黏膜免疫系统研究进展

2015-01-23张欣悦,高永翔,谢怡敏

中药与临床 2015年5期

[摘要] 黏膜免疫系统（Mucosal immune system,MIS）是指广泛分布于呼吸道、胃肠道、泌尿生殖道黏膜下及一些外分泌腺体(唾液腺、泪腺、乳腺)处的淋巴组织，是执行局部特异性免疫功能的主要场所。该系统在体内覆盖范围很广。是机体整个免疫网络的重要组成部分，并且又是具有独特结构和功能的独立免疫体系，它在抵抗感染方面起着极其重要的作用，黏膜表面与外界抗原（比如食物、共生菌、有害病原体等）直接接触，是机体抵抗感染的第一道防线 [1]。本文简述了黏膜免疫系统的结构及功能，就黏膜免疫的体液、细胞调节的研究进展做一综述。

[文献标识码] A

[文章编号] 1674-926X(2015)05-019-05

[基金项目] 国家自然科学基金（编号：81173627）

[作者单位] 成都中医药大学基础医学院，四川成都 610075

[作者简介] 张欣悦，在读硕士研究生，主要从事中药免疫学基础研究Tel:13540770450 Email:736208697@qq.com

[通讯作者] 高永翔，教授，主要从事中药免疫药理毒理研究Email:yxgaocd@163.com

[收稿日期] 2015-03-25

The research progress of mucosal immune system

/ZHANG Xin-yue, GAO Yong-xiang, XIE Yi-min//(Basic Medical College,

Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, Chengdu 611137, Sichuan)

[Abstract] The mucosal immune system(MIS) refers to the widely distributed lymphoid tissues in the respiratory tract, gastrointestinal tract, urogenital tract mucosa and other exocrine gland (salivary glands, lacrimal gland, mammary gland), which mainly plays local specific immune function. The system has a wide range of coverage, and is an important part of the whole immune system. It has a unique structure and function of immune system. It plays an important role in resisting infection as the first line of defense against infection. In this paper, the structure and function of the mucosal immune system is described, and the research progress of the humoral and cellular regulation of mucosal immunity is reviewed.

[Key words] Mucosal immune system; mucosal immunity regulation; humoral regulation; cellular regulation

