摘要
肺是众多微生物病原体的入口,针对这些病原体,进化产生了充足的先天和适应性免疫反应。树突状细胞(dc)是先天免疫和特异性免疫整合的中心。这些细胞位于肺的上皮细胞和间质中,在那里它们受到先天免疫系统的影响。
一旦识别和内化微生物抗原,树突状细胞转移到肺的引流淋巴结,启动特异性的细胞和体液免疫应答。通过整合来自病原体、宿主和环境的刺激,它们能够特异性地诱导保护性免疫反应,同时避免对宿主造成损害。
越来越清楚的是,树突状细胞参与了对病毒、细菌、分枝杆菌和真菌的免疫诱导。一些病原体破坏树突状细胞的功能以逃避免疫识别。不足为奇的是,如果树突细胞功能衰竭,宿主的后果就是免疫缺陷。
肺不断暴露于外界,是病毒、细菌和真菌感染的入口。在整个进化过程中,一种广泛的防御机制被开发出来,以保护人类免受这些潜在的致命攻击。在其最原始的形式,也存在于无脊椎动物中,防御系统主要由非特异性机制组成,如抗菌肽(α-;和β-防御素)、甘露糖结合蛋白、溶菌酶、乳过氧化物酶、调理集素(如。表面活性剂),补体的激活和干扰素。后来,先天的非特异性细胞防御系统进化了。肺免疫的这一重要方面包括吞噬细胞(肺泡巨噬细胞(AMs)、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞)和自然杀伤细胞(NK)。它们有识别和中和细菌抗原或病毒感染细胞的能力。这些细胞被赋予了所谓的模式识别受体,它们被编码在物种的种系脱氧核糖核酸(DNA)中,并通过进化被选择识别保守的细菌产物(细胞壁成分,细菌DNA基序)或病毒基序(双链核糖核酸(RNA))。1最后,首次出现在高等脊椎动物中的适应性特异性细胞免疫反应为人类提供了T-;和B-;淋巴细胞,以及通过克隆重排和各自T-;细胞受体(TCR)的体细胞突变过程识别过多外来和自身抗原的非凡能力适应性免疫的功能是加强和调节先天防御机制,建立免疫记忆,从而有效地克服随后的挑战。
免疫系统的进化和环境压力创造了一个非常复杂的调节系统,在这个系统中,非特异性防线的分子和细胞相互影响适应性免疫反应的淋巴细胞,以诱导最佳的保护性免疫反应,同时避免组织损伤自身免疫2.树突状细胞(Dendritic cells, DCs)是先天防御系统中的一组特殊细胞,在非特异性免疫和特异性免疫的整合中起着关键作用2,3..这些专业抗原提呈细胞(APC)位于人体微生物接触最多的部位,如皮肤、肠道和肺。与T-相反;和B-淋巴细胞,树突状细胞保留了许多古老免疫系统的模式识别受体,并具有独特的感知刺激的能力,如组织损伤、坏死、细菌和病毒感染。本文综述了肺树突状细胞在启动和控制肺部免疫感染中的作用。
淋巴细胞活化和树突状细胞抗原呈递的需要
原始T-;适应性免疫反应的淋巴细胞需要树突状细胞完全激活。循环中的幼稚T淋巴细胞离开血流并迁移到周围组织的能力有限。相反,在再次进入血液之前,它们通过中央淋巴组织T细胞区特化的高内皮小静脉渗出通过传出淋巴管。通过这种迁移行为,它们在感染入口与抗原在空间上分离(如。大多数自然发生感染的皮肤或粘膜)4.因此,在诱导适应性免疫之前的一个重要要求是将抗原从最初暴露的部位转移到引流淋巴结的T细胞区。虽然有些微生物可以直接进入这些淋巴结,运输抗原通过传入淋巴管是树突状细胞的特殊功能5,6.
T淋巴细胞上的TCR只能识别主要组织相容性复合体(MHC)分子中的抗原。APC的一个主要功能是识别、内化并有效地将抗原加工成免疫原性肽,然后呈现在MHC I类和II类分子上(图1)⇓)7.未成熟树突状细胞表达多种受体,如钙型凝集素受体(甘露糖受体,DEC-;205, langerin, dectin)、免疫球蛋白受体和补体受体,可用于受体介导的外源性抗原的内吞、巨胞吞或吞噬作用8.条目通过这些受体将抗原靶向到特定的MHC II类包含内吞室(MIIC),在MIIC中,外源性抗原被加载到MHC II类分子上,并随后靶向到细胞表面,特别是当抗原在炎症环境中传递时8.吸收抗原的能力是周围组织中未成熟的树突状细胞的特征,在树突状细胞迁移到引流淋巴结时,这种能力很大程度上丧失了。通过这种方式,未成熟的树突状细胞有效地“快照”了存在于外周炎症部位的抗原。在进入引流淋巴结后,成熟的DC成为其早期环境的报告者,并显示在MHC I类和MHC II类分子分裂的外围提取的免疫原性肽到应答T细胞的TCR上4.由于这种功能,树突状细胞被恰当地称为“免疫系统的哨兵”。与B-细胞和巨噬细胞相比,树突状细胞暴露于外源性抗原后,在快速生成表面肽-;MHC配体方面效率极高9.
