肠菌、天然免疫及适应性免疫与炎症性肠病

【关键词】  炎症性肠病；肠菌；免疫
炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）包括克罗恩病(Crohn’s disease, CD)和溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC），其病因和发病机制仍不清楚，目前大多学者认为肠黏膜免疫调节异常，持续肠道感染，肠黏膜屏障缺损，遗传和环境等因素共同参与了疾病发生过程［1～3］。CD主要病表现为整个肠壁黏膜组织肉芽肿性炎症，多发生在回肠末端和升结肠段，也可发生在口腔、食管、胃和肛门区；而UC仅限于结肠，少部分患者可累及回肠末端，主要表现为结肠壁浅表黏膜组织炎症，可出现溃疡和急性脓性白细胞浸润。
    研究发现，肠黏膜先天性免疫应答（innate immunity）和获得性免疫应答（adaptive immunity）共同参与了IBD的病理生理发生过程［1～4］。因此，了解肠道黏膜组织的先天性和获得性免疫应答对肠道黏膜组织炎症反应，抵抗肠道细菌感染，清除肠道病原微生物对机体的危害，以及IBD的发病机制等有重要意义。先天性免疫应答是机体在长期发育和进化过程中，逐渐建立起来的一系列防御功能，能够非特异地阻挡或清除入侵体内病原微生物及体内出现的突变、衰老和死亡细胞［5］。先天性免疫应答是机体在外界抗原刺激条件下形成的非特异性的免疫反应，可迅速或数小时后形成，以清除病原体的侵入，是机体先天固有的。而获得性免疫应答是抗原特异性防御机制，在抗原刺激数天后形成免疫保护，以清除体内特异性抗原，通常终生伴随［6］。肠道先天性免疫系统由生理性屏障、肠黏膜组织内补体系统、各种细胞（肠上皮细胞、肥大细胞、中性粒细胞、单核巨噬细胞、树突状细胞、NK细疫应答的细胞通过分泌一些抗炎症细胞因胞）、细胞因子及趋化因子组成。这些参与肠道先天性免子（TNF?α、IL?1）、活性氧和抑菌肽等，吞噬、清除侵入的病原微生物［5］。
    肠腔内存在大量的细菌，这些细菌既是营养肠道的必需菌，又具有促使肠道发育、阻止肠道病原微生物感染的作用。肠黏膜组织先天性免疫系统识别细菌抗原对维持黏膜内环境的稳定，尤其是保持肠黏膜免疫耐受状态起着重要作用。若打破肠黏膜组织内免疫耐受，将造成肠道黏膜炎症损伤、食物过敏反应、致病性微生物感染等［4～6］。当食物或细菌抗原接触胃肠道后，大部分抗原成分主要由肠集合淋巴结表面的M细胞吸收，还有少部分通过肠道黏膜固有层内树突状细胞的突触直接伸向肠腔内摄取，以及通过上皮细胞间的缝隙直接吸收，进而引起一系列的肠黏膜局部免疫反应，诱导肠道黏膜免疫耐受，即对食物抗原不应答。若打破此免疫耐受状态，可以引起食物过敏反应或炎症损伤［7,8］。当肠道内细菌或食物抗原通过肠腔面的M细胞或通过其他途径吸收进入集合淋巴结及肠黏膜固有层后，巨噬细胞和树突状细胞将抗原加工处理后传递至集合淋巴结的生发中心或肠黏膜固有层的淋巴细胞。在TGF?β、IL?4、IL?5、IFN?γ和抗原刺激下，B淋巴细胞增殖并转化成细胞表面含IgG、IgA、IgE等特异性浆细胞，而T淋巴细胞激活分化成免疫效应细胞（包括Th1、Th2、Th17细胞、CTL细胞）。在生理情况下，活化的CD4+ T细胞主要以Th2形式、少部分以Th3、Tr1、Treg细胞形式存在，构成肠黏膜免疫保护作用。通常上述激活的淋巴细胞仅小部分直接分散在黏膜固有层内，而大部分经淋巴循环进入肠系膜淋巴结，再通过淋巴循环（胸导管）进入血液循环系统，最后归巢于肠道黏膜组织固有层内，参与黏膜免疫调节。sIgA是胃肠道和黏膜表面主要的免疫球蛋白，对消化道黏膜防御起着重要的保护作用。肠腔内sIgA通过结合细菌将肠道内细菌聚集起来，形成抗原抗体复合物并刺激肠道粘液的分泌以及加速粘液在肠黏膜表面的移动，有助于排除肠道中的细菌和内毒素［7,8］。