1　黏膜免疫的重要性

黏膜广泛分布于机体的呼吸道、消化道及泌尿生殖道表面。黏膜表面的上皮细胞彼此之间紧密排列，形成一道天然屏障，与皮肤一起将机体内环境与外界环境隔离开来，使机体免受外界多种病原微生物的侵扰。例如，肠道黏膜免疫系统主要是指肠道相关的淋巴样组织(gut—associated lymphoidtissue，GALT)。根据形态、结构、分布和功能，可将GALT分类为两大部分。即有结构的组织黏膜滤泡和广泛地分布于黏膜固有层中的弥漫淋巴组织。黏膜滤泡是免疫应答的传人淋巴区，又称诱导区，抗原由此进入GALT，被抗原呈递细胞捕获、处理和呈递给免疫活性细胞，诱发免疫应答；而弥漫淋巴组织是免疫应答的传出淋巴区，又称效应区。浆细胞和致敏淋巴细胞通过归巢机制迁移至弥漫淋巴组织，抗体和致敏淋巴细胞在此发挥生物学功能 [2]。并且正常的肠道黏膜既可吸收生理需要的各种营养素及分子，又同时对肠腔有害大分子及微生物进行屏蔽，而肠道发挥其生理功能及维持其微环境平衡的重要的物质基础就是肠黏膜屏障。黏膜膜屏障由肠上皮屏障、免疫屏障、生物屏障及化学屏障等组成，这四个功能相对独立又密切联系，共同构成了一个复杂有序的屏障网络。其中肠上皮屏障由肠黏膜上皮细胞、细胞间连接等构成，能有效阻止细菌穿透黏膜进入深部组织，肠黏膜上皮的完整性及正常的再生能力是肠道黏膜屏障的结构基础。肠免疫屏障则是区别于系统性免疫的功能发达的局部黏膜免疫，由肠相关淋巴组织，Peyer’S结和各种弥散的免疫细胞及其产物组成。而生物及化学屏障则分别指肠道正常微生物平衡和肠黏膜表面黏液中的各种糖脂、糖蛋白、溶菌酶等保护因子 [3]。因此肠道不仅是消化、吸收和营养物质交换的重要场所，也是人体最大的免疫器官。另外，黏膜上皮细胞及其相关的分泌腺(如唾液腺等)可以分泌各种粘蛋白、杀菌蛋白等杀菌物质，辅助消灭病原体，与黏膜本身的物理屏障一同筑起一道“围墙”，构成机体抵御外界病原体入侵的“第一道防线”。此外，黏膜系统中存在大量的免疫细胞，它们是黏膜免疫系统中抵御外界病原体入侵的“士兵”，这些“士兵”广泛分布于黏膜下，或迁移游走，形成“哨兵”，或聚集成簇，形成火力较集中的“碉堡”，共同参与构建了抵御外界病原体入侵的“统一战线”，这个“统一战线”即构成了机体黏膜相关淋巴组织。通过黏膜途径免疫接种的抗原不仅可以在免疫局部及其临近部位诱导免疫应答，还可以在其他部位的黏膜表面诱导免疫应答。如经直肠或阴道免疫的抗原主要在直肠或阴道局部诱导免疫应答；经口服免疫的抗原可以在小肠、升结肠、乳腺和唾液腺中产生特异性抗体；经鼻腔免疫的抗原可以在头部、呼吸系统及泌尿生殖系统诱导免疫应答 [4]。黏膜免疫系统的这些重要特征给予我们很多提示，为我们抵御经呼吸道、消化道(如Crohn病 [5]—节段性回肠炎—一种因黏膜免疫系统在应答细菌来源腔内抗原时调节异常引起的疾病)，生殖道等传播的病毒(如流感病毒、HIV)，研发人类新型病毒疫苗、研发免疫佐剂，研究肠道菌群等提供了更多的手段和途径。

2　黏膜免疫系统的组成和结构

黏膜免疫系统按解剖和功能分为诱导部位和效应部位。诱导部位指黏膜免疫系统中首先接触抗原的部位。如肠黏膜相关淋巴组织（GALT）、支气管黏膜相关淋巴组织（BALT）和近年发现的眼结膜相关淋巴组织(FAE)等。黏膜免疫诱导过程为抗原物质活化淋巴细胞即抗原递呈，然后淋巴细胞从黏膜诱导位点迁移。黏膜免疫系统的传入诱导部分——派伊尔结和淋巴滤泡。在诱导部位，幼稚B细胞和T细胞进行克隆选择并与摄入的抗原接触后进行增殖。效应部位是B细胞和T细胞进行免疫反应的部位。包括消化道、呼吸道、生殖道等黏膜的固有层及部分腺体和上皮内淋巴细胞。在黏膜相关淋巴组织(MALT)中接触抗原后。黏膜淋巴细胞离开诱导部位。回到黏膜效应组织发挥作用。黏膜免疫应答的效应部位广泛分布于肠道、上呼吸道和生殖道，以及分泌腺组织如乳腺、唾液腺和泪腺等黏膜固有层和上皮内的散在或相对密集的免疫细胞(包括上皮内淋巴细胞、固有层淋巴细胞。

