抗胞内菌的免疫反应

胞内菌具有在吞噬细胞内生存甚至复制的典型特征,且特异性抗体不能进入细胞中和胞内菌,因此清除这类细菌感染需要细胞介导的免疫应答,而多种胞内菌引起的宿主免疫反应也会引起组织损伤。胞内菌感染引起的人类疾病及其致病机制举例见表10-2。

表10-2 胞内菌感染引起的人类疾病及其致病机制举例

1.抗胞内菌固有免疫 抗胞内菌的固有免疫应答主要由吞噬细胞和NK细胞介导,但一般不足以清除胞内菌。致病胞内菌感染机体后,被中性粒细胞和巨噬细胞等吞噬细胞摄取,但难以清除。胞内菌通过诱导被感染细胞表达NK细胞激活性配体或者刺激DC和巨噬细胞产生IL-12诱导NK细胞活化。活化的NK细胞分泌IFN-γ,可进一步激活巨噬细胞的杀菌功能。因此,NK细胞是重要的早期抗胞内菌感染的固有免疫细胞,缺乏T/B细胞的严重免疫缺陷小鼠可以通过NK细胞活化后分泌的IFN-γ有效控制早期的产单核细胞李斯特菌感染。但是一般情况下,胞内菌如结核分枝杆菌多寄生于巨噬细胞内,具有逃逸杀伤的能力,所以固有免疫应答不足以清除胞内菌,需要适应性细胞免疫应答发挥更有效的清除胞内菌作用。

2.抗胞内菌适应性免疫 特异性抗体不能中和胞内菌,因此抗胞内菌免疫防御主要依赖于细胞免疫应答,包括CD4+T细胞活化巨噬细胞和CD8+CTL介导的抗胞内菌免疫应答(图10-2)。细胞免疫应答缺陷患者如AIDS患者对胞内菌(和病毒)高度易感。

图10-2 CD4+T和CD8+T细胞共同抵抗胞内菌感染

胞内菌如产单核细胞李斯特菌被巨噬细胞吞噬后可以在吞噬体内存活,逃逸吞噬体的杀伤作用并可进入胞质。吞噬体内细菌抗原肽经MHCⅡ类分子呈递途径激活CD4+T细胞,活化的CD4+T细胞产生IFN-γ,激活巨噬细胞杀伤吞噬体中的细菌。CD8+T细胞识别胞质中细菌抗原肽-MHCⅠ类分子复合物后活化,杀死被感染的细胞。

(1)抗胞内菌的T细胞免疫应答:被吞噬的胞内菌抗原经MHCⅡ类分子呈递途径刺激CD4+T细胞活化后发生克隆增殖,在感染胞内菌的巨噬细胞产生的IL-12作用下分化为Th1。Th1表达CD40L并分泌IFN-γ和TNF等细胞因子,可进一步刺激巨噬细胞产生活性氧中间物、活性氮中间物和溶酶体酶等直接杀伤胞内菌,是清除产单核细胞李斯特菌或结核分枝杆菌等胞内菌的关键机制。IFN-γ也可诱导抗体类别转换(如在小鼠产生IgG2a)通过经典途径激活补体和促进对胞内菌的免疫调理作用,辅助巨噬细胞发挥更有效的杀菌作用。IL-12和IFN-γ在抗胞内菌免疫反应中发挥重要作用,IL-12或IFN-γ因为受体突变或者发挥作用受到抑制的个体则对非典型分枝杆菌高度易感。

如果胞内菌抗原从吞噬体转移到胞质或者胞内菌逃逸吞噬体的杀伤作用而进入胞质,胞内菌就会对吞噬细胞的抗胞内菌免疫反应不敏感,而需要经MHCⅠ类分子呈递途径激活CD8+T细胞,进一步在Th1细胞分泌细胞因子的辅助下充分活化并分化为CTL杀伤清除这类胞内菌。因此,机体往往需要CD4+T细胞活化巨噬细胞和CD8+CTL介导的抗胞内菌细胞免疫应答共同发挥作用才能更有效地抵抗胞内菌感染。

(2)抗胞内菌的T细胞应答类型对疾病的影响:抗胞内菌的T细胞应答类型是疾病进展和临床发展结局的重要决定因素。例如,T细胞应答类型决定了由麻风杆菌感染所致麻风病的疾病进展和发展结局。麻风病的分型有两个极端即结核样型和瘤型,免疫力较强的患者向结核样型麻风发展,免疫力低下或缺陷患者则向瘤型发展,当然很多麻风病患者属于不能明显划分的中间型。结核样型麻风患者有低水平的抗体和较强的Th1细胞免疫应答,产生大量IFN-γ和IL-2,激活巨噬细胞等,使麻风杆菌被局限于皮肤和神经,围绕神经形成肉芽肿,导致外周感觉神经障碍,继而引起外伤性皮肤损伤,但细菌很少直接导致组织破坏,且皮肤破损处细菌检测为阴性。而瘤型麻风患者产生高水平的特异性抗体和Th2细胞免疫应答,产生大量的IL-4和IL-10和很少IFN-γ,诱导巨噬细胞发挥抑制作用,细菌在巨噬细胞内大量繁殖但不能有效激活巨噬细胞,导致大范围的严重皮肤和组织损伤,且损伤处可以检测到大量的麻风杆菌。Th1和Th2型细胞免疫应答及其产生的细胞因子在决定麻风杆菌感染结局中发挥重要的作用。此外结核分枝杆菌感染后诱导机体Th1/Th17免疫应答的平衡性,也决定了抗结核分枝杆菌感染保护性免疫和炎症损伤的平衡。

