第十二章 抗寄生虫免疫

第三十七章抗寄生虫免疫(ImmunitytoParasite)一、概述长期以来，由寄生虫(包括原虫、蠕虫、昆虫)所引起的寄生虫病一直是危害人类及动物健康的重要疫病之一。这些寄生虫，有的感染人(如恶性疟原虫)，有的感染动物(如伊氏锥虫)，有的为人兽共同感染(如旋毛虫)，它们或引起宿主的急性死亡(如恶性疟原虫、伊氏锥虫)，或在宿主体内长期处于亚临床感染状态，逐渐降低宿主的抵抗力(如各种肠道寄生虫)。由于寄生虫属于真核生物，如蠕虫和节肢昆虫都为多细胞寄生动物，虫体的各种功能器官逐渐趋于完善，虫体细胞内具有完整的细胞核和细胞器结构，即使单细胞原虫，其细胞核内的核酸组成及细胞器结构都较细菌等原核生物复杂，因而寄生虫对宿主及环境条件的适应能力较原核生物更强。从这种意义上讲，人类在疫病的控制方面，对寄生虫病的防治比对传染病的防治要更艰难。有关寄生虫病的防治策略，国内外学术界一直存在两种观点，一种认为应以药物防治为主，理由是寄生虫抗原成分复杂，制苗不易，而且效果不佳；另一种认为应以免疫预防为主，理由是寄生虫与细菌、病毒一样，也有其自身的抗原或特异抗原，也应能够刺激机体产生保护性免疫应答。不论哪一种观点都有其一定的道理和成功的例证。在20世纪80年代以前，人们对寄生虫病的免疫预防多持谨慎态度。虽然，各国一直没有放松对寄生虫病的免疫学研究，但多数人更倾向于药物防治的重要性。事实上，在虫苗没有成功之前，有效的药物治疗也确实起到了十分重要的作用。但近几年来，人们逐渐发现，原来经典的抗寄生虫药(如氯喹、氯苯胍等)对一些寄生虫病的治疗作用不断减弱，在有些地区(如在非洲)几乎完全失去使用价值，即寄生虫对传统药物已经产生了耐药性。面对这一局面，人们又把目光重新转移到了免疫学预防方面。免疫预防较药物预防有很多的优越性，其一是它防病于未然；其二是副作用不明显。而药物防治有其不可克服的弱点，一是对耐药性虫株无能为力；二是有一定的副作用；三是研制周期可能很长。目前，随着各种生物学新技术，尤其是分子生物学技术在寄生虫学研究领域的应用，寄生虫免疫学研究也不断取得进展，各种虫体的抗原变异机理不断被揭示，保护性抗原分离及分子克隆不断取得突破，寄生虫基因工程虫苗已初露倪端，牛巴贝斯虫基因工程苗在澳大利亚已开始进行田间试验，人用恶性疟原虫基因工程苗已在坦桑尼亚等非洲国家试用了多年，并取得了令人振奋的临床保护效果。基因免疫研究也取得可喜进展。相信随着寄生虫免疫学研究的不断深入，会有更多的寄生虫虫苗问世。本章主要就寄生虫免疫学的有关内容作一介绍。二、抗寄生虫感染的免疫特点宿主对寄生虫的免疫表现为免疫系统对寄生虫的识别与清除，包括天然非特异性免疫和生后获得的特异性免疫两个方面。宿主对寄生虫的天然非特异性免疫包括吞噬细胞的吞噬作用、炎症反应或由炎症反应包围寄生虫而形成的包囊。而生后特异性免疫则包括宿主对寄生虫的特异识别能力，即免疫系统与寄生虫抗原性物质相互作用的全过程并产生记忆反应。宿主对寄生虫的免疫，常是非特异免疫和特异免疫二者协同作用的结果。(一)抗寄生虫感染的免疫类型1.消除性免疫(sterilizingimmunity)即免疫机体能够完全消除侵入体内的虫体。这种免疫在临床上很少见，如感染皮肤型利什曼病的人或犬，病愈后，对再次感染可产生完全的免疫力。接种泰勒虫苗的牛在一定时间内也可产生消除性的免疫力。提高人和动物产生抗寄生虫消除性免疫力是寄生虫工作者的主要目标。2.非消除性免疫(nonsterilizingimmunity)这是寄生虫感染中常见的一种免疫状态。宿主不能完全消除侵入体内的虫体，那些在体内寄生的少数虫体对宿主也不会产生严重损害，而起到免疫作用，不断刺激机体产生对再感染的免疫力，即所谓的带虫免疫(premunition)，早期的牛巴贝斯虫苗就是根据这一理论制备的。将体内有巴贝斯虫寄生而临床上又不表现任何症状的牛的血液接种其他的牛，使后者也处于带虫免疫状态；或是用药物杀死发病牛体内的绝大部分虫体，而保留一部分虫体，使宿主处于带虫免疫状态。