張曉明 綜述 焦新安 審校
(揚州大學 江蘇揚州 225009)
摘要:象其它部位的免疫應答一樣,,樹突細胞(DCs)在腸道粘膜免疫的誘生中起到關鍵作用。DCs在腸道粘膜免疫的誘導區(qū)派伊爾結(PP)分為三個亞群,,分布在不同的區(qū)域,。各亞群在活化信號作用下分泌不同的細胞因子并受不同趨化因子的趨化,。各亞群DCs在不同類型的免疫應答中起著不同的作用。
關鍵詞:腸道相關淋巴組織 粘膜免疫 樹突細胞
1. 腸道相關淋巴組織(GALT)的組成(1)
GALT由有組織的淋巴組織(包括派伊爾結PP和腸系膜淋巴結MLN)和大量散在分布于絨毛固有層和上皮細胞間的免疫細胞(B細胞,,T細胞,, DCs)組成。GALT可分為以PP為代表的誘導區(qū)和以固有層為主的效應區(qū),;最近研究表明腸系膜淋巴結(MLN)是激活幼稚T細胞的主要場所(2),。濾泡相關上皮細胞(FAE)覆蓋PP,特化的M細胞分布于其中,。PP含B細胞濾泡和生發(fā)中心,,大量的T細胞分布其間形成濾泡間T細胞區(qū)(IFR)。腸道粘膜免疫的抗原遞呈與上皮細胞和M細胞無關(2),,DCs才是激活粘膜免疫系統(tǒng)中幼稚T細胞的關鍵抗原遞呈細胞(APCs)(3),。
2.抗原經(jīng)腸道進入機體的途徑
在腸道抗原進入的途徑可分為兩種:以M細胞為代表的上皮細胞途徑和非上皮細胞途徑。M細胞具有兩個顯著的特點,,一個是它的頂面只分布了稀疏和不規(guī)則的微絨毛,,糖萼層很薄,另一個是它的基底面的細胞漿向里凹陷,,形成一個“口袋”,。M細胞的這兩個特點及其特有的穿上皮囊泡轉運使其成為重要的抗原進入通道,,并成為藥物和疫苗設計的靶點(4)??乖ㄟ^M細胞后可被位于上皮下穹隆區(qū)(SED)的APCs捕獲,。Vazquez-Torres等(5)發(fā)現(xiàn)CD18+吞噬細胞在腸道可直接吞噬缺乏侵襲力的沙門氏菌并將其運送至脾臟,Rescigno等(6)進一步證明了DCs可打開腸道上皮間的緊密連接直接進入腸腔吞噬沙門氏菌和大腸桿菌,,同時DCs能分泌緊密連接蛋白,,保證了上皮細胞屏障的完整性。這兩個實驗提示在腸道抗原進入的非上皮細胞途徑的存在,。
3.DCs在PP的分布
小鼠DCs分為三個亞群:髓源性DCs(CD11c+CD11b+CD8α-),淋巴源性DCs(CD11c+CD11b-CD8α+),,雙陰性(DN)DCs(CD11c+ CD11b- CD8α-)。在PP髓源性DCs分布于SED,,淋巴源性DCs分布于IFR,,雙陰性DCs分布在 SED和IFR(7)。最近研究發(fā)現(xiàn)(8) DN DCs還存在于濾泡相關上皮(FAE)內,,基底膜之上,,一些DN DCs的偽足似伸出腸腔面,一些與M細胞緊密聯(lián)系并可位于M細胞的"口袋"內,。DN DCs在GALT含量豐富,,在PP中大約占三分之一,在MLN中占30%,,而在脾臟(SP)和外周淋巴組織中僅占9%和13%(8),,這說明DN DCs可能在粘膜免疫中發(fā)揮著特別的作用。巨噬細胞(Mφ)主要存在于絨毛的固有層中,在IFR也偶有發(fā)現(xiàn),,但在SED和濾泡中未能檢測到,。
4.PP DCs各亞群的活化(8)
采用CD40L(模擬成熟T細胞的刺激分子)作用PP DCs各亞群,淋巴源性DCs和DN DCs均不分泌IL-10,,而髓源性DCs能分泌高水平的IL-10,,在金黃色葡萄球菌SAC加IFN-γ(微生物的刺激)作用下PP髓源性DCs分泌更高水平的IL-10而不分泌IL-12p40和IL-12p70,PP的淋巴源性DCs和DN DCs均分泌高水平的IL-12p40和IL-12p70而不分泌IL-10,。運用同樣的方法測定SP DCs各亞群對上述兩種刺激的反應,,只有SP髓源性DCs僅在SAC加IFN-γ的刺激下分泌低水平的IL-10,在此刺激下IL-12p40和IL-12p70的分泌也只限于淋巴源性DCs和DN DCs,。
體外抗原特異性CD4+ T細胞刺激實驗表明PP和SP的DCs各亞群均能誘導T細胞產(chǎn)生IFN-γ,,但只有PP的髓源性DCs能刺激抗原特異性T細胞的快速增殖并誘導其分泌高水平的IL-4和IL-10;而SP的髓源性DCs只能誘導T細胞低水平的增殖和分泌低水平的IL-4和IL-10,。
以上結果說明PP的髓源性DCs具有分泌IL-10和誘導Th2分化的特性,這可能為粘膜免疫所特有,,并提示PP的髓源性DCs與口服耐受有關,;而PP的淋巴源性DCs和DN DCs均能分泌IL-12,,提示它們在激活Th1通路中的重要性。
5.PP DCs的趨化