除了肽-;MHC(信号1)的TCR连接外,T-淋巴细胞还需要一个所谓的共刺激信号2,这是由成熟DC表面表达的共刺激分子与幼稚T-细胞上的相互受体相互作用的协同作用提供的(图1)⇓)3.,10.这些相互作用发生在引流淋巴结,对T细胞的无性繁殖、分化和避免无能量非常重要7.当DC与T细胞初次相遇时,粘附分子,如DC-;特异性ICAM-;3抓住非整合素(DC-;SIGN)和CD54(细胞间粘附分子(ICAM)-;1)与白细胞功能相关抗原(LFA)-相互作用;3和CD11a/CD18 (LFA-;1)保留原始T细胞并近似两种细胞类型。这种非特异性相互作用有足够的强度,可以让低亲和力的TCR在DC上进行初始筛选,识别其特异性肽-;MHC11.在与MHC肽非常接近的地方,DCs表达CD80和CD86,这给原始T细胞上的CD28一个激活信号7.在TCR识别和CD28刺激下,T-;细胞产生白细胞介素(IL)-;2增殖并上调CD40L的表达。后者是肿瘤坏死因子(TNF)受体家族的成员,并向DCs上的CD40发出信号,以增加细胞因子的产生(如。12)和CD80、CD86的表达,进一步强化相互作用12.进一步的级联下游,膜相互作用涉及TNF-;受体家族的其他成员(OX40L/OX40,肿瘤坏死因子相关激活诱导细胞因子(TRANCE)-;R/TRANCE, 4-;1BBL/4-;1BB),诱导DCs和T-;细胞的相互激活、分化和生存13,14.可溶性产物,如IL-;1β, IL-;6, TNF-;α和物质P,在APC和naive T-细胞之间形成的免疫突触中被恰当地释放,有效地促进共刺激15.
树突状细胞决定T细胞引物的结果
T-;淋巴细胞反应在操作上根据产生的细胞因子和遇到抗原特异性T-后产生的功能效应进行划分;带有抗原的细胞16.CD4+ T-;辅助(Th)1淋巴细胞是主要分泌IL-;2、干扰素(IFN)-;γ和TNF-;CD4+ Th2淋巴细胞分泌IL-;4, IL-;5, IL-;6, IL-;9, IL-;10和IL-;此外,人们认为Th2细胞在建立嗜酸性反应和排出胃肠道寄生虫方面很重要17.由于树突状细胞携带抗原从周围转移到引流淋巴结,因此它们在引导幼稚的Th0前体细胞成为Th1或Th2细胞方面起关键作用也就不足为奇了18,19(图2⇓).决定感染部位Th分化的最关键因素是感染部位的细胞因子环境、感染生物的类型和剂量、暴露的自然途径以及宿主的遗传背景、年龄和既往感染史。IL-;12, IFN-;γ和IL-;18对Th1极化反应的发展至关重要,如删除这些基因后小鼠Th1反应减少所示17,20..相反,IL-;4与IL-;6协同作用对Th2的发育至关重要21.然而,尚未发现DCs产生IL- 4,因此这种细胞因子的早期来源可能是幼稚的T-;细胞,或先天免疫系统的细胞,如NK1.1 T-;细胞或肥大细胞17.在缺乏IL- 12的情况下,幼稚T-;细胞的Th2反应可能是dc产生的默认途径22.
除了树突状细胞产生极化细胞因子外,有人认为在树突状细胞表面表达的共刺激分子对确定Th分化也至关重要,尽管围绕这一问题存在相当大的争议。在这种情况下,ICAM-;1和CD40有利于Th1的发育,而OX40L、T1/ST2L和CD86可能促进Th2的发育19,22.更复杂的是,似乎有不同的DCs发展谱系,每个诱导不同的Th反应,因此终止DC1和DC2。在小鼠中,脾脏来源的DC1s来源于淋巴,表达CD8a+并产生大量IL-;12,导致Th1应答。相反,DC2s是骨髓来源的,表达CD11b,产生很少的IL-23.人类的情况则完全相反。DC1s是单核细胞来源的细胞,因此属于骨髓来源,而DC2s表达T细胞标记,可能属于淋巴来源24.然而,树突状细胞谱系的差异不能是Th1/Th2决定的唯一解释。确实有研究表明啮齿动物髓系树突状细胞(即。DC2s)在适当的刺激下产生IL-;12,成为Th1细胞的强刺激因子25,26.