但后来发现这两种方法均不可靠，前者有大面积传播疾病的可能性，而后者易造成耐药性虫株产生。3.缺少有效的获得性免疫这一点在蠕虫感染中比较常见，一般宿主对消化道内的蠕虫的免疫反应都很有限，很难有效地清除虫体。另外，一些寄生在免疫细胞内的虫体(如利什曼原虫、弓形虫等)也能有效地逃避宿主的免疫清除。(二)抗寄生虫感染的免疫机制宿主对寄生虫感染所产生的获得性免疫包括体液免疫和细胞免疫。在多数情况下，两种免疫效应相互协同作用，并有其他细胞(如巨噬细胞、肥大细胞等)的参与。不同的虫体所诱导的免疫反应不同。一般单细胞原虫，尤其是血液内寄生原虫(如巴贝斯虫、疟原虫、锥虫)主要激发宿主的体液免疫应答，即由特异抗体(主要为IgG)介导抗寄生虫免疫应答。抗体可以与虫体表面的特异受体结合，以阻止虫体对宿主细胞的识别和侵入，进而在补体或其他吞噬细胞的作用下，将虫体清除。抗体也可以与感染有虫体的细胞结合，通过特异性的ADCC作用，杀死细胞内寄生的虫体。宿主对消化道内寄生的虫体的免疫反应则比较复杂。其体液免疫主要以IgE和IgA的作用为主，而嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和肥大细胞也发挥非常重要的抗虫作用。蠕虫本身作为变应原可刺激宿主产生大量IgE抗体。在肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面都有与IgE结合的Fc受体。当IgE与寄生虫抗原结合时，可诱发这些细胞脱颗粒，释放组织胺等活性物质，从而引起超敏反应。这在蠕虫感染是比较常见的现象，特别是在胃肠道线虫感染时，这种超敏反应是导致虫体排出的原因之一。蠕虫感染过程中嗜酸性粒细胞增多也是一种免疫相关现象。蠕虫本身可产生嗜酸性粒细胞趋化因子(eosinophilchemotacticfactor，ECF)，嗜酸性粒细胞受ECF作用，移向寄生虫的寄生部位，与虫体上的抗体Fc片段结合，释放O2-及磷酸脂酶等物质，参与对虫体的损伤过程。三、寄生虫的抗原组成在寄生虫与宿主的相互关系中，寄生虫抗原诱导宿主产生免疫应答，尤其是那些存在于寄生虫体表及其分泌物/排泄物内的抗原，与宿主的免疫细胞直接接触，具有重要的免疫原性，是制备虫苗的主要抗原。寄生虫抗原的化学构成包括多肽、蛋白质、糖蛋白、脂蛋白及脂多糖等。在同一虫种的不同发育时期之间，可存在共同抗原和期特异性抗原；在不同虫种之间甚至在同种不同株之间，以及在寄生虫与宿主之间也可存在共同抗原和特异抗原。近年来，随着生物化学、分子生物学、免疫学和杂交瘤等技术用于寄生虫抗原的研究，寄生虫抗原的分离、纯化、特性鉴定等方面都有了很快的进展，并已经进入了分子水平。在了解寄生虫与宿主之间的相互关系与寄生虫的致病作用、诊断寄生虫病、研制虫苗，尤其是分子虫苗方面，对寄生虫抗原的研究已处于重要的关键地位。来源和组织定位上分，寄生虫抗原可分为：①可溶性外抗原，它是从活的寄生虫或寄生虫培养细胞内释放的抗原，也就是寄生虫分泌(escretion)/排泄(secretion)抗原(ES抗原)，一般认为，这部分抗原的免疫原性最强，目前广泛应用的犬巴贝斯虫虫苗和牛巴贝斯虫(包括双芽巴贝斯虫)虫苗都是以从虫体的培养上清中分离的抗原制备而成；②可溶性体抗原，它是来自寄生虫或被寄生细胞浸出的表面或内部抗原，包括成虫和幼虫的浸出物，感染细胞表面或寄生虫体表抗原等，这部分抗原也被认为是寄生虫的主要抗原物质；③其他抗原，包括死虫、蠕虫体腔液、包囊等，这些抗原的免疫原性较差，一般不作为制备虫苗的主要成分。从功能上分，寄生虫抗原可分为：①宿主保护性抗原，这部分抗原诱发宿主产生保护性免疫反应，对宿主保护性抗原的筛选与大量制备是研制虫苗的关键；②免疫诊断性抗原，宿主保护性抗原与免疫诊断性抗原并没有严格的区别，保护性抗原也可作为诊断用，但诊断性抗原不一定完全是宿主保护性抗原，有一部分虫体抗原虽然具有一定的反应性，但所诱发的免疫反应却没有保护作用，是对保护性免疫反应的干扰，一般制备虫苗的抗原应将这部分抗原去掉；③免疫病理性抗原，这部分虫体抗原可诱发宿主产生免疫病理反应，如超敏反应、免疫抑制等；④寄生虫保护性抗原，它是与诱发对寄生虫保护性免疫反应有关的抗原，有些寄生虫(如日本血吸虫)可合成一些伪装抗原，避免宿主对其识别和清除。