趨化因子受體CCR6與配體CCL20(又稱為巨噬細胞炎性蛋白MIP-3α,exodus-1),CCR7與配體CCL19(又稱為MIP-3β,exodus-3)和CCL21(又稱為SLC,exodus-2)對DCs在機體內的運行(trafficking)起重要作用(9),。CCL20主要表達于上皮細胞,,與趨化表達 CCR6的未成熟DCs有關(10)(11),而CCR7在DCs成熟過程中上調(10),,CCL19和CCL21被認為在外周DCs向淋巴器官的遷移中起作用(11),。Iwasaki等(8)發(fā)現(xiàn)在腸道CCL20只在覆蓋SED的FAE中表達,其受體CCR6在PP髓源性DCs(CD11b+CD8α-)和DN DCs(CD11b- CD8α-)中而不在淋巴源性DCs(CD11b-CD8α+)表達,。體外實驗表明,,只有PP髓源性DCs受CCL20的強烈趨化,這與髓源性DCs在PP SED的定位相一致并支持CCL20/ CCR6摹集髓源性DCs至腸道粘膜表面的觀點,。CCR7及其配體 CCL19,,CCL21主要表達于IFR。盡管PP DCs各亞群均表達CCR7并在體外都受CCL19,, CCL21的趨化,,髓源性DCs在體內集中于SED而不在IFR提示髓源性DCs受CCL20的趨化程度要大于CCL19和 CCL21。經(jīng)體外刺激,,髓源性DCs的成熟伴隨著CCR7的表達上調,,與此對應的是,小鼠靜脈注射弓形體抗原(STAg)后6小時,,髓源性DCs從SED消失而大量出現(xiàn)在IFR,,提示SED未成熟DCs在捕獲微生物抗原后活化,CCR7表達上調并遷移至IFR活化T細胞,。Cook等(12)發(fā)現(xiàn)CCR6基因被"敲除"的小鼠PP的SED缺乏髓源性DCs且粘膜免疫的功能受到削弱,。
一些研究表明,腸道致病菌(致病性沙門氏菌,,腸侵襲性大腸桿菌,,產(chǎn)單核細胞李斯特菌)(13)(14)和炎性因子(TNF-α,IL-1α)(14)(15)可刺激腸上皮細胞CCL20表達上調和趨化未成熟DCs,,而腸道正常寄居菌無此作用(13),。Sierro等(13)進一步證實沙門氏菌鞭毛蛋白特異性的誘導CCL20表達上調,并引起未成熟DCs的遷移,。Toll樣受體(TLR)5介導鞭毛蛋白依賴的信號轉導(16),,而CCL20基因的活化是通過NF-κB介導的(14)(15),提示 TLR5很可能參與了上述途徑,。
6.DCs與腸道免疫應答
正常機體必須區(qū)分腸道的"無害"抗原(腸道正常菌群,,食物和自身凋亡的細胞等)和"有害"抗原(病原微生物等),并產(chǎn)生相應的免疫應答。DCs在決定免疫應答的類型方面起到關鍵作用,。DCs的功能具有可塑性,,它最終誘發(fā)免疫應答的結果取決于自身來源(不同的亞群)和分化程度,微環(huán)境和抗原的類型等因素的綜合影響(17)(18),。正常的腸道微環(huán)境是抗炎性的(1),,緊密連接的腸上皮細胞,sIgA,,粘液素,,抗微生物多肽(防御素,三葉肽等)和腸上皮細胞腔面的糖萼共同組成了屏障,;一些抗炎性因子如轉化生長因子TGF-β,,IL-10,前列腺素PGE2也在腸道大量表達,。
DCs和具有免疫抑制作用的T調節(jié)細胞(Tr)被認為共同調節(jié)腸道對自身抗原和口服可溶性抗原的耐受,。Huang等(19)報道在沒有炎性刺激的正常情況下,大鼠固有層和PP的未成熟DCs吞噬凋亡的腸上皮細胞,,并遷移至MLN的T細胞區(qū),。未成熟DCs這種組成型地遷移被認為與維持機體的外周耐受有關。Sauter等(20)指出吞噬有凋亡產(chǎn)物的未成熟DCs在沒有接受成熟信號的情況下不能成熟,,而吞噬壞死細胞的未成熟DCs可以成熟和有效激活CD4+和CD8+ T細胞,。這說明機體有自己的識別機制,即在正常情況下未成熟DCs吞噬凋亡的細胞不引起DCs的成熟并維持外周耐受,;在感染等刺激下未成熟DCs活化,,產(chǎn)生相應的免疫應答(21)。目前認為,,未成熟DCs誘生Tr是維持外周耐受的一個關鍵(22),。未成熟Dcs可誘生分泌IL-10的CD4+(23)和CD8+ Tr細胞(24)。Tr的分類還不明確,,CD4+CD25+ Tr現(xiàn)已被確立為一類職業(yè)抑制T細胞(25),,它占正常小鼠的外周CD4+ T細胞的5-10%,組成型表達細胞毒T細胞相關抗原CTLA-4(CTLA-4能與CD80和CD86高親和力地結合傳遞抑制信號),,在控制自身免疫性疾?。?6)和腸道炎癥(27)中起作用。CD4+CD25+ Tr在腸道的作用依賴于TGF-β和CTLA-4,。 口服可溶性抗原常產(chǎn)生耐受,,Thorstenson等(28)報道口服OVA可激活特異性的CD4+CD25+ Tr。人和小鼠的CD4+ T細胞在IL-10的反復刺激下產(chǎn)生一類能分泌高水平IL-10的具有免疫抑制作用的Tr1細胞,,它的作用具有IL-10和TGF-β依賴性(29),,選擇性地抑制體內Th2反應,,IgE分泌減少而IgG1和IgG2a不受影響(30)。Weiner(31)最近強調了IL-10和TGF-β在粘膜構成獨特的耐受微環(huán)境的重要性,,PP SED的髓源性DCs能產(chǎn)生分泌IL-10和TGF-β(8),,而Akbari等(32)報道了具有成熟表型的耐受性DCs的存在:小鼠鼻腔免疫OVA可產(chǎn)生分泌IL-10的肺臟DCs的成熟,該DCs誘導生成分泌IL-10和IL-4的Tr1,;小鼠口服免疫OVA后在MLN分離到分泌TGF-β的DCs,該DCs誘導生成分泌TGF-β的Th3,。IL-10和TGF-β 可能在維持粘膜免疫耐受中起協(xié)同作用(31),。
