小肠的天然性免疫系统

席兴字 孙寅玮

（新乡学院 河南新乡 453003）

小肠是人体内最长的器官，对营养物质的吸收非常重要，但又很容易受各种病原微生物的影响，引起一些慢性炎症性疾病。因为机体依赖小肠对营养物质的充分吸收，小肠必须能保护自己免受病原微生物感染的同时又不干扰营养物质的吸收过程。细菌的克隆增殖是非常危险的因素，因为共生菌很可能在宿主消化吸收营养物质前将营养物质进行代谢转化。小肠的近端细菌数量很低、肠道远端增加。小肠中保持细菌数量低的因素有：肠蠕动性避免营养物质和细菌滞留、 肠黏液提供了一个保护屏障、肠上皮细胞分泌抗菌物质等。肠上皮由4 种细胞系构成： 吸收细胞、 黏液分泌细胞（杯状细胞）、 激素产生细胞和产生抗菌肽的潘氏细胞。表皮下面是黏膜固有层，分布有巨噬细胞和树突状细胞，负责黏膜天然性免疫反应。因此，小肠除了担负营养物质的吸收功能外，还是体内一个非常重要的免疫器官［1］。本文主要介绍小肠中的一些天然性免疫分子，以及天然性免疫分子在控制肠道微生物中的作用。

1 小肠的黏膜层：天然性免疫屏障

小肠的黏膜层是小肠的第一道物理性防御屏障，它能阻止微生物和毒素到达肠上皮细胞表面。它由2 层黏液构成，内层紧密结合在上皮细胞表面，比较致密，不允许细菌穿透，肠上皮细胞表面因此远离细菌；外层的结合不甚紧密，是肠道共生菌的栖息地。健康个体内，共生菌在肠道营养物质的转化、 维生素的产生和抑制病原菌的繁殖等多方面发挥重要作用。小肠的黏膜层主要由高度糖基化的黏蛋白（MUC2）组成，由杯状细胞分泌产生。MUC2 和其他分泌型蛋白一起组织成一个亲水的膨胀的网络结构，构成小肠的黏膜层。敲除小鼠Muc2－/－基因进一步证明了小肠黏膜层的作用［2］。在该类动物模型中，由于缺乏黏膜层的保护，小肠的渗透性增加，肠粘膜表面细菌数量增加，细菌更易于接触到肠上皮细胞，引发炎症反应，而持续炎症反应使肠上皮增厚直至形成癌症。黏膜层的作用远不止于防御屏障，糖蛋白还是细菌的结合位点，特别是涉及到一些特异性菌群的选择。因此，黏膜层对肠道微生物菌群稳态的维持非常重要。

2 小肠中的天然性抗菌物质

小肠上皮细胞的表面覆盖一层厚厚的黏液，它不仅是一道物理性防御屏障，黏液中的糖蛋白还结合多种抗菌类物质［3-4］，是小肠天然性免疫反应的重要组成部分。

2.1 防御素 防御素（defensin）属于抗菌肽类，由18～45 个氨基酸构成，包括α-防御素和β-防御素等，由肠上皮细胞和潘氏细胞分泌产生。防御素具有广谱的抗微生物活性，对多数细菌、真菌和病毒有效。它作用于细菌细胞膜，它能在细胞膜上形成通道，使细胞内容物流失从而导致细菌细胞死亡。

2.2 组织蛋白酶抑制素 组织蛋白酶抑制素（cathelicidin）是抗菌肽家族的重要成员，由肠上皮细胞、巨噬细胞和中性粒细胞分泌产生，对葡萄球菌、链球菌、致病性大肠杆菌和真菌有抗菌活性。cathelicidin 的作用机制与防御素相似，它形成的α-螺旋插入细菌质膜并与之结合形成穿孔，使细胞内容物流失。

2.3 杀菌/通透性增加蛋白 杀菌/通透性增加蛋白（bactericidal/permeability increasing protein，BPI）是一个分子量约50 kD 的糖蛋白，由肠粘膜上皮细胞分泌产生，对革兰氏阴性菌具有较强的抗菌活性。这种选择性的杀菌作用主要是BPI 与LPS（脂多糖） 有很高的亲和力，干扰了LPS 的分子排列规律，引起膜通透性改变。LPS 是细菌内毒素的重要成分，释放到血液中会引起严重的炎症反应。BPI 与LPS 的结合还具有中和细菌内毒素的作用。

2.4 溶菌酶 溶菌酶是潘氏细胞分泌的一种糖苷酶，它水解N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸之间的糖苷键，作用于细菌细胞壁的肽聚糖成分。革兰氏阳性菌的肽聚糖成分比革兰氏阴性菌多，因此，溶菌酶对革兰氏阳性菌的杀菌效果比革兰氏阴性菌明显。磷脂酶A2 也是潘氏细胞分泌的酶蛋白，它能透过细菌细胞壁作用于细胞膜，水解膜上的磷脂成分从而破坏细菌细胞膜的完整性。

