黏膜免疫系統研究進展

[摘要] 黏膜免疫系統（Mucosal immune system,MIS）是指廣泛分布于呼吸道、胃腸道、泌尿生殖道黏膜下及一些外分泌腺體(唾液腺、淚腺、乳腺)處的淋巴組織，是執行局部特異性免疫功能的主要場所。該系統在體內覆蓋范圍很廣。是機體整個免疫網絡的重要組成部分，并且又是具有獨特結構和功能的獨立免疫體系，它在抵抗感染方面起著極其重要的作用，黏膜表面與外界抗原（比如食物、共生菌、有害病原體等）直接接觸，是機體抵抗感染的第一道防線 [1]。本文簡述了黏膜免疫系統的結構及功能，就黏膜免疫的體液、細胞調節的研究進展做一綜述。

[文獻標識碼] A

[文章編號] 1674-926X(2015)05-019-05

[基金項目] 國家自然科學基金（編號：81173627）

[作者單位] 成都中醫藥大學基礎醫學院，四川 成都 610075

[作者簡介] 張欣悅，在讀碩士研究生，主要從事中藥免疫學基礎研究Tel:13540770450 Email:736208697@qq.com

[通訊作者] 高永翔，教授，主要從事中藥免疫藥理毒理研究Email:yxgaocd@163.com

[收稿日期] 2015-03-25

The research progress of mucosal immune system

/ZHANG Xin-yue, GAO Yong-xiang, XIE Yi-min//(Basic Medical College,

Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, Chengdu 611137, Sichuan)

[Abstract] The mucosal immune system(MIS) refers to the widely distributed lymphoid tissues in the respiratory tract, gastrointestinal tract, urogenital tract mucosa and other exocrine gland (salivary glands, lacrimal gland, mammary gland), which mainly plays local specific immune function. The system has a wide range of coverage, and is an important part of the whole immune system. It has a unique structure and function of immune system. It plays an important role in resisting infection as the first line of defense against infection. In this paper, the structure and function of the mucosal immune system is described, and the research progress of the humoral and cellular regulation of mucosal immunity is reviewed.

[Key words] Mucosal immune system; mucosal immunity regulation; humoral regulation; cellular regulation

自20世紀60年代黏膜免疫概念產生以來，黏膜免疫系統作為機體相對獨立的免疫系統，就一直被國內外學者所關注。動物機體黏膜組織是機體與外部環境進行交流的場所。腸黏膜與腸腔內大量細菌及毒素廣泛接觸，是機體最重要的屏障，也是機體受威脅最大的部位，機體95%以上的感染發生于黏膜或從黏膜入侵。為了預防局部黏膜疾病的發生，黏膜組織形成了嚴密的防御體系——黏膜免疫系統，構成動物有機體抵抗病原微生物入侵的第一道免疫屏障。通過黏膜免疫后，黏膜局部的抗體比血清抗體出現的早，效價高，且維持的時間長。黏膜免疫系統（Mucosal immune system,MIS）是指廣泛分布于呼吸道、胃腸道、泌尿生殖道黏膜下及一些外分泌腺體處的淋巴組織，是執行局部特異性免疫功能的主要場所。黏膜免疫系統由腸黏膜相關淋巴組織（GALT）、支氣管黏膜相關淋巴組織（BALT）、眼結膜相關淋巴組織（CALT）和泌尿生殖道黏膜相關淋巴組織（UALT）四部分構成，它們在抗病毒免疫反應中起著非常重要的作用。是形成生物體防御外界病原物入侵的首道屏障。

