糖尿病合并結核感染的固有免疫和適應性免疫反應的研究進展

李玉潔 楊雨婷 楊國平

人體感染結核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)后可表現為結核分枝桿菌潛伏感染(latent tuberculosis infection，LTBI)和活動性結核病兩種情況，前者不具備傳染性，是機體對MTB抗原刺激所產生的持久的免疫應答但無明顯活動性結核病癥狀的一種狀態，其是否進展為活動性結核病與細菌、宿主和環境因素密切相關[1]。流行病學研究發現，糖尿病患者繼發結核病的風險是正常人群的3倍以上[2]，這可能與高糖狀態引發的炎性環境會導致機體固有免疫細胞吞噬功能下降、抗原提呈細胞遞呈延遲、T細胞亞群分化和相關細胞因子分泌異常，進而致免疫功能受損有關[3]。但兩病在我國的并發率約為16%～24%，介于全球5%～30%的較高水平[4]，且具有病程進展快、治療效果差及預后不良等特點，這可能與我國是結核病和糖尿病高負擔國家、部分糖尿病患者血糖控制較差，以及藥物間相互作用致抗結核藥物療效下降相關[2,5]。因此，了解糖尿病對機體抗結核感染的固有免疫和適應性免疫反應的影響，對結核病防治有著重要意義。

一、高糖環境易致糖尿病患者罹患結核病

糖尿病是罹患結核病的高危因素之一，其高糖狀態下促炎細胞因子，如白細胞介素(IL)-1β、IL-6和IL-18的大量分泌易致機體罹患結核病[6]。有研究發現，糖尿病患者因胰島素分泌不足導致的代謝紊亂與應激狀態下糖異生的增強可使機體血糖水平升高、晚期糖基化終末產物(advanced glycation end-product，AGE)異常積聚，而AGE與免疫分子的結合會導致機體免疫防御受損，使其在感染MTB后不能及時對MTB產生應答反應[7]。此外，AGE與其受體結合介導的轉化生長因子β(transforming growth factor β，TGF-β)水平的升高與高糖環境下還原型輔酶Ⅱ(NADPH)的大量消耗可共同抑制機體谷胱甘肽(GSH)的產生，引起γ-干擾素(interferon γ，IFN-γ)和IL-12的分泌減少，使得機體免疫功能進一步受損，結核病患病風險進一步加大[8]。而高脂飲食的C3HeB/FEJ小鼠糖尿病模型顯示，糖尿病小鼠感染MTB后腸道菌群中卟啉單胞菌科特別是巴氏桿菌屬豐度的減少，即微生物群落的厚壁菌門與擬桿菌門比值降低引起的腸道微生物區系的失調可導致小鼠糖耐量受損、卡介苗(BCG)介導的免疫保護作用減弱，從而易發生結核感染[9]。

二、糖尿病改變機體抗結核感染的固有免疫反應

糖尿病可導致單核細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、中性粒細胞和固有淋巴樣細胞在內的多種固有免疫細胞、生物活性物質及細胞因子等固有免疫反應功能受損或分泌異常，降低了機體抗結核感染的能力。

(一)糖尿病影響單核細胞的功能

單核細胞是機體防御系統的重要組成部分，可分泌多種細胞因子以調節機體免疫反應、增強機體抗結核感染能力。首先，維生素D介導的細胞色素P450家族成員27B1酶(CYP27B1)羥化25(OH)D為1,25(OH)2D是先天抗菌反應的關鍵機制，其與維生素D受體(VDR)結合可導致機體單核細胞向巨噬細胞分化，增強機體的保護性免疫作用[10]。但高糖狀態下發生的胰島素抵抗、代謝綜合征及單核細胞表面分子趨化因子受體2(CCR2)表達的增多，將降低維生素D的水平和單核細胞的遷移速率，使單核細胞分化不及時，導致MTB的生長失去控制[11-12]。此外，糖尿病患者的糖化血紅蛋白(hemoglobin A1c，HbA1c)較高，可使IL-18水平降低，進而影響單核細胞的吞噬功能，導致機體免疫防御受損，無法及時清除MTB，這也表明補充IL-18可能是糖尿病患者感染MTB后的免疫治療靶點[13]。

