第14章固有免疫

1第十四章固有免疫系统及其应答固有免疫（innateimmunity）亦称非特异性免疫（nonspecificimmunity），是生物在长期种系进化过程中形成的一系列防御机制。固有免疫系统（innateimmunesystem）主要由组织屏障、固有免疫细胞和固有免疫分子组成。该系统在个体出生时即具备，可对侵入的病原体迅速产生应答，发挥非特异抗感染效应，亦可清除体内损伤、衰老或畸变的细胞，并参与适应性免疫应答。第一节组织屏障及其作用（一）皮肤黏膜及其附属成分的屏障作用1．物理屏障由致密上皮细胞组成的皮肤和黏膜组织具有机械屏障作用，可有效阻挡病原体侵入体内。黏膜物理屏障作用相对较弱，但黏膜上皮细胞迅速更新、呼吸道黏膜上皮细胞纤毛定向摆动及黏膜表面分泌液的冲洗作用，均有助于清除黏膜表面的病原体。2．化学屏障皮肤和黏膜分泌物中含多种杀菌、抑菌物质，如皮脂腺分泌的不饱和脂肪酸，汗腺分泌的乳酸，胃液中的胃酸，唾液、泪液、呼吸道、消化道和泌尿生殖道黏液中的溶菌酶、抗菌肽和乳铁蛋白等。上述物质在皮肤黏膜表面形成抗御病原体的化学屏障。3.微生物屏障寄居在皮肤和黏膜表面的正常菌群，可通过与病原体竞争结合上皮细胞和营养物质，或通过分泌某些杀菌、抑菌物质对病原体产生抗御作用。例如：口腔唾液链球菌能产生H2O2，可杀伤白喉杆菌和脑膜炎球菌；肠道大肠杆菌能产生细菌素，可抑制、杀伤某些厌氧菌和G+菌。临床上若不适当地大量和长期应用广谱抗菌素，可杀伤或抑制消化道正常菌群，导致耐药性金黄色葡萄球菌和白色念珠菌大量生长，引发葡萄球菌性肠炎和白色念珠菌性肠炎。（二）体内屏障1．血-脑屏障此屏障由软脑膜、脉络丛的毛细血管壁和包在壁外的星形胶质细胞形成的胶质膜组成。其组织结构致密，能阻挡血液中病原体和其他大分子物质进入脑组织及脑室，对中枢神经系统产生保护作用。婴幼儿血-脑屏障发育不完善，易发生中枢神经系统感染。2．血-胎屏障由母体子宫内膜的基蜕膜和胎儿的绒毛膜滋养层细胞共同构成。此屏障不妨碍母子间营养物质交换，但可防止母体内病原体和有害物质进入胎儿体内，从而保护胎儿免遭感染。妊娠早期（3个月内）血-胎屏障发育尚未完善，此时孕妇若感染风疹病毒和巨细胞病毒等，可导致胎儿畸形或流产。第二节固有免疫细胞固有免疫细胞主要包括吞噬细胞（中性粒细胞和单个核吞噬细胞）、树突状细胞、NK细胞、NKT细胞、γδT细胞、B1细胞、肥大细胞、嗜碱粒细胞和嗜酸粒细胞等。一、吞噬细胞吞噬细胞（phagocyte）主要包括中性粒细胞（neutrophil）和单个核吞噬细胞（mononuclearphagocyte）两类。（一）中性粒细胞2中性粒细胞占血液白细胞总数的60%~70%，是白细胞中数量最多的一种。中性粒细胞来源于骨髓，产生速率高，每分钟约为1×107个，但存活期短，约为2~3天。中性粒细胞胞浆中含两种颗粒：较大的初级颗粒，即溶酶体颗粒，内含髓过氧化物酶、酸性磷酸酶和溶菌酶等；较小的次级颗粒，内含碱性磷酸酶、溶菌酶、防御素和杀菌渗透增强蛋白等。中性粒细胞具有很强趋化作用和吞噬功能，病原体在局部引发感染时，它们可迅速穿越血管内皮细胞进入感染部位，对入侵的病原体发挥吞噬杀伤和清除作用。中性粒细胞表面表达IgGFc受体和补体C3b受体，也可通过调理作用促进和增强中性粒细胞的吞噬、杀菌作用。（二）单核吞噬细胞单核吞噬细胞包括血液中的单核细胞（monocyte）和组织器官中的巨噬细胞（macrophage）。单核细胞由骨髓粒-单系祖细胞发育分化而成，约占血液中白细胞总数的3%~8%。其体积较淋巴细胞略大，胞质中富含溶酶体颗粒，其内含过氧化物酶、酸性磷酸酶、非特异性酯酶和溶菌酶等多种酶类物质。单核细胞在血液中仅停留12~24小时，其进入表皮棘层，可分化为郎格汉斯细胞；进入结缔组织或器官，可分化为巨噬细胞。单核/巨噬细胞可做变形运动，对玻璃和塑料表面有很强黏附能力，借此在体外培养时可将其与淋巴细胞分离。巨噬细胞分为定居和游走巨噬细胞两大类。