结核分枝杆菌感染的天然免疫

第十一章　结核分枝杆菌感染的天然免疫

全世界中有1/3的人群可被结核分枝杆菌感染，但是在感染后的1～2年内（原发结核）或在以后（原发后结核），只有5%～10%的这类人群中有发生活动性结核的危险性。当活动性结核发生时，疾病的发生部位、严重性和临床后果变化很大。大量分枝杆菌通过血流播散至全身的粟粒性结核是最为严重的临床表现。而胸膜炎则多为自愈性。结核病可在体内的任何一处发生，但一般多表现为肺部感染，严重性变化很大，可由轻度浸润至慢性空洞形成，甚至严重的破坏性疾病。结核分枝杆菌感染的各种不同临床表现反映了细菌与宿主防御机制间的平衡，其中宿主防御的质量决定疾病的后果。

一、结核病的发病机制

根据Lurie在家兔中的研究，肺结核的发病可分为4期：第1期开始于结核分枝杆菌的被吸入。肺泡巨噬细胞能将细菌摄入，并将其破坏。在此时期中分枝杆菌的被破坏取决于宿主吞噬细胞的内在性杀菌能力和被摄入分枝杆菌的毒力因子。逃避了初期细胞内破坏的分枝杆菌即可增殖，并可导致巨噬细胞的被破坏。如果这种情况发生，血液单核细胞及其他炎症细胞即可被吸引至肺部（第2期）。这些单核细胞可分化成仍可摄入但却不能破坏分枝杆菌的巨噬细胞。在此共生时期，分枝杆菌以对数方式生长，而血液来源巨噬细胞聚集，但很少有组织损伤。T淋巴细胞免疫一般在感染后2～3周内产生。形成抗原特异性T淋巴细胞，并在早期病变结节中增殖，活化的巨噬细胞可以杀灭细胞内的分枝杆菌。在此时期以后，细菌的早期对数期生长停止（第3期）。在这些原发病变中的中央纯质的坏死能抑制分枝杆菌的细胞外生长。其结果是感染可以成为静止或隐蔽状况。如果免疫监视失败，则在原发感染后数月或数年内疾病进一步发展，并可发生血源性播散。液化的干酪样病灶为结核分枝杆菌的细胞外生长提供了良好的条件。空洞形成则导致附近的支气管破裂，可使细菌能通过气道扩散至肺的其他部位。总之，结核分枝杆菌侵入人的肺脏后，将遭遇到一系列不同的宿主防御机制的攻击。结核分枝杆菌感染的最终后果取决于：①结核分枝杆菌是大量生长还是被杀灭；②组织坏死、纤维化和再生的程度。

二、人体对结核病的防御机制

（一）获得性T淋巴细胞介导免疫

结核分枝杆菌感染的消除主要取决于感染的巨噬细胞和T淋巴细胞间相互作用是否成功。原发性及获得性免疫缺陷，特别是人类免疫缺陷病毒感染中的事实已充分地说明细胞免疫在结核病中的重要性。CD4＋T淋巴细胞在受到分枝杆菌抗原的刺激后，可通过细胞因子，特别是γ－干扰素（IFN－γ）的产生而表现其保护效应。其他T淋巴细胞亚群，如CD8＋T细胞也可同样通过分泌细胞因子和裂解感染细胞而起作用。T淋巴细胞应答多为抗原特异性的，而以往的注意力多集中于可用以发展有效疫苗中的免疫优势抗原的鉴定。获得性T淋巴细胞应答是与主要组织相容性复合体（MHC）共同作用而形成，而且MHC多态性在疾病的易感性和临床后果的差异性上起作用。

T淋巴细胞的功能多样性也与之有关，在1986年即有报告小鼠辅助性T淋巴细胞（Th）能区分为两种亚群：Th1细胞的特点为能产生IFN－γ；而Th2细胞则可产生IL－4。两种亚群都由幼稚T细胞分化而成。其分化受到环境的影响。由活化巨噬细胞和树突状细胞所产生的IL－12是Th1细胞诱导产生的主要细胞因子，而IL－4则可增强Th2细胞的诱导作用。在Th1－Th2概念中尚包括有更多的细胞因子和不同的细胞亚群，而且它们都被认为与疾病有关。Th1型细胞因子可能在分枝杆菌感染的保护性免疫中是必需的。的确IFN－γ基因剔除（KO）小鼠对结核分枝杆菌的易感性极高，而且缺少IFN－γ受体的个体常可患复发性，有时甚至致死性的分枝杆菌感染。Th2型细胞因子能抑制体外IFN－γ的产生以及巨噬细胞活化，因而减弱宿主的防御机制。Van Crevel等尚发现在结核病人中有Th2型细胞因子增加，但并不是经常发现。Th1－Th2概念在疾病易感性和表现上的关系尚不清楚。