1　黏膜免疫的重要性

黏膜廣泛分布于機體的呼吸道、消化道及泌尿生殖道表面。黏膜表面的上皮細胞彼此之間緊密排列，形成一道天然屏障，與皮膚一起將機體內環境與外界環境隔離開來，使機體免受外界多種病原微生物的侵擾。例如，腸道黏膜免疫系統主要是指腸道相關的淋巴樣組織(gut—associated lymphoidtissue，GALT)。根據形態、結構、分布和功能，可將GALT分類為兩大部分。即有結構的組織黏膜濾泡和廣泛地分布于黏膜固有層中的彌漫淋巴組織。黏膜濾泡是免疫應答的傳人淋巴區，又稱誘導區，抗原由此進入GALT，被抗原呈遞細胞捕獲、處理和呈遞給免疫活性細胞，誘發免疫應答；而彌漫淋巴組織是免疫應答的傳出淋巴區，又稱效應區。漿細胞和致敏淋巴細胞通過歸巢機制遷移至彌漫淋巴組織，抗體和致敏淋巴細胞在此發揮生物學功能 [2]。并且正常的腸道黏膜既可吸收生理需要的各種營養素及分子，又同時對腸腔有害大分子及微生物進行屏蔽，而腸道發揮其生理功能及維持其微環境平衡的重要的物質基礎就是腸黏膜屏障。黏膜膜屏障由腸上皮屏障、免疫屏障、生物屏障及化學屏障等組成，這四個功能相對獨立又密切聯系，共同構成了一個復雜有序的屏障網絡。其中腸上皮屏障由腸黏膜上皮細胞、細胞間連接等構成，能有效阻止細菌穿透黏膜進入深部組織，腸黏膜上皮的完整性及正常的再生能力是腸道黏膜屏障的結構基礎。腸免疫屏障則是區別于系統性免疫的功能發達的局部黏膜免疫，由腸相關淋巴組織，Peyer’S結和各種彌散的免疫細胞及其產物組成。而生物及化學屏障則分別指腸道正常微生物平衡和腸黏膜表面黏液中的各種糖脂、糖蛋白、溶菌酶等保護因子 [3]。因此腸道不僅是消化、吸收和營養物質交換的重要場所，也是人體最大的免疫器官。另外，黏膜上皮細胞及其相關的分泌腺(如唾液腺等)可以分泌各種粘蛋白、殺菌蛋白等殺菌物質，輔助消滅病原體，與黏膜本身的物理屏障一同筑起一道“圍墻”，構成機體抵御外界病原體入侵的“第一道防線”。此外，黏膜系統中存在大量的免疫細胞，它們是黏膜免疫系統中抵御外界病原體入侵的“士兵”，這些“士兵”廣泛分布于黏膜下，或遷移游走，形成“哨兵”，或聚集成簇，形成火力較集中的“碉堡”，共同參與構建了抵御外界病原體入侵的“統一戰線”，這個“統一戰線”即構成了機體黏膜相關淋巴組織。通過黏膜途徑免疫接種的抗原不僅可以在免疫局部及其臨近部位誘導免疫應答，還可以在其他部位的黏膜表面誘導免疫應答。如經直腸或陰道免疫的抗原主要在直腸或陰道局部誘導免疫應答；經口服免疫的抗原可以在小腸、升結腸、乳腺和唾液腺中產生特異性抗體；經鼻腔免疫的抗原可以在頭部、呼吸系統及泌尿生殖系統誘導免疫應答 [4]。黏膜免疫系統的這些重要特征給予我們很多提示，為我們抵御經呼吸道、消化道(如Crohn病 [5]—節段性回腸炎—一種因黏膜免疫系統在應答細菌來源腔內抗原時調節異常引起的疾病)，生殖道等傳播的病毒(如流感病毒、HIV)，研發人類新型病毒疫苗、研發免疫佐劑，研究腸道菌群等提供了更多的手段和途徑。

2　黏膜免疫系統的組成和結構

黏膜免疫系統按解剖和功能分為誘導部位和效應部位。誘導部位指黏膜免疫系統中首先接觸抗原的部位。如腸黏膜相關淋巴組織（GALT）、支氣管黏膜相關淋巴組織（BALT）和近年發現的眼結膜相關淋巴組織(FAE)等。黏膜免疫誘導過程為抗原物質活化淋巴細胞即抗原遞呈，然后淋巴細胞從黏膜誘導位點遷移。黏膜免疫系統的傳入誘導部分——派伊爾結和淋巴濾泡。在誘導部位，幼稚B細胞和T細胞進行克隆選擇并與攝入的抗原接觸后進行增殖。效應部位是B細胞和T細胞進行免疫反應的部位。包括消化道、呼吸道、生殖道等黏膜的固有層及部分腺體和上皮內淋巴細胞。在黏膜相關淋巴組織(MALT)中接觸抗原后。黏膜淋巴細胞離開誘導部位?；氐金つばM織發揮作用。黏膜免疫應答的效應部位廣泛分布于腸道、上呼吸道和生殖道，以及分泌腺組織如乳腺、唾液腺和淚腺等黏膜固有層和上皮內的散在或相對密集的免疫細胞(包括上皮內淋巴細胞、固有層淋巴細胞。

