黏膜免疫：在動物疫病免疫防控中的重要地位和作用

包銀莉，曾旭健，趙金旺*，胡 勇

（1．四川海林格生物制藥有限公司，四川 成都 611130；2．成都農業科技職業學院，四川 成都 611130）

黏膜是動物機體內表面積最大的一個組織，由呼吸道、消化道、泌尿生殖道、眼角膜、內耳以及多種外分泌腺的管道黏膜所構成。它是動物機體與內、外環境進行物質交換和信息交流的重要部位，同時也是多種病原微生物及其他抗原侵入機體的主要門戶。報道指出：95%以上的傳染病病原微生物的入侵門戶是由黏膜入侵機體。如大腸桿菌、沙門氏菌、豬流行性腹瀉病毒、輪狀病毒、傳染性胃腸炎病毒等主要通過胃腸道入侵；豬繁殖與呼吸綜合征病毒、流感病毒、豬肺炎支原體等主要通過呼吸道入侵。因此，黏膜是機體抵抗病原微生物入侵的第一道屏障。黏膜屏障主要由上皮細胞間緊密連接所形成的生物學結構屏障、微生物菌群所形成的微生物屏障、含有多種生物活性物質的黏液屏障等構成，形成了一個具有獨特免疫學功能的獨立免疫體系——黏膜免疫系統。

黏膜免疫系統不僅在體內分布廣泛，而且其所含淋巴組織也是數量最多的。已知的黏膜部位免疫細胞（如T細胞、B細胞）和免疫分子（如SIgA、IgM）的數量均超過其他免疫系統，黏膜免疫系統在防御傳染病的發生中發揮著非常重要的作用。因此，本文將從黏膜免疫系統的組成及相互聯系、黏膜免疫的優勢、黏膜免疫在動物疫苗中的應用及挑戰等方面闡述黏膜免疫在動物疫病免疫防控中的重要地位和作用。

1 黏膜免疫系統的組成及相互聯系

黏膜免疫系統是指由呼吸道、消化道、泌尿生殖道黏膜及某些外分泌腺（如唾液腺、淚腺及乳腺等）黏膜相關淋巴組織所組成的免疫系統，包括黏膜相關淋巴組織（mucosal－associated lym-phoid tiss ue，MALT）、淋巴細胞、白細胞、抗體、細胞因子和補體等。根據各組成結構在解剖學和功能上的特性，黏膜免疫系統又被劃分為誘導位點和效應位點。誘導位

點是黏膜系統首先接觸抗原的部位。在該部位，抗原物質活化淋巴細胞，幼稚的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，然后活化的淋巴細胞從誘導位點遷移。誘導位點主要由MALT等構成，發揮著向黏膜效應位點提供記憶性B細胞和T細胞的作用。它包括T細胞區，可以產生表面黏膜IgA的B細胞富集區以及具有用于啟動特異性免疫應答的抗原遞呈細胞的上皮區域。不同組織含有不同的黏膜相關淋巴組織，如消化道的扁桃體、胃腸道黏膜相關淋巴組織，呼吸道的鼻黏膜相關淋巴組織、支氣管黏膜相關淋巴組織，泌尿生殖道黏膜相關淋巴組織以及眼結膜相關淋巴組織等。此外，誘導位點還包括微皺褶細胞（microfold cell，M 細胞）、上皮細胞以及樹突狀細胞（DC）等。

效應位點是B細胞和T細胞進行免疫反應的位點，包括消化道、呼吸道、生殖道等黏膜的固有層及部分腺體（如乳腺、唾液腺、淚腺等）和上皮內淋巴細胞。這些組織含有抗原特異性黏膜效應細胞，例如產生IgA的漿細胞以及B和T細胞等。此外，樹突狀細胞、肥大細胞、腔內淋巴細胞等以及多種細胞因子參與黏膜免疫的效應反應。