黏膜免疫系统在结构和功能上均有别于传统的系统免疫系统，主要表现在以下几个方面 [6]：(1) MIS是大量免疫细胞和免疫分子豫散在黏膜上皮内或黏膜下固有层(弗散淋巴组织)，或由单个或多个淋巴滤泡聚集成的黏膜相关淋巴组织(MALT)，包括：肠相关淋巴组织 (GALT)、支气管相关淋巴组织(BALT)和鼻相关淋巴组织(NALT)等。机体50%以上的淋巴组织和80%以上的免疫细胞集中于黏膜免疫系统。(2)MIS分泌是一类黏膜相关的免疫球蛋白。即分泌型IgA(secretory ，sIgA，slgA)和sIgM。(3) MIS内有一类能下调全身免疫应答的效应性T细胞。(4)MIS按功能不同可分为两个部位；诱导部位和效应部位。前者主要指MALT，后者主要包括固有层、上皮内淋巴细胞和一些相的外分泌腺(如泪腺、唾液腺和乳腺等)。(5)在诱导部位和效应部位间，主要通过淋巴细胞归巢发生联系。即在一个诱导部位致敏的免疫细胞，经胸导管进入血循环，逐步分化成熟，在特异性归巢受体(homing ceceptor)的介导下，多数免疫细胞(约80%)归巢到抗原致敏部位(即诱导部位的黏膜固有层或上皮内)发挥效应功能。由此使黏膜免疫相对独立于系统免疫，表现为局部性。另外，约20%的免疫细胞进入其它的黏膜部位，发挥效应功能，使不同黏膜部位的免疫反应相关联。因此，有人把从黏膜诱导部位归巢到效应部位这一功能上相联的系统统称为共同黏膜免疫系统(cnmmon mueosalimmune system)。(6)MIS的主要功能是对黏膜表面吸入或食入的大量种类繁多的抗原进行识别并作出反应。既可对大量无害抗原下调免疫反应或产生耐受，也可对有害抗原或病原体产生高效体渡和细胞免疫，进行有效免疫排斥(exclusion)或清除(elimination)。

3　黏膜免疫系统的调节

黏膜组织是动物抵抗病原微生物感染的重要屏障之一，一些病原对机体的感染是从黏膜系统开始，如霍乱弧菌(Vibrio choleroe)、产肠毒素大肠杆菌(Esche—richia coli)、禽流感病毒、口蹄疫病毒等 [7]。因此黏膜免疫应答的发生、发展与调节是一个十分复杂的生物学过程，有多种免疫细胞和免疫介质参加。它们之间组成一个复杂而精细的网络系统，相互制约、相互调节，以维持机体内环境的稳定。同时仅靠免疫系统内部是不够的，神经一内分泌系统也参加了免疫调节。黏膜免疫应答需要多种因素共同调节，才能更有效地发挥作用。

3.1 黏膜免疫系统的体液免疫调节

体液免疫是黏膜免疫效应的主要过程，可溶性蛋白质或细菌、病毒、原虫等颗粒物质作为抗原接触黏膜淋巴组织的M细胞，首先抗原与M细胞表面尚未明确的部位结合，随后抗原被摄入M细胞的吞饮泡，被转送至细胞内，最后未经降解的抗原释放至上皮深区淋巴组织，由抗原递呈细胞递呈抗原，将黏膜结合淋巴组织内的B细胞和T细胞致敏。致敏的B、T细胞通过淋巴导管系统离开黏膜结合淋巴组织，随后通过胸导管进入血液循环，进而到达消化道、呼吸道等处的黏膜固有层和腺体。黏膜固有层是一个重要的黏膜效应部位，B细胞在固有层定居下来，并在抗原、T细胞和细胞因子的刺激下增殖变为成熟的IgA浆细胞。即产生分泌型免疫球蛋白A（sIgA）。据研究，人体每天分泌sIgA的量约为30～60mg/kg，超过其它免疫球蛋白的量。IgA在浆细胞内产生、由J链(含胱氨酸较多的酸性蛋白)连接成双聚体分泌出来。当IgA通过黏膜或浆膜上皮细胞向外分泌时，与上皮细胞产生的分泌片连接成完整的SIgA，释放到分泌液中，与上皮细胞紧密结合在一起，分布在黏膜或浆膜表面发挥免疫作用 [8]。由于外分泌液中sIgA含量多，又不容易被蛋白酶破坏，故成为抗感染、抗过敏的一道主要屏障。其综合功能机制归纳如下：(1)阻抑粘附—sIgA可阻止病原微生物粘附于粘膜上皮细胞表面，其作用可能是：牻sIgA使病原微生物发生凝集，丧失活动能力而不能粘附于粘膜上皮细胞；sIgA与微生物结合后，阻断了微生物表面的特异结合点，因而丧失结合能力；sIgA与病原微生物抗原结合成复合物，从而刺激消化道、呼吸道等黏膜的杯状细胞分泌大量黏液，“冲洗”黏膜上皮，妨碍微生物粘附。（2）免疫排除作用—sIgA对由食物摄入或空气吸入的某些抗原物质具有封闭作用，使这些抗原游离于分泌物，便于排除，或使抗原物质局限于黏膜表面，不致进入机体，从而避免某些过敏反应的发生(如食物过敏反应)。