树突状细胞间接或直接刺激B细胞反应
虽然原始B-细胞可以通过其B-细胞受体识别抗原,但它们通常需要同源CD4+ Th细胞的帮助才能完全激活并进行Ig同型转换。在小鼠中,Ig向调理抗体IgG2a转变需要Th1 CD4+细胞,而向中和IgG1或过敏性IgE转变需要Th2 CD4+细胞。因此,树突状细胞具有重要的作用:诱导CD4+ T-不同亚群细胞的迁移和活化,激活B-细胞的活化和促进Ig转换26,27.此外,最近的研究表明,树突状细胞可以将未加工的抗原从周围带至淋巴结的B细胞区,直接提呈给再循环的未加工的B细胞,并诱导浆细胞的存活28.生发中心包含一个特殊的子集的生发中心DCs,可以影响生发中心的T-;细胞记忆B-;细胞生成29.
基线条件下气道树突状细胞网络
对啮齿动物和人类的研究表明,广泛的骨髓源性树突状细胞网络位于鼻腔粘膜和大的传导气道内(图3)⇓)、肺泡腔和隔膜、血管和胸膜周围的结缔组织30.- - - - - -33.这些区段内的DCs具有相当大的表型和功能异质性。粘膜树突状细胞具有吞噬受体,周转速度快,反映了抗原的持续采样和这些细胞迅速迁移到引流淋巴结5,34.人体上皮内的一些树突状细胞表现出特有的伯贝克颗粒,与皮肤树突状细胞相似,被称为朗格汉斯细胞。相比之下,肺泡壁的树突状细胞周转时间较慢,且(尚未)显示可移入肺的引流淋巴结。
至于所有位于外围的树突状细胞,肺树突状细胞表型不成熟,专门用于抗原摄取和识别,但还不能刺激幼稚T细胞,因为它们缺乏共刺激分子26,30.,31,35.虽然使树突状细胞处于不成熟状态的确切调控机制尚不清楚,但我们认为:1)由于气道树突状细胞驻留在由上皮细胞基底层形成的外侧细胞间隙中,因此很有可能是前列腺素(PG)E2上皮细胞表达的膜配体(上皮cadherin)对下调气道DC功能至关重要26,36;2)同样重要但尚未探索的机制可能是无髓鞘神经末梢网络,它也位于外侧细胞间隙并与气道dc相互作用37.这个网络包含重要的神经介质,如降钙素基因相关肽(CGRP)和P物质,它们对神经系统和免疫系统之间的串音很重要15事实上,研究表明,含有神经末梢的CGRP-抑制了皮肤中朗格汉斯细胞的基线功能38.
霍尔特和同事分别进行了研究31,39研究发现AM在肺泡壁DCs的功能调控中起着关键作用,它通过分泌大量抑制分子,如NO、转化生长因子(TGF)-、β、1α、25-、二羟基维生素D3、PGE2IL-;1受体拮抗剂31,39.此外,AMs还能直接抑制T-;细胞的增殖,同时允许部分激活40.对其抑制作用的最有力的论据来自于对AMs耗竭的啮齿动物的研究在活的有机体内吸入有毒脂质体。在这些动物中,对无害蛋白抗原的反应大大增强,并伴有肺泡的组织损伤39,41.据认为,AMs的抑制特性是为了保护肺泡微妙的气体交换机制免受吸入非致病性抗原的强烈炎症反应的破坏。
在没有感染或炎症的情况下,似乎有树突状细胞从气道持续迁移到引流淋巴结6,34.一种解释可能是树突状细胞不断地在环境中取样来检测抗原,即使是在基线条件下。未成熟的气道树突状细胞定位,细胞突起延伸至气道上皮的上层(图3)⇓),而无害的吸入蛋白的捕获与这一功能是一致的31.另一种解释是,与肠道和内部器官相似,不成熟的树突状细胞捕获了已凋亡的支气管上皮细胞,这是它们正常周转的一部分。凋亡小体的运输和随后的树突状细胞在没有感染的情况下可能诱导外周对来自支气管上皮细胞的自身抗原的耐受。当呼吸道病毒或细菌感染导致支气管上皮细胞凋亡甚至坏死时,免疫系统可避免对自身抗原产生免疫反应2,42.耐受性的诱导是迁移DC的功能,还是只有在自抗原从迁移的肺树突状细胞转移到驻留的淋巴树突状细胞后才发生,仍有待解决。这些非迁移性淋巴样树突状细胞参与了中枢(即。(胸腺)和外周血CD4和CD8库对自身抗原的耐受性2.
