中性粒细胞及其产物0001

1、第3章中性粒细胞及其产物白细胞分类摄入中性粒细胞破坏结构呼吸爆发血管粘附的变化抗菌分子内皮细胞变化溶胞酶中性粒细胞变化肽Intergin溶菌酶虽然物理性屏障如皮肤可排除许多生物体，但这样的屏障不是不可渗透的，微生物经常侵入机体 组织。这些侵入物必须要立即被攻击和破坏，一些是被抗菌肽或补体杀死，但多数是被细胞吞噬的。 这种吞噬微生物细菌的过程叫噬菌作用，噬菌作用是整个炎症过程的中心。机体的防御性细胞是在血液中发现的，在那它们叫白血球（白色的细胞） 。哺乳动物的白血球来源 于骨髓中的骨髓干细胞（图3-1 ）。所有不同类型的白血球均来源于骨髓干细胞，包括粒细胞、单核细胞和树突状细胞，并且在机体防御中

2、均很重要。两种类型的白细胞可特异地杀死和吞噬侵入微生物， 它们是中性粒细胞和巨噬细胞，起源于普通的干细胞，但看上去很不同并且有着不同的但补充性的作 用。中性粒细胞可反应并快速吞噬侵入生物体，但维持这种吞噬作用的时间不长。而巨噬细胞有多种 作用，可作为前哨细胞但也能反复发生噬菌作用。这一章节将叙述中性粒细胞的组成及其在炎症反应 和先天性免疫中的作用。白细胞分类一些白细胞具有充满颗粒的细胞质，这种叫粒细胞（图 3-2）。许多这种细胞有小叶构成的不规则 的核子，因此描述为“分叶核”（相反单一圆核的是单核细胞）。根据颗粒内容物粒细胞分为三类。内含碱性染料如苏木精的细胞叫嗜碱性细胞，含酸性染料如伊红的是

3、嗜酸性细胞，既不含碱性也不含酸 性染料的是中性粒细胞。所有细胞在机体防御中均有重要作用。中性粒细胞主要的血液白细胞是多叶核中性粒细胞，另外也称为中性粒细胞（图 3-3）。中性粒细胞是在骨髓 形成（人每分钟大约形成 8百万个），后迁移至血流中，大约 12小时后进入组织，几天后死亡。食肉 动物白细胞6075%是中性粒细胞，而马仅大约 50%,牛、绵羊、实验性啮齿动物仅 2030%。血液 中有两个中性粒细胞储存（pool ）: 一个是循环的 pool ,另一个是毛细血管中隐藏的细胞pool。细菌感染过程中，循环的中性粒细胞数量会增加10倍，它们是从骨髓和隐藏 pool中释放的。结构悬浮在血液中的中性

4、粒细胞是圆的，直径大约为10-20因为细胞不能分裂，其颗粒性细胞质中央是不规则的腊肠样或多节核（图3-4）。核内染色质是紧密排列且可能为多节形。电子显微镜显示其细胞质中含有两类富含酶的颗粒（图3-5）。初级颗粒含的酶包括髓过氧化物酶， lysozyme ,弹性蛋白酶，3 -葡萄糖酸甘酶和组织蛋白酶B。次级颗粒含lysozyme ,胶原酶和铁结合蛋白乳铁传递蛋白。成熟的中性粒细胞有一小的高尔基体，一些线粒体和几个核糖体或粗糙的内质网。血管粘附变化如前指出，中性粒细胞一般是局限在血流中的，因此如果它们要参与微生物侵害的组织防御，就 必须要离开血流。正常组织中，中性粒细胞像其他的血细胞一样被血液所携

5、带。在炎症组织它们必须 要能结合血管壁，然后通过渗透出血管壁而离开。这样的迁移过程是通过血管内皮细胞和中性粒细胞 的变化介导的。内皮细胞变化细菌产物如脂多糖（LPS）或损伤组织产生的分子如凝血酶和组胺会引起毛细血管内皮细胞表达一 种叫P-选择素（P-selectin , CD62P的糖蛋白。P-选择素正常是存于颗粒内的，但在细胞受到刺激后 几分钟内，它即可移动到颗粒表面。内皮细胞表面的P-选择素与经过的中性粒细胞上表达的蛋白L-选择素（CD62D的糖类侧链结合。这种结合很短暂，因为中性粒细胞会不断脱去L-选择素，结果中性粒细胞沿内皮细胞表面的运动会逐渐减慢，最后完全停止（图 3-6）。中性粒细

