黏膜免疫：在动物疫病免疫防控中的重要地位和作用

包银莉，曾旭健，赵金旺*，胡 勇

（1．四川海林格生物制药有限公司，四川 成都 611130；2．成都农业科技职业学院，四川 成都 611130）

黏膜是动物机体内表面积最大的一个组织，由呼吸道、消化道、泌尿生殖道、眼角膜、内耳以及多种外分泌腺的管道黏膜所构成。它是动物机体与内、外环境进行物质交换和信息交流的重要部位，同时也是多种病原微生物及其他抗原侵入机体的主要门户。报道指出：95%以上的传染病病原微生物的入侵门户是由黏膜入侵机体。如大肠杆菌、沙门氏菌、猪流行性腹泻病毒、轮状病毒、传染性胃肠炎病毒等主要通过胃肠道入侵；猪繁殖与呼吸综合征病毒、流感病毒、猪肺炎支原体等主要通过呼吸道入侵。因此，黏膜是机体抵抗病原微生物入侵的第一道屏障。黏膜屏障主要由上皮细胞间紧密连接所形成的生物学结构屏障、微生物菌群所形成的微生物屏障、含有多种生物活性物质的黏液屏障等构成，形成了一个具有独特免疫学功能的独立免疫体系——黏膜免疫系统。

黏膜免疫系统不仅在体内分布广泛，而且其所含淋巴组织也是数量最多的。已知的黏膜部位免疫细胞（如T细胞、B细胞）和免疫分子（如SIgA、IgM）的数量均超过其他免疫系统，黏膜免疫系统在防御传染病的发生中发挥着非常重要的作用。因此，本文将从黏膜免疫系统的组成及相互联系、黏膜免疫的优势、黏膜免疫在动物疫苗中的应用及挑战等方面阐述黏膜免疫在动物疫病免疫防控中的重要地位和作用。

1 黏膜免疫系统的组成及相互联系

黏膜免疫系统是指由呼吸道、消化道、泌尿生殖道黏膜及某些外分泌腺（如唾液腺、泪腺及乳腺等）黏膜相关淋巴组织所组成的免疫系统，包括黏膜相关淋巴组织（mucosal－associated lym-phoid tiss ue，MALT）、淋巴细胞、白细胞、抗体、细胞因子和补体等。根据各组成结构在解剖学和功能上的特性，黏膜免疫系统又被划分为诱导位点和效应位点。诱导位

点是黏膜系统首先接触抗原的部位。在该部位，抗原物质活化淋巴细胞，幼稚的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，然后活化的淋巴细胞从诱导位点迁移。诱导位点主要由MALT等构成，发挥着向黏膜效应位点提供记忆性B细胞和T细胞的作用。它包括T细胞区，可以产生表面黏膜IgA的B细胞富集区以及具有用于启动特异性免疫应答的抗原递呈细胞的上皮区域。不同组织含有不同的黏膜相关淋巴组织，如消化道的扁桃体、胃肠道黏膜相关淋巴组织，呼吸道的鼻黏膜相关淋巴组织、支气管黏膜相关淋巴组织，泌尿生殖道黏膜相关淋巴组织以及眼结膜相关淋巴组织等。此外，诱导位点还包括微皱褶细胞（microfold cell，M 细胞）、上皮细胞以及树突状细胞（DC）等。

效应位点是B细胞和T细胞进行免疫反应的位点，包括消化道、呼吸道、生殖道等黏膜的固有层及部分腺体（如乳腺、唾液腺、泪腺等）和上皮内淋巴细胞。这些组织含有抗原特异性黏膜效应细胞，例如产生IgA的浆细胞以及B和T细胞等。此外，树突状细胞、肥大细胞、腔内淋巴细胞等以及多种细胞因子参与黏膜免疫的效应反应。

