中性粒细胞在结核病免疫领域中的相关研究综述,免疫学论文

中性粒细胞在结核病免疫领域中的相关研究综述,免疫学论文结核病是由结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis,Mtb)感染引起的以呼吸系统感染为主的慢性感染性疾病。由于结核病导致的组织损伤主要由机体的免疫系统介导,而且在结核病患者体内往往存在Th1型免疫应答受抑,Th2型免疫应答水平异常升高的现象,结核病也被以为是一种免疫紊乱性疾病,机体免疫应答的方向和水平在很大程度上决定着结核病的发展与转归。长期以来,人们围绕结核病免疫相关的T淋巴细胞(尤其是CD4+的Th1细胞)、巨噬细胞和树突状细胞(dendriticcells,DC)进行了大量研究,并获得了一些可喜的进展。当前,为多数研究者肯定的观点以为,Th1型免疫应答在结核病的适应性免疫应答中起关键作用,是介导结核病保卫性免疫的主要群体;巨噬细胞作为机体抗Mtb感染的主要免疫效应细胞,在结核病的保卫性免疫应答中也发挥有重要的作用。但是,对于介入结核病免疫的另一个重要的细胞群体,也是Mtb感染后最先由外周血迁移至感染病灶的细胞中性粒细胞即多形核中性粒细胞(polymorphnuclearneutrophils,PMN)的研究却明显滞后。庆幸的是,近年来PMN在结核病免疫中的作用遭到越来越多的关注,相关的研究也获得了较大进展。现就近年来PMN在结核病免疫领域中的相关研究进展进行综述。1、Mtb感染经过中PMN的变化及功能很早就有研究发现,Mtb感染后PMN会迅速从外周血迁移至Mtb感染的局部。研究显示,无论Mtb是经血液还是呼吸道途径感染人体,PMN均会很快趋化至感染部位(一般在感染后的1~3h内到达感染部位,并在12~24h时到达峰值)。PMN到达感染部位后会很快活化并吞噬Mtb。由于PMN本身是机体主要的免疫效应细胞之一,研究者揣测PMN可能对于Mtb感染的早期控制有重要作用。Yang等的研究也证实PMN能在Mtb感染早期迅速吞噬并杀死Mtb,进而促进Mtb的去除。但同时也陆续有研究提示,PMN可能介入了结核病导致的组织免疫损伤和Mtb慢性感染的活化经过。Eum等在活动性肺结核患者的痰标本、支气管肺泡灌洗液和肺组织坏死空洞的周围均检测到大量的PMN,而且,Eum等的研究发现被PMN吞噬入的Mtb的复制速度较细胞外的Mtb还快。在其他疾病模型中的研究也提示,PMN活化后释放的一些活性酶类会对正常组织造成损伤。关于PMN在Mtb感染经过中扮演的详细角色,动物实验研究同样充满争议。同样是利用PMN的特异性单克隆抗体去除Mtb感染动物体内的PMN,有些研究者发现实验动物的疾病进展更快、组织病理损伤更为严重,提示PMN有助于机体控制Mtb的感染;但有的课题组则发现去除PMN后实验动物的组织荷菌量较对照组显著减少,组织损伤程度明显下降,动物的存活期显著延长;还有的报道以为PMN的去除与否对结核病的严重程度无明显影响。由此可见,PMN在结核病的发生发展经过中扮演的角色好像一把双刃剑,它能够通过吞噬和杀伤效应发挥抗Mtb感染的成效,但同时,活化后的PMN会通过产生的活性产物造成组织器官的直接损伤,促进结核病的进展,可以能通过诱导过度的炎症性反响导致病理性免疫应答,进而对组织器官造成间接损伤。对于患者最终的临床表现以及上述研究结果出现的争议,当前揣测可能与PMN浸润的数量、感染机体整体的免疫学状态、以及感染宿主的遗传背景有关。总之,当前对PMN在结核病免疫中发挥的功能的认识还很不全面,对其进行系统、动态的研究势在必行。2、PMN对Mtb的吞噬及杀伤作用当前的研究发现PMN主要通过两种机制介导对Mtb的吞噬:直接辨别和调理作用。直接辨别机制主要通过形式辨别受体介导。华而不实,Toll样受体2(Toll-likereceptor2,TLR2)和TLR4的作用非常关键。除此之外,补体受体3、补体受体4以及甘露糖结合凝集素等也在PMN辨别Mtb的经过中发挥重要作用。