機體是如何對"外源"抗原作出必要的免疫應答的呢? APCs上的模式識別受體(PRRs)通過識別微生物的病原體相關分子模式(PAMPs)從而激活機體的特異性的免疫反應,。TLRs是一類很重要的PRRs,,被認為是連接天然免疫和獲得性免疫的橋梁(33)。PAMPs并非病原微生物所獨有,,腸道的正常菌群也存在,,機體通過至少兩個機制來避免對正常菌群作出應答:腸道屏障和針對正常菌群的IgA通路(1)。DCs又是怎樣辨別不同病原體而作出不同應答的呢,?目前尚不很清楚,,至少不同的DCs亞群在免疫應答中起到一定作用。如人類髓源性DCs1和淋巴源性DCs2表達不同的TLRs,,凝集素分子和MHCⅠ樣分子(18),。
7.結語
對DCs各亞群在GALT尤其在PP的分布及其不同的生理作用加深了我們對腸道粘膜免疫的認識。但各亞群在免疫應答和耐受中所起的具體作用,,它們之間關系以及它們和免疫系統(tǒng)其它組分的聯(lián)系目前還不很清楚,,解決上述問題必將促進口服免疫的發(fā)展和腸道疾病的治療。
參考文獻:
1,Nagler-Anderson C. Man the barrier! Strategic defences in the intestinal mucosa. Nature Rev Immunol, 2001,1:59-67
2,Blanas E, Davey G M, Carbone F R, et al. A bone marrow-derived APC in the gut-associated lymphoid tissue captures oral antigens and present them to both CD4+ and CD8+ T cell. J Immunol, 2000,164(6):2890-2896
3,Nagler-Anderson C, Terhorst C, Bhan A, et al. Mucosal antigen Presentation and the Control of Tolerance and Immunity. Trends Immunol, 2001,22(3):120-122
4,Clark M A, Jepson M A, Hirst B H. Exploiting M cells for drug and vaccine delivery. Adv Drug Deliv Rev, 2001,50(1-2):81-106
5, Vazquez-Torres A, Jones-Carson J, Baumler A J, et al. Extraintestinal dissemination of Salmonella by CD18-expressing phagocytes. Nature, 1999, 401(6755):804-808
6,Rescigno M, Urbano M, Valzasina B, et al. Dendritic cells express tight junction proteins and penetrate gut epithelial monolayers to sample bacteria. Nature Immunol, 2001,2(4):361-367
7,Iwasaki A, Kelsall B L. Localization of distinct Peyer's patch dendritic cell subsets and their recruitment by chemokines macrophage inflammatory protein (MIP)-3α, MIP-3β,and secondary lympoid organ chemokine. J Exp Med, 2000,191(8):1381-1393
8,Iwasaki A, Kelsall B L. Unique functions of CD11b+,CD8α+,and double-negative Peyer's patch dendritic cells. J Immunol, 2001,166(8):4884-4890
9,Christopherson Ⅱ K, Hromas R. Chemokine regulation of normal and phathologic immune Response. Stem Cells, 2001,19(5):388-396
