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树突状细胞与支气管哮喘研究进展

来源:论文汇编 作者:自动采集 2005-1-1
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摘要: 摘要树突状细胞是目前发现的功能最强的抗原提呈细胞,其最大的特点是能显著地刺激初始型T细胞增殖。在一定条件下,树突状细胞能诱导TH1/TH2型应答的偏移。变应性哮喘最重要的免疫异常是TH1/TH2细胞比例和功能的失衡,主要表现为TH2细胞的数量增多和功能亢进。因此,树突状细胞为始动气道变态反应所必需,在哮喘的发病中具......



  摘要树突状细胞是目前发现的功能最强的抗原提呈细胞,其最大的特点是能显著地刺激初始型T细胞增殖。在一定条件下,树突状细胞能诱导TH1/TH2型应答的偏移。变应性哮喘最重要的免疫异常是TH1/TH2细胞比例和功能的失衡,主要表现为TH2细胞的数量增多和功能亢进。因此,树突状细胞为始动气道变态反应所必需,在哮喘的发病中具有重要作用,也必将使人们对哮喘的防治产生新的认识。

  发现树突状细胞(dendritic cells,DC)已有20余年,但直到90年代,人们在体外应用细胞因子大量扩增成功之后,DC的研究才逐渐成为免疫学研究中一个不断升温的热点。DC是一大类重要的抗原提呈细胞(antigen presenting cell,APC),其家族包括淋巴树突状细胞(LDCs)、滤泡树突状细胞(FDCs)、郎格罕细胞(LCs)、指间细胞(IDCs)及隐匿细胞(VCs)等。DC与巨噬细胞(Mφ)、B细胞等一样是APC的一种,是目前已知功能最强的的APC,其最大的特点是能显著刺激处女型或初始型T细胞(naive t cells)增殖,而巨噬细胞、B细胞仅能刺激已活化的或记忆型T细胞。支气管哮喘是一种多种炎症细胞及炎症介质相互作用的慢性气道炎症性疾病,近年来研究发现变应性哮喘最重要的免疫异常是TH1/TH2细胞比例和功能的失衡,主要表现为TH2细胞数量的增多和功能亢进,而DC为始动气道变态反应所必需,在哮喘的发病中具有重要作用。

  1 DC的来源及在肺部的分布

  DC由骨髓前体分化生成后,经血循环进入非淋巴组织,分化为非成熟的DC,定居于上皮组织、气道、胃肠道及肝、心、肾等实质脏器的间质,这种非成熟的DC具有很强的抗原的摄取和加工能力,但对T细胞的刺激功能很弱[1]。在局部炎性因子(如TNF-α、IL-1等)和抗原物质的刺激下,DC逐渐成熟,并通过输出淋巴管和(或)血循环进入局部淋巴结。在迁移过程中,DC的抗原摄取和抗原加工能力逐渐减弱,而抗原提呈功能逐渐增强,表现为免疫共刺激分子的表达和IL-1等细胞因子的产生以及T细胞刺激能力的增强。因此DC的体内迁移是DC分化成熟和完成其抗原提呈功能所必需的。

  在肺内抗原提呈细胞活性主要由分布于气道和靠近肺泡的肺间质DC所承担。DC存在人和鼠的整个肺组织包括气管、支气管、肺泡和脏层胸膜[2]。在人肺中DC主要位于支气管上皮和上皮下组织以及支气管相关的淋巴组织中,在上皮中约30%的DC是CD+1a,以皮下组织中DC与T细胞形成特征性的小簇,支气管肺泡灌洗液(BALF)、肺泡腔和肺泡壁仅含少量DC。粘膜下血管周期的淋巴组织中和下肺组织中和肺泡隔中可观察到DC(6±4.85 cells/HPF)。在未致敏的豚鼠肺中,DC主要位于气管和支气管的外膜中,致敏后数量增加。