(3)溶解细菌—不论血清型IgA或sIgA均无直接杀菌作用，但可与溶菌酶、补体共同作用，引起细菌溶解。(4)中和病毒—存在于黏膜局部的特异性sIgA不需要补体的参与，即能中和消化道、呼吸道等部位的病毒，使其不能吸附于易感细胞上。（5）介导ADCC作用—小肠淋巴细胞表达IgA的FcR，它们属于由IgA介导ADCC作用的淋巴细胞，但这种效应也可能导致上皮细胞损伤。

3.2 粘膜免疫系统的细胞免疫调节

黏膜粘膜免疫系统的细胞免疫包括上皮淋巴细胞、T细胞、B细胞、K细胞、NK细胞和辅助细胞(如巨噬细胞、树突状细胞)，其它免疫细胞有粒细胞和肥大细胞等。T细胞固有层淋巴细胞中约40%～90% 为T细胞，是淋巴细胞中较活泼的细胞。T细胞按其表型及功能可分四个主要亚群，即杀伤性T细胞(Te)、抑制性T细胞(Ts)、迟发型超敏反应性T细胞(DTH)、诱导一辅助性T细胞(Ti／Th)及反抑制性T细胞(Tes) [9]。活化的杀伤性T细胞含主要毒性物质，有细胞毒素(cytotoxin)和穿孔蛋白，它可对靶细胞发起“致死性攻击”，未受损伤的杀伤性T细胞可与靶细胞分离，能再次攻击新的特异性靶细胞。T细胞中约65%~80%的CD3+细胞(CD分子分布于成熟T细胞表面，对信号传递具有重要作用)为CD4+细胞。CD4+固有层T细胞能促进IgA合成，CD8+固有层T细胞可抑制Ig合成。上皮内淋巴细胞(IEL)是体内最大的淋巴细胞群，也是异质性细胞群。由于其离肠腔很近而成为黏膜免疫系统中首先与细菌、食物抗原接触的部位。根据人、小鼠、大鼠资料，IEL中90%以上是CD3+T细胞(功能是T细胞信号传导)，少于6%是SIgA+B细胞，此外还存在极少量非T非B的裸细胞(naked cel1)。IEL的主要功能是宿主对病原体入侵及上皮细胞变性做出快速反应机制的溶细胞活动。根据对小鼠的研究，推测IEL具有特异的免疫效应功能，包括NK活性、特异细胞毒性、分泌IFN— ，使上皮细胞的主要相容复合体(MHC)II类抗原表达增加。IEL因其可产生与Th1、Th2功能相关的因子。因此，具有调节其它淋巴细胞和上皮细胞的功能。IEL还具有对食物抗原耐受和刺激上皮细胞更新功能。