炎症条件下的肺树突状细胞网络:免疫诱导
在炎症条件下,肺DC网络的功能发生显著变化(图。 4.⇓).在啮齿动物中,暴露于Calmette-Guérin分枝杆菌(卡介苗)43,莫拉克斯氏菌属复活44,百日咳博德特氏菌45, heat-killed单核细胞增多性李斯特氏菌,细菌脂多糖(LPS)30.,支原体spp.(未发表数据),仙台病毒46流感病毒47和过敏原48偶尔会引起气道树突状细胞数量和激活状态的显著增加。尚不成熟的树突状细胞被招募到肺中的机制目前尚不清楚。基于在体外在动物研究中,单核细胞前体很可能从血液中招募,并在跨内皮迁移到组织并暴露于DC-;分化因子后获得不成熟的DC表型49.
吸引这些未成熟DC的信号主要由气道的上皮细胞和基质细胞(肌成纤维细胞)产生,潜在的途径可能包括:1)微生物入侵或脂多糖(LPS)引起的肺部炎症和组织损伤可伴有炎性趋化因子的表达,如巨噬细胞炎性蛋白(MIP)-;1α和β,单核细胞趋化蛋白1-4,并在激活后调节,正常T细胞表达和分泌(RANTES),这些都已被证明对未成熟DC具有趋化作用45,50,51.然而,在气道粘膜细胞中表达的趋化因子MIP-;3α可能是吸引未成熟肺树突状细胞的最关键因素通过趋化因子受体(CCR)6-;依赖机制51.2)先天免疫系统的介质同样也能在逻辑上吸引DCs进入粘膜。抗菌上皮细胞β-;防御素家族在几乎所有脊椎动物的支气管上皮细胞中都有表达,当微生物入侵时,它们可以高浓度释放,或通过LPS和TNF-;α的刺激而上调。最近研究表明,人β-;防御素-;2 (HBD2)对未成熟树突状细胞具有很强的趋化活性通过一种依赖于CCR6的机制,将直接抗菌作用与诱导适应性免疫联系起来52.另外,细菌激活补体途径产生C5a,对未成熟的树突状细胞和一些炎症细胞具有趋化作用45,50.3)最后,微生物的入侵还可诱导原细胞类型释放细胞因子和DC生长因子。TNF-;α可能通过诱导趋化因子、HBD2、血小板活化因子以及增加内皮细胞上细胞粘附分子的表达,起到DC内流的重要中介作用。上皮粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-;CSF)的重要作用是通过发现腺病毒将这种细胞因子传递到气道,引起气道和间质DCs的数量和免疫刺激能力的显著变化(53和作者未发表的数据),以及GM-;CSF加速肺血管床单核细胞分化为免疫刺激DCs的事实49.
肺部微生物诱导炎症伴随免疫诱导,因为:1)已识别抗原的未成熟树突状细胞被诱导迁移通过进入肺引流淋巴结的传入淋巴管;2) dc被激活以表达刺激幼稚T细胞所需的共刺激分子(CD80, CD86,见前面)。调控这一成熟过程的分子机制正在慢慢被阐明。未成熟树突状细胞上表达的模式识别受体可以感知微生物危险和组织损伤并发出信号通过保守的toll样受体(TLR)信号转导途径,有效地导致核因子(NF)的激活;κB转录因子的激活,以及细胞的成熟1,54.Toll蛋白最初是在果蝇中被描述的黑腹果蝇在这种情况下,它会激活NF-;κB-;,就像激酶一样,导致抗真菌肽的产生。在植物中也发现了具有抗病性的类似蛋白质。因此,Toll蛋白代表了一种宿主防御机制,这种防御机制在数亿年的进化过程中被保存下来。DCs表达的一种模式识别受体是LPS受体,它由(可溶的)CD14组成,与革兰氏阴性LPS结合,并与LPS结合蛋白和信号结合通过TLR-;4受体。类似的机制适用于革兰氏阳性细胞壁的细菌肽聚糖,它与CD14结合并发出信号通过TLR -; 255.其他因素,如细菌DNA或双链病毒RNA中的未甲基化胞嘧啶-;p-;鸟嘌呤(CpG)基元,是树突状细胞先天免疫和成熟的强刺激因子56,57.成熟也可以由组织损伤及其伴随的氧自由基、热休克蛋白(HSP)的释放和抑制(IL-;10, PGE)之间平衡的变化引起2α, IFN-;α, GM-;CSF, IL-;1)3.,22,36,54.在这方面,值得注意的是,由组织损伤内源性释放的HSP60也会发出信号通过CD14和TLR - 454.