（二）天然免疫存在的事实

吞噬细胞通过呈递分枝杆菌抗原和表达共同刺激信号和细胞因子在获得性T淋巴细胞免疫的启动和引导上起关键性作用。吞噬细胞的天然防御机制是很重要的，这在Lurie用有抵抗力和易感的纯系家兔所进行的基础实验中就已证实。通过吸入了结核分枝杆菌7d后的原发感染中，分枝杆菌易感家兔肺中所含有的活菌数较之分枝杆菌抵抗性家兔肺中所有者高达20～30倍。显然这种在早期感染中所表现的差异并非由于T淋巴细胞免疫。最近发现，经免疫接种小鼠的获得性T淋巴细胞免疫虽能有效地保护免于发生播散性结核病，但却不能防止早期的肺部感染。

在人类疾病中亦属如此。牛型分枝杆菌BCG接种后的获得性T淋巴细胞免疫对于播散性感染的效果较之肺部疾病为大。据报道，在一种族结合的幼儿园中，黑人儿童由结核菌素皮肤试验转阳测出的感染率超过同样接触活动性结核病的白人儿童2倍之多。显然，在感染早期的宿主天然防御机制在黑人儿童中是功效不大的。与此相一致的是，非洲籍美国人的巨噬细胞对于有毒力分枝杆菌细胞内生长的相对受纳性较大。支持巨噬细胞的T淋巴细胞非依赖性固有杀菌活性的事实亦可见于一些遗传研究，其中证实结核病与各种巨噬细胞产物功能性基因多态性间的相关性。

三、结核分枝杆菌的吞噬作用

肺泡巨噬细胞是早期吞食结核分枝杆菌的主要细胞。以后发现，树突状细胞和单核细胞衍生的巨噬细胞也可参与吞噬过程。结核分枝杆菌的内吞过程涉及吞噬细胞上的不同受体，这些受体可与未经调理的结核分枝杆菌结合，或者识别结核分枝杆菌上的调理素。后一机制的实例为分枝杆菌能因补体因子C3的调理作用而侵入宿主巨噬细胞，C3则继之与补体受体1（CR1）、CR3和CR4结合，并将其摄取。C3的各种受体的相对重要性是很明显的，体外实验证明，如无CR3存在，人类巨噬细胞和单核细胞对结核分枝杆菌的吞噬作用下降70%～80%。C3的调理作用之得以完成，首先必须有补体的活化而生成C3的裂解产物C3b。结核分枝杆菌也可利用经典补体活化的其他部分，即在无C4b存在的情况下也可直接与C2a结合，因此即可依此方式形成与CR1结合所必需的C3b。这一机制有利于在低浓度调理素存在的环境中（如在肺中）分枝杆菌的摄入。不过未经调理的结核分枝杆菌能直接与CR3和CR4结合。但是，结核分枝杆菌的非调理素介导的吞噬作用中最为特殊的受体则为巨噬细胞上的甘露糖受体（MR），这种受体可以识别分枝杆菌的末端甘露糖残基。如果通过补体受体和M R的细菌摄入被阻，巨噬细胞尚可通过A型清除受体使分枝杆菌内在化。便于吞噬包被有免疫球蛋白G抗体颗粒的Fcγ受体，在结核病中所起的作用则较小。

结核分枝杆菌与上皮细胞或肺泡巨噬细胞的结合增强是发生临床结核病的一种危险因素。收集素（collectin）是一类结构相关的蛋白质，包括表面活性剂蛋白、甘露糖结合外源凝集素（MBL）和C1q，这类蛋白在这方面可能很重要。表面活性剂蛋白A（Sp－A）通过与巨噬细胞、Ⅱ型肺细胞或中性粒细胞的结合而促进结核分枝杆菌的摄入。也有报告人类免疫缺陷病毒感染个体肺部Sp－A水平增高，从而使结核分枝杆菌吸附于肺泡巨噬细胞上者增加3倍。与此不同的是，另一表面活化剂蛋白Sp－D发现能阻止致病性结核分枝杆菌的摄入巨噬细胞。因此可以推想不同表面活化剂蛋白的相对浓度与感染的危险性相关。

收集素家族中的另一成员血浆因子M BL也与分枝杆菌摄入吞噬细胞有关。M BL能识别许多病原体上的糖构型，并直接通过一种未明的受体，或间接通过补体系统的活化诱发吞噬作用。MBL的遗传多态性决定不同人种中血清M BL浓度的差异。有一研究报告结核病病人血清中M BL浓度增高。而且遗传多态性与M BL产生增加的相关性是分枝杆菌感染中的相对不利因素。

结核分枝杆菌虽对吞噬细胞具有亲和性，但也可与非专职性吞噬细胞，如肺泡上皮细胞发生作用。这种结合涉及在血浆和许多细胞表面上发现的糖蛋白纤连蛋白。结核分枝杆菌和麻风分枝杆菌一样可以与上皮细胞结合。因为它能产生和分泌纤连蛋白结合蛋白家族成员中的分子量（30～31）×10³抗原85复合体。此外，结核杆菌产生的分子量28×10³肝素结合黏附素也可与宿主细胞上的硫酸化糖耦联物相结合。