誘導位點和效應位點是黏膜免疫系統所特有的，二者并不獨立作用，而是在黏膜淋巴細胞歸巢受體的作用下，相互聯系。黏膜免疫中的淋巴細胞歸巢是指淋巴細胞在誘導位點處的黏膜濾泡中受抗原誘導分化增殖后通過淋巴液進入血液循環，在血液循環系統中選擇性地穿越毛細血管高內皮靜脈（HEV），向對應的效應位點處的器官或者組織定向遷移。大部分（80%）致敏的淋巴細胞歸巢至效應部位的腸固有層或上皮內，逐步分化成熟為記憶性或者效應性淋巴細胞，發揮效應功能；一部分（20%）致敏的淋巴細胞歸巢至其他黏膜組織（如呼吸道黏膜、消化道黏膜、生殖道黏膜、乳腺、唾液腺等），發生效應反應。通過淋巴細胞的歸巢可使黏膜局部的免疫效應細胞游走到全身各處，從而使局部的免疫接種可以引發其他黏膜免疫效應部位的免疫應答，使不同的黏膜部位的免疫反應相互聯系起來，形成一個廣泛的免疫網絡——共同黏膜免疫系統。一個部位黏膜免疫反應可擴散到其他黏膜位點。即一個特定的黏膜區域抗原激活產生T細胞和B細胞可遷移到遠離此黏膜的其他黏膜位點，產生效應性T細胞和B細胞。研究表明：口服免疫可以誘導呼吸道、生殖道黏膜和其他黏膜部位（如乳腺）產生特異性免疫應答，口服免疫后胃腸道、唾液腺和乳腺的SIgA水平顯著升高；鼻腔免疫不僅能夠提高鼻腔局部的免疫力，還能誘導其他黏膜處產生有效的抗原特異性免疫應答，如唾液腺、消化道和生殖道等。

通過黏膜淋巴細胞歸巢性，黏膜免疫不僅將不同黏膜部位的免疫反應形成一個免疫網絡，還能誘導系統免疫反應。淋巴細胞的歸巢過程是通過淋巴細胞與各組織、器官的血管內皮細胞黏附分子的相互作用實現的。由于各處黏膜組織中淋巴細胞的歸巢受體和毛細血管高內皮靜脈的配體有些差異，所有不同黏膜組織中的淋巴細胞的歸巢位點也會存在差異。在腸道中，小腸派爾氏結（PP結）中90%淋巴細胞表達整和素α4β7，剩下的淋巴細胞表達L-選擇素。由于PP結大多數HEV只表達MAdCAM-1——整和素α4β7的配體，表達L-選擇素的淋巴細胞最終歸巢至外周淋巴結，誘導系統免疫反應。在呼吸道支氣管相關淋巴組織中也存在此現象。支氣管黏膜相關淋巴組織具有同時表達黏膜地址素和外周地址素的特點，能夠同時誘導黏膜免疫反應和系統免疫反應。值得注意的是，傳統的肌肉注射或者皮下注射疫苗只能刺激機體產生系統免疫應答（體液免疫應答），而不能誘導有效的黏膜免疫反應。

2 黏膜免疫的優勢

目前，動物中疫苗免疫預防接種主要還是通過傳統的免疫方式——肌肉或皮下注射進行。該免疫方式在實際的疫苗接種的過程中，需要專業的技術人員進行操作，耗時耗力；而注射所帶來的疼痛感以及注射過程中的緊張感會使動物產生應激反應，影響動物的生長。同時，注射疫苗需要針頭和注射器。為了節約養殖成本，在臨床操作中，往往多頭動物共用一個針頭，可能導致不同動物個體間病原微生物的傳播。此外，注射接種后殘留的疫苗（尤其是由油佐劑制備的疫苗）會影響動物肉制品的質量，間接影響食品安全和公共衛生。