6、胞变化当中性粒细胞沿内皮细胞表面运动时，粘附的第二阶段开始启动。一种叫血小板活化因子（PAF）的脂类由内皮细胞分泌，可激活运动着的中性粒细胞，结果中性粒细胞会表达蛋白CD11a/CD18或LFA-1。CD11a/CD18是一种粘附性蛋白或integrin ,它可紧密地结合到糖蛋白细胞间粘附分子（ICAM-1;CD54）上，此种蛋白是在炎性内皮细胞上表达的（图 3-7）。这种紧密的结合可是中性粒细胞完全停止 运动并且尽管有血流的冲击，它还是可牢固地粘附在血管壁上。中性粒细胞也可被肿瘤坏死因子-a（TNF-a）和活化肥大细胞分泌的类脂化合物激活。附着的中性粒细胞会分泌少量的弹力蛋白酶（elasta

7、se ）。弹力蛋白酶会从中性粒细胞表面切割下抗粘附蛋白CD43 （leukosialin ）,这会使integrin 年更牢固地结合到内皮细胞上。增加的白细胞一内皮细胞粘附的第三阶段要花费几个小时，并且需要有细胞因子和趋化激素介导。由IL-1或TNF-“活化的内皮细胞可表达E-选择素（CD62E ,可更进一步增强中性粒细胞的粘附。IL-1也可诱导内皮细胞产生趋化激素CXCL8接着也就会吸引更多的中性粒细胞。TNF-a可刺激内皮细胞分泌IL-1 ,也可促进血管舒张，促凝血活性和血管的形成，并且可增加细胞粘着蛋白的表达和趋化分子 的产生。Integrin许多细胞表面蛋白可使细胞聚集在一起，其中最重

8、要的是integrin ,有几个integrin 家族。每一种均是由成对的蛋白链（heterodimers ）组成，一条为独特的a链，另一条为普通的3链。例如中性 粒细胞上发现由三种3 2-integrin 是“链，CD11a/CD1& CD11b/CD1& CD11c/CD18）正如前所述，活 化的中性粒细胞表达的 CD11a/CD18会与毛细血管内皮细胞表达的 CD54（ICAM-1）结合。CD11b可将白细 胞结合到内皮细胞上，并且是一些补体系统组分的受体（补体受体 3, CR3）（第15章）。迁移中性粒细胞在粘附到血管壁后会迁移至组织（图3-8）,并且会挤入到内皮细胞和

9、基底膜间，因为其是所有血液白细胞中运动性最强，因此是最先到达损伤组织的细胞。噬菌作用一旦中性粒细胞到达微生物侵犯和炎症反应部位，即可捕获和破坏外源粒子，通过噬菌作用消除 侵入细菌。虽然这是连贯的过程，但噬菌作用也可分成不连续的阶段：活化，趋化，粘附，摄取和消 化（图3-9）。活化虽然中性粒细胞一直准备攻击和破坏侵入的生物体，在一些环境下，它们会变为活化的，这样当中性粒细胞接收到integrin 结合和TNF-”，CXCLM C5a的刺激两种信号时，会被引发衰退，呼吸爆 发和释放弹力蛋白酶，防御素（defensin ）和氧化剂。释放的弹力蛋白酶可促进中性粒细胞的粘附，氧化剂可活化组织金属蛋白酶，