黏膜免疫系統在結構和功能上均有別于傳統的系統免疫系統， 主要表現在以下幾個方面 [6]：(1) MIS是大量免疫細胞和免疫分子豫散在黏膜上皮內或黏膜下固有層(弗散淋巴組織)，或由單個或多個淋巴濾泡聚集成的黏膜相關淋巴組織(MALT)，包括：腸相關淋巴組織 (GALT)、支氣管相關淋巴組織(BALT)和鼻相關淋巴組織(NALT)等。機體50%以上的淋巴組織和80%以上的免疫細胞集中于黏膜免疫系統。(2)MIS分泌是一類黏膜相關的免疫球蛋白。即分泌型IgA(secretory ，sIgA，slgA)和sIgM。(3) MIS內有一類能下調全身免疫應答的效應性T細胞。(4)MIS按功能不同可分為兩個部位；誘導部位和效應部位。前者主要指MALT，后者主要包括固有層、上皮內淋巴細胞和一些相的外分泌腺(如淚腺、唾液腺和乳腺等)。(5)在誘導部位和效應部位間，主要通過淋巴細胞歸巢發生聯系。即在一個誘導部位致敏的免疫細胞，經胸導管進入血循環，逐步分化成熟，在特異性歸巢受體(homing ceceptor)的介導下，多數免疫細胞(約80%)歸巢到抗原致敏部位(即誘導部位的黏膜固有層或上皮內)發揮效應功能。由此使黏膜免疫相對獨立于系統免疫，表現為局部性。另外，約20%的免疫細胞進入其它的黏膜部位，發揮效應功能，使不同黏膜部位的免疫反應相關聯。因此，有人把從黏膜誘導部位歸巢到效應部位這一功能上相聯的系統統稱為共同黏膜免疫系統(cnmmon mueosalimmune system)。(6)MIS的主要功能是對黏膜表面吸入或食入的大量種類繁多的抗原進行識別并作出反應。既可對大量無害抗原下調免疫反應或產生耐受，也可對有害抗原或病原體產生高效體渡和細胞免疫，進行有效免疫排斥(exclusion)或清除(elimination)。

3　黏膜免疫系統的調節

黏膜組織是動物抵抗病原微生物感染的重要屏障之一，一些病原對機體的感染是從黏膜系統開始，如霍亂弧菌(Vibrio choleroe)、產腸毒素大腸桿菌(Esche—richia coli)、禽流感病毒、口蹄疫病毒等 [7]。因此黏膜免疫應答的發生、發展與調節是一個十分復雜的生物學過程，有多種免疫細胞和免疫介質參加。它們之間組成一個復雜而精細的網絡系統，相互制約、相互調節，以維持機體內環境的穩定。同時僅靠免疫系統內部是不夠的，神經一內分泌系統也參加了免疫調節。黏膜免疫應答需要多種因素共同調節，才能更有效地發揮作用。

3.1 黏膜免疫系統的體液免疫調節

體液免疫是黏膜免疫效應的主要過程，可溶性蛋白質或細菌、病毒、原蟲等顆粒物質作為抗原接觸黏膜淋巴組織的M細胞，首先抗原與M細胞表面尚未明確的部位結合，隨后抗原被攝入M細胞的吞飲泡，被轉送至細胞內，最后未經降解的抗原釋放至上皮深區淋巴組織，由抗原遞呈細胞遞呈抗原，將黏膜結合淋巴組織內的B細胞和T細胞致敏。致敏的B、T細胞通過淋巴導管系統離開黏膜結合淋巴組織，隨后通過胸導管進入血液循環，進而到達消化道、呼吸道等處的黏膜固有層和腺體。黏膜固有層是一個重要的黏膜效應部位，B細胞在固有層定居下來，并在抗原、T細胞和細胞因子的刺激下增殖變為成熟的IgA漿細胞。即產生分泌型免疫球蛋白A（sIgA）。據研究，人體每天分泌sIgA的量約為30～60mg/kg，超過其它免疫球蛋白的量。IgA在漿細胞內產生、由J鏈(含胱氨酸較多的酸性蛋白)連接成雙聚體分泌出來。當IgA通過黏膜或漿膜上皮細胞向外分泌時，與上皮細胞產生的分泌片連接成完整的SIgA，釋放到分泌液中，與上皮細胞緊密結合在一起，分布在黏膜或漿膜表面發揮免疫作用 [8]。由于外分泌液中sIgA含量多，又不容易被蛋白酶破壞，故成為抗感染、抗過敏的一道主要屏障。其綜合功能機制歸納如下：(1)阻抑粘附—sIgA可阻止病原微生物粘附于粘膜上皮細胞表面，其作用可能是：牻sIgA使病原微生物發生凝集，喪失活動能力而不能粘附于粘膜上皮細胞；sIgA與微生物結合后，阻斷了微生物表面的特異結合點，因而喪失結合能力；sIgA與病原微生物抗原結合成復合物，從而刺激消化道、呼吸道等黏膜的杯狀細胞分泌大量黏液，“沖洗”黏膜上皮，妨礙微生物粘附。（2）免疫排除作用—sIgA對由食物攝入或空氣吸入的某些抗原物質具有封閉作用，使這些抗原游離于分泌物，便于排除，或使抗原物質局限于黏膜表面，不致進入機體，從而避免某些過敏反應的發生(如食物過敏反應)。