10,Dieu M C, Vanbervliert B , Vicari A, et al. Selective recruitment of immature and mature dendritic cells by distinct chemokines expressed in different anatomic sites. J Exp Med, 1998,188(2):373-386
11,Charbonnier A S, Kohrgruber N, Kriehuber E, et al.Macrophage Inflammatory protein 3αis involved in the constitutive trafficking of epidermal Langerhans cells. J Exp Med, 1999,190(12):1755-1767
12,Cook D N, Prosser D M,Forster R, et al. CCR6 mediates dendritic cell localization,lymphocyte homeostasis,and immune responses in mucosal tissue. Immunity, 2000,12(5):495-503
13,Sierro F, Dubois B, Coste A, et al. Flagellin stimulation of intestinal epithelial cells triggers CCL20-mediated migration of dendritic cells. Proc Natl Acad Sci U S A, 2001,98(24):13722-13727
14,Izadpanah A, Dwinell M B, Eckmann L, et al. Regulated MIP-3α/CCL20 production by human intestinal epithelium: mechanism for modulating mucosal immunity. Am J Physiol, 2001,280(4):G710-G719
15, Fujiie S, Hieshima K, Izawa D, et al. Proinflammatory cytokines induce liver and activation-regulated chemokine/macrophage inflammatory protein-3α/CCL20 in mucosal epithelial cells through NF-κB. Int Immunol, 2001,13(10): 1255-1263
16, Hayashi F, Smith P A, Hawn T R, et al. The innate immune response to bacterial flagellin is mediated by Toll-like receptor 5. Nature, 2001,410(6832),1099-1103
17,Liu Y J, Kanzler H, Soumelis V, et al. Dendritic cell lineage,plasticity and cross-regulation. Nature Immunol, 2001,2(7):585-589
18,Pulendran B, Palucka K, Bancheau J. Sensing pathogens and tuning immune response. Science, 2001,293(5528):253-256
19, Huang F P, Platt N, Wykes M, et al. A discrete subpopulation of dendritic cells transports apoptotic intestinal epithelial cells to T cell areas of mesenteric lymph nodes. J Exp Med, 2000,191(3):435-443
20,Sauter B, Albert M L, Francisco L, et al. Consequences of cell death: exposure to necrotic tumor cells, but not primary tissue cells or apoptotic cells, induces the maturation of immunostimulatory dendritc cells. J Exp Med, 2000,191(3):423-433
21, Steinman R M, Turley S, Mellman I, et al. The induction of tolerance by dendritic cells that have captured apoptotic cells. J Exp Med, 2000,191(3):411-416
