转载：动物胃肠道黏膜免疫简述

小马哥 · 发表于 2010-6-23 08:04:54

黏膜免疫系统在抵抗感染方面起着极其重要的作用,黏膜抗感染保护性作用的产生依赖于黏膜局部和系统的免疫反应。近年来,黏膜免疫日益引起人们的重视,并被认为处于现代免疫预防的中心地位。

1、黏膜免疫系统

黏膜免疫系统主要指呼吸道、肠道及泌尿生殖道黏膜固有层和上皮细胞下散在的无被膜淋巴组织 (包括肠道黏膜集合淋巴结和呼吸道等黏膜下层的淋巴小结和弥散型淋巴组织,含有丰富的B 细胞、T细胞和巨噬细胞,它们弥散分布在黏膜上皮内及黏膜下,或由单个或多个淋巴滤泡聚集成淋巴小结) ,及某些带有生发中心的器官化淋巴组织, 如扁桃体、小肠派氏集合淋巴结(Peyer’s patches , PP) 及阑尾等,由肠相关淋巴组织(GALT) 、支气管相关淋巴组织(BALT) 、黏膜结合淋巴组织、致敏淋巴细胞散布途径和黏膜免疫效应部分及其他黏膜相关淋巴组织组成的免疫系统。机体超过50 %的淋巴组织和超过80 %的免疫细胞集中于黏膜免疫系统。

2、胃肠道黏膜免疫系统

胃肠道不仅是营养物质消化吸收的场所,还是机体内最大的细菌和毒素贮库,正常肠道之所以能将数量巨大的细菌和毒素等有害物质有效局限于胃肠道内,依赖于肠道免疫系统多方面多层次的免疫防护,即胃肠道免疫。胃肠道免疫是由一个复杂的肠道免疫系统组成,肠道免疫系统的狭义概念是指由有结构的组织黏膜滤泡和弥散淋巴组织构成的肠相关淋巴组织( Gut - associated Lymphoid Tissue ,GALT) ,也叫黏膜免疫系统。

3、胃肠道黏膜免疫系统在系统构成和功能上的特点

诱导位点和效应位点是包括2 个功能的部位。诱导位点为首次接触抗原并诱导起始反应的位点,主要包括肠道相关淋巴组织( GALT) 和M 细胞等。效应位点主要包括肠道黏膜固有层淋巴细胞、上皮内淋巴细胞和一些相关的外分泌腺(如泪腺、唾液腺和乳腺等) 。

4、胃肠道黏膜免疫系统发挥功能的特点

1) 具有特异的免疫分子介导的免疫反应和黏膜归巢(mucosal homing) 。

在诱导部位和效应部位间,主要通过淋巴细胞归巢发生联系。即在一个诱导部位致敏的免疫细胞, 经胸导管进入血循环,逐步分化成熟,在特异性归巢受体(hom - ingreceptor) 的介导下,约80 %的免疫细胞归巢到抗原致敏部位(即诱导部位的黏膜固有层或上皮内) 发挥效应功能,由此使黏膜免疫相对独立于系统免疫,表现为局部性。另外,约20 %的免疫细胞进入其他黏膜部位,发挥效应功能,使不同黏膜部位的免疫反应相关联(Brandtzaeg 等,1999) 。因此,有人把从黏膜诱导部位归巢到效应部位这一功能上相联的系统统称为共同黏膜免疫系统(commonmu - cosalimmunesystem) 。

2)是IgA、IgB 细胞和记忆性T细胞定位的场所。

3) 所分泌的免疫球蛋白主要是S - IgA。

黏膜免疫主要的作用对象是黏膜表面吸入或食入的大量种类繁多的抗原。既可对大量无害抗原下调免疫反应或产生耐受,也可对有害抗原或病原体产生高效体液和细胞免疫,进行有效免疫排斥或清除(高杰英,2000) 。以上这些性质一方面使宿主不受病原体的伤害, 另一方面使机体对普通的食物抗原和正常微生物产生免疫耐受。