(3)溶解細菌—不論血清型IgA或sIgA均無直接殺菌作用，但可與溶菌酶、補體共同作用，引起細菌溶解。(4)中和病毒—存在于黏膜局部的特異性sIgA不需要補體的參與，即能中和消化道、呼吸道等部位的病毒，使其不能吸附于易感細胞上。（5）介導ADCC作用—小腸淋巴細胞表達IgA的FcR，它們屬于由IgA介導ADCC作用的淋巴細胞，但這種效應也可能導致上皮細胞損傷。

3.2 粘膜免疫系統的細胞免疫調節

黏膜粘膜免疫系統的細胞免疫包括上皮淋巴細胞、T細胞、B細胞、K細胞、NK細胞和輔助細胞(如巨噬細胞、樹突狀細胞)，其它免疫細胞有粒細胞和肥大細胞等。T細胞固有層淋巴細胞中約40%～90% 為T細胞，是淋巴細胞中較活潑的細胞。T細胞按其表型及功能可分四個主要亞群，即殺傷性T細胞(Te)、抑制性T細胞(Ts)、遲發型超敏反應性T細胞(DTH)、誘導一輔助性T細胞(Ti／Th)及反抑制性T細胞(Tes) [9]?；罨臍訲細胞含主要毒性物質，有細胞毒素(cytotoxin)和穿孔蛋白，它可對靶細胞發起“致死性攻擊”，未受損傷的殺傷性T細胞可與靶細胞分離，能再次攻擊新的特異性靶細胞。T細胞中約65%~80%的CD3+細胞(CD分子分布于成熟T細胞表面，對信號傳遞具有重要作用)為CD4+細胞。CD4+固有層T細胞能促進IgA合成，CD8+固有層T細胞可抑制Ig合成。上皮內淋巴細胞(IEL)是體內最大的淋巴細胞群，也是異質性細胞群。由于其離腸腔很近而成為黏膜免疫系統中首先與細菌、食物抗原接觸的部位。根據人、小鼠、大鼠資料，IEL中90%以上是CD3+T細胞(功能是T細胞信號傳導)，少于6%是SIgA+B細胞，此外還存在極少量非T非B的裸細胞(naked cel1)。IEL的主要功能是宿主對病原體入侵及上皮細胞變性做出快速反應機制的溶細胞活動。根據對小鼠的研究，推測IEL具有特異的免疫效應功能，包括NK活性、特異細胞毒性、分泌IFN— ，使上皮細胞的主要相容復合體(MHC)II類抗原表達增加。IEL因其可產生與Th1、Th2功能相關的因子。因此，具有調節其它淋巴細胞和上皮細胞的功能。IEL還具有對食物抗原耐受和刺激上皮細胞更新功能。

