桿菌感染中成纖維細(xì)胞作用的研究進(jìn)展

林俊杰, 李陽, 林秀球, 歐敏, 顏韻靈, 王曉華

南方醫(yī)科大學(xué)皮膚病醫(yī)院皮膚科，廣東 廣州 510091

分枝桿菌是抗酸染色呈陽性的需氧菌，分為4類：結(jié)核分枝桿菌復(fù)合體、麻風(fēng)分枝桿菌、緩慢生長的非結(jié)核分枝桿菌和快速生長的分枝桿菌[1]。它們都可引起慢性傳染性疾病，導(dǎo)致人體皮膚、黏膜等組織器官，尤其是肺部的破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球人口三分之一感染結(jié)核病，每年近160萬人死于結(jié)核病，非結(jié)核分枝桿菌感染人數(shù)不斷增加，但抗分枝桿菌的藥物耐藥性問題仍難以解決[2-3]。

成纖維細(xì)胞在人體中廣泛分布，主要存在于結(jié)締組織中。作為前哨細(xì)胞，成纖維細(xì)胞可識(shí)別病原體，釋放細(xì)胞因子、抗菌肽等重要的分子物質(zhì)參與免疫[4]，并與分枝桿菌肉芽腫的形成、發(fā)展密切相關(guān)。因此，本文對(duì)成纖維細(xì)胞在分枝桿菌感染中的作用研究進(jìn)行綜述，為分枝桿菌防治提供依據(jù)。

1 成纖維細(xì)胞的來源及分型

成纖維細(xì)胞在人體各組織器官中廣泛存在，但不同的組織，甚至同一組織不同區(qū)域中的成纖維細(xì)胞的形態(tài)和功能各不相同[5]。目前，真皮中的成纖維細(xì)胞至少包括乳頭成纖維細(xì)胞、網(wǎng)狀成纖維細(xì)胞和與毛囊相關(guān)的成纖維細(xì)胞三種亞群[6]：①乳頭成纖維細(xì)胞呈梭形，增殖快，駐留在淺表真皮乳頭，表達(dá)高水平的成纖維細(xì)胞活化蛋白(fibroblasts activation protein,FAP) (FAP陽性CD90陽性)、CD36、CD39、Netrin1和Podoplanin[6]；②網(wǎng)狀成纖維細(xì)胞較乳頭成纖維細(xì)胞大，呈星狀，增殖慢，駐留在真皮深處，表達(dá)基質(zhì)Gla蛋白、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶2、微纖維相關(guān)蛋白5、蛋白聚糖-4、CD26、CD36、CD90和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白等標(biāo)記物[6]；③與毛囊有關(guān)的成纖維細(xì)胞：包括毛囊真皮乳頭成纖維細(xì)胞和真皮鞘成纖維細(xì)胞周細(xì)胞。毛囊真皮乳頭成纖維細(xì)胞在毛發(fā)發(fā)育和毛發(fā)周期的協(xié)調(diào)中起著核心作用；真皮鞘成纖維細(xì)胞周細(xì)胞可表達(dá)CD133和非特異性堿性磷酸酶等標(biāo)記物，但根據(jù)毛發(fā)周期的階段而變化[7]。

2 成纖維細(xì)胞在分枝桿菌中的作用

2.1 參與分枝桿菌免疫應(yīng)答

一般情況下，成纖維細(xì)胞不表達(dá)主要組織相容性復(fù)合體(MHC)Ⅱ類(MHC-Ⅱ)，但有研究發(fā)現(xiàn)，成纖維細(xì)胞被IFN-γ激活后，MHC-Ⅱ的表達(dá)上調(diào)，由此向T細(xì)胞呈遞分枝桿菌抗原，誘導(dǎo)T細(xì)胞的功能性應(yīng)答[8]。當(dāng)被結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis,Mtb)感染后，成纖維細(xì)胞減少了IFN依賴的MHC-Ⅱ膜的表達(dá)，這一作用可能是通過改變成纖維細(xì)胞中含有Mtb液泡的酸度，抑制參與處理不變鏈的酶的活性，從而抑制MHC-Ⅱ向成纖維細(xì)胞細(xì)胞膜的運(yùn)輸，而并非是通過抑制MHC-Ⅱ類基因的表達(dá)[8]。借此Mtb限制了它們呈遞抗原的潛力[9]，這表明Mtb可以通過感染成纖維細(xì)胞逃避輔助T細(xì)胞的免疫監(jiān)視[10]。因此成纖維細(xì)胞可能是Mtb的免疫豁免部位，并組成了潛伏性結(jié)核感染中的一個(gè)Mtb庫[11]。相反，在活動(dòng)性肺結(jié)核中，Mtb感染和TNF-α對(duì)成纖維細(xì)胞的毒性作用的協(xié)同效應(yīng)致其壞死，故成纖維細(xì)胞不會(huì)被感染，也就不會(huì)成為Mtb逃逸免疫殺傷的對(duì)象[11]。

