肺的适应性免疫
由T淋巴细胞和B淋巴细胞介导的免疫作用称为适应性免疫。T细胞可介导适应性细胞免疫应答,但在胸腺依赖性抗原(TDAg)诱导的体液免疫应答中也发挥重要的辅助作用;B细胞可介导适应性体液免疫应答。
(一)肺T细胞介导的适应性细胞免疫
1.正常肺T细胞分布
(1)肺上皮内T细胞:支气管每100个上皮细胞中约有20个上皮内淋巴细胞(IEL),位于黏膜上皮的基膜上和黏膜上皮细胞之间,属于长寿命T细胞。人支气管IEL属于αβT细胞,CD4+/CD8+T细胞比值为0.4,是黏膜免疫系统中最先与进入气道的病原体和变应原接触的细胞,在肺的免疫应答和炎症反应中起重要作用。
(2)支气管肺泡腔上皮表面T细胞:上皮表面的淋巴细胞(LES)中70%为T细胞,且其中90%以上是活化的记忆T细胞,表达CD45RO;啮齿类动物肺多数T细胞表达TCRγ δ;而人肺上皮表面T细胞多表达TCRαβ,仅少数为TCR γ δ。LES受抗原刺激后增殖,产生细胞因子和抗体,并具有溶细胞作用。
(3)肺间质T细胞:正常肺间质淋巴细胞(IL)内有丰富的记忆T细胞,CD4/CD8+T细胞比值比外周血T细胞和LES低。间质记忆T细胞受抗原刺激后可产生细胞因子,但正常肺间质淋巴细胞的功能仍不清楚。
2.T细胞应答的识别阶段
α βT细胞是参与免疫应答的主要细胞。初始T细胞表面TCR与抗原提呈细胞(APC)表面的抗原肽-MHC分子复合物特异性结合,此为抗原识别,乃T细胞活化的第一步。
肺的抗原提呈细胞包括DC和巨噬细胞。其中气道和靠近肺泡的肺间质的DC是肺中最重要的抗原提呈细胞,存在于气道上皮基膜、肺泡间隙和肺血管周围结缔组织中,形成一个捕获抗原的巨大网络。在大气道,DC密度为每平方毫米气道表面积600~800个,在小气道则为75个左右。人肺DC的表型特点为:高表达淋巴细胞功能相关抗原-3(LFA-3)和MHC Ⅱ类分子;低表达CD40、CD80、CD86;低表达或不表达CD83。
体外试验证明,肺DC表型和对抗原的内吞能力类似于未成熟DC。但人肺DC具有很强的刺激同种异体T细胞增殖能力,类似于成熟DC。成熟DC可有效地将抗原提呈给初始T细胞,使之激活。抗原提呈过程大致可分为两条途径。
(1)MHC Ⅱ类分子途径(外源性抗原的提呈):外源性抗原指非APC自身产生的抗原,如细菌及其毒素。外源性抗原被APC摄取后形成吞噬溶酶体,其中的蛋白酶将抗原降解为含13~25个氨基酸的多肽片段。MHC Ⅱ类分子与恒定链(Ii)非共价结合,转运至吞噬溶酶体中,Ii被降解,MHC Ⅱ类分子与抗原肽结合,形成抗原肽-MHC Ⅱ类分子复合物,被转运并表达于APC细胞膜表面,供CD4+rT细胞TCR识别。
(2)MHCⅠ类分子途径(内源性抗原的提呈):内源性抗原是指免疫效应细胞的靶细胞所合成的抗原,如肿瘤抗原和病毒感染细胞合成的抗原等。在肿瘤细胞或病毒感染细胞的细胞质中,蛋白酶体将内源性抗原降解为含8~13个氨基酸的多肽,后者被抗原处理相关转运蛋白转运至内质网腔,与腔内新合成的MHC Ⅰ类分子结合,然后转运并表达在细胞膜表面并被提呈,供CD8T细胞TCR识别。
3.T细胞应答的激活阶段
T细胞的完全活化有赖于双信号和细胞因子的作用。T细胞TCR与抗原肽-MHC分子复合物特异性结合,产生抗原识别信号,即第一信号。APC与T细胞表面协同刺激分子相互作用,产生第二信号。在诸多协同刺激分子中,T细胞表面CD28分子与APC表面B7分子结合最为重要,可促进IL-2基因转录和稳定IL-2 mRNA,从而促进IL-2表达,此乃T细胞活化的必要条件。若无第二信号,则T细胞不能活化,并导致无反应性。除上述双信号外,T细胞的充分活化还有赖于许多细胞因子参与。活化的APC和T细胞可分泌IL-I、IL-2、IL-6、IL-12等,它们在T细胞激活中发挥重要作用。
TCR为跨膜蛋白,其细胞外段可识别特异性抗原肽,但其细胞内段较短,须借助CD3、CD4/CD8和CD28等的辅助,才能将细胞外刺激信号传递至细胞内。TCR活化信号细胞内转导主要通过磷脂酶C-γ、PLC-γ活化和MAPK级联反应,激活核转录因子NF-κ B、NF-AT,使之转位至核内,诱导相应基因转录,导致细胞增殖、分化并发挥效应。
4.T细胞应答的效应阶段
T细胞应答主要发挥两类效应。
(1)CD4+Th1介导的迟发型超敏反应性炎症:活化的Thl细胞可激活巨噬细胞,其机制如下。Thl细胞分泌IFN-γ,与巨噬细胞表面IFN-γ受体结合;Thl细胞表面CD40L与巨噬细胞表面CD40结合。活化的巨噬细胞可释放IL-1、TNF-α和NO等炎症介质。TNF-α等又可促进炎症部位血管内皮细胞表达黏附分子,促进巨噬细胞和淋巴细胞黏附于血管内皮,继而穿越血管壁,并通过趋化运动被募集至感染灶,介导了以单核/巨噬细胞浸润为特征的局部炎症。(https://www.daowen.com)