5、胃肠道黏膜免疫系统效应因子

5.1 M细胞

小肠黏膜下的淋巴集结称为Peyer 氏淋巴结(PeyersPatches ,PP 结) 。胃肠道黏膜免疫系统具有特殊的PP 结。研究表明,PP 结具有明显的淋巴上皮及上皮下的大量淋巴组织,淋巴组织中有多量的淋巴滤泡,覆盖滤泡的上皮细胞被称为M 细胞或滤泡结合上皮(Follice - associatedepithelial ,FAE) 。M细胞顶端胞质很薄,其游离面缺少像肠吸收上皮那样规则排列的微绒毛,而是以微皱褶和短而小的不规则微绒毛为特征。M 细胞可通过吸附、胞饮和内吞等方式摄取肠腔内抗原性异物并转运抗原,尤其是转运颗粒性抗原至位于其下方的组织,并以囊泡形式转运给凹腔内的MΦ和树突状细胞(DC) , 再由它们将抗原提供给淋巴细胞, 从而诱发黏膜免疫。M细胞将颗粒和微生物直接转运至黏膜淋巴滤泡的特殊环境,似乎是启动分泌免疫反应的第一步。

5.2上皮细胞间淋巴细胞( intraepitheliallymphocyte ,IEL)

IEL 是存在于小肠黏膜上皮内的一类独特细胞群,通过基底膜沿上皮细胞内淋巴细胞( IEC) 侧面定位于黏膜上皮细胞间, 由αβ+ T 细胞和γδ+ T 细胞构成。研究表明,IEL 有与细胞毒素T 细胞及NK细胞相似的胞内颗粒,如穿孔素、粒酶和丝氨酸酯酶, 具有组成性溶细胞活性,故IEL 的主要功能是细胞杀伤作用。上皮间淋巴细胞具有辅助活性, 可产生Th1 和Th2 功能相关的细胞因子,调节其他淋巴细胞和上皮细胞功能;也可分泌淋巴细胞因子,如TNF -α、γ- IFN 和IL - 2 ,因此,在防御肠道病原体入侵方面发挥重要作用,如杀死细菌;清除被病毒感染的上皮细胞,还能刺激上皮细胞更新,产生对食物抗原的免疫耐受。

5.3 肠上皮细胞

肠上皮细胞间以紧密连接为主, 刷状缘表面分布致密的碱性磷酸酶与S - IgA 和杯状上皮细胞分泌的黏液组成动物体与外界的一层屏障, 阻止绝大部分外来致病原侵入。肠上皮细胞可表达主要组织相溶性抗原I、II (major histocompatibiloity complexclassI ,II ;MHC I ,II) 和CD1 发挥抗原呈递功能; 它通过产生分泌成分(SC) , 有效转运S - IgA 从黏膜固有层进入肠腔,参与S - IgA 的分泌,还产生大量黏膜免疫调节因子,如IL - 4 和IL - 10 等。

5.4 固有层淋巴细胞(LPL)

固有层细胞位于肠道黏膜固有层,T、B 淋巴细胞均很丰富,肠道黏膜固有层缺乏RAG1 和RAG2表达, 表明此处无T 细胞发生, 其T 细胞来源于Peyer 氏结。已发现,在肠道黏膜免疫部位的免疫应答以辅助T 细胞(Th2) 型为主,定居在固有层的CD4+ Th2 细胞可分泌多种Th2 型细胞因子,如TGF -β、IL - 4、IL - 5、IL - 6 及IL - 10。Husband 研究了各种Th2 型细胞因子在黏膜免疫中的作用,结果发现,由于IL - 4可激活静止期B 细胞,故在诱导局部及全身抗体应答中起关键作用,而IL - 5 和IL - 6 则主要在黏膜部位发挥特殊作用。IL - 6 在促进肠道和呼吸道IgA 应答方面起重要作用,这已通过用基因去除技术(Knockout) 灭活IL - 6 基因得到证实。IL -4、IL - 5和IL - 6 可协同诱导S - IgA +B 细胞分化成为IgA + 浆细胞。因此,固有层是黏膜免疫应答的主要效应场所,浆细胞所分泌的大量IgA 可通过分泌片段的介导进入黏膜表面,中和抗原物质,起到清除外来抗原保护机体的作用。

5.5 分泌型IgA(S - IgA)

胃肠道免疫系统功能中起中心作用的是由B细胞转化为浆细胞后产生的IgA。分泌型 IgA(SecretedimmunoglobulinA ,S - IgA) 是黏膜应答过程中的主要效应因子,是阻止病原体入侵黏膜的第一道有效防线。IgA 抗体在黏膜表面非常重要,其在黏膜部位的产量远远多于在其他组织。大量IgA 可遏制病原体在黏膜表面的黏附及减少病原体的着生,并在黏膜腔内和黏膜下参与行使效应功能。IgA 经肠上皮细胞间隙内与上皮细胞产生的分泌片段结合,形成分泌型免疫球蛋白(S - IgA) 。S - IgA 释放入肠腔,既可与相应抗原结合,抑制细菌增殖和中和毒素,保护肠黏膜,又能抵抗蛋白溶解酶作用,从而保护肠黏膜以防被消化。S - IgA 是黏膜组织免疫应答的特征,S - IgA抗体可通过阻碍黏膜与细菌和病毒的接触从而给黏膜表面提供特殊的免疫屏障。黏膜相关淋巴组织(MALT) 中S - IgA 超过80 %。黏膜免疫系统可通过远距离位点的黏膜表面诱导抗原特异性S - IgA分泌。S - IgA 还可穿越上皮组织, 在上皮内显示其抗微生物能力。