诱导位点和效应位点是黏膜免疫系统所特有的，二者并不独立作用，而是在黏膜淋巴细胞归巢受体的作用下，相互联系。黏膜免疫中的淋巴细胞归巢是指淋巴细胞在诱导位点处的黏膜滤泡中受抗原诱导分化增殖后通过淋巴液进入血液循环，在血液循环系统中选择性地穿越毛细血管高内皮静脉（HEV），向对应的效应位点处的器官或者组织定向迁移。大部分（80%）致敏的淋巴细胞归巢至效应部位的肠固有层或上皮内，逐步分化成熟为记忆性或者效应性淋巴细胞，发挥效应功能；一部分（20%）致敏的淋巴细胞归巢至其他黏膜组织（如呼吸道黏膜、消化道黏膜、生殖道黏膜、乳腺、唾液腺等），发生效应反应。通过淋巴细胞的归巢可使黏膜局部的免疫效应细胞游走到全身各处，从而使局部的免疫接种可以引发其他黏膜免疫效应部位的免疫应答，使不同的黏膜部位的免疫反应相互联系起来，形成一个广泛的免疫网络——共同黏膜免疫系统。一个部位黏膜免疫反应可扩散到其他黏膜位点。即一个特定的黏膜区域抗原激活产生T细胞和B细胞可迁移到远离此黏膜的其他黏膜位点，产生效应性T细胞和B细胞。研究表明：口服免疫可以诱导呼吸道、生殖道黏膜和其他黏膜部位（如乳腺）产生特异性免疫应答，口服免疫后胃肠道、唾液腺和乳腺的SIgA水平显著升高；鼻腔免疫不仅能够提高鼻腔局部的免疫力，还能诱导其他黏膜处产生有效的抗原特异性免疫应答，如唾液腺、消化道和生殖道等。

通过黏膜淋巴细胞归巢性，黏膜免疫不仅将不同黏膜部位的免疫反应形成一个免疫网络，还能诱导系统免疫反应。淋巴细胞的归巢过程是通过淋巴细胞与各组织、器官的血管内皮细胞黏附分子的相互作用实现的。由于各处黏膜组织中淋巴细胞的归巢受体和毛细血管高内皮静脉的配体有些差异，所有不同黏膜组织中的淋巴细胞的归巢位点也会存在差异。在肠道中，小肠派尔氏结（PP结）中90%淋巴细胞表达整和素α4β7，剩下的淋巴细胞表达L-选择素。由于PP结大多数HEV只表达MAdCAM-1——整和素α4β7的配体，表达L-选择素的淋巴细胞最终归巢至外周淋巴结，诱导系统免疫反应。在呼吸道支气管相关淋巴组织中也存在此现象。支气管黏膜相关淋巴组织具有同时表达黏膜地址素和外周地址素的特点，能够同时诱导黏膜免疫反应和系统免疫反应。值得注意的是，传统的肌肉注射或者皮下注射疫苗只能刺激机体产生系统免疫应答（体液免疫应答），而不能诱导有效的黏膜免疫反应。

2 黏膜免疫的优势

目前，动物中疫苗免疫预防接种主要还是通过传统的免疫方式——肌肉或皮下注射进行。该免疫方式在实际的疫苗接种的过程中，需要专业的技术人员进行操作，耗时耗力；而注射所带来的疼痛感以及注射过程中的紧张感会使动物产生应激反应，影响动物的生长。同时，注射疫苗需要针头和注射器。为了节约养殖成本，在临床操作中，往往多头动物共用一个针头，可能导致不同动物个体间病原微生物的传播。此外，注射接种后残留的疫苗（尤其是由油佐剂制备的疫苗）会影响动物肉制品的质量，间接影响食品安全和公共卫生。