10、相应的就会有更多的 TNF-”被从巨噬细胞切割，这样 TNF-”会吸引更多的中性粒细胞。趋化性中性粒细胞的方向性迁移叫趋化性。细菌侵入和组织损伤的结果会产生许多不同的诱引剂，这包括补体活化产生的肽 C5a （第15章）；来源于纤维蛋白原的血纤维蛋白原肽B;与防御素有关的天青素（azurocidin ）,也会产生许多不同的细胞因子（第 2章）和脂类如 白三烯区（leukotriene B4 ）。另 外，侵入的细菌也会释放带有甲酰化蛋氨酸基团的肽，它对一些哺乳动物的中性粒细胞由相当的吸引 力。因为趋化激素从微生物侵入部位开始扩散，这样会形成浓度梯度。当中性粒细胞检测到这些分子 时，就会朝向最高浓度

11、处一 原料资源缓慢移动。细胞会在leading边缘形成发散状态（lamellipodia , 板状伪足）趋化诱引剂（chemoattractant ）受体分布于整个中性粒细胞表面，但板状伪足lamellipodia的形成是受细胞leading边缘的诱引剂的可选浓度驱动的。粘附和调理素作用一旦中性粒细胞遇到细菌，就必须“抓住”它，这不会同时发生，因为体液中的细胞和细菌通常 均带有负电荷（zeta potential ）,会互相排斥。细菌上的电荷要通过用带有正电荷的分子包被来中和， 以这样的方式包被细菌并促进噬菌作用的分子叫调理素（opsonim）。这个单词来源于希腊词汇“sauce”（调味的意思

12、），暗示了它们可使细菌相对中性粒细胞变的更“美味” 。带电荷的分子有先天性分子， 如甘露糖结合凝集素和补体组分，也包括抗体分子（第 13章）。抗体受体介导的噬菌作用（或I型噬菌作用），包含有中性粒细胞上的特异抗体受体的应用（图3-10）。CD32是一种中性粒细胞受体，可结合抗体包被的细菌，这种结合会引发F-肌动蛋白（F-actin ）的聚合polymerization ,因此富含F-肌动蛋白的加工（板状伪足）会扩大粒子的吞噬。除了中性粒细胞许多类型细胞均发现 CD32,作为一种抗体受体，它会结合抗体分子的Fc段（第13章），CD32因此也叫Fc受体（FcR）（有几种不同的 Fc受体，它属Fc丫

13、 RH类）。补体介导的噬菌作用（n型噬菌作用）中，粒子进入中性粒细胞中，但无板状伪足形成，这说明其消化过程与抗体介导过程是根本不同的。CD35（或CR1是补体组分 C3b的受体。不仅中性粒细胞，其他的粒细胞、单核细胞、红细胞和B细胞上均有发现。C3b包被的粒子与中T粒细胞上的CD35的结合会引致它们的连接，但这不是引发消化必需的。获得性免疫的主要蛋白-抗体是最有效的调理素，它可包被细菌，将它们连于吞噬细胞上的受体 上，并激起它们的消化。然而如前所指它们是在感染发生后几天才会产生，因此机体要依靠先天的调 理素来作用即时保护。另一种促进细菌与中性粒细胞连接的重要机制是诱捕。正常状态下，细菌是游离的

14、，当它们遇到血浆中的悬浮的中性粒细胞时会漂走（float ）。然而如果细菌是在组织中或陷于中性粒细胞和另一细胞表面时，就无法漂走，一定会被消化，这个过程叫表面吞噬作用。摄取当中性粒细胞朝趋化性源头缓慢移动时，首先会出现伪足，其后是细胞的主要部分。中性粒细胞伪足的细胞质含有肌动蛋白和肌球蛋白（myosin）的细丝状网络，而这些蛋白的状态决定了细胞质的流动性。当中性粒细胞遇到细菌时，伪足会流动以围绕它，并且生物体上的调理素会与中性粒细胞上的受体结合（图3-11）。这样结合会出现一杯样伪足以包被粒子，细菌最后陷入细胞中，就好像细胞质吞没它一样，封闭在一叫吞噬体（phagosome）的空泡中，这种吞噬