S - IgA 以单体和二聚体2 种分子形式存在。单体存在于血清中;二聚体由呼吸道和消化道等部位黏膜固有层的浆细胞产生,是有2 个单体经1 条J链连接构成的二聚体。二聚体以受体介导方式及黏膜上皮或基底膜表达的pIGr 或IgAFc 段结合,介导该结合物的内吞, 并转运至细胞顶膜, 经酶解使结合有IgA 的多聚免疫球蛋白受体(pIgR) 胞外区脱落, 并分泌至黏膜腔。此外,由局部黏膜上皮细胞所合成的分泌成分SC 在IgA 通过黏膜的上皮细胞过程中,分泌成分与之结合形成S - IgA。SC 不仅具有促进上皮细胞积极地从组织中吸收S - IgA ,并将其释放于胃肠道和呼吸道内的作用,同时分泌成分可防止S - IgA 在消化道被蛋白酶降解,同时它的多链性、黏膜亲和性及抵抗蛋白酶的作用均有助于与病毒和细菌亲和,从而使S - IgA 充分发挥免疫作用。

6、动物肠道免疫的影响因素

6.1 细胞因子

细胞因子在细胞生长、分化和凋亡等生理过程及黏膜免疫中淋巴细胞归巢和急慢性炎症等病理过程中发挥重要作用。

1)细胞因子中干扰素- γ( IFN - γ) 和肿瘤坏死因子-α(TNF -α) 对IgA 的分泌有下调作用, IL - 4、IL - 5、IL - 6 和IL - 10 对IgA 的分泌有增强和诱导作用,分泌这些因子的细胞主要存在于固有层内,与IgA 浆细胞有着密切的空间关系。近期研究发现,在黏膜组织内白细胞介素- 15 ( IL - 15) 是S - IgM +S - IgA - 和S - IgM- S - IgA +B - 1 细胞转化为IgA细胞的重要因子,IL - 15 同IL - 5 一样在调节B - 1细胞分化成产生IgA 浆细胞过程中起重要作用,它是调节IgA 反应的重要细胞因子。最近发现,腹腔CD5 +B 细胞群中含有许多IgA 浆细胞的前体细胞,IL - 5 和IL - 2 可大大增强这种细胞分泌IgA 和IgG的能力。IL - 4 是S - IgA +B 细胞产生的重要因子。资料表明,Th - 2 型细胞因子: IL - 4 , IL - 5 和IL - 6对黏膜IgA 的发育有调节作用,且Th - 2 细胞在小肠黏膜的出现频率较高,这些细胞因子的mRNA 表达也占优势。

2) 趋化性免疫因子(chemokine) 目前在细胞因子与黏膜免疫的研究中比较集中的对象是与黏膜免疫密切相关的趋化性细胞免疫因子。在黏膜部位产生并发挥作用的趋化性细胞因子称为黏膜相关趋化性细胞因子,其与受体在黏膜上皮细胞分化发育、创伤愈合、黏膜淋巴细胞归巢并定居于黏膜特定部位、黏膜急性炎症和HIV 感染等生理病理过程中起重要作用。

6.2 病原菌

许多病原菌在长期进化过程中合成了一种IgA蛋白水解酶,可水解黏膜局部的S - IgA ,从而削弱S - IgA的保护功能,便于细菌入侵和定植。IgA 蛋白水解酶的表达可能是病原菌对抗宿主肠道黏膜免疫反应的重要致病机制。最近研究发现,人体血清和外分泌液中具有这类因子的抑制因子,不但能对抗IgA 蛋白酶的水解作用,还能对抗肠道液体动力系统的干扰,这类抑制因子在感染的恢复期血清中水平最高。研究发现,白色念珠菌、铜绿假单胞菌及某些肠杆菌科细菌能产生可降解IgA 的蛋白酶。