3.2.1 T细胞的调节黏膜免疫需要T细胞的参与，不论是炎症发生、耐受的诱导、协助对疫苗产生特异性sIgA抗体或CRLs。T细胞在免疫调节中起非常重要的作用，T细胞各亚群之间以及T细胞与其他免疫细胞的相互作用通常受MHC的限制。当抗原呈递细胞（APC）把抗原呈递给T细胞时，必须与MHC相匹配。通常首先激活辅助性T细胞（Th），活化并释放淋巴因子，进而激活B细胞产生抗体。APC呈递的抗原还能诱导细胞毒T细胞（Tc）并缓慢激活抑制性T细胞和调节性T细胞。调节性T细胞可以区分为：①处女型，没有接触过抗原；②活化型，又称效应性：③记忆型，效应型和记忆型T细胞都积极参与免疫反应。胞内菌感染导致Th1细胞的形成，Thl在活化的巨噬细胞分泌的IL一2作用下发育黏膜微环境中的外源性抗原能够激发CD4+细胞产生IL一4。引发Th0向rI’l12型分化。Th2细胞也能够产生IL一4，进一步扩大Th2细胞群。需要指出的是,每种细胞因子都是由不同的信号传导途径调控的，因此，无论Th2或Th2细胞都不会产生所有种类的细胞因子，小鼠的rI112型细胞因子能够促进B细胞同型转换。刺激IgG1、IgG2b、IgE、IgA的生成。rI'I1和Th2细胞之间存在相互调节，如Th1细胞产生的IL一2和IFN一能够抑制Th2细胞的增殖，引起IgM向IgG2a的转换：并且抑制由IL一4诱导的同型转换。而Th2细胞通过其分泌的IL一10抑制Th1细胞分泌IL一12和IFN一^y，由此降低IFN一介导的对rI’}l2细胞的抑制。肠黏膜来源的T细胞在体外增殖能力很差。外周血T淋巴细胞对大肠杆菌外膜和细胞质蛋白都能够增殖。而肠黏膜T细胞只对这些蛋白纯化的抗原起反应。但对蛋白的复合物不起反应。说明肠黏膜来源的T细胞对蛋白的识别作用被下调经试验证实，黏膜T细胞对肠腔抗原的不反应性是由抗原特异性CD4'T细胞产生的抑制性细胞因子所介导的。

3.2.2 B细胞的调节黏膜表面对抗微生物侵害的过程包括免疫排除和炎性防护机制。机体分泌的抗体到达腔面通过抗原抗体结合起防护作用，它属于非炎性黏膜面保护。IgA和IgM能够与穿过上皮层的抗原结合。然后将之排入肠腔，这样就避免了上皮细胞的损害分泌性免疫依赖于黏膜抗体分泌细胞和分泌片段(SC)的共同作用，SC又名pIgR。黏膜B细胞被活化后，经外周血循环归巢到全身各处的外分泌腺及黏膜部位，构成共同黏膜免疫系统。其中肠道固有层含有机体80%的免疫球蛋白分泌细胞(B细胞及浆细胞) 研究发现骨髓来源B细胞与PP结T细胞和树突细胞共培养后分化为IgA分泌细胞：与脾T细胞和树突细胞共培养后则分化为IgG分泌细胞。在正常情况下，黏膜T细胞对B细胞的免疫调节倾向于下调免疫炎性反应，导致黏膜耐受。

4　展望

自20世纪60年代黏膜免疫概念产生以来，黏膜免疫系统作为机体相对独立的免疫系统，就一直被国内外学者所关注。动物机体黏膜组织是机体与外部环境进行交流的场所。肠黏膜与肠腔内大量细菌及毒素广泛接触，是机体最重要的屏障，也是机体受威胁最大的部位，机体95%以上的感染发生于黏膜或从黏膜入侵。为了预防局部黏膜疾病的发生，黏膜组织形成了严密的防御体系——黏膜免疫系统，构成动物有机体抵抗病原微生物入侵的第一道免疫屏障。通过黏膜免疫后，黏膜局部的抗体比血清抗体出现的早，效价高，且维持的时间长。总之，黏膜免疫系统是周围淋巴系统的一部分，黏膜免疫由于它的特殊地位，在机体与外界环境相互作用中发挥着重要作用，参与黏膜免疫的细胞数量多，而且具有其独特的性质特点，SIgA的产生与机体内黏膜免疫系统及其免疫功能有着十分密切的关系。黏膜是机体与外界环境之间相互作用的第一道屏障，黏膜免疫在免疫学领域占有十分重要的地位。近年来，对肠道菌群与黏膜免疫、黏膜疫苗、黏膜佐剂，微生态制剂与黏膜免疫等等的研究已成为免疫学研究的热点，尤其是对动物消化道黏膜免疫的研究，这是由于消化道黏膜作为机体天然屏障的重要组成部分，因此，有针对性地提高胃肠消化道的黏膜免疫功能，可以有效地减少肠源性感染的发生。但如何实现这一设想，提高损伤和相关感染性疾病的治疗水平，尚有待于进一步的深入研究。随着科学技术的不断发展，对于黏膜免疫的研究将不断深入，会取得更大的进展。因此研究黏膜免疫无论在理论上还是在生产实践上，均具有重要意义。