    肠黏膜先天性免疫系统拥有识别肠腔内微生物抗原能力，这类微生物抗原称为病原相关分子模式（PAMP），而机体防御细胞（如吞噬细胞）表达有识别PAMP的相应受体，即模式识别受体（PRR）［9，10］。Toll样蛋白受体（TLR）和核苷酸结合寡聚化结构域（NOD）蛋白是重要的PRR，主要表达在一些免疫细胞（如B、T细胞、巨噬细胞、树突状细胞胞、中性粒细胞)及肠黏膜上皮细胞上，识别相应的病原微生物抗原后，激活细胞内一系列信号，诱导细胞核内转录因子NF?κB激活，促使细胞因子和趋化因子等释放，引起免疫应答［9，10］。近来研究发现TLR4在IBD患者肠上皮细胞和固有层单核淋巴细胞上表达升高，IFN?γ和TNF?α可上调其表达。TLR4和TLR5基因变异与一些IBD患者的疾病有密切关系，可能促使肠黏膜组织内Th1细胞激活，造成黏膜炎症损伤［11，12］。NOD2是CD的易感基因之一，其基因突变使其不能识别细菌胞壁酰二肽抗原，致使NF?κB活性下降，引起肠黏膜抑制细菌感染能力下降，导致肠道黏膜炎症损伤［13］。NOD2基因突变还引起肠黏膜内潘氏细胞分泌防御素降低，导致肠道菌群清除异常，诱导肠黏膜组织内巨噬细胞激活，分泌大量IL?12和IL?1β，引起肠黏膜组织以Th1为主的炎症反应。另外，NOD2突变可使细胞凋亡机制失常，导致CD患者肠黏膜慢性炎症和组织破坏，与患者的临床类型（纤维化、狭窄）有关。
    肠道黏膜组织内各种淋巴细胞受到肠道病原微生物抗原特异性激活是IBD免疫病的重要特征。已有研究发现在IBD患者炎症肠道黏膜组织内有大量激活的免疫细胞浸润，如CD69+ CD40L+ T、CD25+ NK细胞、CD40+ CD80+ B、CD68+巨噬细胞和树突状细胞 ［1～3］；肠黏膜组织内淋巴细胞和一些基质细胞（如成纤维细胞）表达高水平的黏附分子和辅助信号分子（如CD54、CD62L、CD106、RANKL、4?1BB）。这些免疫细胞在炎症状态下还可表达高水平的细胞因子和趋化因子受体（如CCR5、CCR6、CCR9）、整合素（如α4β7 integrin）等，而肠黏膜组织内毛细血管内皮细胞及成纤维细胞表面表达高水平的趋化因子、选择素(如E?selectin、P?selectin)和CD54(ICAM?1)等，这些分子间的相互作用进一步诱导血液循环中的白细胞向肠黏膜组织内移动、归巢、浸润，促使局部炎症应答［1～3］。CD患者炎症肠黏膜组织内CD4+ T细胞经体外刺激后产生大量Th1效应的促炎症细胞因子（如IFN?γ、TNF?α、IL?2）；而UC患者炎症肠黏膜组织内CD4+ T和NK?T细胞可分泌大量Th2效应细胞因子（如IL?4、IL?13）。近年来，在CD患者炎症肠黏膜内也发现有其他促炎症细胞因子表达，如IL?12、IL?15、IL?18、IL?23以及分泌IL?17的Th17细胞，这些促炎症细胞因子可进一步放大局部免疫应答，参与CD患者肠黏膜免疫病理反应［1～3,14,15］。因此，肠黏膜组织内异常免疫应答（即Th1/Th2免疫平衡失调）在IBD患者肠道炎症发生过程中起重要作用［1～3］。
    然而，上述临床免疫学特征在个别IBD病例中不完全一致，尤其在CD患者早期，Th1和Th2两种免疫应答均可出现。故有学者提议使用先天性和获得性免疫应答异常来解释，如CD患者表现有肠上皮细胞黏膜屏障缺损和通过诱导细菌抗原激活NF?κB的易感基因NOD2/CARD15突变引起肠道炎症［13］。另外，在肠道黏膜组织内还发现具有免疫调节功能的细胞（如Treg、Th3和Tr1细胞），它们高表达FoxP3、CTLA?4、GITR基因，分泌免疫调节性细胞因子（如TGF?β、IL?10），这类细胞在维持肠道黏膜免疫耐受状态中发挥着重要作用［1～3］。动物实验发现这些免疫调节细胞可以阻断试验性结肠炎发生，而体内免疫调节细胞功能下降可能与IBD发生有密切关系。
    总之，研究肠黏膜先天性和获得性免疫应答效应对了解IBD的发生有重要意义，不仅从免疫学机制上阐述IBD的免疫病理机制，同时为临床上对IBD患者进行靶向性生物提供重要的理论依据。