由此可见，结核分枝杆菌的摄入涉及与不同的宿主细胞受体有关的多种机制。多数的机制已在体外获得证实，但其在体内的相对重要性则尚有待明确。结核分枝杆菌侵入途径的不同可导致信号转导、免疫活化和结核分枝杆菌在细胞内生存上的差异。例如，Fcγ受体介导的吞噬作用直接与炎症反应有关，而与补体受体的结合则与之无关。结核分枝杆菌与CR1结合后的生存较之与CR3或CR4的结合后更为有利。另外，肺泡巨噬细胞对Sp－A调理的分枝杆菌吞噬作用能抑制反应性氮中间产物。这种产物是杀灭分枝杆菌的甚为有效的机制。同样，有毒力的结核分枝杆菌可通过M R而被吞噬，而减毒菌株则并非如此，提示这一侵入途径是有利于分枝杆菌的侵入的。的确，通过MR的吞噬作用并不激发O－₂的产生，而且结核分枝杆菌可涌过M R来表现抗炎症信号。这些反应过程在结核分枝杆菌免疫逃避上的可能作用，尚须在体内作进一步的探讨。在印度进行的一项针对245个麻风家庭的全基因组扫描的近期研究中发现，在MR基因所在的染色体10p13上存有几种标记的较强连锁。

四、结核分枝杆菌的识别：类似钟声受体的作用

除了吞噬作用以外，对于结核分枝杆菌的识别也是宿主有效免疫应答形成中的一项重要步骤。对于分枝杆菌细胞壁主要组分脂阿拉伯糖甘露聚糖（LAM）的免疫识别与革兰阴性菌脂多糖（LPS）相似。有几种循环因子和受体与之有关。血浆中LPS结合蛋白通过传递这些细菌产物至细胞表面受体CD14而增强巨噬细胞对LPS和LAM的反应。同样，可溶性CD14能在CD14阴性细胞中提供对LAM和LPS的反应性。有趣的是，在活动性结核病人中发现血清中CD14和LPS结合蛋白的浓度都有所升高。

类似钟声受体（TLR）是个体发育上保守的天然免疫介质，它在巨噬细胞及树突状细胞对微生物的识别上是必需的。TLR家族成员是一类穿膜蛋白质，与天然免疫系统中的其他格局识别蛋白相似，都在其细胞外功能区内含有重复的富含亮氨酸基序。TLR的细胞质功能区与IL－1受体（IL－1R）的信号转导功能区同源，并且连接至IRAK（IL－1R相关激酶），IRAK是一种丝氨酸激酶，能活化诸如NF－κB之类的转录因子，从而提供细胞因子产生的信号。目前至少已鉴定出10种TLR，其中TLR2、TLR4和TLR9分别与肽聚糖和细菌脂多糖、革兰阴性菌内毒素和细菌DNA的细胞应答有关。

TLR也与分枝杆菌的细胞识别有关，分枝杆菌裂解物或可溶性的分枝杆菌细胞壁相关脂多糖都可通过TLR诱导强促炎细胞因子IL－12的产生。MyD88（髓样分化蛋白88）是一种公用的信号传导组分，能将所有的TLR连接至IRAK，在结核分枝杆菌诱发的巨噬细胞活化上是必需的。TLR2的突变特异性地抑制结核分枝杆菌诱导的肿瘤坏死因子α（TNFα）产生。这种抑制作用是不完全的，提示除了TLR2以外，可能尚有其他TLR与之有关。在应用中国地鼠卵巢（CHO）细胞（细胞中相当缺乏TLR）转染模型的研究中发现，TLR3或TLR4的表达都可提供对毒力和减毒结核分枝杆菌的反应性。TLR2而不是TLR4在分枝杆菌LPS、LAM和1个分子量19×10³结核分枝杆菌脂蛋白的信号转导上是必需的；并发现有一未鉴定的不耐热的细胞相关性分枝杆菌因子是TLR4的配体。分枝杆菌感染和促炎细胞因子均可使TLR2的表面表达增加。除了TLR2以外，其他的TLR也与结核分枝杆菌的免疫识别有关，如TLR2与TLR6或TLR1的异聚体化在信号转导上是必需的；TLR9可以结合细菌DNA中的CpG二核苷酸。

由上述事实可知，在无功能性TLR存在的情况下，吞噬作用是不能够导致免疫活化的。TLR不仅表达于细胞表面，而且也存在于吞噬体。可见免疫活化在有或无吞噬作用的情况下都可发生。TLR2在吞噬作用中的吞噬体是至关重要的。细胞因子的产生可因TLR2突变体的表达而消失，但与颗粒的结合及内在化过程并不受影响。此外，体外研究证实CD14和TLR的表达影响结核分枝杆菌的摄入。显然TLR在对分枝杆菌的天然识别上起重要作用，而且这种情况在人类中也是如此。最近有一项研究中提出，TLR2活化能在体外直接导致肺泡巨噬细胞中结核分枝杆菌的细胞内杀灭。可以设想基因多态性或者有可能由于突变的发生，以及与TLR和下游信号转导蛋白的关系，都可影响针对分枝杆菌的天然宿主免疫应答的表现。