识别并吸收外来抗原的树突状细胞转移到引流淋巴结是至关重要的。这一过程的特殊之处在于,成熟的树突状细胞必须向吸引未成熟树突状细胞进入炎症部位的趋化梯度迁移。为此,成熟的DCs产生炎症趋化因子,导致配体诱导的CCR1、5和6受体下调。然而,CCR7的表达增加51,58.CCR7的配体是次级淋巴组织趋化因子(SLC;6Ckine),表达于传入淋巴内皮,有效引导DCs进入传入淋巴。CCR7的另一种配体是MIP-;3β (Epstein-Barr病毒诱导的分子1配体趋化因子),它在淋巴结的T细胞区组成表达,可能吸引成熟的DCs和幼稚的T细胞进入这些区域59.在CCR7敲除小鼠或SLC突变小鼠中,未能产生初级免疫应答的DCs直接迁移到淋巴结的重要性得到了强调59.
在免疫原性刺激下,气道树突状细胞的迁移是快速的;在12小时内,肺源性树突状细胞可在肺纵膈淋巴结引流的T细胞区被追踪到5,6,19,60.到达引流淋巴结的树突状细胞是完全成熟的,专门刺激幼稚的T细胞。此外,它们产生高水平的结构性趋化因子,如DC趋化因子和MIP-;3β,吸引幼稚的T-;细胞3.,59.不足为奇的是,当抗原由树突状细胞在气道中传递时,幼稚T细胞的初始激活和第一个分裂周期发生在引流的纵隔淋巴结6.当树突状细胞在气道中呈现新的蛋白抗原时,活化后的增殖几乎只发生在抗原特异性T细胞中。在这些条件下,对非抗原特异性细胞的旁观者激活诱导极小6.这一过程非常迅速,因为某些抗原特异性T细胞在将抗原引入肺部48小时后已经经历了两次细胞分裂。3-4天后,引流淋巴结内产生效应器CD4+、CD8+淋巴细胞,并离开淋巴结通过淋巴管传出并在全身循环6,47.与大多数幼稚的L-;;选择素+ T-细胞相比,这些激活的效应细胞倾向于通过其炎症趋化因子受体(CCR1, CCR2, CCR5, CXC1)、整合素、CD44透明质酸受体的强烈表达和L-61.DCs上的OX40L刺激其他效应CD4+ T-细胞上调CXCR5并迁移到表达配体B-吸引细胞趋化因子的淋巴结生发中心59.这些CD4效应器产生IL- 4,刺激B细胞Ig的产生,并诱导生发中心反应,这对高亲和力抗体的产生至关重要62.
效应性和记忆性CD4+和CD8+淋巴细胞会迁移到肺内的炎症或病毒复制位点,并且,在识别它们的同源配体后,将调节肺防御机制以清除病原体(见后面)。现在有进一步的证据表明,肺DC是刺激效应CD4+细胞的最重要的APC,正如最近在啮齿类动物对吸入可溶性抗原的反应中所显示的那样32,37.这种相互作用很可能发生在炎症的气道和肺实质中,不需要迁移的DC。因此,位于肺小静脉周围和肺泡壁内的非迁移DCs是效应T-细胞反应在效应和/或记忆反应期间表现和放大的理想候选者,特别是当常驻AMs变成免疫刺激时,如。在局部释放GM-;CSF和TNF-;α的影响下37,39.
树突细胞和对病毒的免疫力
对病毒感染的先天免疫依赖于I型IFN (IFN-;α/β),它通过诱导大量IFN-刺激基因干扰病毒复制(因此得名)。此外,IFN-;α/β增加病毒感染细胞MHC I类表达并激活NK细胞。虽然I型IFN是由病毒感染的上皮细胞和成纤维细胞产生的,但大量IFN-;α/β的另一个重要早期来源是神秘的天然IFN-;生产细胞(IPC)的循环池,这些细胞会迅速吸引到病毒复制和炎症淋巴结63.现在有相当多的证据表明,这些ips与浆细胞样单核细胞或CD4+CD11c-相同;2型淋巴样DCs的血液前体(pre-;DC2)24,64.有趣的是,在缺乏外源性细胞因子的情况下,IPCs的病毒感染可诱导其分化为淋巴样DC2s,产生极高水平的抗病毒IFN-;α/β63.此外,病毒感染的DC2细胞有能力刺激原始T-;细胞成为IFN-、γ和IL-;10产生效应器。IPCs和病毒感染细胞释放IFN-;α将进一步促进组织中髓系树突状细胞的成熟和迁移,也有助于抗病毒效应T-细胞的产生。因此,被吸引到病毒感染位点的pre-;DC2s/IPCs执行先天免疫系统的两个主要功能:1)杀死病毒;2)它们启动并指示适应性免疫反应1.这些细胞在病毒性肺部感染中的作用尚未被研究,但显然值得重视。
NK细胞是对病毒固有免疫的另一个重要方面,不仅因为它们具有抗体依赖的细胞毒性、诱导靶细胞凋亡的潜力和分泌IFN-;γ的能力。小鼠研究表明,DCs可以通过膜相互作用(CD80, CD40L)和产生IFN-、α、IL-、12、IL-、15和IL-、18直接激活NK细胞的细胞毒活性65.一群寡克隆T-细胞,称为NKT-细胞,对其天然微生物配体α-半乳糖神经酰胺产生反应,呈现在非经典MHC I类分子CD1d上,并在DC上表达3..虽然后一个事件强烈诱导应答NKT-;细胞产生IFN-;γ,但也有可能在某些条件下产生IL-;4 (如。由DC2演示)3..