22,Roncarolo M G, Levings M K, Traversari C. Differentiation of T regulatory cells by immature dendritic cells. J Exp Med, 2001,193(2):F5-F9
23,Jonuleit H, Schmitt E, Schuler G, et al. Induction of interleukin 10-producing,nonproliferating CD4+ T cells with regulatory properties by repetitive stimulation with allogeneic immature human dendritic cells. J Exp Med, 2000,192(9):1213-1222
24,Dhodapkar M V, Steinman R M, Krasovsky J, et al. Antige-specific inhibition of effector T cell function in humans after injection of immature dendritic cells. J Exp Med, 2001,193(2):233-238
25,Shevach E M. Certified professionals: CD4+CD25+ suppressor T cells. J Exp Med, 2001,193(11):F41-F45
26,Takahashi T, Tagami T, Yamazaki S, et al. Immunologic self-tolerance maintained by CD4+CD25+ regulatory T cells constitutively expressing cytotoxic lymphocyte-associated antigen 4. J Exp Med, 2000,192(2):303-309
27, Read S, Malmstrom V, Powrie F. Cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4 plays an essential role in the function of CD4+CD25+ regulatory cells that control intestinal inflammation. J Exp Med, 2000,192(2):295-302
28,Thorstenson K M, Khoruts A. Generation of anergic and potentially immunoregulatory CD4+CD25+ cells in vivo after induction of peripheral tolerance with intravenous or oral antigen. J Immunol, 2001,167(1):188-195
29, Groux H, O'Garra A, Bigler M, et al. A CD4+ T cell subset inhibits antigen-specific T-cell responses and prevents colitis. Nature, 1997,389(6652):737-742
30,Cottrez F, Hurst S D, Coffman R L, et al. T regulatory cells 1 inhibit a Th-2-specific response in vivo. J Immunol, 2000,165(9):4848-4853
31, Weiner H. The mucosal milieu creates tolerogenic dendritic cells and TR1 and TH3 regulatory cells. Nature Immunol, 2001,2(8):671-672
32, Akbari O, Dekruyff R H, Umetsu D T. Pulmonary dendritic cells producing IL-10 mediate tolerance induced by respiratory exposure to antigen. Nature Immunol, 2001,2(8):725-731
33, Akira S, Takeda K, Kaisho T. Toll-like receptors: critical proteins linking innate and acquired immunity. Nature Immunol, 2001,2(8):675-680
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