2.2 成纖維細(xì)胞與巨噬細(xì)胞的相互作用

當(dāng)分枝桿菌入侵人體，先天免疫系統(tǒng)隨即啟動(dòng)，巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞通過模式識(shí)別受體(pattern recognition receptors,PRRs)識(shí)別分枝桿菌的病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)，激活多個(gè)信號(hào)通路產(chǎn)生炎癥和抗炎細(xì)胞因子，進(jìn)而抵御分枝桿菌的感染[12]。雖然成纖維細(xì)胞不被認(rèn)為是炎癥細(xì)胞，但它們含有識(shí)別PAMPs的PRRs[13]。在分枝桿菌感染中，成纖維細(xì)胞表達(dá)的PRRs主要為膜蛋白Toll樣受體(TLRs)。當(dāng)TLRs被分枝桿菌激活，成纖維細(xì)胞可合成抗菌肽、細(xì)胞因子、趨化因子以及生長因子等活性物質(zhì)來參與免疫調(diào)節(jié)[2]。并且，在哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白介導(dǎo)下，成纖維細(xì)胞可轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，其抗菌能力得到進(jìn)一步增強(qiáng)[13]。

巨噬細(xì)胞是抵御分枝桿菌感染的關(guān)鍵細(xì)胞。識(shí)別分枝桿菌后，成纖維細(xì)胞可通過分泌IL、TNF-α、CXCL等細(xì)胞因子直接對(duì)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生作用，進(jìn)而影響抗菌過程。

2.2.1 調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞抗菌能力 在Mtb感染中，成纖維細(xì)胞可釋放促炎細(xì)胞因子而增強(qiáng)巨噬細(xì)胞殺傷能力。RelB是轉(zhuǎn)錄因子NF-κB/RelB家族的成員。通常情況下，成纖維細(xì)胞通過RelB抑制促炎因子IL-1α, IL-1β和TNF-α表達(dá)，但當(dāng)Mtb的PAMPs刺激成纖維細(xì)胞，這種抑制即被減弱，這些促炎細(xì)胞因子的合成從而增加，其中TNF-α水平卻沒有明顯變化，可能是由于成纖維細(xì)胞中TNF-α基因受到不可逆沉默[13]。成纖維細(xì)胞分泌的IL-1α和IL-1β參與增強(qiáng)自身誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)通路，可能加強(qiáng)巨噬細(xì)胞的殺菌能力，尤其當(dāng)成纖維細(xì)胞受感染時(shí)，這一能力顯著提升[13]。此外，成纖維細(xì)胞還可分泌趨化因子參與調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的殺菌能力：CXCL-1起負(fù)向作用，而CXCL-8在起正向作用的同時(shí)，還能誘導(dǎo)Mtb的趨化作用[13]。

2.2.2 參與巨噬細(xì)胞的激活反應(yīng) 除了影響巨噬細(xì)胞的抗菌能力，成纖維細(xì)胞還參與巨噬細(xì)胞的激活反應(yīng)。一般情況下，Mtb可誘導(dǎo)幼稚巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-6，而IL-6反過來抑制IFN-γ介導(dǎo)的其他幼稚巨噬細(xì)胞的激活反應(yīng)[13]。但當(dāng)成纖維細(xì)胞發(fā)揮作用時(shí)，被感染的幼稚巨噬細(xì)胞中IL-6水平下調(diào)，而IFN-γ激活的巨噬細(xì)胞中的IL-6上調(diào)[13]。這表明成纖維細(xì)胞可能提高受感染的幼稚巨噬細(xì)胞對(duì)IFN-γ的反應(yīng)性，有助于巨噬細(xì)胞快速被激活，從而發(fā)揮免疫功能。

2.3 成纖維細(xì)胞通過細(xì)胞免疫、分泌活性物質(zhì)參與免疫調(diào)節(jié)

原發(fā)性淋巴器官中的專業(yè)抗原提呈細(xì)胞(antigen presenting cell,APC)是呈遞分枝桿菌抗原的主要細(xì)胞，而成纖維細(xì)胞這一方面的能力在初級(jí)T細(xì)胞反應(yīng)啟動(dòng)中可能并未發(fā)揮重要作用。然而，組織中非專業(yè)APC的數(shù)量超過專業(yè)APC，作為非專業(yè)APC之一的成纖維細(xì)胞可能通過激活記憶T淋巴細(xì)胞來調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答傳出期的強(qiáng)弱[8]。

在分枝桿菌感染中，成纖維細(xì)胞可通過產(chǎn)生小分子物質(zhì)參與細(xì)胞免疫。有研究表明，過高的MCP-1會(huì)抑制巨噬細(xì)胞分泌IL-12，從而抑制Th1免疫的啟動(dòng)。而成纖維細(xì)胞下調(diào)MCP-1的水平，這有助于特異性免疫的產(chǎn)生[13]。還有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)IL-23缺乏時(shí)，成纖維細(xì)胞中的CXCL-13減少，導(dǎo)致從血管遷移到受感染部位的T細(xì)胞減少，T細(xì)胞被激活的效力也減弱，這提示成纖維細(xì)胞分泌的CXCL-13可加強(qiáng)細(xì)胞免疫[9]。