活化的巨噬细胞高表达MHC Ⅱ类分子、B7、CD40和TNF-α,能更有效地向T细胞提呈抗原,从而增强和放大免疫效应;活化的巨噬细胞分泌IL-12,可促进Th0细胞向Thl细胞分化,进一步扩大Thl细胞应答的效应。激活的巨噬细胞具有更强的吞噬、杀菌和杀伤靶细胞的能力。Th1细胞通过活化巨噬细胞而清除细胞内病原体,在宿主抗细胞内病原体感染中发挥重要作用。
(2)CD8+CTL介导的特异性细胞毒作用:已发现,肺病毒感染一周内肺实质出现大量CD8+CTL。CTL可高效、特异性杀伤寄生细胞内病原体(病毒、某些细胞内寄生菌等)的宿主细胞和肿瘤细胞等,而不损伤正常组织。CD8+CTL一般识别MHCI类分子所提呈的抗原,某些CD4+T细胞中也有CTL,可识别MHC Ⅱ类分子所提呈的抗原。CTL细胞毒作用的主要机制为:①分泌穿孔素,在靶细胞膜上穿孔,导致靶细胞崩解。②分泌颗粒酶,循穿孔素在靶细胞膜所形成的孔道进入靶细胞,通过激活凋亡相关酶系统而介导靶细胞凋亡。③激活的CTL可高表达FasL,通过与靶细胞表面Fas结合,激活细胞内Caspase信号转导途径,介导靶细胞凋亡。
T细胞效应的生物学意义为:CD4+Th1通过活化巨噬细胞而诱发炎症性迟发型超敏反应,在宿主抗细胞内病原感染中起重要作用;CD8+CTL细胞通过分泌细胞毒素或诱导细胞凋亡,杀死表达特异性抗原的靶细胞。特异性细胞免疫应答在清除细胞内病原体感染、抗肿瘤中发挥重要作用。同时,细胞免疫效应也是导致器官移植排斥反应和某些自身免疫性组织损伤的主要机制。
(二)肺B细胞介导的适应性体液免疫
1.B细胞对抗原的识别
B细胞表达B细胞受体(BCR)复合物,它由特异性识别和结合抗原的膜表面免疫球蛋白(mLg)和传递抗原识别信号的Igα(CD79a)/lgβ(CD79b)异源二聚体组成。BCR可直接识别完整、天然的蛋白质抗原,也能识别多糖、脂多糖和小分子化合物。多数蛋白质抗原属于胸腺依赖性(TD)抗原。B细胞对TD抗原的识别有两个相互关联的过程:①抗原与BCR(mLg)可变区特异性结合。②B细胞内化抗原,进行加工处理,抗原降解产生抗原肽并与MHC Ⅱ类分子结合,继而提呈给CD4+T细胞TCR识别。
少数抗原属于胸腺非依赖性抗原(TI-Ag),如细菌脂多糖、荚膜多糖和聚合鞭毛素等,可无须Th细胞的辅助作用而直接启动B细胞应答。TI抗原分为TI-1和TI-2两类。TI-I抗原亦称为B细胞丝裂原,高浓度TI-I与B细胞表面相应受体结合,可诱导B细胞增殖和分化;TI-2抗原为细菌细胞壁与荚膜多糖,可激活B细胞,参与固有免疫。
2.B细胞活化
B细胞活化亦需双信号和细胞因子参与。
(1)第一信号:BCR与抗原结合产生第一信号,由Igα和Igβ转导入细胞内。在成熟B细胞表面,CD19与CD21、CD81与CD225以非共价键组成B细胞活化辅助受体复合物,可加强第一信号的转导。
(2)第二信号:在TD抗原介导的B细胞应答中,B细胞与Th细胞表面多种黏附分子发生相互作用,向B细胞提供活化的第二信号。其中,T细胞表达的CD40L和B细胞表面的CD40是最为重要的黏附分子对。
(3)细胞因子的参与:活化的Thl细胞可分泌IL-2和IFN-γ,Th2细胞可分泌IL-4、IL-5和IL-6,这些细胞因子可辅助B细胞活化、增殖、分化和产生抗体。
3.B细胞应答的效应
B细胞所产生的抗体能与抗原特异性结合,从而清除肺中病原体和其他抗原异物,在维持肺内环境稳定中起重要作用。肺免疫球蛋白主要有两个来源:①由气管、支气管黏膜及肺间质的浆细胞产生,包括分泌型IgA(sIgA)、IgE、IgG4等。②由血管被动扩散至肺组织,主要为IgGl、IgG2等。
正常呼吸道中,sIgA、IgG和IgM约占支气管肺泡灌洗液总蛋白的20%,气管、支气管分泌物以sIgA为主,肺泡液则以IgG为主。从口腔至肺泡,sIgA含量逐渐减少,而IgG含量逐渐增加。
各类免疫球蛋白具有不同的生物学功能:IgG的主要作用是清除穿越呼吸道黏膜屏障的外来抗原;IgE是参与Ⅰ型超敏反应的主要抗体,并与机体抗寄生虫免疫有关;sIgA是参与黏膜局部免疫的主要抗体。
sIgA的作用机制为:①与相应病原体结合,阻止病原体黏附到呼吸道上皮。②在呼吸道黏膜表面中和毒素。③与人肺泡巨噬细胞表面Pc受体结合,增强肺泡巨噬细胞的吞噬作用。