(二)糖尿病影響巨噬細胞的功能

巨噬細胞是機體抗MTB感染的重要固有免疫細胞，既是MTB感染后的主要潛伏宿主細胞，又是控制和清除MTB的效應細胞。糖尿病患者感染MTB后，MTB相關分泌蛋白Rv3234c、Rv0547c、Rv3391和Rv2115c在基因組和功能上相互協同且表達上調，促進MTB的胞內生長并加快機體氧化應激反應下的脂質代謝，導致糖尿病患者巨噬細胞對MTB的清除出現延遲[14]。而糖尿病患者巨噬細胞表面分子HLA-DR、CD80和CD86表達的下調可改變巨噬細胞的基礎激活狀態并影響MTB抗原的呈遞，引發機體免疫紊亂[15]。C57BL/6小鼠糖尿病模型顯示，糖尿病小鼠感染MTB后肺泡巨噬細胞表面Toll樣受體2(TLR2)、CD14和膠原性巨噬細胞受體表達降低引起的巨噬細胞對MTB識別能力及免疫反應性的降低，以及腫瘤壞死因子α(TNF-α)、IL-1β、IL-6與單核細胞趨化蛋白1(MCP1)表達降低導致的巨噬細胞殺傷功能缺陷，共同導致小鼠易感MTB[16-17]。此外，高糖環境下M2型巨噬細胞極化標志物基質金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9，MMP9)、唾液酸黏附素(CD169)及T細胞抑制分子程序性死亡受體-配體1(programmed cell death-Ligand 1，PD-L1)表達的增加均可減少M1型巨噬細胞的激活，減弱機體抗MTB效應。由高PD-L1/CD86介導的M2型巨噬細胞CD16+/CD163+/MerTK+/PD-L1/pSTAT3+信號通路的激活可降低巨噬細胞對MTB的反應和控制能力，有利于MTB的胞內生長。而巨噬細胞感染MTB后，表面CX3C趨化因子受體1(CX3CR1)表達的下調可導致巨噬細胞向感染部位遷移減少，加重機體病理反應[15,18]。此外，糖尿病患者血脂異常導致的高氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，Ox-LDL)通過巨噬細胞內膽固醇的積累誘導機體泡沫細胞的生成，而Ox-LDL衍生脂質對溶酶體酯酶的抗性導致溶酶體脂質過載，由此引發的溶酶體功能的缺陷有利于MTB的胞內生存并增加糖尿病患者感染MTB的風險[19]。

(三)糖尿病影響樹突狀細胞的功能

樹突狀細胞是連接機體固有免疫和適應性免疫反應的重要細胞，成熟的樹突狀細胞能有效激活初始T細胞，是啟動、調控、維持免疫應答的中心環節。機體感染MTB后，MTB細胞膜相關蛋白絲氨酸水解酶Hip1可上調MHCⅡ類分子和共刺激分子CD40和CD86的表達，通過促進樹突狀細胞中IL-12的分泌以激活MTB特異性致敏CD4+T細胞，引發機體適應性免疫反應，而糖尿病導致的樹突狀細胞水平的降低表明機體抗原提呈功能異常、免疫反應受損[20-21]。C57BL/6小鼠糖尿病模型顯示，糖尿病小鼠感染MTB后肺泡巨噬細胞趨化因子CCL2和CCL5表達下降導致的信號缺陷使得樹突狀細胞對MTB應答延遲，有利于MTB的胞內存活[22]。也有研究發現，糖尿病還可導致機體單核細胞向功能性樹突狀細胞分化減少、活性氧(ROS)產生增加，以及Wnt/β-catenin和p38絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路過度激活，阻礙樹突狀細胞的分化和成熟，從而影響機體抗結核感染的固有免疫反應，其中通道抑制劑和黃酮類化合物槲皮素可以抑制p38MAPK信號通路的激活，拮抗高血糖介導的免疫抑制作用，在糖尿病患者感染MTB后的治療中具有重要的免疫調節作用[23]。