黏膜免疫是应用疫苗通过饮水或饲喂（消化道）、滴鼻或喷雾（呼吸道）、点眼等方式诱导消化道、呼吸道、泪腺黏膜免疫动物，诱导局部产生黏膜免疫反应和适当的全身免疫反应。它直接模拟病原微生物自然感染途径，直接刺激黏膜下丰富的淋巴组织产生大量的免疫活性细胞和抗体，直接切断病原微生物入侵机体的途径。在实际的疫苗接种的过程中，其无需专业的技术人员操作，饮水、饲喂、喷雾等方式可节省大量的人力。作为一种不依赖于“针头和注射器”的免疫接种方式，黏膜免疫在免疫过程中的不产生剧烈的疼痛感，可减轻动物应激反应，不妨碍动物的生长。同时，避免了因注射器污染而带来的病原微生物的传染风险以及疫苗体内残留对肉质的影响。此外，黏膜免疫应答产生的抗体主要是SIgA，这是与系统免疫（体液免疫）应答主要产生特异性IgG所不同的。SIgA一般由2个IgA单体、一个J链和两个分泌片段(SC)构成，所以比单链IgA有更强的抗原结合力。同时，其在机体内分泌量最多，合成速率很快，一般为IgG合成速度的2倍，产量远超IgG。SIgA结构稳定，能够耐受肠道局部温度、pH等理化环境的变化及蛋白酶的消化作用，随分泌液释放到黏膜或浆膜表面而发挥免疫作用。有研究指出，肌注免疫动物血清中PEDV、TGEV、轮状病毒等特异性IgG并不能保护动物免受上述病毒的感染，疫苗免疫后肠道（粪便）中的特异性SIgA的水平是判断机体对轮状病毒保护力的标识。因此，对于依赖于特异性SIgA的病原微生物的防控必须采用黏膜免疫。

3 黏膜免疫在动物疫苗中的应用、前景及挑战

黏膜免疫在病原微生物的防控上具有多种优势，在世界范围内已经有多种被批准使用的人用口服黏膜免疫疫苗。但是黏膜免疫在动物疫苗方面的应用远远落后于人用疫苗，目前只有少数的疫苗，如针对鼻腔感染的鸡新城疫弱毒疫苗（IV系苗）和伪狂犬弱毒活疫苗等，其中利用鸡新城疫弱毒疫苗（IV系苗）滴鼻点眼预防鸡新城疫的发生和传播是兽医上利用黏膜免疫预防动物传染病的典型例子。

虽然黏膜免疫在商品化的动物疫苗中应用不多，但是大量的实验室研究表明，对于与黏膜免疫系统相关的病原微生物而言，黏膜免疫效果优于系统免疫（体液免疫）。以猪流行性腹泻病毒为例。该病毒是引起猪呕吐、腹泻的主要病原。它通过粪口途径进入猪的体内，首先感染小肠集合淋巴区，与小肠黏膜上皮细胞进行接触，并在小肠绒毛上皮细胞内进行复制。因此，临床上采用肌肉注射进行疫苗防控时效果并不理想。研究发现，怀孕母猪口服接种猪流行性腹泻病毒DR13弱毒株，仔猪感染PEDV后的死亡率显著下降。此外，以重组沙门氏菌和重组腺病毒为活载体构建的PEDV疫苗可产生针对病毒的局部黏膜免疫应答和全身免疫反应。因此，随着研究技术的成熟和研究理论的完善，黏膜免疫必然会在动物疫苗中得到广泛的应用。

目前，共同黏膜免疫系统给黏膜疫苗的开发提供了基本概念和实用手段以及广阔的应用前景，但是对于黏膜疫苗的研发和推广工作而言，其仍存在着较大的挑战。一方面，由于黏膜表面环境复杂，如微生物抗原的存在及胃肠道中胃酸和各种蛋白酶的存在，黏膜免疫疫苗的免疫效果达不到最理想化一直是制约黏膜免疫广泛推广的瓶颈。另外一方面，灭活疫苗缺失在黏膜上增殖的能力，其在黏膜免疫中效果不佳，制约了黏膜免疫接种在灭活疫苗上的使用。为了解决这些难题，从20世纪90年代起，黏膜免疫疫苗开发已经步入了第三个时期，即运用合适的疫苗递送载体系统（如生物微球体、活的细菌病毒载体等）运送抗原物质，同时应用黏膜免疫佐剂增强其黏膜免疫作用。我们相信，随着各种新技术的不断发展、研究的深入，会有越来越多的黏膜免疫疫苗被开发出来，发挥其在动物疫病免疫防控中的不可代替的作用。