五、结核分枝杆菌诱发产生的细胞因子

（一）促炎细胞因子

巨噬细胞和树突状细胞对结核分枝杆菌进行免疫识别后，必将相继发生以细胞活化和细胞因子产生为主要表现的炎症反应。这一过程本身又可诱发进一步活化及细胞因子产生，从而形成一种复杂的调节和交叉调节过程。此种细胞因子网络在炎症反应和分枝杆菌感染的临床后果上起到关键性作用。

1.T N Fα　单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞受到分枝杆菌和分枝杆菌产物的刺激后产生原型促炎细胞因子T NFα。T NFα在肉芽肿的形成上起关键性的作用，能诱发巨噬细胞活化，并且具有免疫调节特性。在小鼠中，T NFα对于肉芽肿中潜伏性感染的形成至关重要。结核病人疾病部位也有T NFα产生。全身性的大量T NFα的产生是一些有害炎症反应，如发热、消瘦等发生的原因。治疗早期出现的临床恶化往往伴随有血浆中T NFα的有选择性的增加，而快速恢复则可发现血浆中T N Fα迅速下降。为了限制T NFα的不良反应，全身性的T NFα产生必须予以下调。能阻抑T NFα活性的可溶性T NFα受体必须增加。不能形成T NFα或T NFα受体p55的KO小鼠表现对分枝杆菌的易感性增高。与此相一致的是，在Crohn病和类风湿关节炎中应用有效的抗T NFα单克隆抗体时，可使结核病的再活化增加（包括粟粒性肺结核和肺外结核），在人类结核中尚未发现有T NFα基因突变和T NFα基因多态性与疾病易感性间的相关。

2.IL－1β　与抗结核分枝杆菌的宿主应答有关的第2种促炎细胞因子为IL－1β。与T H F－α相似，IL－1β也是由单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞产生的，对小鼠的研究显示了IL－1β在结核病中的重要作用，它在结核病人的疾病部位过量表达。IL－1α和IL－1β双剔除小鼠和Ⅰ型IL－1缺陷小鼠（对IL－1不发生反应）在结核分枝杆菌感染后，分枝杆菌生长旺盛，肉芽肿的形成有缺陷。此外，在95例伦敦印度教教徒的结核病人中，IL－1β和IL－1R拮抗物IL－1Ra（天然存在的IL－1拮抗物）的单倍型以分布不均匀的方式存在，即所谓“促炎单倍型”，反映IL－1β产生与IL－1Ra产生比率的增加。这种情况多见于结核性胸膜炎。由于胸膜炎一般是一种自行消退的原发性结核，故可设想IL－1β/IL－1Ra比率的增加可以防止更为严重结核病的表现。

3.IL－5　IL－5既是促炎也是抗炎细胞因子，在分枝杆菌感染的早期的感染部位产生。它在分枝杆菌感染中是有害的。因为它可抑制T NFα和IL－1β的产生，并可促进鸟分枝杆菌体外生长。另有报告IL－6也有保护作用，即IL－6缺陷小鼠对结核分枝杆菌感染的易感性增加。这可能与获得性T淋巴细胞免疫尚未形成前的感染早期IFN－γ产生缺陷有关。

4.IL－12　IL－12是针对结核分枝杆菌宿主防御的主要作用者，它主要由吞噬细胞产生，而且对于结核分枝杆菌的吞噬作用必须借助于其产生。在IFN－γ的诱导产生上IL－12也起重要的作用，在结核病变肺浸润物、胸膜炎、肉芽肿和淋巴结炎时都可检出，在疾病部位的IL－12受体的表达增加。IL－12 KO小鼠对分枝杆菌感染具有高度的易感性，说明IL－12亦有保护作用，在患有复发性非结核性分枝杆菌感染病人中可以发现编码IL－12p40和IL－12R基因的有害的基因突变，这些病人产生IFN－γ的能力降低。最近在一腹腔结核病人中发现有IL－12R的缺陷。显然，IL－12可以作为一种调节性细胞因子，将针对分枝杆菌的宿主天然和获得性免疫连接起来，并且主要通过诱导IFN－γ而表现其保护性效应。

5.IL－18和IL－15　IL－18是很多特性与IL－1相同的新的促炎细胞因子。它原本被认为是一种IFN－γ诱导因子，与IL－12有协同作用。以后发现IL－18也能刺激其他促炎细胞因子、趋化因子和转录因子的产生。也有事实说明IL－18在分枝杆菌感染中的保护作用，即IL－18KO小鼠对BCG和结核分枝杆菌高度易感。而且在感染了麻风分枝杆菌的小鼠中，抵抗力是与高度IL－18的表达相关的。在此动物模型中IL－18的主要效应可能为诱生IFN－γ。在结核性胸膜炎中发现，IL－18和IFN－γ的浓度相平行。此外，在结核病人中结核分枝杆菌介导的外周血单个核细胞产生的IL－18下降，而且这种下降也是IFN－γ产生下降的原因。IL－15在其生物学活性上与IL－2相似，能刺激T淋巴细胞和NK细胞的增殖与活化。但与IL－2不同，IL－15主要由单核细胞和巨噬细胞合成。IL－15mRNA在免疫抵抗性结核样麻风的表达较之无反应性的瘤型麻风中的表达为强。IL－15在结核病中的情况尚未见有报道。