对病毒感染的适应性免疫反应涉及到CD8+细胞毒性淋巴细胞(CTLs),这些淋巴细胞具有杀死病毒感染细胞的能力,并构成对感染的免疫记忆。CD8+ ctl上的TCR识别MHC I类分子上的细胞质来源的病毒肽。身体所有的细胞都表达MHC I类,但只有专业的apc具有必要的共刺激分子来刺激未成熟的CD8+ CTL细胞。因此,CD8+池诱导免疫需要:1)DCs被病毒感染(内源性MHC I类负载途径);或2)从其他感染细胞获得外源性病毒抗原(MHC I类负载外源性途径)。许多病毒(流感病毒、呼吸道合胞病毒、麻疹病毒、疱疹病毒、巨细胞病毒、登革病毒)可直接感染髓样和淋巴样树突状细胞在体外63,66.例如,几乎所有暴露于病毒的树突状细胞都会感染流感病毒,这可以从它们的血凝素和非结构蛋白1的表达中看到67但是,感染不得导致细胞快速死亡,因为这将消除免疫诱导。为避免破坏,DC产生IFN-α,诱导MxA基因以保护细胞免受病毒感染的细胞病变影响56.活跃的病毒复制不是必须的,因为由DCs呈现的灭活流感病毒诱导了强大的CTL活性在体外67.当dc内不发生感染或活跃复制时,产生MHC I类病毒多肽的一个有效的替代途径是吞噬已凋亡的病毒颗粒或病毒感染的上皮细胞,这一过程称为交叉呈现68.
由于呼吸道通常是前面提到的许多病毒的主要病毒复制场所,很明显,呼吸道DC是与病毒感染最相关的APC在活的有机体内,正如在流感和仙台病毒的一些病毒模型中所表明的那样46,47.气道树突状细胞表达:1)病毒用来进入细胞的特定受体,如。鼻病毒ICAM- 1受体和麻疹病毒CD46受体;2)甘露糖受体,用于识别各种病毒包膜上的糖基和包膜糖蛋白35,69.交叉呈递途径也与外源性病毒抗原负载肺树突状细胞特别相关,因为凋亡是许多呼吸道病毒诱导支气管和肺泡上皮细胞损伤的主要机制。
dc诱导CD8+细胞充分的细胞毒性活性是否需要CD4+ Th1细胞的帮助,目前存在争议。与B-细胞产生的T-细胞依赖性抗体一样,许多CD8+细胞毒性细胞应答也依赖于CD4+ Th1细胞,提供IL-;2用于增殖,IFN-;γ用于激活(图4)⇓).在兰扎维基亚最初提出的“杀人许可证”理论中70,认为CD40L表达于病毒特异性CD4+ T-细胞上,激活DC以启动CD8+ CTL活性。因此,CD4+ Th1细胞和CD8+ ctl之间的相互作用是间接的,并不是同时发生的,而DC起到了暂时的桥梁作用。然而,树突状细胞的直接病毒感染以及微生物刺激(LPS、微生物DNA)可能会绕过对CD4+ Th1帮助的需要71.
对呼吸道感染的长期适应性免疫的最后一个方面是上皮内壁液中存在分泌性IgA,抑制病毒(和细菌)的粘附。IgA抗体的产生与T细胞无关,但需要非b细胞的细胞因子。树突状细胞:1)诱导CD40-表面IgA表达;2)通过释放IL-;10, TGF-;β和一种未知因子诱导浆细胞分泌IgA1和IgA2亚类72.有研究表明,B-细胞、树突状细胞和上皮细胞(提供IL-;5)之间的直接相互作用发生在气道上皮局部,导致淋巴外细胞产生IgA54.