(四)糖尿病影響其他固有免疫細胞的功能

中性粒細胞是機體先天性免疫的第一道防線，具有趨化、吞噬、胞內殺傷、胞外誘捕殺菌及調節適應性免疫等多種作用。研究發現，機體血紅素氧合酶1(HO-1)、金屬蛋白酶抑制因子4(TIMP-4)及中性粒細胞水平的升高是糖尿病患者罹患結核病的潛在標志物[24]，而高HbA1c環境下中性粒細胞黏附能力減弱導致的細胞吞噬功能的受損可加重機體病理反應，增加結核感染風險[25]。此外，糖尿病患者體內高濃度的抵抗素(resistin)可明顯降低其對胰島素的敏感性，可與AGE共同抑制中性粒細胞中ROS的產生，從而抑制MTB誘導的炎性小體激活，導致機體免疫反應受損[26]。自然殺傷細胞(natural killer cell，NK)是天然免疫系統的重要組成部分，通過直接殺傷感染細胞與分泌IFN-γ、IL-17與IL-22在機體抗結核感染中發揮重要作用。C57BL/6小鼠糖尿病模型顯示，糖尿病小鼠感染MTB后NK細胞與CD11c+細胞的相互作用可促進IL-6分泌，加重小鼠抗結核感染的病理性免疫反應[27]。輔助性T細胞17(T helper cell 17，Th17)可以聯系固有免疫和適應性免疫并介導炎癥反應，在機體抗MTB感染的免疫記憶中發揮重要作用。而糖尿病患者感染MTB后體內Th17細胞水平升高，其分泌的過量促炎細胞因子IL-17可導致中性粒細胞自身穩定性和細胞表型發生變化，并通過高炎性反應下中性粒細胞募集的增強驅動組織破壞效應，引發機體病理性免疫反應，導致機體易患結核病[28-29]。

三、糖尿病改變機體抗結核感染的適應性免疫反應

T細胞介導的細胞免疫應答是糖尿病患者抗結核感染的主要免疫方式，而糖尿病導致的免疫應答誘導的異常會造成機體免疫功能的紊亂，增加結核病患病風險。

(一)糖尿病影響CD4+和CD8+T細胞抗結核感染作用

CD4+和CD8+T細胞在機體免疫反應中發揮重要作用，其功能、頻率及分泌細胞因子水平的異常會引起機體免疫功能的紊亂。機體感染MTB時，CD4+T細胞可分化為Th1和Th2細胞輔助免疫，而CD8+T細胞則通過Fas/FasL途徑與胞質顆粒酶的釋放介導機體對靶細胞的殺傷[30]。C57BL/6小鼠糖尿病模型顯示，糖尿病小鼠感染MTB后樹突狀細胞應答的延遲導致抗原提呈細胞延遲遞呈至肺內淋巴結，致限制MTB增殖的適應性免疫反應延遲啟動，引發小鼠免疫功能紊亂[22]。與單純結核病患者相比，糖尿病合并結核病患者免疫功能遭到破壞，表現出初始T細胞、效應記憶型CD8+T細胞水平的顯著降低與中央記憶型CD8+T細胞水平的顯著升高[21]。此外，糖尿病導致的結核病患者CD4+T細胞和CD4+、CD8+T細胞介導的Th1型、Th2型與Th17型細胞因子水平的升高，使得機體細胞免疫應答分化異常并促進炎性反應；同時，因CD8+T細胞釋放的穿孔素、顆粒酶B及CD107a表達的降低而導致的CD8+T細胞殺傷能力的減弱是機體病理性免疫反應的重要原因，并最終可引起糖尿病患者活動性結核病病情加重[29, 31]。