6.IFN－γ　Van Crevel等发现，纯化蛋白衍化物（PPD，含有分枝杆菌蛋白质）有选择性地诱发PPD阳性个体中IFN－γ的产生；而含有葡聚糖和磷脂的结核分枝杆菌超声处理物则可在PPD阳性和PPD阴性个体中同样无选择性地诱发IFN－γ的产生。此种结核分枝杆菌超声处理物也可刺激来源于单核细胞细胞因子的产生，如TNFα和IL－1β。这些细胞因子以及IL－12和IL－18均可作为抗原非依赖性IFN－γ产生的共同刺激物。

哪种细胞决定此种非特异性的IFN－γ产生？第一，在获得性T淋巴细胞免疫尚未完全建立以前，NK细胞是IFN－γ的主要产生者，这种产生可能是对IL－12和IL－18的反应，或者是直接接触分枝杆菌寡脱氧核苷酸后而发生的。第二，已发现结核分枝杆菌感染小鼠的肺泡巨噬细胞能产生IFN－γ，但需要作进一步证实。第三，带有有限的T淋巴细胞受体（TCR）多样性的T淋巴细胞，包括表达γδ－TCR的T细胞（γδ－T细胞）和CD1限制性T淋巴细胞都可在感染的早期产生IFN－γ。γδ－T细胞可在无抗原呈递细胞存在的情况下直接识别小型的分枝杆菌蛋白质和非蛋白性质的配体。小鼠经结核分枝杆菌的刺激后，能使引流淋巴结中的γδ－T细胞数目大量增加，但αβ^－T细胞（CD4＋和CD8＋T细胞）数目则未见有增加。在感染结核分枝杆菌的小鼠中，γδ－T细胞聚集于疾病部位。而且可能在分枝杆菌的早期感染形成过程中是必需的。与γδ－T细胞相似，CD1限制性T细胞并非与MHC－Ⅰ类或MHC－Ⅱ类分子一起对分枝杆菌蛋白抗原发生反应。而是与抗原呈递细胞上CD1相结合的分枝杆菌类脂和糖脂抗原发生反应。CD1分子结构酷似MHC－Ⅰ类分子，但为非多态性者。有几种不同的T细胞亚群可在分枝杆菌感染中与CD1发生反应，包括CD4－CD8－（双阴）T细胞、CD4＋或CD8＋单阳T细胞和γδ－T细胞。CD1限制性T细胞也表现细胞毒活性和产生IFN－γ。

（二）抗炎细胞因子

由结核分枝杆菌所引起的促炎应答可被抗炎机制拮抗。例如，可溶性细胞因子受体（如可溶性TNFα受体Ⅰ和Ⅱ）可以阻止细胞因子与其细胞受体的结合，从而阻抑进一步的信号传导。如前所述，IL－1β可受到一特异性拮抗剂IL－1Ra的反作用。此外，有3个抗炎细胞因子，即IL－4、IL－10和转化生长因子－β（TGF－β）在结核病时表现抑制促炎细胞因子的产生及其效应的表达。

1.IL－10　IL－10是巨噬细胞在吞噬了结核分枝杆菌并与分枝杆菌的LAM结合后产生的。T淋巴细胞，包括结核分枝杆菌反应性T细胞也可产生IL－10。在结核病人中，IL－10 mRNA的表达已在血循环单个核细胞、患者的胸腔积液和肺泡抽取液中证实。IL－10通过下调IFN－γ、TNFα和IL－12的产生而拮抗促炎细胞因子。由于TNFα和IL－12对于结核病的保护性免疫是必需的，故可认为IL－10必将有损于宿主针对结核分枝杆菌的防御机制。在人类结核病中，超敏反应病人在有效治疗的前后，IL－10的产生均较高，提示结核杆菌诱导的IL－10产生抑制了有效的免疫应答。

2.T GFβ　TGFβ也能对抗结核病中的保护性免疫。分枝杆菌产物可诱导单核细胞和树突状细胞产生TGFβ。有毒力分枝杆菌的L A M能有选择性地诱导TGFβ产生。与IL－10相同，TGFβ在结核病时大量产生，并且在疾病部位表达。TGFβ抑制细胞免疫应答，对T细胞，它可抑制细胞增殖和IFN－γ产生；对于巨噬细胞，它可对抗抗原呈递过程、促炎细胞因子产生和细胞活化。此外，TGFβ还与结核病时的组织损伤和纤维化过程有关。因为它可促进巨噬细胞胶原酶及胶原基质的产生和沉集。天然存在的TGFβ抑制物能消除TGFβ对结核病人单个核细胞及感染了结核分枝杆菌巨噬细胞的抑制作用。TGFβ和IL－10在抗炎反应范围内相互协同作用，即TGFβ有选择性地诱导IL－10的产生，而且这两种细胞因子在抑制IFN－γ产生的作用上表现协同作用。TGFβ也可与IL－4相互作用。在有这两种细胞因子存在的情况下，T细胞趋向于表现保护性的Th1型程式。