  2 肺部DC的表型

  鼠肺DC与其他部位DC一样表达典型的表面分子,包括CD11a、CD11c、DEC205、CD54、CD80、CD86,还表达C3biR、IL-2R、NLDC-145、J11d、T200。共刺激分子CD80、CD86、CD40L、CD2、CD54和CD11a在肺DC始发的T细胞增殖反应中起重要作用。人肺DC表达HLA-DR、HLA-DQ、L25、RFD1、CD68等,在与周围血中的DC相比,肺DC上整合素(β2组)密度降低,CD11a(LFA)和CD11b极少表达,CD11c是一致的。表面的粘附素LFA-3和ICAM-1的表达高于单核细胞[3]。

  3 DC的部分生物学作用

  3.1 抗原的提呈功能 DC具有诱导初次免疫应答的独特功能,是体内最重要的抗原提呈细胞。非成熟的DC可通过巨胞饮(macropinocytosis)、受体介导的内吞方式(receptor-mediated endocytosis)以及吞噬(phagocytosis)3种方式摄取外源性抗原。其中受体介导的内吞方式具有高效性、选择性及饱和性的特点。细胞借助细胞表面的受体可以有效地捕捉到浓度很低的相应抗原。有研究报道,抗原特异性B细胞提呈抗原时所需的最低抗原浓度比非特异性B细胞低103~104倍。DC虽没有特异性抗原受体,但它表达FcγRⅡ、甘露糖受体(mannose receptors),这些受体分别有效介导DC对抗原-抗体复合物、甘露糖/岩藻糖化抗原的摄取[4,5]。在富含MHCⅡ的细胞内隔室(major histocompatibility complex classⅡ,MⅡC)中抗原被降解、加工并与MCHⅡ结合,所形成的抗原肽-MHCⅡ复合物最终表达在细胞表面[6]。此外,经巨胞饮及吞噬两种方式摄入的抗原,还可通过胞质的TAP非依赖途径或内吞体的TAP非依赖途径以MHCⅠ的方式提呈[7]。CD1是一种非多态性的越膜糖蛋白,在结构上与MHCⅠ及MHCⅡ存在某些相似之处,CD1主要参与提呈微生物的脂类抗原,细胞内的CD1b也聚集在MⅡC内,在甘露糖受体介导下摄入的脂类抗原可进入MⅡC与CD1b相遇[8]。

  DC作为专职的APC与其它APC(Mφ、B细胞、成纤维细胞等)相比具有其独特的特性:①能合成大量MHCⅡ类分子;②具有表达摄取和转运抗原的特殊膜受体,如DEC-205;③能有效摄取和处理抗原,然后迁移至T细胞区域,具有一个成熟化的过程;④有激活初始型T细胞;⑤少量的抗原和小量的DC即可激活T细胞(效率高)。

  3.2趋化T细胞 最近从人DC克隆得到一个CC-趋化因子,被命名为DC-CK1。与RANTES、MIP-1a、IL-8不同,DC-CK1可以选择性地趋化CD+45RA初始型T细胞[9]。用RT-PCR检测到CD+83的 dC表达RANTES、MCP-1、MIP-1a、MIP-1β、IL-8等,这些细胞因子可能都在DC趋化T细胞过程中起作用[10]。

  3.3结合T细胞 DC提呈于细胞膜表面丰富的MHCⅠ/肽、MHCⅡ/肽复合物,为相应的CD+4、CD+8T细胞的结合提供了分子基础,使T细胞的TCR占据量增加,有利于T细胞的激活。DC高表达ICAM-1等粘附分子,有助于与T细胞的进一步结合。

  3.4提供第二信号 除了为T细胞提供MHC/肽复合物的第一信号外,DC不为T细胞提供充足的第二信号。成熟的DC表达高水平的B7-1、B7-2、CD40分子。GM-CSF、IFN-γ、LPS、TNF-α、单核细胞等,都可以上调DC表面B7-1、B7-2的表达,IL-10、TGF-β等则可以下调其表达[11,12]。