3.2.1 T細胞的調節 黏膜免疫需要T細胞的參與，不論是炎癥發生、耐受的誘導、協助對疫苗產生特異性sIgA抗體或CRLs。T細胞在免疫調節中起非常重要的作用，T細胞各亞群之間以及T細胞與其他免疫細胞的相互作用通常受MHC的限制。當抗原呈遞細胞（APC）把抗原呈遞給T細胞時，必須與MHC相匹配。通常首先激活輔助性T細胞（Th），活化并釋放淋巴因子，進而激活B細胞產生抗體。APC呈遞的抗原還能誘導細胞毒T細胞（Tc）并緩慢激活抑制性T細胞和調節性T細胞。調節性T細胞可以區分為：①處女型，沒有接觸過抗原；②活化型，又稱效應性：③記憶型，效應型和記憶型T細胞都積極參與免疫反應。胞內菌感染導致Th1細胞的形成，Thl在活化的巨噬細胞分泌的IL一2作用下發育黏膜微環境中的外源性抗原能夠激發CD4+細胞產生IL一4。引發Th0向rI’l12型分化。Th2細胞也能夠產生IL一4，進一步擴大Th2細胞群。需要指出的是,每種細胞因子都是由不同的信號傳導途徑調控的，因此，無論Th2或Th2細胞都不會產生所有種類的細胞因子，小鼠的rI112型細胞因子能夠促進B細胞同型轉換。刺激IgG1、IgG2b、IgE、IgA的生成。rI'I1和Th2細胞之間存在相互調節，如Th1細胞產生的IL一2和IFN一能夠抑制Th2細胞的增殖，引起IgM向IgG2a的轉換：并且抑制由IL一4誘導的同型轉換。而Th2細胞通過其分泌的IL一10抑制Th1細胞分泌IL一12和IFN一^y，由此降低IFN一 介導的對rI’}l2細胞的抑制。腸黏膜來源的T細胞在體外增殖能力很差。外周血T淋巴細胞對大腸桿菌外膜和細胞質蛋白都能夠增殖。而腸黏膜T細胞只對這些蛋白純化的抗原起反應。但對蛋白的復合物不起反應。說明腸黏膜來源的T細胞對蛋白的識別作用被下調 經試驗證實，黏膜T細胞對腸腔抗原的不反應性是由抗原特異性CD4'T細胞產生的抑制性細胞因子所介導的。

3.2.2 B細胞的調節 黏膜表面對抗微生物侵害的過程包括免疫排除和炎性防護機制。機體分泌的抗體到達腔面通過抗原抗體結合起防護作用，它屬于非炎性黏膜面保護。IgA和IgM能夠與穿過上皮層的抗原結合。然后將之排入腸腔，這樣就避免了上皮細胞的損害 分泌性免疫依賴于黏膜抗體分泌細胞和分泌片段(SC)的共同作用，SC又名pIgR。黏膜B細胞被活化后，經外周血循環歸巢到全身各處的外分泌腺及黏膜部位，構成共同黏膜免疫系統。其中腸道固有層含有機體80%的免疫球蛋白分泌細胞(B細胞及漿細胞) 研究發現骨髓來源B細胞與PP結T細胞和樹突細胞共培養后分化為IgA分泌細胞：與脾T細胞和樹突細胞共培養后則分化為IgG分泌細胞。在正常情況下，黏膜T細胞對B細胞的免疫調節傾向于下調免疫炎性反應，導致黏膜耐受。

4　展望

自20世紀60年代黏膜免疫概念產生以來，黏膜免疫系統作為機體相對獨立的免疫系統，就一直被國內外學者所關注。動物機體黏膜組織是機體與外部環境進行交流的場所。腸黏膜與腸腔內大量細菌及毒素廣泛接觸，是機體最重要的屏障，也是機體受威脅最大的部位，機體95%以上的感染發生于黏膜或從黏膜入侵。為了預防局部黏膜疾病的發生，黏膜組織形成了嚴密的防御體系——黏膜免疫系統，構成動物有機體抵抗病原微生物入侵的第一道免疫屏障。通過黏膜免疫后，黏膜局部的抗體比血清抗體出現的早，效價高，且維持的時間長?？傊?，黏膜免疫系統是周圍淋巴系統的一部分，黏膜免疫由于它的特殊地位，在機體與外界環境相互作用中發揮著重要作用，參與黏膜免疫的細胞數量多，而且具有其獨特的性質特點，SIgA的產生與機體內黏膜免疫系統及其免疫功能有著十分密切的關系。黏膜是機體與外界環境之間相互作用的第一道屏障，黏膜免疫在免疫學領域占有十分重要的地位。近年來，對腸道菌群與黏膜免疫、黏膜疫苗、黏膜佐劑，微生態制劑與黏膜免疫等等的研究已成為免疫學研究的熱點，尤其是對動物消化道黏膜免疫的研究，這是由于消化道黏膜作為機體天然屏障的重要組成部分，因此，有針對性地提高胃腸消化道的黏膜免疫功能，可以有效地減少腸源性感染的發生。但如何實現這一設想，提高損傷和相關感染性疾病的治療水平，尚有待于進一步的深入研究。隨著科學技術的不斷發展，對于黏膜免疫的研究將不斷深入，會取得更大的進展。因此研究黏膜免疫無論在理論上還是在生產實踐上，均具有重要意義。