在結(jié)核病晚期，成纖維細(xì)胞表達(dá)的IL-17A受體可被T細(xì)胞分泌的IL-17A刺激，IL-17A似乎在此時(shí)的肺微環(huán)境中發(fā)揮主要作用[14]，它通過激活復(fù)雜的信號(hào)級(jí)聯(lián)促進(jìn)中性粒細(xì)胞募集，這與適應(yīng)性T細(xì)胞反應(yīng)的啟動(dòng)密切相關(guān)[15]。有研究表明，在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中，IL-17通過調(diào)節(jié)趨化因子和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-3、-9、-13的表達(dá)而招募中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞[16]。

成纖維細(xì)胞不僅可以通過分泌小分子物質(zhì)參與免疫調(diào)節(jié)，還能釋放抗菌肽、生長因子等大分子物質(zhì)對(duì)控制感染發(fā)揮重要作用。

抗菌肽是宿主先天免疫應(yīng)答的重要組成部分?？咕募易灏é?防御素和β-防御素(hBD1-hBD4)、腎上腺髓質(zhì)素、組蛋白和抗菌肽(LL-37)。當(dāng)成纖維細(xì)胞被分枝桿菌刺激時(shí)，可產(chǎn)生抗菌肽而發(fā)揮重要作用。有研究表明，角膜邊緣成纖維細(xì)胞被分枝桿菌刺激可產(chǎn)生hBD-1和LL-37，與細(xì)胞因子共同控制感染[2]。

成纖維細(xì)胞還能產(chǎn)生巨噬細(xì)胞集落刺激因子和粒細(xì)胞集落刺激因子等生長因子，招募炎性細(xì)胞對(duì)微生物作出反應(yīng)，并誘導(dǎo)細(xì)胞增殖[2]，可能影響分枝桿菌的感染。

3 成纖維細(xì)胞在分枝桿菌肉芽腫中的作用

肉芽腫是應(yīng)對(duì)分枝桿菌感染而產(chǎn)生的一個(gè)相對(duì)密閉的結(jié)構(gòu)，可阻止分枝桿菌感染繼續(xù)播散。成纖維細(xì)胞不僅在肉芽腫結(jié)構(gòu)中發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)的功能以控制桿菌感染，還在肉芽腫發(fā)展的最終階段發(fā)揮著關(guān)鍵作用。若其不斷增殖活化，肉芽腫則不斷纖維化，最終鈣化或宿主進(jìn)入無癥狀潛伏狀態(tài)[17]。纖維性肉芽腫分為外周纖維型和中央纖維型，均與成纖維細(xì)胞有著密切的關(guān)系，但兩者有著明顯的區(qū)別(表1)。

表1 兩種纖維性肉芽腫的區(qū)別Table 1 Differences between two kinds of fibrous granuloma

纖維性肉芽腫并不是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。有研究表明，在過量TNF-α的微環(huán)境中，Mtb感染的小鼠成纖維細(xì)胞通過RIP1K和pMLKL依賴機(jī)制發(fā)生壞死，分枝桿菌則有可能通過這種機(jī)制破壞纖維性肉芽腫的結(jié)構(gòu)而逃逸，導(dǎo)致感染播散和復(fù)發(fā)。故靶向成纖維細(xì)胞的壞死途徑可能保護(hù)其免受Mtb和TNF-α的毒性作用，防止壞死組織損傷，抑制空洞形成并增強(qiáng)組織重塑[11]。

4 成纖維細(xì)胞與分枝桿菌感染治療

在針對(duì)分枝桿菌感染的傳統(tǒng)藥物使用下，出現(xiàn)耐藥性的情況逐漸增加，且傳統(tǒng)方案的療程長，解決這些問題需要開發(fā)新型治療藥物。成纖維細(xì)胞在分枝桿菌感染中發(fā)揮了重要的作用，進(jìn)一步研究有望為治療提供新的方案。針對(duì)成纖維細(xì)胞分泌的活性物質(zhì)及信號(hào)通路，目前已有相關(guān)研究表明其治療價(jià)值(表2)。在抗分枝桿菌感染的過程中，成纖維細(xì)胞通過激活各個(gè)通路，釋放各種活性物質(zhì)參與免疫，并且有助于分枝桿菌逃逸免疫，這些均有可能成為治療的靶點(diǎn)。

表2 成纖維細(xì)胞與分枝桿菌感染治療Table 2 Fibroblasts and the treatment of mycobacterial infection

5 結(jié)語

成纖維細(xì)胞通過多種途徑作用參與分枝桿菌感染中的免疫調(diào)節(jié)，為巨噬細(xì)胞等抗感染細(xì)胞創(chuàng)造了免疫環(huán)境，但這些作用并不都對(duì)人體有益。成纖維細(xì)胞可能參與分枝桿菌的免疫逃逸，并影響MMP在感染環(huán)境中的平衡，從而對(duì)組織器官造成損害。目前，成纖維細(xì)胞相關(guān)研究在腫瘤等學(xué)科成果頗豐，但在分枝桿菌感染中的作用研究仍然欠缺。因此，需要大量針對(duì)分枝桿菌感染中成纖維細(xì)胞作用的原始研究來進(jìn)一步闡明其臨床價(jià)值。