3.IL－4　IL－4对胞内菌感染（包括结核病）的有害效应是由于这一细胞因子对IFN－γ产生和对巨噬细胞活化的抑制作用。感染结核分枝杆菌小鼠中进行性疾病和潜伏感染的再次活化均与IL－4产生的增加有关。同样，IL－4的过度表达可使实验性感染中的组织损伤加剧。在结核病病人中亦可检出有IL－4的增加，特别是患有空洞性疾病的病人。但这并非为一固定的发现。而且必须确定究竟IL－4确系引起的原因，或者只不过是反映了在人类结核病中疾病的活动性。可见IL－4在结核病易感性上的作用并未完全明了。

可溶性细胞因子受体和抗炎细胞因子的产生将有助于调节结核病中的炎症反应。无限制的促炎应答可导致过度的组织损伤，而抗炎效应占优势则有利于结核分枝杆菌的大量生长。结核分枝杆菌尚可通过选择性地诱导抗炎细胞因子而逃避宿主的保护性免疫机制。此外，遗传上易于高度产生这些细胞因子的个体多表现对结核分枝杆菌天然易感性的增加。不过目前尚未见有此种遗传素质的报道。

（三）趋化因子

趋化性细胞因子（趋化因子）主要决定炎症细胞向感染部位的移动。现已鉴定出大约有40种趋化因子和16种趋化因子受体。在结核病中也研究过许多趋化因子。首先，有些报告中提出IL－8在吸引中性粒细胞、T淋巴细胞以及可能的单核细胞的作用。巨噬细胞在吞噬了结核分枝杆菌以后或者受到L A M的刺激后即可产生IL－8。此种产生可以大量地受到T NFα和IL－1β的中和作用而被阻抑，表明IL－8的产生在很大的程度上受到这些细胞因子的控制。肺上皮细胞在结核分枝杆菌的刺激下也能产生IL－8。在结核病病人中，IL－8可在支气管肺泡抽取液、淋巴结和血浆内被发现。死亡于结核病的病人体内含有高浓度的IL－8。经抗结核治疗后，IL－8在肺泡抽取液和血清中的浓度持续上升达数月之久。这些发现目前尚难以解释，因为首先什么是驱动此种长期产生的原因不明，其次IL－8是一种有效的中性粒细胞吸引剂，而中性粒细胞反应在已确定的结核病中并不明显。

第2个主要的趋化因子为单核细胞趋化吸引蛋白－1（MCP－1）。它由单核细胞产生并可作用于这些细胞。结核分枝杆菌易于诱导单核细胞产生MCP－1。在小鼠模型中，MCP－1的缺陷可导致肉芽肿形成被抑制。此外，C－C趋化因子受体－2缺陷小鼠不能对MCP－1起反应，并表现肉芽肿形成降低和Th1型细胞因子产生抑制，而且过早死亡于结核分枝杆菌感染。结核病病人的肺泡抽取液、血清和胸腔积液中的MCP－1浓度上升。第3个趋化因子为RANTES。它由许多类型的细胞产生，并可与多种趋化因子受体结合。小鼠模型中研究发现，RANTES的表达与结核分枝杆菌诱发的肺部肉芽肿形成有关。在人类病人中，RANTES可在肺泡抽取液中检出。除了IL－8，MCP－1和RANTES以外。还有其他的趋化因子与结核病中细胞的移动有关。趋化因子产生的抑制可导致局部组织反应的不足。但是由于趋化因子系统的多样性。个别趋化因子的作用是难以评估的。至今在分枝杆菌感染疾病中尚未发现有明确的趋化因子产生上的缺陷。

六、杀灭结核分枝杆菌的效应机制

与杀灭结核分枝杆菌有关的主要效应细胞为巨噬细胞。巨噬细胞为了能主动地杀灭分枝杆菌，首先就必须要活化。巨噬细胞活化杀灭结核分枝杆菌的体外模型研究结果多属人为的，不能反映适当活化的具体情况。但已确定，淋巴细胞产物，主要为IFN－γ和TNFα之类的促炎细胞因子则较为重要。此外，维生素D也与巨噬细胞的活化有关。