6.3 其他物质

血管活性肠肽(VIP) 、P 物质(SP) 及生长抑素(SS) 等对S - IgA 合成转运等都有影响。体外研究表明,SS 可下调DNA 合成和细胞分裂,抑制Ig(尤其是IgA) 的合成;而SS 受体多位于具有抑制和杀伤作用的T 淋巴细胞上,除了直接作用于淋巴细胞,SS还作用于其他细胞,间接颃颉淋巴细胞的分裂和Ig的合成。VIP 对淋巴细胞的分裂和Ig 的合成有明显的调节作用,而且对IgA 合成的影响大于对IgM 或IgG的影响。VIP 受体主要分布于T 细胞上,VIP 与其受体结合可活化膜的环腺苷酶系统,导致DNA 复制和细胞分裂的抑制。SP 能显著促进ConA 刺激的PP 淋巴细胞和脾淋巴细胞的DNA 合成,也可促进Ig 合成,其对IgA 合成的影响大于对IgM 的影响,IgG不受影响。

7、胃肠道黏膜免疫营养调控措施

胃肠道黏膜作为营养物质消化吸收的场所,通过营养调控黏膜免疫功能的发挥,具有特殊优势。研究集中在以下方面:1) 通过营养调控促进IgA 的分泌。2) 通过营养调控维持胃肠道黏膜组织的完整性。相关营养因子有以下几个:

7.1 氨基酸和短肽

7.1.1 谷氨酰胺(Gln)

谷氨酰胺是肠黏膜上皮细胞和淋巴细胞的主要燃料,同时又是细胞增殖分化所需的氮源,在促进受损肠道修复及维持正常局部免疫功能中发挥重要作用。机体本身只能在肝脏和骨骼肌中合成极少量的谷氨酰胺,正常情况下谷氨酰胺主要从肠道或循环中摄取。研究表明,在断奶仔猪日粮中添加谷氨酰胺可防止空肠绒毛萎缩,缓解小肠结构的改变,减少肠道的通透性和肠道细菌及内毒素移位,并且能促进隐窝细胞增生和肠腔内黏液凝滞体分泌,维持小肠结构完整。谷氨酰胺缺乏能明显降低肠腔中S -IgA 的含量,与肠黏膜内可分泌S - IgA 的浆细胞数量减少有关。Bruke 等研究了接受全肠外营养(TotalParenteral Nutrition ,TPN) 动物肠道免疫功能的变化发现,没有加入Gln 的动物,胆汁中S - IgA 的分泌下降50 % ,细菌大量黏附于黏膜表明,肠系膜淋巴结中有明显的细菌移位;而在全肠外营养物中加入谷氨酰胺的动物,胆汁中S - IgA 水平与正常动物比较无差别,肠黏膜浆细胞计数也证实,谷氨酰胺能阻止产生S - IgA 细胞的减少。

Alverdy 等(1992) 随后的结果又证实, 未加入G1n 的TPN 组动物胆汁中S - IgA 明显下降, IgA 阳性的浆细胞也明显减少,另外,CD4 + 和CD8 + 的淋巴细胞也急剧下降,而在TPN 液中加入谷氨酰胺的动物B、T 细胞均与正常动物无差别。

7.1.2 精氨酸

精氨酸能促进黏膜上皮生长分化,使肠黏膜结构明显改善,维护肠黏膜屏障。精氨酸可促进细胞毒性T 淋巴细胞活化; 也可促进NKC 活化和表达IL - 2受体。它还可促进下丘脑释放生长激素,生长激素对肠黏膜有营养作用,可减少肠黏膜萎缩,加速受损肠黏膜的修复,维持肠黏膜结构和功能,增强机体局部和全身免疫力。精氨酸通过降低内毒素减轻对肠壁的作用,减少肠黏膜屏障紧密连接破坏和降低通透性,减少肠黏膜屏障损害,同时也减少内毒素对机体免疫功能的损害,这可能与精氨酸通过增强吞噬细胞活性,增加了对内毒素的清除有关。

7.1.3 苏氨酸

苏氨酸作为黏液蛋白的一种组分,可抵抗病菌和病毒入侵,而肠道表面糖蛋白的连续性分泌则要消耗游离氨基酸,因此,饲料中有必要添加苏氨酸。

7.1.4 酪蛋白磷酸肽(Cpps)