15、要部分依赖于细菌表面成分。中性粒细胞细胞质流过疏水脂类表面这样疏水性细菌如肺结核分支杆菌就一定会被消化。相反肺炎链球菌会引起人肺炎，有一层亲水的糖外壳，它很少被吞噬，除非通过包被抗体或C3b使其变为疏水的。通过细胞受体和颗粒配体的连接而成的粒子的过程性包被就像一条拉链，一种替代的过程叫缠绕式噬菌作用，这种方式是一条伪足围绕生物体反复缠绕几次，这是与细菌有关的，如退伍军人病菌（Legionellapneumophila ）和 borrelia burgborferi 。摄取需要或不需要依靠调理素作用。中性粒细胞可能拥有细胞表面受体如可直接与细菌结合的甘露糖受体或integrin 。另一方面中性粒

16、细胞可能也需要调理素如抗体或补体一开始对颗粒的包被，被 包被的颗粒然后可与抗体或补体结合。破坏被摄取细菌的破坏有两种完全不同的过程。一种包含有有效氧化剂的产生-呼吸爆发，另一种包含了溶解酵素（lytic enzymes ）和细胞内颗粒产生的抗菌肽的释放。呼吸爆发中性粒细胞与细菌结合后的几秒内会增加其氧消耗100倍，这是由于细胞表面酶复合物NADPHR化酶（NOX活化的结果。静止细胞中NOX复合物的组分是分开的。当调理素细胞附着到Fc受体上激活中性粒细胞时，这些组分会装配到一起 （图3-12）。一旦装配，活化的NO心将NADPA（NAD的reduce 形式，烟碱腺喋吟二核甘酸磷酸盐）随着电子的释

17、放转变为NADP。一个氧分子接受一个电子，将引起一个过氧化物分子的产生（。-上的点作为一未配对电子的标记）。八NOX + +NADPH+2ONADP+H+2 QNAD/加速己糖磷酸盐的 shunt ,这是一种将蔗糖转变为戊糖和CO的代谢途径，并且同时释放能量以供细胞使用。两分子的 'Q-在过氧化物歧化酶作用下相互作用（歧化）形成一分子 HQ。2七-+2 HH2t> + O 2因为这个反应出现的非常迅速，过氧化物不能够累积，而HQ却可以。通过髓过氧化物酶（中性粒细胞中最明显的呼吸爆发酶）作用可转变为细菌复合物。髓过氧化物酶在初级颗粒中大量存在。 它会催化 HQ和细胞内离子（Cl-,

18、 Br-, I-或SCN）间的作用而产生次卤化物（hypohalides ）:髓过氧化物酶 - H2O2+ Cl - FbO+ OCl-除了在牛奶和唾液中，Cl-也可应用于更多的炎症部位。SCN也存在于牛奶和唾液中。OCl-是具有氧化作用的中性粒细胞的重要产物。因为其强烈的反应，OCl-不会在生物系统中累积，而是在多种反应中立即消失。如果不断供应H2O并且中性粒细胞在刺激后 3小时产生HQ,髓过氧化物酶会利用血浆中 的Cl-产生OCl-, OC会通过氧化细菌蛋白而杀菌并且可提高溶菌酶（ lysosomal enzymes ）的杀菌活 性（HOCl是家用漂白剂的活性成分，一些会用于防止游泳池细菌

19、滋生）。家畜的中性粒细胞活性尤其是 呼吸爆发上有微小差异。例如绵羊中性粒细胞比人或牛的中性粒细胞产生更少的过氧化物。中性粒细 胞对解毒性氧化剂也有防御措施。它们含有大量谷胱甘肽，可减少氧化剂中具有氧化还原活性的金属， 例如铁可与乳铁传递蛋白结合，减少OH形成，并且抗氧化物质例如抗坏血酸盐或VE会干扰这些反应。抗菌分子溶胞酶当许多细菌被氧化杀死，吞噬细胞就要成熟，它们要逐渐地酸化其内容物，使其 pH值升高到其颗 粒蛋白酶的最佳水平，并且提供它们活动的理想的离子浓度。一旦细菌连接到中性粒细胞膜上，初级颗粒（或溶酶体）会经由细胞质迁移，随成熟吞噬细胞扩 散并释放酶类（之后的空泡叫吞噬溶酶体，phag