定居巨噬细胞广泛分布于全身各处，因所处部位不同其形态和名称各异，如肝脏的枯否细胞、脑部的小胶质细胞、骨组织的破骨细胞、肺泡巨噬细胞等。游走巨噬细胞由血液中单核细胞衍生而来，其体积数倍于单核细胞，寿命较长，在组织中可存活数月。巨噬细胞胞质内富含溶酶体及线粒体，具有强大吞噬、杀菌、清除凋亡细胞及其他异物的能力。巨噬细胞不仅执行固有免疫的效应功能，也在适应性免疫应答的各阶段发挥作用。1．巨噬细胞表面受体及其识别的配体巨噬细胞表达多种模式识别受体、调理受体以及与其趋化和活化相关的细胞因子受体。（1）模式识别受体（patternrecognitionreceptors,PRR）：指单核/巨噬细胞和树突状细胞等固有免疫细胞表面或胞内器室膜上能够识别病原体某些共有特定分子结构的受体。此类受体较少多样性，主要包括甘露糖受体、清道夫（清除）受体和Toll样受体。另外，血清中还存在分泌型模式识别受体（sPRR），主要包括甘露聚糖结合凝集素（MBL）和C-反应蛋白（CRP）等急性期蛋白。1）甘露糖受体（mannosereceptors,MR）：能与广泛表达于病原体（如分枝杆菌、克雷伯菌、卡氏肺孢菌和酵母菌等）细胞壁糖蛋白和糖脂分子末端的甘露糖和岩藻糖残基结合，介导吞噬或胞吞作用。2）清道夫受体（scavengerreceptors,SR）：可识别乙酰化低密度脂蛋白、G-菌脂多糖（LPS）、G+菌磷壁酸及磷脂酰丝氨酸（凋亡细胞重要表面标志），从而参与清除某些病原体、衰老红细胞和某些凋亡细胞。3）Toll样受体(Tolllikereceptors,TLR)：人TLR家族包括11个成员（TLR1~11），可分为两类，即表达于细胞膜上的TLR1、2、4、5、6，以及和表达于胞内器室如内体/吞噬溶酶体膜上的TLR3、7、8、9。前者主要识别病原微生物表面某些共有特定的分子结构；后者主要识别胞质中病毒双/单链RNA（ds/ssRNA）和胞质中细菌或病毒非甲基化CpGDNA,进而通过触发MyD88依赖或非依赖的信号转导途径，诱导产生促炎症细胞因子和Ⅰ型干扰素。3表达于巨噬细胞表面的TLR如下：①TLR2，主要识别G+菌的肽聚糖和磷壁酸、某些细菌和支原体的脂蛋白和脂肽（lipopeptides）、分枝菌属的阿拉伯甘露糖脂和酵母菌的酵母多糖等；②TLR4，主要识别G菌的脂多糖、G+菌磷壁酸和热休克蛋白60（HSP60）。（2）病原相关模式分子（pathogenassociatedmolecularpatterns,PAMP）：即PRR的配体，是病原体及其产物所共有的、某些高度保守的特定分子结构。PAMP种类有限，但在病原微生物中广泛分布，主要包括G-菌的脂多糖、G+菌的肽聚糖和脂磷壁酸、分枝杆菌和螺旋体的脂蛋白和脂肽、细菌和真菌的甘露糖，细菌或病毒非甲基化CpGDNA和病毒双股/单股RNA（dsRNA/ssRNA）等。其中细菌或病毒非甲基化CpGDNA以及病毒dsRNA和ssRNA以游离形式存在，其余则表达于病原体表面，而不存在于正常宿主细胞表面。籍此，固有免疫细胞可通过表面PRR对病原体识别并产生应答。主要的PRR及PAMP见表14-1。病原相关分子模式对机体而言是外源性危险因子，而由各种原因导致体内组织细胞损伤所产生的某些物质，如HSP、线粒体、DNA和RNA等，则为内源性危险因子。它们也能刺激免疫细胞产生应答，发挥免疫效应。这些物质称为损伤相关模式分子（damageassociatedmolecularpatterns,DAMP）。