树突状细胞和对细菌、真菌和寄生虫的免疫力
对细菌和真菌病原体的天然免疫主要由β-、防御素、抑菌酶、补体的交替激活、C-的产生、反应蛋白和最重要的是吞噬细胞后的吞噬细胞杀伤(呼吸爆发)组成。吞噬性中性粒细胞和单核细胞在急性化脓性感染中占优势,而巨噬细胞在慢性或肉芽肿性感染中占优势。NK细胞的另一个重要功能是识别保守的细菌结构,并有效杀死感染细胞的胞内细菌(例如l . monocytogenes).与大多数T-;表达独特αβTCR(上皮内CD4-亚类)的淋巴细胞;CD8-;T-;细胞表达一个共同的γδTCR。该TCR与CD1-中的糖脂抗原反应;这对识别细胞内细菌的保守基序很重要。
对细菌的适应性免疫是体液免疫和细胞免疫。中和免疫球蛋白和上皮性IgA通过多种机制保护细胞外生物:中和毒素、补体溶解和干扰细胞表面的粘附17.调理抗体是重要的补体固定和提高巨噬细胞杀伤效率。T淋巴细胞介导多种反应,包括巨噬细胞的招募和激活,诱导迟发性超敏反应(肉芽肿形成),以及B细胞促进Ig的产生。在获得性免疫缺陷综合征(AIDS)中,淋巴细胞在预防感染方面的中心作用得到了说明,在艾滋病中,CD4+细胞的逐渐丢失导致对细菌、真菌和病毒病原体的显著易感性。在过去的15年里,很明显,它不是一种免疫反应的诱导本身这决定了肺部细菌感染的结果,而不是对清除病原体的最佳反应的发展。对感染的不适当反应可引起严重的病理反应。Mossmann发现的Th1/Th2概念是理解细菌感染适应性免疫的核心et al。16. 根据它们对相反子集的拮抗作用的性质(如。IL-;4抑制Th1细胞中的IFN-;γ),这两个Th亚群的相对频率可以决定给定的免疫反应是保护性的还是病理性的17.在小鼠模型中Leismania主要感染时,Th1细胞与保护有关,而Th2细胞明显与易感性有关,导致致命疾病17.对于细菌来说,适应性免疫反应已经进化到诱导强烈极化的Th1反应来清除感染。这对于依赖IFN-;γ: 1)激活巨噬细胞以包含(如。(如患结核病)或根除感染;2)将Ig生产转向调理IgG2a。Th2细胞在这两个方面都是不足的。
在没有细菌刺激的情况下,静息状态下的肺髓样树突状细胞对吸入的无害抗原产生微弱的Th2反应19,26。这可能是由于肺部环境富含IL-;10或PGE2在dc中,已知的下调IL- 12的介质22,36.这种反应在细菌感染期间会发生显著变化。根据Kalinskiet al。22,病原体的特征及其引起的微环境组织损伤有助于指导随后的Th反应类型,以确保最佳的免疫反应。几种病原体相关分子(LPS、脂磷壁酸、肽聚糖、细菌DNA)已被证明可以诱导DCs产生IL- 12和/或IL- 18,并诱导它们迁移到T-;细胞区,有效诱导IFN-;γ-;产生Th1细胞20.,26,57.虽然很明显,大多数“危险”信号,如LPS,会激活DCs来促进Th1反应,但人们对参与启动Th2反应的病原体相关分子的性质知之甚少。这些分子可以被病原体用来破坏细胞免疫反应。例如,一种丝状线虫分泌的糖蛋白ES-;62被证明可以通过DCs影响Th2的发育,即使在IL-存在的情况下25.对于这种寄生虫,Th2反应与组织清除率降低有关。
分枝杆菌感染值得单独关注。对分枝杆菌的免疫是介导的通过巨噬细胞的激活依赖于IFN-、γ-、产生CD4+ Th1细胞,以及CD8+ ctl裂解含有胞浆分枝杆菌的感染巨噬细胞。最近的研究表明,在CD1分子上对分枝杆菌糖脂反应的γδ T-细胞和CD8+ T-细胞在介导疾病控制中也很重要73.尽管巨噬细胞已被证明是效应T细胞的有效诱导剂在体外,小鼠研究表明DCs也能有效吞噬减毒BCG株,并迁移至肺引流淋巴结诱导保护性免疫结核分枝杆菌挑战在活的有机体内18.在人类中,原始Ghon复合体的存在清楚地说明了分支杆菌从接种部位移动到引流淋巴结。dc很可能是这种运输的工具。此外,已有研究表明人树突状细胞具有吞噬作用结核分枝杆菌并有效激发分枝杆菌特异性CD4+和CD8+ T-细胞在体外, CD1上至少有一些分枝杆菌抗原74.
在分枝杆菌引起的感染中,肉芽肿的形成是一致的发现,反映出当巨噬细胞不能有效清除有机体时,需要遏制它。最近的研究表明,BCG诱导的大鼠早期肉芽肿以大量表达大鼠标志物OX62的树突状细胞为特征75.这些树突状细胞与淋巴圈内的T细胞相互作用,淋巴圈内围绕着上皮样细胞和朗格汉斯巨细胞。肉芽肿成熟时,病灶周围可见越来越多的树突状细胞。同样,侵袭性较弱的结核样麻风病(麻风杆菌)肉芽肿周围有多个CD1+树突状细胞,而进行性麻风病缺乏浸润性树突状细胞76.后者的发现提示DC浸润到肉芽肿是遏制感染的关键。因此,由于树突状细胞具有激活效应T细胞的能力,尚不清楚为什么这些肉芽肿不能分解。一种可能的解释是肉芽肿中产生了大量的Th2细胞因子IL- 10,已知可以减少共刺激活性和IL- 10;12在树突状细胞中产生,并将分枝杆菌感染的树突状细胞表型转化为具有杀菌功能的巨噬细胞样细胞3.,36.