20、olysosome）。吞噬细胞内离子力的升高会释放溶酶体酶例如弹性蛋白酶和组织蛋白酶G从其硫酸盐蛋白多糖固化物中释放（图3-13 ）。其他的溶酶体酶包括溶菌酶，蛋白酶，酸水解酶和髓过氧化物酶。累积于吞噬细胞内的酶可消化细菌壁并杀死更多地微生 物体。正如所希望的已发现了敏感性的变化。溶菌酶敏感的革兰氏阳性菌会快速地破碎，阴性菌如大 肠杆菌会存活地长一点，因为其外壁对消化有相对地抵抗力。结合了铁的乳铁传递蛋白可抑制细菌生 长。一些生物体如流产布鲁氏菌和单核细胞增多性李斯特菌（ Listeria monocytogenes ）不与溶酶体酶接触，在吞噬细胞内生长，从而干扰吞噬体的成熟。第二个主要的颗粒

21、类型（次级颗粒）包含胶原 酶，溶菌酶和乳铁传递蛋白。释放入组织的中性粒细胞酶可促进组织破坏，它们会从巨噬细胞上切割与膜结合的TNF-a , TNF-a会吸引并活化更多的中性粒细胞。肽抗菌肽广泛地分布于植物和动物界，目前已证实有800多种。虽然结构多样，但具有网状阳离子电荷，因为多精氨酸和赖氨酸残基和形成两性分子结构的能力存在，既有疏水区也有亲水区。疏水区 可将其自身插入富含脂类的细菌细胞膜中，而亲水区会形成隧道样孔或简单地覆盖细胞膜，这会引起 膜破坏和微生物死亡。阳性抗菌肽抗菌谱很广，可以杀死大多数种类的细菌，还有一些真菌，原虫，有囊膜病毒和肿瘤 细胞。它们仅杀死微生物体而不杀宿主细胞，这可能

22、是因其与磷脂，LPSs或磷壁酸质的相互作用引起的。抗菌肽多集中在微生物最可能出现的位置，这包括细胞内部例如中性粒细胞和巨噬细胞内（第4章），淋巴细胞内（第 9章）如自然杀伤性细胞和细胞毒性T细胞。皮肤，呼吸道，消化道和泌尿生殖道上皮细胞也可合成抗菌肽。防御素是典型的抗菌肽，它存在于许多不同的脊椎动物，昆虫和植物中。已证实哺乳动物有50多种防御素，牛的中性粒细胞可产生至少13种不同的3 -防御素。防御素是由 28-42个氨基酸组成，其中包括6-8个转化的半胱氨酸残基。这些半胱氨酸可组成3或4个分子间二硫键。根据起源和二硫键的数量和位置，脊椎动物防御素可分为“，3或。防御素大量存在于中性粒细胞和小

23、肠的Paneth细胞中；3 -防御素存在于许多不同组织中，如呼吸道，皮肤，唾液腺和泌尿系统的上皮细胞；0-防御素仅存在于初级吞噬细胞中。防御素的产生量很恒定（持续地）或产生于细菌感染反应中，它们是 中性粒细胞颗粒的主要成分，大约占全部蛋白的 15%。一些防御素是单核细胞，成熟的树突状细胞和 T细胞的化学引诱剂。所有的防御素均已被证实可杀死或灭活一些细菌，真菌或发育的病毒。虽然是存在于正常组织中，但防御素也可增加对感染的反应。例如感染微小隐抱子虫 （Cryptosporidium parvum ）的牛半胱氨酸会增加5倍，同样的感染副结核分支杆菌的牛半胱氨酸水平也会增加。可感染牛肺的mannhei

24、um hemolytica也可诱导呼吸道上皮防御素表达增加。中性粒细胞颗粒中其他的抗菌肽由 serprocidins , cathelicidins 和protegrins 。颗粒裂解素（granulysin ）是 由细胞毒性T细胞和NK细胞产生的毒性肽（第 17和31章）。其他两种重要的抗菌蛋白包括细菌渗透性增加蛋白（BPI）和钙卫蛋白（calprotectin ）。BPI是人和兔中性粒细胞初级颗粒的主要成分，它可结合LPS并破坏其内膜，从而杀死革兰氏阴性菌。钙卫蛋白在中性粒细胞，单核细胞，巨噬细胞和上皮细胞中均有发现，它大约占中性粒细胞细胞质蛋白的 60%,当有炎性损伤时会大量释放到血液和