除了直接辨别,PMN还能通过调理作用辨别和吞噬Mtb,研究提示这种作用与抗分枝杆菌抗体相关,如deValliere等的研究发现,注射BCG疫苗的志愿者体内的PMN吞噬BCG的能力明显加强。但当前,对介入Mtb调理作用的详细抗体并不是很清楚。研究发现,PMN吞噬Mtb后会迅速活化,产生大量活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)和抗菌肽等杀菌物质,并通过脱颗粒作用释放大量颗粒酶,但对于PMN对Mtb的杀菌能力当前仍存大很大争议。如Yang等的研究提示PMN能通过NADPH氧化酶介导产生大量ROS,对被吞噬的Mtb进行有效地杀伤,姜丽娜等研究发现IL-12能加强PMN吞噬和杀伤Mtb的活性,但Corleis等的研究则发现活化PMN产生的ROS不仅不能杀伤Mtb,还会导致PMN的坏死,进而促进Mtb的免疫逃逸。Corleis等的研究同时发现,这种逃逸机制与Mtb携带的差异区1(regionofdifference1,RD1)基因产物相关,若敲除RD1基因,Mtb则不能诱导PMN坏死且能被PMN杀伤。除此之外,还有的研究提示PMN可能被Mtb胁迫,成为Mtb向远处组织播散的特洛伊木马。通过对上述研究进行分析能够发现,造成这些矛盾结果的原因可能与PMN免疫效应作用的多样性、感染宿主及Mtb菌株的遗传背景等有关。如Yang等的研究主要从PMN与巨噬细胞的互相作用方面,讨论PMN在斑马鱼结核性肉芽肿构成早期的免疫保卫作用。而Corleis等的研究则以纯化的人外周血PMN为研究对象,讨论离体的人源性PMN对不同毒力Mtb的杀伤作用。因而这些研究固然都以PMN为研究主体,但研究所采用的PMN的来源、遗传背景、所处环境等均有差异,效应检测时间及采用的感染菌株也不一样。对PMN在结核病发生、发展经过中的作用进行系统和动态的研究将有助于客观、全面地了解PMN在结核病免疫中的功能。3、Mtb感染经过中PMN的免疫调节作用长期以来,人们以为PMN仅仅作为一种吞噬细胞,在Mtb感染的早期介入抗结核病的固有免疫应答,因而较早期的研究大都局限在PMN对Mtb的吞噬和杀伤能力的讨论方面,在很大程度上限制了人们对PMN在抗结核病免疫中的认识。然而当前越来越多的证据显示,PMN在抗结核病免疫中的作用远非先前以为的那样简单,其不仅介入了Mtb感染早期的固有免疫应答,也介入了结核病适应性免疫的诱导和调节,对结核病免疫的发展有重要影响。已有的研究显示,PMN在Mtb感染经过中发挥免疫调节的途径和机制至少包括下面几个方面。3.1分泌细胞因子研究发现,感染Mtb后PMN可分泌一系列细胞因子,如IL-8、IL-10、IL-12、肿瘤坏死因子-(tumornecrosisfactor,TNF-)、巨噬细胞炎性蛋白1、单核细胞趋化蛋白1等。通过这些细胞因子,PMN至少可通过下面2种机制介入结核病免疫的调节:诱导或趋化更多的其他免疫细胞至感染部位。如PMN产生的IL-8、巨噬细胞炎性蛋白1和单核细胞趋化蛋白1等是多种炎性细胞的趋化因子,可吸引更多炎性细胞到感染灶部位。调节其他免疫细胞的分化方向和活化水平。如IL-12是经典的Th1型细胞因子,可诱导初始T淋巴细胞向Th1方向分化;TNF-是介导结核病保卫性免疫的关键细胞因子之一,可促进巨噬细胞和T细胞等的活化,在机体去除和控制Mtb感染的应答经过有重要的调节作用。Swant等通过建立PMN和巨噬细胞的共培养体系发现,感染了Mtb的PMN可分泌大量TNF-,当采用特异性单克隆抗体中和PMN分泌的TNF-后,巨噬细胞的活化水平明显下降,直接证实了PMN产生的TNF-可促进巨噬细胞的活化。除此之外,有研究证实,Mtb感染后病灶局部微环境中的IL-10主要来源于PMN。一方面,这些IL-10可能在限制机体的免疫病理反响方面发挥作用,但另一方面又可能抑制巨噬细胞对Mtb的反响性,并限制机体的获得性免疫应答。