黏膜免疫是應用疫苗通過飲水或飼喂（消化道）、滴鼻或噴霧（呼吸道）、點眼等方式誘導消化道、呼吸道、淚腺黏膜免疫動物，誘導局部產生黏膜免疫反應和適當的全身免疫反應。它直接模擬病原微生物自然感染途徑，直接刺激黏膜下豐富的淋巴組織產生大量的免疫活性細胞和抗體，直接切斷病原微生物入侵機體的途徑。在實際的疫苗接種的過程中，其無需專業的技術人員操作，飲水、飼喂、噴霧等方式可節省大量的人力。作為一種不依賴于“針頭和注射器”的免疫接種方式，黏膜免疫在免疫過程中的不產生劇烈的疼痛感，可減輕動物應激反應，不妨礙動物的生長。同時，避免了因注射器污染而帶來的病原微生物的傳染風險以及疫苗體內殘留對肉質的影響。此外，黏膜免疫應答產生的抗體主要是SIgA，這是與系統免疫（體液免疫）應答主要產生特異性IgG所不同的。SIgA一般由2個IgA單體、一個J鏈和兩個分泌片段(SC)構成，所以比單鏈IgA有更強的抗原結合力。同時，其在機體內分泌量最多，合成速率很快，一般為IgG合成速度的2倍，產量遠超IgG。SIgA結構穩定，能夠耐受腸道局部溫度、pH等理化環境的變化及蛋白酶的消化作用，隨分泌液釋放到黏膜或漿膜表面而發揮免疫作用。有研究指出，肌注免疫動物血清中PEDV、TGEV、輪狀病毒等特異性IgG并不能保護動物免受上述病毒的感染，疫苗免疫后腸道（糞便）中的特異性SIgA的水平是判斷機體對輪狀病毒保護力的標識。因此，對于依賴于特異性SIgA的病原微生物的防控必須采用黏膜免疫。

3 黏膜免疫在動物疫苗中的應用、前景及挑戰

黏膜免疫在病原微生物的防控上具有多種優勢，在世界范圍內已經有多種被批準使用的人用口服黏膜免疫疫苗。但是黏膜免疫在動物疫苗方面的應用遠遠落后于人用疫苗，目前只有少數的疫苗，如針對鼻腔感染的雞新城疫弱毒疫苗（IV系苗）和偽狂犬弱毒活疫苗等，其中利用雞新城疫弱毒疫苗（IV系苗）滴鼻點眼預防雞新城疫的發生和傳播是獸醫上利用黏膜免疫預防動物傳染病的典型例子。

雖然黏膜免疫在商品化的動物疫苗中應用不多，但是大量的實驗室研究表明，對于與黏膜免疫系統相關的病原微生物而言，黏膜免疫效果優于系統免疫（體液免疫）。以豬流行性腹瀉病毒為例。該病毒是引起豬嘔吐、腹瀉的主要病原。它通過糞口途徑進入豬的體內，首先感染小腸集合淋巴區，與小腸黏膜上皮細胞進行接觸，并在小腸絨毛上皮細胞內進行復制。因此，臨床上采用肌肉注射進行疫苗防控時效果并不理想。研究發現，懷孕母豬口服接種豬流行性腹瀉病毒DR13弱毒株，仔豬感染PEDV后的死亡率顯著下降。此外，以重組沙門氏菌和重組腺病毒為活載體構建的PEDV疫苗可產生針對病毒的局部黏膜免疫應答和全身免疫反應。因此，隨著研究技術的成熟和研究理論的完善，黏膜免疫必然會在動物疫苗中得到廣泛的應用。

目前，共同黏膜免疫系統給黏膜疫苗的開發提供了基本概念和實用手段以及廣闊的應用前景，但是對于黏膜疫苗的研發和推廣工作而言，其仍存在著較大的挑戰。一方面，由于黏膜表面環境復雜，如微生物抗原的存在及胃腸道中胃酸和各種蛋白酶的存在，黏膜免疫疫苗的免疫效果達不到最理想化一直是制約黏膜免疫廣泛推廣的瓶頸。另外一方面，滅活疫苗缺失在黏膜上增殖的能力，其在黏膜免疫中效果不佳，制約了黏膜免疫接種在滅活疫苗上的使用。為了解決這些難題，從20世紀90年代起，黏膜免疫疫苗開發已經步入了第三個時期，即運用合適的疫苗遞送載體系統（如生物微球體、活的細菌病毒載體等）運送抗原物質，同時應用黏膜免疫佐劑增強其黏膜免疫作用。我們相信，隨著各種新技術的不斷發展、研究的深入，會有越來越多的黏膜免疫疫苗被開發出來，發揮其在動物疫病免疫防控中的不可代替的作用。