3.抗胞内菌的免疫损伤 针对胞内菌蛋白质抗原的迟发型超敏(DTH)反应可能是引起组织损伤的主要原因。胞内菌被吞噬细胞吞入后,可以抵抗吞噬细胞的杀伤而长期在细胞内生存,引起慢性抗原刺激以及T细胞和巨噬细胞活化,围绕胞内菌形成肉芽肿。这种类型的炎症反应可以局限并防止胞内菌感染扩散,但是由于肉芽肿炎症造成的组织坏死和纤维化形成,导致严重的功能障碍。

例如,结核分枝杆菌是典型的胞内菌,宿主体内抗结核分枝杆菌的保护性免疫反应和病理性迟发型超敏反应共同存在,迟发型超敏反应可导致严重的组织损伤。在结核分枝杆菌初次感染机体时,主要被肺泡巨噬细胞吞噬进入吞噬小体,细菌缓慢繁殖,在肺部只引起局部轻微的炎症,90%以上的感染人群没有临床症状,但细菌可以在肺部巨噬细胞内生存。感染6～8周后,巨噬细胞迁移到引流淋巴结,CD4+T细胞被激活,随后CD8+T细胞也可能被激活。这些活化的T细胞产生IFN-γ,激活巨噬细胞并增强其杀伤胞内菌的能力。T细胞和巨噬细胞产生的TNF也在局部炎症反应和巨噬细胞活化中发挥重要作用。T细胞介导的免疫应答可以有效控制细菌扩散。但是结核分枝杆菌可以通过多种机制,包括抑制吞噬溶酶体融合、抑制巨噬细胞凋亡、破坏活性氧中间物等,逃避巨噬细胞的杀菌作用并干扰抗原释放,从而长期藏匿于巨噬细胞中,导致潜伏感染或者持续性感染。在潜伏感染情况下,结核分枝杆菌可以在机体内长期生存,而不会引起病理损伤和临床症状;当机体免疫力低下时,细菌会被再次激活,导致感染性疾病的发生。在结核分枝杆菌慢性感染中,Th1激活并迁移至肺部结核分枝杆菌感染的巨噬细胞周围,介导迟发型超敏反应,控制病菌扩散并使炎症反应局限化。如果Th1免疫应答不足或炎症过度出现,就会导致形成中心是感染结核分枝杆菌的巨噬细胞,外围是CD4+T细胞、CD8+T细胞、CD1限制性T细胞、γδT细胞和中性粒细胞,最外围是成纤维细胞的慢性肉芽肿,造成组织坏死和纤维化,引起功能障碍和临床疾病。如何采用有效策略,促进感染结核分枝杆菌的巨噬细胞凋亡,释放出的结核抗原被DC摄取后通过MHCⅠ类、Ⅱ类分子或CD1分子呈递途径,诱导全面的CD4+T和CD8+CTL抗结核分枝杆菌的细胞免疫应答,或促进结核抗原从吞噬小体内释放后被MHCⅠ类分子呈递进而激活CD8+CTL应答,是清除结核分枝杆菌感染的重要策略。

4.胞内菌的免疫逃逸 胞内菌在进化过程中通过多种机制抵抗吞噬细胞的清除,包括抑制吞噬溶酶体融合或者逃离到胞质,而胞质不含杀菌物质,因此可以逃避溶酶体的杀菌作用、直接清除作用或者使活性氧中间物等杀菌物质失活从而逃避杀伤,造成潜伏感染或持续性感染。这类胞内菌造成的感染结局依赖于T细胞激活的巨噬细胞抗胞内菌的能力与细菌抵抗杀菌作用之间的平衡。抵抗吞噬细胞介导的清除是造成这类细菌持续多年慢性感染、明显治愈后再次复发并且难以彻底清除的重要原因。例如,产单核细胞李斯特菌被吞噬并隐匿于巨噬细胞内,通过产生李斯特菌溶素(listeriolysin)溶解破坏吞噬体膜并逸入胞质,逃避溶酶体的杀菌作用。结核分枝杆菌可通过抑制吞噬小体的形成、阻碍吞噬溶酶体的融合和破坏活性氧中间物等机制使细菌免于降解,也可通过抑制巨噬细胞凋亡减少细菌蛋白抗原的释放,逃避T细胞介导的免疫应答。