2.5 凝集素RegⅢγ 凝集素RegⅢγ 由潘氏细胞和肠上皮细胞分泌产生，小肠基膜隐窝中表达量较高。它与革兰氏阳性菌的细胞壁成分肽聚糖结合，然后在膜上发生寡聚，形成一个“透化孔”；该“透化孔”在细菌膜上打出一个洞，最终通过“渗透性溶解”将细菌杀灭。

3 免疫球蛋白A 的保护作用

小肠是机体最大的免疫器官，它分泌的免疫球蛋白A（Secretory IgA，SIgA）远远超过整个机体产生的IgG，构成小肠的局部免疫系统。分泌到肠腔中的SIgA 是由浆细胞产生的，它从肠淋巴结或其他肠黏膜相关的淋巴组织迁移而来。小肠黏膜中的SIgA 具有多方面的作用［5-6］：1）SIgA 的糖侧链识别结合致病菌表面的抗原分子，阻止致病菌与肠上皮细胞接触，阻止细菌扩散，抑制细菌的移动；2）SIgA 的Fab 段能特异结合细菌的内毒素和外毒素，阻止毒素释放得到血液中，具有中和毒素的作用；3）早有研究发现，超过70%的共生菌被SIgA 包裹，说明SIgA 在共生菌数量和种群稳态维持方面很重要；4）研究还发现，SIgA 能选择性地与肠道集合淋巴结中抗原加工和抗原递呈细胞结合，参与免疫调节作用。

4 小肠中的微生物感受器：天然性免疫受体

小肠中天然性免疫反应的启动是病原体识别受体（pathogen-recognition receptors，PRRs）引发。PRRs 作为病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）感受器和损伤相关的分子模式感受器识别肠管中的病原微生物及其代谢产物，从而启动天然性免疫效应。研究最多的PRRs 是Toll-样受体（Toll-like receptors，TLRs）。TLRs 是跨膜蛋白，在肠上皮细胞膜及黏膜固有层免疫细胞膜上表达。它的胞外结构域能识别细菌内毒素（脂多糖，LPS）、细菌鞭毛蛋白、脂壁酸、细菌/病毒核酸分子等，胞内结构域通过激活NF-κВ信号通路、产生细胞因子、进而募集炎症细胞等。如TLR4 识别LPS 激活NF-кB 信号通路、诱导干扰素IFN-β 表达。其他研究发现，激活TLR 信号通路诱导细胞趋化因子表达，而后者能够召集表达SIgA 的B 淋巴细胞到黏膜固有层，从而提高肠腔 中SIgA 的 含 量［7］。

NLRs（Nod-like receptors）是另一类天然性免疫受体分子，在肠上皮细胞、潘氏细胞和单核细胞膜上表达。它的胞外结构域能够识别革兰氏阴性菌的肽聚糖结构，胞内结构域募集和激活天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶-1（Caspase-1）。Caspase-1，又称为白介素-1（IL-1β）转化酶，是第1个被鉴定的哺乳动物Caspases 酶，但它不参与细胞凋亡。激活的Caspase-1 能够加工切割如IL-1β和IL-18 前体分子，诱导细胞焦亡、促进炎症因子的成熟和释放［8］。

5 热休克蛋白对小肠的保护作用

热休克蛋白是一类在进化上高度保守的蛋白质，根据其分子量大小分为HSP90 类、HSP70 类、HSP60 类、HSP40 类和小分子热休克蛋白。热休克蛋白不仅在蛋白质的折叠和转运过程中发挥作用，还参与微生物感染免疫反应。研究发现热休克蛋白在多数动物肠腔上皮细胞中高表达，而在抗生素处理的小鼠或无菌小鼠表达减少或消失，说明该类蛋白可能参与肠道菌群的控制［9］。HSP27与微丝相互作用、阻止微丝的解聚，在维持肠上皮细胞结构的完整性起重要作用。HSP gp96 与天然性免疫受体分子TLR4 相互作用，调节炎症因子的释放。HSP gp96 功能丧失，TLR4 滞留在细胞内而不能对细菌刺激作出反应。其他研究还发现，HSP gp96 基因敲除小鼠肠隐窝细胞增殖障碍、隐窝微绒毛结构破坏，导致肠上皮细胞完整性丧失。总之，热休克蛋白在肠上皮表达可能发挥天然性免疫分子的调节作用［10］。

6 结语

众所周知，小肠是人体内重要的消化吸收器官。小肠要维持正常功能，既要控制共生菌的繁殖，又要清除病原性细菌。小肠通过多种机制维持内稳态平衡，包括分泌天然性免疫分子、表达天然性免疫受体、产生抗菌肽、分泌IgA，以及热休克蛋白的保护等。小肠天然性免疫系统的失调会引发一些相关性疾病，例如克罗恩病是肠道组织中细胞因子大量释放引起的长期慢性炎症综合症［11］。因此，深入理解小肠的天然性免疫机制对寻找一些针对肠道疾病的治疗方案有重要价值。