树突状细胞与免疫缺陷
由于DC是先天免疫和适应性免疫整合的核心,因此DC功能的破坏极有可能导致感染易感性的增加。事实上,树突状细胞与多种获得性免疫缺陷状态的发病机制有关。麻疹感染造成严重的免疫抑制,导致继发感染的易感性增加,继发感染是发展中国家儿童死亡的主要原因。呼吸道树突状细胞是MV感染和扩散到淋巴结的主要靶点。树突状细胞感染MV可形成巨大的多核网状内皮细胞(Whartin-Finkeldey细胞),这些细胞被认为代表树突状细胞和活化的T细胞的合胞体,是病毒活跃复制的部位77.受感染的树突状细胞积极地抑制“旁观者”T-细胞的增殖,当它们与激活的T-细胞相互作用时,两种细胞都被凋亡消除77,78.此外,MV感染还导致DCs激活和抑制IL- 12的缺陷。不足为奇的是,MV与树突状细胞的相互作用导致了细胞介导免疫的严重缺陷,例如丧失了延迟型超敏反应来召回抗原66.同样,粘膜树突状细胞与人类免疫缺陷病毒(HIV)的相互作用导致病毒传播到淋巴结79.表面受体,如CD4,共刺激分子DC-;SIGN和趋化因子受体CCR5,被病毒用来附着在DC表面,或进入细胞11.在与携带病毒的dc相互作用时,幼稚的CD4+ T-细胞被病毒感染,最终导致其破坏80.除了在传播HIV的过程中发挥作用外,树突状细胞还被认为是HIV潜伏期的重要宿主。当HIV感染患者到达AIDS阶段时,自然IFN-的产生细胞(最近被鉴定为DC2s前期细胞)显著减少,尽管其与免疫缺陷进展的关系尚未确定64.
全身皮质类固醇的使用与细胞介导免疫的降低有关,导致对许多病原体的易感性增强。皮质类固醇可降低DCs的抗原吸收能力,影响共刺激分子的表达和IL- 12的产生水平81,82此外,吸入类固醇已被证明可通过诱导细胞凋亡来减少气道DC的数量,尽管目前尚不清楚单独吸入类固醇是否会导致免疫抑制83.
树突状细胞作为感染性疾病的细胞疫苗?
树突状细胞是适应性免疫的关键诱导剂,这一事实导致它们被开发为潜在的细胞疫苗,诱导可能模仿自然感染的长期免疫。在过去的2年里,已经开始了许多使用DCs诱导强大的CTL活性对抗肿瘤的临床试验,突出了这种方法的可行性3..类似地,许多实验室正在积极研究利用DCs预防病毒或细菌感染的可能性。用淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒肽脉冲的树突状细胞能够诱导强的CTL活性,并保护小鼠免受随后的活病毒感染84.类似地,人类dc与流感肽脉冲能够诱发持久的CTL活性在活的有机体内,尽管没有检测对随后感染的保护作用85.在小鼠研究中,最近也显示脉冲DCs在体外与沙眼衣原体抗原,铜绿假单胞菌抗原和减毒分枝杆菌spp足以防止肺部随后受到活生物体的侵袭18,86,87.虽然为大量患者接种(自体)树突状细胞来预防感染是不可行的,但可以采用针对体内固有树突状细胞的疫苗作为替代策略。在这种情况下,很明显,DNA疫苗编码的抗原主要由注射部位的淋巴结中的树突状细胞表达和呈现88.另一种方法是使用减毒细菌(如。apathogenic鼠伤寒沙门氏菌这可能是装载DCs的一种未来策略原位,因为这些菌株被未成熟的树突状细胞积极吞噬89.
结束语
宿主肺对抗微生物的防御系统依赖于固有免疫系统和适应性免疫系统细胞之间的通讯。树突状细胞利用先天免疫系统的受体来识别和内化病原体,并将这些抗原带到引流淋巴结。在过去的几年里,这些细胞在诱导和调节适应性细胞免疫和体液免疫中发挥重要和关键的作用已经变得很清楚。树突细胞生物学的知识正在迅速扩展;今后,毫无疑问,将有可能看到利用这些细胞的独特特性来预防和治疗传染病的战略。
脚注
↵本系列以前的文章:关键词:肺黏膜免疫,免疫球蛋白,免疫组化,免疫组化欧元和J2001;18: 571 - 588。
- 收到了2001年3月22日。
- 接受2001年5月8日。
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