活化巨噬细胞内吞噬溶酶体内杀灭结核分枝杆菌的机制包括反应性氧中间产物（ROI）或反应性氮中间产物（RNI）的产生。分枝杆菌在体外对于ROI（如超氧化物和过氧化氢）的杀灭作用有抵抗力。对此的可能解释是，有的分枝杆菌产物，如硫甘酯和LAM能清除ROI。体内研究表明，缺少超氧化物产生所必需的NADPH氧化酶功能性p47单位的p47^phox－/－小鼠在实验性感染中受累于分枝杆菌的早期增加的大量细菌生长。可见这类发现支持ROI在杀灭结核分枝杆菌时起作用的论点。但与此相反的是，ROI产生有所缺陷慢性肉芽肿病病人却对结核病的易感性并未见有增加。

RNI在对结核病的作用仍属不明。在体外，感染牛型分枝杆菌BCG的人类肺泡巨噬细胞表现可诱导性一氧化氮合酶（iNOS）mRNA增加，而且iNOS的抑制后即发生大量细菌生长。在结核病人中，肺泡巨噬细胞也可有iNOS产生的增加，但是iNOS基因表达是否可以导致体内NO的产生仍属不明，因为在人类中iNOS的转译后修饰在功能活性上是必需的。是故RNI在人类结核病的确切作用尚待肯定。

结核分枝杆菌的持续细胞内生长依赖其能避免溶酶体中酶类、ROI和NOI的破坏作用。细菌被巨噬细胞吞噬后，即可进入特殊的吞噬体中，这种吞噬体与溶酶体融合后发生进行性的酸化过程，但是结核分枝杆菌能延缓或抑制吞噬体与溶酶体的融合。此外，结核分枝杆菌也能阻止吞噬体的成熟和酸性化过程，因而阻抑酸性水解酶的消化活性。

编码天然抵抗力相关巨噬细胞蛋白1（Nramp－1）基因是与巨噬细胞活化和分枝杆菌杀灭有关的基因。所编码的蛋白质则是属于金属离子转运蛋白家族的完整膜蛋白。这些金属离子。特别是Fe^2＋都与巨噬细胞活化和毒性抗菌基团的生成有关。在吞噬作用后，Nramp－1即成为吞噬体的一部分。Nramp－1突变小鼠中的吞噬体成熟和酸性化都有所降低。在这些动物中，分枝杆菌的生长不受影响。在西非的研究中发现，人类中Nramp－1启动子区域的功能多态性与基因表达的下降与对结核病的易感性有关。由此可见，Nramp－1基因变异可以影响结核分枝杆菌感染的后果。但是要证实这一基因在人类结核病上的意义，尚需进行进一步流行病学和机制上的研究。

凋亡是被感染宿主用以限制结核分枝杆菌大量生长的另一效应机制。吞噬细胞的凋亡可防止感染的扩散。此外感染细胞的凋亡可使细胞内分枝杆菌的生活能力减退，而感染细胞的坏死则无此作用。T N F－α在诱发针对结核分枝杆菌感染的凋亡反应上是必需的。致病性结核分枝杆菌菌株引起的宿主细胞凋亡较之相关的减毒菌株为弱。此种差异可用致病性菌株的选择性诱导和释放具有中和作用的可溶性T NF－α受体来解释。T NF－α受体的释放可进一步受到IL－10产生的调节。因此，致病性结核杆菌菌株可以有选择性地诱导IL－10产生，导致T NF－α活性降低和感染细胞凋亡减少。L A M可在与细胞因子产生无关的Ca^2＋依赖性机制下阻止结核分枝杆菌感染细胞的体外凋亡。此外，感染巨噬细胞中Fas配体表达的增加也可使巨噬细胞凋亡减少。

维生素D的活动性中间产物1，25－二羟维生素D有助于巨噬细胞抑制结核分枝杆菌的生长。最近有人证明维生素缺乏是结核病的一种危险因素。在某些人种中有3种维生素受体多态性与疾病的易感性相关。

七、针对结核分枝杆菌获得性免疫的启动

现已明确，天然免疫和获得性免疫是密切联系的。与针对分枝杆菌天然免疫应答有关的主要细胞类型——巨噬细胞和树突状细胞在获得性免疫的启动上也起关键性作用。理论上有3种在获得性免疫的启动上起作用的过程；即抗原呈递、共同刺激和细胞因子产生。活动性结核病人可受累于无反应性或T细胞无反应性，这种无反应性可能是由于这3种过程中的某一过程的固有缺陷或动态抑制所致。

（一）抗原呈递

巨噬细胞和树突状细胞对于分枝杆菌抗原的呈递具有独特的机制：①M H C－Ⅱ类分子可将分枝杆菌蛋白质呈递至抗原特异性CD4＋T细胞。此种蛋白抗原必须在抗原呈递细胞的吞噬溶酶体内进行处理，形成多肽。②表达于所有有核细胞上的M HC－Ⅰ类分子则可将分枝杆菌蛋白质提呈至抗原特异性CD8＋T细胞。这一机制对于一些细胞溶质性抗原的呈递是很重要的，因为某些分枝杆菌抗原有时可以逃逸至吞噬体以外。M HC－Ⅰ类分子介导抗原呈递的重要性已在小鼠模型和结核病人中得到证实。③非多态性M H C－Ⅰ类分子，如表达于巨噬细胞和树突状细胞上的Ⅰ型CD1（_－a，_－b和－c）分子能将分枝杆菌脂蛋白提呈至CD1限制性T细胞。这种抗原呈递机制可使一大部分T细胞在抗原特异性形成以前的感染较早时间内得以活化。第四种途径涉及非多态性M HC－Ib分子。

