黏膜适应性免疫

二、黏膜适应性免疫

胃肠道黏膜的适应性免疫具有与其他部位适应性免疫不同的特点,主要是针对腔内微生物和食物抗原,尤其是肠道菌群。其黏膜免疫系统的发育、成熟,以及免疫应答的启动、淋巴细胞的活化、增殖、分化等与肠道菌群密不可分。其中认识较早的是以sIg A 为主的体液免疫,它是黏液中最主要适应性免疫分子,可以防止绝大部分微生物通过黏液层所形成的化学屏障在黏膜上皮屏障定植和侵入。这种二聚体IgA抗体是血清型Ig A通过肠黏膜分泌到肠腔时所形成,亦或母乳喂养的婴儿直接从母乳中获取。此外,肠腔中还存在大量的IgG和IgM 抗体,同样具有抑制肠道病原体的作用,与IgA一道共同维持正常的肠道的微生态。

除免疫球蛋白参与肠道黏膜的适应性免疫外,T细胞在其中也发挥着重要作用,它既是黏膜免疫中的效应细胞,也是重要的调节细胞。

1.抗原的提呈 黏膜适应性免疫也存在抗原的提呈过程,主要是由DC和Mφ完成。肠道中由共生菌形成的生物屏障和由黏液层形成的化学屏障已能够有效地使绝大部分微生物不能接触到黏膜上皮屏障,如果有微生物突破生物屏障和化学屏障,黏膜上皮抗感染的屏障会及时启动适应性免疫应答。

上皮来源的M 细胞位于上皮细胞间,被黏液层所覆盖,目前认为其主要功能是通过胞吞作用清除抵达黏膜上皮细胞的(微生物)抗原成分,由于M 细胞本身不具有处理和抗原提呈功能,故M 细胞又通过胞吐作用将抗原物质传输给DC细胞以完成抗原的提呈(图10-4);DC和Mφ位于上皮细胞屏障下的固有层,通常不会直接接触抗原,但可以通过突触或伪足穿过上皮细胞间隙摄取并提呈抗原;一旦抗原突破上皮细胞屏障或黏膜上皮受损后,抗原进入固有层,固有层的DC和Mφ即可发挥清除抗原和提呈抗原的作用。这也是肠道黏膜免疫中的主要3种主要抗原提呈方式。

图示

图10-4 抗原提呈的主要方式

2.T细胞 肠黏膜适应性免疫应答开始于与肠黏膜上皮和肠系膜淋巴结密切相关的淋巴细胞和抗原呈递细胞的弥散组织集合,幼稚淋巴细胞接触这些位点的抗原并分化为效应细胞。最典型的GALT结构就是派氏结,主要位于回肠远端以及阑尾和结肠中的淋巴滤泡或孤立淋巴滤泡聚集处。派氏结具有淋巴滤泡的结构,生发中心包含B淋巴细胞、滤泡辅助性T细胞、滤泡树突细胞和Mφ。滤泡中的生发中心被表达IgM 和IgD的原始滤泡B细胞所包围。派氏结的穹隆就位于滤泡与覆盖的上皮之间,包含B和T淋巴细胞、DC和Mφ。

T细胞介导的肠道黏膜免疫在保护胃肠道免受病原微生物的侵害,以及调节对食物和共生微生物抗原的反应方面起着重要作用。此外,在胃肠道炎症性疾病中T细胞也扮演着重要角色。与其他部位免疫细胞一样,GALT中的T细胞也分为不同的亚群,均受到DC的影响。(https://www.daowen.com)

T细胞散布于肠上皮细胞间,以及固有层和黏膜下层的派氏结和其他有组织的滤泡集合体内。在人类肠上皮,大部分上皮间T细胞是CD8+。在小鼠大约50%上皮内淋巴细胞的TCR为γδ形式,而人类只有约10%,尽管如此,这一比例仍然高于其他组织T细胞中的γδ细胞的比例。上皮间淋巴细胞中,不论是表达αβTCR还是表达γδTCR的T细胞均显示出有限的抗原受体多样性。这些发现支持了黏膜上皮间淋巴细胞不同于大多数T细胞,其具有有限的特异性,仅识别上皮表面的常见微生物。固有层T细胞多为CD4+,多数具有活化的效应T细胞或记忆性T细胞的表型,这些固有层的效应T细胞和记忆T细胞均来源于GALT和肠系膜淋巴结中的幼稚细胞,通过循环并优先定居于固有层。派氏结和肠上皮附近的其他滤泡中的T细胞主要是CD4+的细胞,包括滤泡辅助性T细胞和调节性T细胞。

3.Th17细胞 Th17效应细胞是在肠黏膜中发现的数量最多的效应T 细胞亚群。肠道黏膜免疫系统必须通过适应性免疫持续抑制对食物抗原和共生微生物抗原的潜在免疫反应,以防止发生可能损害黏膜屏障的炎症反应。因此,在机体的其他任何部位,都不具有肠道黏膜免疫系统如此广泛的维持对外来抗原的耐受性,这与Th17/Treg密切相关。