25、组织中。 溶菌酶溶菌酶可破坏细菌的肽聚糖，溶菌酶除脑脊髓液，汗液和尿液以外，存在于所有的体液中。在牛 的中性粒细胞和泪中也不存在溶菌酶，而在其他哺乳动物的泪和蛋白中存在高浓度的溶菌酶。虽然被 溶菌酶杀死的细菌许多都不是致命性的，但可能正是因为它们致病性低才会更易被杀死；溶菌酶在中性粒细胞颗粒中有很高的浓度，因此常在急性炎症部位包括细菌侵袭部位累积。溶菌酶也是一种有效 的先天性调理素，它结合到细菌表面，可在缺乏特异性抗体和酶活性无效时使吞噬作用更易发生。 凝集素(Lectin )凝集素是可结合糖类的蛋白质。糖类是细菌细胞壁的主要成分，因此凝集素经常会结合到细菌上。哺乳动物的凝集素是根据其糖类识别

26、位置的结构来分类的。C型凝集素包括血浆中的胶原样凝集素(collectin )和内皮细胞和白细胞表面的选择蛋白(selectin ),它们结合糖类时需要钙。胶原样凝集素是6001000KDa的蛋白，其分子每个末端均有完全不同的功能；C端可结合细菌糖类，N端则与细胞和补体成分相互作用，产生生物学作用。胶原样 凝集素有识别外源糖类的能力，因此它为宿主先天防御系统的一部分。先天性免疫系统中最重要的凝集素是甘露糖结合凝集素(mannose-binding lectin , MBL ,它是血清中发现的胶原样凝集素。MBL由多个糖类结合位点，可结合许多低聚糖，包括N-乙酰氨基葡萄糖，甘露糖，葡萄糖，半乳糖

27、和N-乙酰氨基半乳糖。结合可能相对较弱，但多个结合位点使其有很高的功能活性。微生物表面存在很高水平的MBL的大多数配体。结果 MBL可牢固地结合细菌如(Salmonellaenterica),单核细胞增多性李斯特氏菌，流感嗜血杆菌，脑膜炎奈瑟球菌。它与链球菌和大肠杆菌有 中等亲和力，但它不会结合被密封的脑膜炎奈瑟球菌，流感嗜血杆菌或无乳链球菌。MBL可牢固地结合酵母如白色念球菌和新型隐球菌，也可结合病毒如人免疫缺陷病毒和A型流感病毒还有利什曼原虫。MBL在激活补体系统过程中有重要作用(第 15章)。胶原样凝集素如 MBL可结合白细胞，血小板，内皮细胞和成纤维细胞。被MBL包被的细菌肯定会被吞噬

28、细胞通过与其表面受体相互作用而摄取，这样胶原样凝集素就作为先天性的调理素。胶原样凝 集素在年轻动物尤其重要，因为它们的获得性免疫系统还不足以形成有效的反应，例如MBL的先天性缺乏的儿童对感染有高易感性。哺乳动物中已证实有5种不同的胶原样凝集素：凝固素， MBL肺表面活T蛋白(pulmonarysurfactant proteins , SP-A, SP-D),胶原样凝集素-43 ( CL-43)。然而凝固素和 CL-43仅在牛科动物 中发现。牛的凝固素是在肝脏产生的，它可以与巨噬细胞，树突状细胞和神经胶质细胞上的受体结合。 感染如乳腺炎时血浆中凝固素水平会下降。Pentraxin时一种凝集素，它包括有两种重要的分子：C-反应性蛋白(CRP和血清淀粉状蛋白(SAP)。 这些被称为急性状态蛋白，因为在感染中或外伤后它们的血液中水平会大大提高。Pentraxin有多种生物学活性，可刺激补体系统，刺激白细胞。每个 pentraxin 是由