特定Ⅰ类和Ⅱ类M H C等位基因在某一个体中的表达决定这一个体与特定分枝杆菌抗原和表位发生反应的能力。某些等位基因人类白细胞抗原（H L A）变种已证实与结核病相关，已有大量事实证明在麻风中也有相似的机制。抗原呈递分子的表达也是一种动态过程，并且受到细胞因子的调节。例如，促炎细胞因子，主要为IFN－γ能刺激M H C分子的表达；而抗炎细胞因子则可抑制这种表达。分枝杆菌虽可在体外调节抗原呈递功能，但用巨噬细胞和树突状细胞所作的实验结果各不相同。分枝杆菌亦有可能通过抗炎细胞因子的产生而下调巨噬细胞上抗原呈递分子的表达。但是树突状细胞上MHC分子的表达在结核分枝杆菌感染后上调。

（二）共同刺激

现已确知抗原呈递只有在有特殊的共同刺激信号存在的情况下才可刺激T细胞活化。最为熟知的T细胞刺激共用刺激信号为B－7.2（CD80）和B－7.2（CD86），这些分子表达于巨噬细胞和树突状细胞，并且可与T细胞上的CD28和CTLA－4相结合。体外实验发现，结核分枝杆菌对于单核细胞的感染能导致B－7.1表达的下降。另一方面，结核分枝杆菌的树突状细胞感染则可诱导B－7.1，CD40和ICAM－1的表达。在无适当的共同刺激信号存在的情况下，抗原呈递过程可使T细胞凋亡增加。

（三）细胞因子产生

活化巨噬细胞和树突状细胞产生的几种细胞因子在对T细胞的刺激上是在所必需的。巨噬细胞和树突状细胞都可产生Ⅰ型细胞因子IL－12，IL－18和IL－23。在复发性或致死性非结核分枝杆菌感染病人中，可以发现编码IL－12p40，IL－12Rβ1，IFN－γ受体1和IFN－γ受体2基因的功能性基因突变。所有的这些基因都与巨噬细胞和树突状细胞的IFN－γ受体信号转导有关。显然，这些细胞产生及与之发生反应的能力对于适当的T细胞刺激是在所必需的。此外，促炎细胞因子，如IL－1和TNFα也有重要的T细胞刺激特性。Ⅰ型或促炎细胞因子产生的降低将延缓或减少T细胞刺激和抗原特异性T细胞免疫的启动。在此方面，抗炎细胞因子的产生也与之有关。如最近在无反应性结核病人中发现IL－10固有存在，而且T细胞受体介导的刺激可以引起信号转导上的缺陷。TGFβ也有相似的作用。

八、结论与展望

结核分枝杆菌与人体宿主之间的相互作用决定了感染的后果。在人体宿主方面，天然和获得性防御机制都与之有关。结核杆菌被摄入肺泡巨噬细胞后，可以发生几种可能的后果。结核分枝杆菌可能立即被消灭，这样获得性T细胞应答就不会产生。如果感染成立，则可发生病灶部非特异性炎症反应。这种反应可以受到促炎和抗炎细胞因子网络以及趋化因子的调节。在此方面的介质多来源于巨噬细胞或树突状细胞，但IFN－γ则有几种不同的细胞来源，包括NK细胞、γδ－T细胞和CD1限制性T细胞。此种初期应答可决定结核分枝杆菌的局部生长（有时为细菌的播散）和感染的形成。吞噬细胞在抗原呈递以及此后发生T细胞免疫的启动上都起作用，结核分枝杆菌可以在宿主应答的多个时期防避或者对抗保护性免疫。

结核分枝杆菌感染后个体差异间的不同后果，部分上可用各类天然宿主防御机制的效果不同来解释。吞噬作用、免疫识别、细胞因子产生以及效应机制均在天然免疫上起作用。在此方面曾发现与对结核病易感性增高和疾病严重性增加的不同基因多态性，其中有些是功能性的，但其中也有许多尚未发现有功能性（免疫学的）变化。因此这一相关性尚需进一步证实和研究。

在多数情况下，最为有效的改善疾病后果的方式是加强病人就医条件，提高诊断和抗分枝杆菌治疗的质量。然而世界上很多地区流行的多种药物耐药性结核病。对于抗生素治疗的成功构成威胁。因此，更为有效的疫苗和新型治疗措施（如免疫疗法）都是极为需要的。可以预期，对于疾病发病机制的进一步了解将有助于设计出这类辅助性治疗，如此无疑必将有利于个别病人的临床后果和限制世界上结核分枝杆菌的扩散。

（余传霖）

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