Th17细胞在肠道黏膜免疫中所扮演的角色也受所处环境的影响。在对小鼠的研究表明,某些纲的细菌,或者在某些情况下的个别种的细菌,可以改变T细胞因子产生的主导模式,例如:健康小鼠小肠固有层产生IL-17的细胞丰富,而结肠Th17细胞的存在则取决于出生后肠道中分叶丝状细菌等一类细菌的定植情况,这可能与机体抑制病原细菌(如柠檬酸杆菌)有关。另一个由菌群引起肠道T细胞表型变化的研究表明,脆弱拟杆菌菌株A 定植肠道可诱导产生IL-17的T细胞或产生IL-10的调节性T细胞增多。Th17细胞似乎在维持黏膜上皮屏障功能中起着特殊的作用,其所产生的两种特征性的细胞因子(IL-17和IL-22)也是肠道内固有淋巴细胞的产物,IL-17和IL-22的受体在肠上皮细胞上均有表达,可诱导黏蛋白和β防御素的表达,以保护上皮细胞免受微生物诱导的损伤,是维护屏障功能的重要蛋白。这些微生物引起T细胞反应变化的机制尚不清楚,可能与肠道上皮细胞和DC中的微生物诱导信号有关,这些信号改变DC的表型和细胞因子分泌谱,在DC向微生物抗原特异性的初始T细胞呈递抗原时,也影响了T细胞亚群的分化。

4.Treg细胞 Treg细胞在GALT中含量丰富,据估计,固有层中的FoxP3+Treg细胞在CD4+细胞中的比例比在其他部位淋巴组织高2倍,主要是抑制黏膜免疫系统对肠道共生微生物的反应而引发的炎症,并通过所产生的细胞因子调节肠道黏膜免疫。许多Treg细胞是在肠道内对局部遇到的抗原诱导而做出的应答,因此属于外周Treg细胞的范畴。引起这些Treg细胞产生的因素包括CD103+树突状细胞、局部产生视黄酸(促进Foxp3表达)和局部产生TGF-β(促进Foxp3的表达的同时抑制Th1和Th2细胞的生成)。此外,Treg细胞还能通过产生IL-10抑制黏膜免疫应答。

Treg细胞是TGF-β和IL-10等细胞因子的重要来源,研究发现FoxP3+细胞中IL-10基因的选择性缺失可导致严重的结肠炎,但不会有其他炎症疾病的表现,这与Treg细胞产生的IL-10维持胃肠道内稳态有关。Treg细胞可能通过影响DC、效应T细胞、固有免疫的效应细胞(如Mφ和上皮细胞)等发挥作用,因为这些细胞表达TGF-β和IL-10受体。还有研究发现,IL-2或其受体缺乏小鼠的炎症性肠病是Treg细胞发育和功能缺陷的结果,所以Treg细胞发挥作用还需要IL-2的诱导刺激。

5.其他 肠道黏膜免疫系统富含DC和Mφ,可以参与刺激保护效应T 细胞反应或诱导调节性T细胞反应,抑制对食物抗原和共生微生物的免疫。如前所述,在肠道和其他黏膜组织中,DC和Mφ可以通过上皮细胞腔内伸出伪足(图10-3和图10-4),捕获抗原的DC通过淋巴引流迁移到肠系膜淋巴结,向幼稚T细胞呈递经过处理的抗原,诱导T细胞分化为产生IFN-γ、IL-17或IL-4等的效应性T细胞或FoxP3+Treg细胞,肠组织Mφ也能促进Treg细胞在局部的增殖。DC和Mφ驱动Treg细胞的诱导或增殖能力取决于它们在抗原呈递时产生TGF-β和视黄酸的能力。

Th2细胞在肠道蠕虫感染中可引起强烈的免疫应答,其机制是Th2细胞产生的IL-4和IL-13能协同增强体液和黏液分泌,并诱导平滑肌收缩和肠运动,以有效地消除蠕虫。

此外,通过对细胞因子或其受体基因敲除小鼠的研究发现,一些细胞因子,包括TGF-β、IL-10和IL-2等,在维持肠道黏膜免疫系统的稳态中起着关键的作用,这些细胞因子或它们的受体的缺陷可导致病理性肠炎症。在TGF-β、IL-10及其受体、IL-2及其受体缺陷小鼠,在肠道可发生不受控制的炎症。临床上也发现,IL-10及其基因突变与儿童重症结肠炎相关,这也说明了IL-10在预防人类病理性肠炎中的重要性。在这些细胞因子或其受体没有的情况下观察到肠道不受控制的炎症,很可能由肠道黏膜免疫系统对共生肠道菌群产生的免疫应答所引发,包括固有免疫应答和适应性免疫应答,因为无菌条件下饲养的小鼠不会发生这种炎症。