  3.5分泌细胞因子 在人、小鼠DC中都证实有IL-12的表达及分泌,用抗CD40单抗或T细胞杂交瘤刺激DC,可以生成高水平IL-12,交联DC细胞膜表面MHCⅡ类分子也可以促进IL-12的生成。IL-4、IL-10可以抑制IL-12的生成,阻断IL-12,则可以阻断同种T细胞的增殖。DC生成的IL-12主导了初始型T细胞生成TH1型应答。

  在GM-CSF+IL-4培养人外周血DC过程中加入PGE2,生成的DC不能分泌IL-12,而可以生成高水平的IL-10;此DC可以促进T细胞IL-4、IL-5的生成,加入重组IL-12则抑制其生成,表明此DC生成IL-12缺陷是T细胞产生TH2型细胞因子的原因[13]。

  用RT-PCR检测显示,CD+83DC还表达IL-6、IL-10、TNF-α的mRNA;PMA刺激诱导的DC iL-9、IL-12、IL-1β、IFN-α、TNF-β等mRNA的表达,最近证实IL-18mRNA也在DC中检测到[14]。

  3.6T细胞激活效应 在无CD+8T细胞辅助细胞存在时,DC可以直接激活细胞毒性CD+8T细胞;对于某些难以诱导出一些病毒CTL的小鼠品系,以病毒抗原体外冲击的DC回输体内,可以诱导生成高水平的CTL,表明DC提呈病毒抗原的能力极强[15]。

  3.7激活B细胞 近年来有研究发现人外周血DC上表达与激活T细胞上水平相当的CD+40L分子,此CD+40LDC可以刺激B细胞分泌IgG、IgA,并且此效应可因阻断CD40-CD40L而被抑制,提示DC上表达的CD40L与B细胞上表达的CD40相互作用参与B细胞结合后,加入DC,DC可以通过释放可溶性因子促进B细胞增殖达3~6倍;CD40交联后,DC增进sIgD-B细胞(主要是记忆性B细胞)分泌IgG和lgA增加30~300倍,而初始型IgD+B细胞在IL-2及DC存在时,生成大量IgM,从而也证实了DC直接调节B细胞的生长与分化[17]。

  4 DC与支气管哮喘

  哮喘主要表现为气道慢性嗜酸粒细胞炎症反应,抗原特异性TH2细胞在过敏性哮喘气道炎症形成及发展中具有重要作用。现已公认气道DC在诱导初始型T细胞对吸入抗原的初级免疫反应和过敏反应的发展中起重要作用,亦即DC为始动气道变态反应之必需。以卵白蛋白(OVA)制备哮喘豚鼠模型,发现致敏后气管粘膜下和固有层以及支气管固有层和外膜的DC数量明显增加。Moller等用免疫组化法研究表明过敏性哮喘患者支气管粘膜中CD+1a,L25+DC,HLA-DR的表达明显高于正常对照组[2]。有研究表明大量气道上皮内DC半衰期仅2天,而皮肤LC达15天以上说明其代谢十分活跃;在实验动物模型中研究肺部DC动力学发现当吸入某些抗原、化学刺激物、腹腔注射IFN-γ后,气道上皮内DC的密度迅速增加[18]。

  Kimber研究发现经OVA复制的哮喘豚鼠模型中,其肺实质最显著的特征之一是有生发中心形成,滤泡状DC(FDC)胞膜上含有OVA,并与产生OVA特异性IgE、IgG1及IgA浆细胞相邻近。该现象表明肺实质生发中心是分泌IgE浆细胞的重要来源并参与肺内过敏性炎症介质的释放[19]。IgE在哮喘中起重要作用,可与高亲和性的细胞表面受体FcεRI-α结合诱发哮喘,其血浆总IgE水平与哮喘的临床表现和气道高反应性密切相关。对哮喘气道标本以FcεRI-α抗体免疫组化法发现哮喘气道含有FcεRI-α的DC数量明显高于正常对照组,表明DC在哮喘的发病中具有重要作用,但其表面表达FcεRI-α的意义尚待进一步研究[20]。

