黏膜免疫系统的免疫调节

(一)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,由抗原呈递细胞呈递抗原,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sIgA。sIgA是参与黏膜免疫的主要抗体,可以阻止微生物在黏膜上皮层黏附和繁殖,阻止它们进入上皮层,另外IgG、IgE、IgM也参与保护性反应。据研究,人体每天分泌sIgA的量为30～60mg/kg,超过其他免疫球蛋白的量。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。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阻抑黏附:sIgA可阻止病原微生物黏附于黏膜上皮细胞表面。其作用可能是:sIgA使病原微生物发生凝集,丧失活动能力而不能黏附于黏膜上皮细胞;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,妨碍微生物黏附。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: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。

黏膜免疫应答发生的标志是sIgA的产生。由黏膜固有层IgA+浆细胞产生的IgA是由J链(含胱氨酸较多的酸性蛋白)连接的二聚体,与上皮细胞产生的分泌片(secretory component,SC)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,派送到黏膜或浆膜表面形成黏膜保护层,是局部抗感染免疫的主要因素(图9-13)。鼻黏膜的免疫也是产生sIgA的有效途径。sIgA可阻止病原微生物黏附于黏膜上皮细胞表面,并封闭由食物摄入或空气吸入的某些抗原物质,使这些抗原游离于分泌物,便于排除。sIgA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,还可与溶菌酶、补体共同作用,引起细菌溶解。sIgA也受一些细胞因子的影响,如IL-4和TGF-β促进B细胞发生IgA类型转换,IFN-γ通过拮抗IL-4抑制IgA抗体的分泌。Th2细胞因子IL-5、IL-6和IL-10可以增强IgA分泌,促进IgA定向性B细胞的分裂。IL-5能促进B1细胞发育,IL-6促进B2细胞发育。

图9-13 sIgA局部抗感染的免疫的主要机制

(二)黏膜免疫系统的细胞免疫调节

黏膜免疫系统的细胞免疫包括上皮淋巴细胞、T细胞、B细胞、NK细胞和辅助细胞(如巨噬细胞、树突细胞),其他免疫细胞有粒细胞和肥大细胞等,固有层淋巴细胞中40%～90%为T细胞。

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T细胞,约6%是s IgA+B细胞。IEL的主要功能是宿主对病原体入侵及上皮细胞变性作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-γ,使上皮细胞的MHCⅡ类抗原表达增加。IEL可产生与Th1、Th2功能相关的因子,因此具有调节其他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的功能。

(三)T细胞的调节

黏膜免疫需要T细胞的参与,不论是炎症的发生、耐受的诱导、协助对疫苗产生特异性sIgA抗体或CRL。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APC将抗原呈递给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性T细胞(CTL)并缓慢激活调节性T细胞。T细胞可以区分为:①初始型,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-12作用下发育,黏膜微环境中的外源性抗原能够激发CD4+T细胞产生IL-4,诱导Th0向Th2型分化。Th2细胞也能够产生IL-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转导途径调控的。因此,无论Th1或Th2细胞都不会产生所有种类的细胞因子。小鼠的Th2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。Th1与Th2细胞之间存在相互调节,如Th1细胞产生的IL-2和IFN-γ能够抑制Th2细胞的增殖,引起IgM向IgG2a的转换,并且抑制由IL-4诱导的同型转换。而Th2细胞通过其分泌的IL-10抑制Th1细胞分泌IL-12和IFN-γ。肠黏膜来源的T细胞在体外增殖能力很差,外周血T细胞经大肠埃希菌外膜和细胞质蛋白刺激能够增殖,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。研究表明,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。

黏膜免疫需要T细胞的参与,不论是炎症的发生、耐受的诱导、协助对疫苗产生特异性sIgA抗体或CRL。有两种不同的Th细胞影响B细胞的发育成熟:一种是可诱导sIgM+B细胞转换为sIgA+B细胞,主要是通过释放TGF-β和IL-4来实现;另一种是可促进转型后的sIgA+B细胞发育成抗体产生的浆细胞,这类细胞表达IgA的FcR,产生IL-5、IL-6。

(四)B细胞的调节

B细胞是一种产生免疫球蛋白的效应细胞,介导体液免疫,受抗原刺激后转化为浆细胞,分泌具有反馈抑制调节作用的抗体,同时还可通过抗原呈递作用和抑制作用直接参与免疫调节。在黏膜免疫中,B细胞协助浆细胞分泌sIgA是黏膜免疫反应过程中的关键步骤。分泌型免疫依赖于黏膜B细胞和分泌片段SC的共同作用,在诱导部位和效应部位都存在分泌型免疫B细胞的调节。淋巴细胞的归巢就是通过小肠黏膜的M细胞后,激活固有层中B细胞致敏的IgA+B细胞前体,通过淋巴或血液再迁移到小肠黏膜组织及较远的黏膜组织和腺体,从而产生广泛的局部分泌IgA抗体反应。

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结合,然后将之排入肠腔,这样就避免了上皮细胞的损害。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。

(五)IEC的调节

IEC可表达MHCⅠ、Ⅱ类分子抗原发挥抗原呈递作用,也可以通过产生分泌片有效转运sIgA从黏膜固有层进入肠腔,参与sIgA的分泌。IEC作为一种特殊的APC,其抗原呈递功能对非炎症状态下黏膜免疫抑制的维护及炎症状态下免疫系统的激活尤为重要,抗原呈递功能的改变将导致其免疫调节功能的病理改变。IEC能选择性地激活CD8+T细胞,对CD8分子主要通过CD1d和gp180与IEC表面分子联系,两者是T细胞激活所必需的,缺一不可。

(六)肠上皮淋巴细胞的调节

在正常成人中,每100个上皮细胞中就有6～40个IEL,它能抑制黏膜发生超敏反应,分泌细胞因子。IEL表面的特殊分子控制其在IEC间居留或迁移。IEL以CD3+T细胞为主,能表达CD69。IEC表达的IL-7和SCF可促进IEL的生长、发育和增殖。5%～10%的IEL携有γδTCR,此类IEL具有调节IgA免疫应答的作用。

(七)细胞因子水平的调节

IL-12能够诱导黏膜s IgA抗体反应,是黏膜免疫有效的调节因子之一,其诱导的Th1型反应既可调节黏膜免疫反应又可调节系统免疫反应。IL-5和IL-6是sIgA+B细胞分化为浆细胞所必需的细胞因子。IL-18是强有力的诱生IFN-γ的调节性细胞因子,其与自身免疫性疾病和过敏性疾病密切相关。IL-1与IL-6是黏膜免疫中介导炎症的细胞因子。IL-5可协同其他细胞因子刺激B细胞分化增殖,促使活化的B细胞分化为IgA+B细胞。IL-6对肠黏膜的体液免疫尤其是IgA的反应十分重要。IL-1α和IL-1β可作为黏膜免疫的佐剂。