由于寄生虫组成的复杂性，精确地分析其抗原组成至关重要。以往制备的各种寄生虫虫苗的保护作用不佳的一个主要原因就是没能确定其宿主保护性抗原。最近的研究发现，宿主保护性抗原的决定簇又分为B淋巴细胞决定簇和T淋巴细胞决定簇。只有B淋巴细胞决定簇的抗原是不完全的，也不能诱发宿主产生持久的保护性免疫应答；而T淋巴细胞决定簇，尤其是刺激宿主大量产生CD4+T细胞和CD8+T细胞的抗原，对宿主的保护性免疫应答是非常重要的。这一点已在疟原虫虫苗研制过程中得到了证实。四、寄生虫的免疫逃避机制宿主寄生虫之间的关系几乎和生命本身一样，经历了久远的年代。可以肯定地说，我们今天所认识的寄生虫是生物长期进化过程中的胜利者。因为寄生虫已完成了对宿主及环境变化的适应过程。可以想象，那些致病力很强的寄生虫可能已将其宿主物种消灭，而同时也消灭了那些寄生虫虫体本身；另一方面，完全有效的宿主抗虫反应，也有可能已经根除了寄生虫的感染。因此，一种在宿主体内已经适应的寄生虫必须不对宿主产生致命性的危害，除非某些寄生虫赖以传播的途经必须是其宿主被别的动物所吞食。所以说，现今的寄生虫是一个经过高度选择的种群，它们在进化过程中已经获得了某种(或某些)自我保护的独特功能。这种独特功能就表现在寄生虫能够在可致命的免疫攻击的环境中存活(或生存)下来。这就是所谓的寄生虫免疫逃避机制。有关寄生虫的免疫逃避机制一直是各国寄生虫学工作者研究的重点之一。已经确认的逃避机理包括：①避开或抵抗免疫攻击的部位；②不断改变虫体本身的抗原性；③降低宿主的免疫应答。(一)解剖或组织位置的隔离有些寄生虫在长期衍化过程中形成了自己独特的亲组织性或亲细胞性，利用宿主的某些部位保护自己。有些原虫(如弓形虫、泰勒虫、利什曼原虫、巴贝斯虫等)寄生在宿主的免疫细胞或红细胞内，宿主的细胞膜就构成了虫体免受免疫效应因子攻击的天然屏障。一般认为寄生虫之所以能够在特定的细胞内寄生，与其对宿主细胞的识别有关。巴贝斯虫、疟原虫都是依靠其顶复合体对红细胞受体的识别才侵入细胞内的。宿主组织内的寄生虫所形成的包囊，也是对免疫反应的有效屏障。肌肉期旋毛虫所形成的包囊、棘球蚴囊、贾第虫包囊等不但使寄生虫逃避了宿主免疫系统的识别，还防止抗体及其他效应因子向囊内的渗入，使囊内虫体得以生存。在自然体腔(如肠道)内寄生的原虫和蠕虫自然受到一定免疫保护。虽然宿主对这些虫体均能表现不同程度的免疫反应，但这种反应必然有限。分泌到肠道内的抗体和细胞因子的浓度及作用均受到肠内容物的干扰，也会由于肠管的蠕动而影响作用时间，因而对肠道内寄生虫的保护性免疫是非常有限的。(二)虫体抗原性的改变抗原性的改变，被认为是某些寄生虫最重要的免疫逃避机制。寄生虫(如锥虫、巴贝斯虫等)在宿主产生有效的免疫反应之前，即已改变了其表面的抗原性，使宿主免疫效应系统对其失去了作用。寄生虫改变自身抗原性的机制主要表现在以下几个方面：1.寄生虫抗原的阶段性变化寄生虫发育过程中的一个重要特征是存在阶段性(发育时期)甚至宿主的改变。例如，疟原虫、巴贝斯虫在发育过程中有裂殖子期、孢子期等，其间经历哺乳动物宿主和昆虫宿主两个发育繁殖阶段，在不同的发育时期内其本身的抗原性均有不同的变化。对于宿主来讲，每一个发育时期的虫体均是一种新的抗原。至于线虫的生活史就更为复杂，从虫卵到幼虫，再发育到成虫，各个时期的抗原成分也不相同。虫体的连续变化，无疑干扰了宿主免疫系统的有效应答。2.抗原变异所谓抗原变异是指特定发育阶段的寄生虫改变其表面抗原血清型的能力，它是寄生虫最有效的免疫逃避机制。多种致病性原虫和非致病性原生动物(如草履虫)均具有表面抗原变异能力。通过不断改变其表面的抗原决定簇，而使原虫作为一个整体在不利的环境条件下残存下来。在多数寄生虫的抗原变异现象中，尤以锥虫、疟原虫和巴贝斯虫最具特征。在布氏锥虫(T