與糖尿病合并結核病患者的過度適應性免疫反應不同，糖尿病患者在LTBI狀態下的效應記憶型CD4+T細胞水平顯著降低，機體保護性CD4+T細胞免疫反應受到抑制[21, 32]，此時分泌的具有抗炎和免疫抑制作用的細胞因子IL-10、TGF-β可進一步介導機體Th1和Th2細胞水平的降低[33]。同時，CD8+T細胞釋放的穿孔素、顆粒酶B及CD107a表達的增高可增強CD8+T細胞的殺傷功能，而分泌的IFN-γ、TNF-α和IL-2等細胞因子水平的降低可加重機體抗結核感染的免疫反應，并易使機體向活動性結核病轉變[34]。

(二)糖尿病導致機體抗結核感染的細胞因子失調

糖尿病是一種多因素代謝性疾病，與免疫功能的障礙和免疫系統成分的改變有關，包括特定細胞因子和趨化因子水平的改變。糖尿病合并結核病患者體內促炎細胞因子IL-1β、IL-6和IL-18水平的升高可誘導機體呈慢性炎性狀態，造成機體免疫功能紊亂[6,29]。研究發現，糖尿病患者IL-6 和IL-18水平的升高與胰島素抵抗介導的IL-6啟動子-174區(IL-6-174)GG基因型頻率、IL-18啟動子-607區(IL-18-607)AC基因型頻率的增加有關，這可能與啟動子基因的多態性在轉錄水平影響了IL-6和IL-18的表達，而IL-6-174 G→C的GG基因型和IL-18-607 A→C的AC基因型可能是糖尿病易感的危險等位基因，導致糖尿病免疫防御受損，抗結核感染能力降低[35]。此外，糖尿病合并結核病患者IL-10水平的上升可抑制信號傳導與轉錄激活因子3(STAT3)信號通路的激活，使巨噬細胞對IL-10具有低反應性，加重機體炎性反應，引發患者免疫功能的紊亂[36]。

(三) 糖尿病影響B細胞及其抗體的抗結核感染作用

近年來，越來越多的研究表明體液免疫在機體抗結核感染中亦發揮重要作用。B細胞及其抗體通過調控作用、增強巨噬細胞胞內殺傷活力、增強細胞免疫應答效應、激活補體，以及直接抗MTB活性等途徑參與機體的抗結核感染作用[37]。此外，B細胞也是2型糖尿病炎性反應的關鍵調節細胞，具有直接促進促炎T細胞功能和分泌促炎細胞因子的能力[38]。糖尿病本身不影響記憶B細胞亞群，但糖尿病合并結核病后則表現出經典記憶B細胞水平的升高，且LTBI 狀態下的糖尿病患者表現出活化記憶B細胞、非典型記憶B細胞水平的升高及初始B細胞水平的降低，這表明糖尿病對B細胞受MTB二次刺激的反應能力以及B細胞亞群的免疫調節作用具有潛在影響[21]。研究還發現，糖尿病患者免疫球蛋白在糖化和高HbA1c環境下會喪失抗體的生物學功能，影響患者體液免疫[39]。因此，探討糖尿病在B細胞抗結核感染方面的作用可作為闡明糖尿病患者易患結核病機制的重要補充。

四、結語

糖尿病和結核病均為臨床常見病與多發病。糖尿病患者本身固有免疫反應中單核細胞的分化障礙、巨噬細胞對MTB識別和吞噬功能的受損、樹突狀細胞對感染MTB應答的延遲均使得限制MTB增殖的適應性免疫反應啟動延遲，而適應性免疫應答誘導分化的異常又造成機體CD4+T細胞分泌促炎細胞因子水平的異常及CD8+T細胞殺傷能力的改變，進一步加重了患者病理性免疫反應并造成機體免疫功能紊亂。因此，研究糖尿病患者感染MTB后內環境、免疫細胞功能、相關細胞因子水平的改變，以及糖尿病對機體抗結核感染免疫反應的影響，是糖尿病患者易感MTB機制的重要方向和有效途徑，也為糖尿病合并結核病的免疫治療提供了研究基礎。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻李玉潔：起草和修改文章；楊雨婷：指導專業性知識；楊國平：對文章知識性內容進行審閱