3.2通过释放细胞内容物介入对其他免疫细胞的调控PMN发生活化后可通过脱颗粒作用释放大量的细胞内容物,如弹性蛋白酶、乳铁蛋白、碱性磷酸酶、抗菌肽、人中性粒细胞多肽(humanneutrophilpeptides,HNP)等。近年的研究发现,这些释放至胞外的生物活性物质除直接介入杀菌作用外,还可能作用于周围的免疫细胞,介入抗结核病免疫的调节。如Tan等的研究发现,发生凋亡的PMN可被邻近的巨噬细胞吞噬,并将其携带的HNP等杀菌物质释放至巨噬细胞中,显著加强巨噬细胞杀灭Mtb的能力。其后,利用PMN释放的亚组分进行的研究进一步肯定了这种作用。如体外研究证实,PMN释放的游离HNP可被巨噬细胞和DC吞噬,而吞噬HNP后,巨噬细胞对Mtb的杀菌能力明显加强,DC提呈Mtb抗原、激活抗原特异性T细胞的功能也获得很大提高。随后,研究证实PMN释放的乳铁蛋白同样能加强抗原提呈细胞对分枝杆菌抗原的提呈功能,促进特异性T细胞的活化和增殖。同样,PMN释放的颗粒酶也能被巨噬细胞摄取,加强巨噬细胞杀伤和去除Mtb的能力。如Jena等研究发现,PMN的嗜苯胺蓝颗粒被巨噬细胞吞噬后能加强巨噬细胞内Mtb吞噬体与溶酶体的融合水平,大大加强巨噬细胞对Mtb的杀伤能力。因而,通过释放的颗粒酶和HNP等生物活性物质调节其他免疫细胞的功能也是PMN介入结核病免疫的重要机制之一。3.3通过直接接触调控其他免疫细胞的功能人体试验及动物模型中的研究均已证实,CD4+T细胞介导的Th1型免疫应答在结核病的保卫性免疫中起主要作用,是机体去除或控制Mtb的主要获得性免疫机制。但对活动性结核病患者的研究同时发现,T细胞免疫应答可能也介入了结核病的组织免疫损伤。因而,适度的T细胞免疫应答对控制Mtb的感染至关重要,但对于怎样维持这种精到准确的免疫平衡当前我们仍然不是很清楚。根据当前公认的免疫双信号学讲,T细胞的活化需要2个信号系统共同介入。第一信号由抗原提呈细胞(antigenpresentingcell,APC)外表的MHC/Ag复合物与T细胞抗原辨别受体(Tcellreceptor,TCR)/CD3结合后提供,第二信号则由APC上的共刺激分子与T细胞上相应的受体结合后介导。研究证明,T细胞接触MHC/Ag复合物后可能产生2种截然不同的后果:增殖、分化为不同的效应细胞;无反响性或凋亡。这2种结果的出现以及T细胞分化的方向主要决定于APC所传递的共刺激信号。因而,APC外表共刺激分子的类型和表示出水平对T细胞免疫应答的性质及强度至关重要。而近年的研究发现,在PMN中同样表示出有APC相关的外表分子和共刺激分子。如AbiAbdallah等的研究发现,在体外与T细胞进行混合培养后,小鼠PMN可同时高表示出MHCⅡ类分子和共刺激分子如CD80和CD86,具备专职APC的双信号系统表型。以OVA激发小鼠PMN后,PMN可高效处理OVA抗原并通过MCHⅡ类分子依靠的方式将OVA肽抗原提呈给OVA特异性的T细胞,启动抗原特异性Th1和Th17细胞的免疫应答,证实PMN可发挥专职APC的类似功能。McNab等发现,活动性肺结核病人的PMN外表程序性死亡配体1(programmeddeathligand-1,PD-L1)表示出显著升高,由于PD-L1与T细胞外表程序性死亡分子1(programmeddeath-1,PD-1)结合后,产生共抑制信号,抑制T细胞增殖分化和细胞因子的分泌。因而,揣测PD-L1升高可能是结核病的一种致病因素。除了通过共刺激分子调控T细胞的分化和活性外,研究发现PMN还能通过其他直接接触的方式介入其他免疫细胞的功能调控。如Hedlund等的研究发现,与直接用Mtb感染DC相比,采用感染Mtb的PMN与DC混合培养能更有效地促进DC成熟,极大提高DC提呈Mtb抗原的能力。该研究同时发现,这种促进DC细胞成熟的作用依靠于感染Mtb的PMN与DC细胞的直接接触,华而不实DC特异性细胞间黏附分子-3-结合非整合素分子(dendri