  甲苯能引起职业性哮喘,但其机制目前尚有争议。有研究表明给动物吸入甲苯后1h,BALF中IL-6与TNF-α的含量明显增加,24~48h dC增加到峰值。该结果表明DC受微环境细胞因子影响而向肺及肺引流淋巴结迁移,并参与提呈抗原及气道过敏反应的形成[21]。Van等研究表明过敏性哮喘患者DC与IL-4和GM-CSF共同培养后,其表面HAL-DR、CD11b及高亲和性IgE受体的表达比正常人明显增加,在与同种混合白细胞共同培养中发现其激活T细胞等功能较正常人明显增强[22]。Lambrecht等在小鼠哮喘模型中,先用OVA致敏小鼠并产生气道及周围依赖CD+4T细胞的嗜酸粒细胞炎症,同时肺TH2细胞因子(IL-4、IL-5等)分泌增加,血IgE产生亦增加。后用抗病毒药物(丙氧鸟苷)处理该胸苷激酶转基因小鼠,使气道DC产生条件性缺失后,再次用OVA激发小鼠后,发现BALF中CD+4和 cD+8T细胞及B细胞数目明显下降,同时TH2相关气道嗜酸粒细胞炎症几乎完全消失[23]。该研究结果显示DC在提呈抗原至肺的预致敏TH2细胞以及致气道慢性嗜酸粒细胞炎症中起关键作用。

  越来越多的证据表明过敏性哮喘最显著的免疫失调是TH1/TH2细胞比例和功能的失衡,主要表现为TH2细胞数目增多及功能亢进。影响THO细胞分子的因素很多,如抗原的种类、剂量、抗原提呈细胞种类、微环境细胞因子及遗传因素等,其中DC具有激活初始型T细胞,在THO细胞分化中起重要作用[24]。DC能诱导TH1/TH2型应答的偏移。IL-12是TH1型应答的主导因子。小鼠和人的DC都能分泌IL-12,尤其是CD40分子结合后,IL-12的分泌显著增加,达到很高的水平,DC可以强烈激发TH1型应答。但在某些情况下,DC却介导了TH2型应答的形成。低剂量紫外线照射的小鼠,分离的LC体外只能向TH2型CDT+4细胞提呈抗原[25],而对TH1型CD+4T细胞提呈抗原的能力受损。未经照射小鼠的LC则对TH1、TH2型T细胞都具有提呈抗原的能力,因而表明紫外线照射导致LC损伤,由其介导的体内免疫应答向TH2型方向偏移。IFN-α及IFN-β也可以抑制DC iL-12的产生,抑制TH1型应答的生成,而诱导TH2型应答[26]。

  目前关于DC与哮喘之间关系的研究刚刚起步,随着人们对DC研究的不断深入及对DC诱导TH1/TH2型应答偏移的机制进一步阐明。调节气道DC功能必将是哮喘防治的一个重要的新方向。

  5 DC与哮喘治疗

  DC是肺部始发变态反应所必需,哮喘患者气道DC数量明显增加。Lawrence等给哮喘豚鼠吸入氟替卡松(FP)后,可降低气道高反应性,同时气道粘膜中DC数量也明显下降,表明气道DC是FP发挥抗炎作用的靶细胞[27]。有研究发现吸入激素,特别是全身应用激素能有效抑制气道DC摄取或处理抗原的能力,但不能阻断其提呈抗原,地塞米松不能抑制GM-CSF上调气道DC表面MHCⅡ及CTLA4配体表达作用,而哮喘气道炎症细胞分泌过量的GM-CSF[28],故应提倡使用表面吸入激素防治哮喘。

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