Otani 等(2000) 发现,Cpps 具有促进断奶仔猪黏膜免疫的作用。其机制是Cpps 一方面和静止B 细胞结合使其被激活,另一方面和Th2 结合,促进IL -5 和IL - 6 的分泌,而活化的B 细胞在增殖和分化IgA 浆细胞过程中IL - 5 和IL - 6 起着重要作用,Cpps 通过和Th2 细胞结合促进IL - 5 和IL - 6 分泌进而促进IgA 生成。

7.2 益生素

益生素可使雏鸡盲肠扁桃体黏膜皱壁增多,微绒毛密集及长度增大,分泌性蛋白颗粒增加,增强肠黏膜组织对物质的吸收能力,从而促进肠吸收细胞及淋巴细胞的分化和增殖,局部黏膜免疫机能得以提高。杨玉荣(2003) 用1 日龄雏鸡服用益生素后, 其局部黏膜免疫组织—哈德尔腺、盲肠扁桃体和十二指肠PP 结的IgA、IgM 及IgG生成细胞和T 细胞数量分别于7～10 d 和4～10 d 不同程度地高于未服用益生素的对照雏鸡。试验表明,益生素可激发雏鸡局部黏膜组织的体液和细胞免疫功能。

乳酸菌的某些菌株,如鼠李糖乳杆菌(ATCC -53103) 、植物乳杆菌(VTT) 、乳酸球菌(ARH74) 及双歧杆菌动物亚种是肿瘤坏死因子(TNF - α) 和IL - 6强有力的诱导剂,有些能刺激IL - 10 产生,以增强免疫。乳酸菌能刺激机体产S - IgA 的细胞增殖,从而使S - IgA 水平上升,促使系统对轮状病毒产生免疫应答,中和毒素,缓解轮状病毒引起的腹泻、急性肠胃炎、厌食、遗传性过敏皮肤炎和Crohn’s 等病的症状。乳酸菌和双歧杆菌等益生菌分泌的最广泛和最重要的免疫物质是S - IgA。试验证明,给1 日龄雏鸡饲喂乳杆菌,在早期可显著提高鸡消化道S -IgA 抗体滴度。随着日龄增加,试验组和对照组间S - IgA滴度趋于一致。

7.3 微量元素

缺锌可引起肠道黏液分泌细胞的超微结构损害。细胞有丝分裂、黏液蛋白合成和分泌受到严重抑制;黏液层厚度改变;黏液蛋白质成分降低;黏液稠度降低;肠道黏液动力系统对病原微生物的清洁作用和交联作用削弱;黏膜表面黏液屏障结构及其微生态环境改变,病原微生物易于在黏膜定植且穿透黏液层,直接接触肠黏膜而诱发感染。王子旭(2003) 研究了日粮中不同锌和硒水平互作下肉鸡肠黏膜结构及黏膜免疫相关细胞的形态、结构、数量和分布的变化,并探讨日粮中不同锌硒配比对鸡肠道消化吸收和免疫屏障功能的影响。结果表明,饲料中加入常锌50 mg/ kg 和常硒0. 15 mg/ kg 是维护正常的鸡肠道的消化吸收和屏障功能的最佳剂量,而饲料中锌和硒缺乏或过高对肉鸡肠道消化吸收和屏障功能有不同程度的损伤作用。硒和锌二者间可相互影响,常锌(或常硒) 可缓解因饲料硒(或锌) 缺乏或过高中毒对肉鸡黏膜结构和肠相关淋巴组织的损伤;而当硒和锌均为缺乏量或中毒量时,二者可相互加强其毒害作用,使肠道消化吸收和黏膜屏障功能的损伤加重。

7.4 其他

短链脂肪酸(SCFAs) 可促进小肠黏膜细胞增生,维护肠黏膜形态。尤其是乙酸盐可扩张肠道血管,增加肠道血流,可能有助于肠黏膜形态的维持;核苷酸能加速肠细胞的分化、生长与修复;左旋肉碱可通过提高肠黏膜细胞分解氧自由基的能力,降低氧自由基在组织中的浓度,减少细胞膜的脂质过氧化反应,实现对肠黏膜组织正常结构和生理功能的保护作用;发酵纤维素和功能型寡糖可刺激黏膜生长,加强消化和黏膜免疫。

8、小结

胃肠道黏膜作用的发挥受众多因素影响,其多种免疫成分之间相辅相成各有侧重,以S - IgA 为主的体液免疫和以一系列淋巴细胞作用的细胞免疫,共同抵御外界抗原,保障机体活动正常进行。随着现代微生态动物营养、分子营养和细胞因子等理论的完善, 动物胃肠道微生态的调控与肠道免疫相关研究将更加深入。