吞噬细胞介导的固有免疫应答
由吞噬细胞激活所产生的吞噬与杀灭作用是固有免疫应答中最为基础,最为重要的效应机制。免疫系统的吞噬细胞主要包括三类:一是单核/巨噬细胞,包括血液中的单核细胞和组织中的巨噬细胞;二是粒细胞,包括中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞;三是未成熟的树突状细胞(imDC)。DC虽能摄取和破坏微生物,但与巨噬细胞和中性粒细胞不同,其主要功能不是在防御第一线杀伤病原体。对传统cDC亚群,主要功能是提呈抗原参与适应性免疫;对浆细胞样pDC亚群,功能是介导抗病毒,参与固有免疫。
(一)识别机制
吞噬细胞的激活始于模式识别受体识别分子模式(PAMPs/DAMPs)。包括:①位于细胞膜上的大部分TLRs、清道夫受体及甘露糖受体等对病原体细胞表面PAMPs的识别,例如TLR4识别革兰阴性菌的脂多糖(LPS),TLR1/TLR2和TLR2/TLR6识别革兰阳性菌的磷壁酸,TLR5识别鞭毛,清道夫受体能识别乙酰化的低密度脂蛋白、脂多糖、磷壁酸及磷脂酰丝氨酸(凋亡细胞重要的表面标志),甘露糖受体能与病原体细胞壁糖蛋白和糖脂分子末端的甘露糖和岩藻糖残基结合,参与吞噬病原体;②位于细胞质内体上的TLR及位于胞质内的RLR和NLR等对病原体来源PAMPs的识别。例如TLR3识别病原体的双链RNA、TLR7识别病原体的单链RNA、TLR9识别病原体的双链DNA、RLR识别病毒RNA、NLR识别肽聚糖的降解物及病毒的ssRNA 等。这些受体也能够识别自身细胞产物如尿酸结晶等。
(二)吞噬、杀灭机制
吞噬细胞一方面可通过C型凝集素受体和清道夫受体识别并结合PAMPs,将病原体置入胞质囊泡中直接进行消化和清除以控制感染;另一方面,吞噬细胞表面受体(包括C型凝集素受体、清道夫受体、补体受体CR3和CR4、Fc受体)可与相应配体(细菌或颗粒表面的抗原)结合,继而受体发生聚集,信号开始转导,肌动蛋白和细胞骨架激活,吞噬作用启动。
激活后的吞噬细胞主要通过下列机制杀灭与降解摄入的病原体。
1.氧依赖杀伤机制 主要指经呼吸爆发过程形成的活性氧中间物(reactive oxygen intermediates,ROI),如过氧化氢、单态氧、超氧阴离子等,和经一氧化氮合成酶催化精氨酸形成的活性氮中间物(reactive nitrogen intermediates,RNI),如一氧化氮、亚硝酸盐等,这些氧化剂可干扰病原体代谢,对病原体产生杀灭作用。ROI、RNI的氧化作用对组织细胞亦可形成损伤,故吞噬细胞通常可产生中和这些反应性物质的酶类,以调节这种杀伤机制。
2.非氧依赖杀伤机制 包括溶酶体中溶菌酶对革兰阳性菌细胞壁的破坏,多种水解酶对病原体的消化降解,糖酵解产生的酸性环境对病原体的抑制、杀灭以及防御素、乳铁蛋白介导的杀灭作用等。(https://www.daowen.com)
(三)炎症诱导机制
吞噬细胞可通过TLR、RLR和NLR等对病原体细胞表面PAMPs进行识别,启动相应信号转导通路,进而导致NF-κB转录因子发生活化,诱导促炎症性细胞因子(如IL-1β、IL-6、TNF-α等)分泌增多,从而促进机体发生炎症反应(详见本章第五节)。
(四)胞外陷阱机制
中性粒细胞还可经胞外陷阱(neutrophil extracellular traps,NETs)抑制病原体感染。NETs主要由核质形成并释放到细胞外,其中含有去浓缩的染色质、某些颗粒(如丝氨酸蛋白酶)及胞质蛋白。释放到胞外的NETs能与细菌结合,降解细菌的毒性物质,并通过高浓度的丝氨酸蛋白酶杀死病原体。NETs是由死亡中性粒细胞释放的,在细胞受到病原体刺激后2~3小时出现;或是由未损伤的中性粒细胞分泌,在病原菌刺激中性粒细胞数分钟后形成。NETs是中性粒细胞的一种有效降低机体细菌载荷并控制炎症反应的方式。
(五)异噬、杀灭机制
新近发现,在吞噬作用之外还有一种通过溶酶体途径杀伤和清除病原体的形式,称为异噬(xenophage)。异噬对应于自噬(autophagy),是与吞噬作用有关的另一种抗菌机制。
自噬是吞噬细胞借助形成自噬体(autophagosome)摄取和分解胞质内含物的一种生理过程。构成自噬体膜的成分与内体和吞噬体不同,不是来自细胞外膜而是直接由内质网(可能还包括线粒体等)产生,涉及一组称为自噬蛋白或ATG 蛋白(autophagy-related protein)的参与。自噬和自噬相关的ATG蛋白在调控细胞死亡、细胞增殖、炎症和免疫应答中十分活跃,并与多种疾病的产生和发展密切相关。在固有免疫中,如果自噬参与对病原微生物的清除则称为异噬,因为异噬属于针对胞外病原体的自噬现象。研究发现,进入细胞胞质中的病原体主要由于两个原因导致异噬程序的启动:一是受到病原体感染的细胞如果不属于吞噬细胞(如黏膜表皮细胞),可能缺少必要的吞噬性受体而难以有效地形成内体或吞噬体;二是有些病原微生物发展出一些对抗免疫系统的生存策略,如破坏包被它们的内体膜和吞噬体膜,直接从吞噬空泡逃逸,进入胞质溶胶而免遭溶酶体酶的作用。此时,固有免疫应答将启动自噬/异噬途径。
其机制为,病原体入侵细胞后如果无法形成内体或形成的内体膜受损,由自噬体蛋白构成的各种复合物,会在破损的内体膜或病原菌的周围使蛋白质底物发生泛素化,产生一种称为自噬体膜段的结构并发生膜段延伸,形成包裹病原菌的异噬体(xenophagosome),最后异噬体与溶酶体融合而完成整个杀菌过程。