表14-1模式识别受体及其相应病原相关模式分子（举例）模式识别受体（PRR）病原相关分子模式（PAMP）膜型PRRTLR2与TLR6/TLR1G+菌肽聚糖（PGN）、磷壁酸（LTA），细菌和支原体的脂蛋白、脂肽，酵母菌的酵母多糖CD14与TLR4(MD-2辅助)G菌脂多糖（LPS）、热休克蛋白（HSP）TLR3（胞内器室膜上）病毒双股RNA（dsRNA）TLR5G细菌的鞭毛蛋白TLR7/TLR8（胞内器室膜上）病毒或非病毒性单股RNA（ssRNA）TLR9（胞内器室膜上）细菌或病毒非甲基化CpGDNA甘露糖受体（MR）细菌甘露糖、岩藻糖清道夫受体（SR）G+菌磷壁酸、G-菌脂多糖（LPS）分泌型PRR甘露聚糖结合凝集素（MBL）病原体表面的甘露糖、岩藻糖和N-乙酰葡萄糖胺残基C-反应蛋白（CRP）细菌细胞壁磷酰胆碱脂多糖结合蛋白（LBP）G菌脂多糖（LPS）（3）调理性受体：巨噬细胞表面参与调理作用的受体主要包括IgGFc受体（FcγR）和补体受体（C3bR/C4bR）。1）IgGFc受体：IgG抗体通过Fab段与病原体表面抗原表位特异性结合，通过Fc段与巨噬细胞表面IgGFc受体结合，从而促进吞噬作用。2）补体受体：附着于病原体等抗原性物质的C3b、C4b，可与巨噬细胞表面C3bR/C4bR结合，促进巨噬细胞的吞噬作用。（4）细胞因子受体：巨噬细胞表达单核细胞趋化蛋白-1受体（MCP-1R）和巨噬细胞炎症蛋白-1α/β受体（MIP-1α/βR）等趋化因子受体，可在相应趋化因子作用下，募集至感染或炎症部位。巨噬细胞表达IFN-γ、M-CSF、GM-CSF等细胞因子受体，通过与相应细胞因子结合而使巨噬细胞活化。2．巨噬细胞的主要生物学功能（1）清除、杀伤病原体：巨噬细胞借助表面PRR和调理性受体，可摄取病原体等抗4原性异物，通过氧依赖和氧非依赖杀菌途径杀伤病原体。1）氧依赖性途径:该途径主要效应分子是反应性氧中间物和反应性氮中间物。①反应性氧中间物(reactiveoxygenintermediates,ROI)作用系统是指在吞噬作用激发下，通过呼吸爆发，激活细胞膜上还原型辅酶I和还原型辅酶Ⅱ，使分子氧活化，生成超氧阴离子（O2）、游离羟基（OH）、过氧化氢（H2O2）和单态氧（1O2）产生杀菌作用的系统。上述活性氧物质具有强氧化作用和细胞毒作用，可有效杀伤病原微生物，同时对机体组织细胞也有一定损伤作用。②反应性氮中间物(reactivenitrogenintermediates,RNI)作用系统是指巨噬细胞活化后所产生的诱导型一氧化氮合成酶（induciblenitricoxidesynthase,iNOS），在还原型辅酶Ⅱ或四氢生物喋呤存在下，催化L-精氨酸与氧分子反应，生成胍氨酸和一氧化氮（nitricoxide,NO）产生杀菌作用的系统。NO对细菌和肿瘤细胞均有杀伤和细胞毒作用。2）氧非依赖途径:指无需氧分子参与的杀菌作用，主要包括：①酸性环境，吞噬体或吞噬溶酶体形成后，其内糖酵解作用增强，乳酸累积可使pH降至3.5~4.0，发挥杀菌或抑菌作用；②溶菌酶，在酸性条件下，溶酶体内溶菌酶使G+菌胞壁肽聚糖破坏，发挥杀菌作用；③防御素（defensin），包括阳离子蛋白和多肽（30~33个氨基酸），可在菌细胞脂质双层形成“离子通道”，导致菌细胞裂解。3）消化和清除:病原体被杀伤或破坏后，在吞噬溶酶体内多种水解酶（如蛋白酶、核酸酶、脂酶和磷酸酶等）作用下，可进一步消化降解：大部分产物通过胞吐作用而排出胞外；部分被加工、处理为免疫原性肽段，与MHC分子结合为复合物而被提呈给T细胞，启动适应性免疫应答。（2）参与和促进炎症反应：募集至感染部位的巨噬细胞被活化，通过下列机制参与炎症反应：①分泌MIP-1/、MCP-1和IL-8等趋化因子，募集、活化更多巨噬细胞、中性粒细胞和淋巴细胞，发挥抗感染作用；②分泌多种促炎症细胞因子（如IL-1、TNF-α、IL-6）和其他炎性介质（如前列腺素、白三烯、血小板活化因子等），参与和促进炎症反应。（3）杀伤靶细胞：静息巨噬细胞的杀瘤作用微弱。LPS或细胞因子（如IFN-γ和GM-CSF等）可激活巨噬细胞，使之发生如下改变：PRR和调理性受体表达增加；胞内溶酶体数目及反应性氧中间物、氮中间物和各种水解酶浓度显著增高；TNF-α分泌增加。由此，巨噬细胞可有效杀伤肿瘤和病毒感染细胞。另外，在特异性抗体参与下，巨噬细胞