結核桿菌感染T細胞介導免疫應答研究的新進展

白旭華，霍萬學

(內蒙古民族大學醫學院微生物學與免疫學教研室，內蒙古通遼028000)

結核桿菌可引起人群中約三分之一個體的感染，是病原體成功逃逸適應性免疫應答的典型例證。在過去20 a間，免疫學家對結核病(TB)的發病機制、免疫保護性機制、以及結核桿菌誘導多途徑逃避天然和適應性免疫應答機制等進行了較為深入的研究。最近的一些研究，對結核桿菌感染引起適應性免疫應答的早期細胞與分子生物學、初次感染后細胞免疫應答的起動延遲和免疫調節機制等又有了新的了解。本文僅就結核桿菌感染致結核病發生發展過程中T 細胞介導的免疫應答的研究新進展進行簡要敘述。

1 結核桿菌感染初始T細胞的延遲活化

與人類抗一般病原體或抗原的免疫應答相比，結核桿菌感染產生的適應性免疫應答被大大延遲［1］。嚴格控制條件下的短暫(≦24 h)暴露于活動性肺結核病例的正常人群(未接觸過結核)的一些經典研究均揭示，針對結核桿菌的特異性免疫應答發生在暴露后的平均42 d(正常應該是18～35周)［2］。動物實驗也證明了將結核桿菌以氣溶膠形式感染小鼠后，針對結核桿菌抗原的特異性T細胞活化也同樣發生延遲［3］。說明可變的宿主因素影響初始T細胞活化的動力學，初始T細胞的較早活化同細菌生長的良好控制有關。通過過繼轉移結核桿菌抗原特異性初始CD4+T細胞(來源于ESAT-6或Ag85B抗原表位特異性TCR轉基因小鼠)所做的研究也證明，氣溶膠感染后T細胞活化同樣出現延遲。此外，經轉移并顯現在小鼠肺實質中的功能完全的效應性Th1也不能識別結核桿菌抗原，仍需在氣溶膠感染后7 d以上才能活化［4-5］。這些都說明感染早期結核桿菌存在于具有相對“免疫特權部位(immune-privileged site)”。

IL-12p40缺陷小鼠DC從肺到LDLN的缺陷性移行使得T細胞不能活化，說明DC從肺到LDLN遷移對于結核桿菌感染小鼠的CD4+T細胞應答啟動是必不可少的［6］。小鼠IL-12p40的缺陷與DC的趨化因子受體CCR7表達缺乏有關;用IL-12p40同源二聚體處理DC后，回輸給小鼠體可恢復其遷移到LDLN并激活CD4+T細胞的能力。

2 結核桿菌感染T細胞應答延遲的機制

2.1 通過抑制細胞凋亡延遲T細胞應答

一些研究已經表明結核桿菌具有通過抑制細胞凋亡延遲或減弱CD4+和CD8+T細胞應答的能力。首先，結核桿菌前凋亡突變株(SecA2缺陷，引起超氧化物歧化酶A分泌不足)促進抗原特異性CD8+T細胞應答發生，改善對體內細菌增殖的控制［7］。其次，致病性結核桿菌通過控制宿主類十二烷酸代謝抑制凋亡和延遲CD4+和CD8+T細胞應答的啟動。與非致病性結核桿菌菌株(H37Ra株)感染比較，致病性結核桿菌菌株(H37Rv株)感染的巨噬細胞產生較低水平的前列腺素E2和較高水平的脂氧素A4(LXA4);LXA4的產生與抗凋亡(前壞死效應)有關［8］。再則，與Alox5+(脂氧合酶，LXA4合成所必需)野生型小鼠比較，Alox5(5-脂氧化酶，LXA4的生成所必需)缺陷小鼠的致病性結核桿菌感染與較高頻率的巨噬細胞凋亡有關，助長了DC依賴性的交叉免疫，加速了抗原特異性CD4+和CD8+T細胞應答的產生，更有效地控制了細菌負荷［9］。引起LXA4水平升高的LTA4H(白三烯A4水解酶)的突變嚴重地損害宿主對分枝桿菌感染的抵抗力［10］。因此，結核桿菌可能通過抑制細胞凋亡使DC對細菌抗原的攝取和處理延遲，最終導致適應性免疫應答啟動延遲。

研究還表明，結核桿菌通過抑制細胞凋亡延遲T細胞應答與IFNγ密切相關。對結核桿菌感染的小鼠，IFNγ通過調節對凋亡的敏感性和改變細胞凋亡信號水平作用于T細胞，促進其凋亡［10］。對人類，缺乏功能性IFNγ受體1(IFNγR1)結合鏈，CD4+T細胞表達低水平的FasL，對細胞凋亡變得不大敏感，降低殺傷結核桿菌的能力［11］。IFNγ還參與結核桿菌感染后已建立的CD8+T細胞記憶功能的喪失［12］。

2.2 通過特異性Treg細胞作用延遲T細胞應答

結核桿菌感染致T細胞應答延遲的另一種可能參與者是病原特異性FoxP3+調節性T細胞(Treg)的誘導。位于感染部位的Treg細胞與效應性T細胞相似，其增殖也存在延遲現象。用結核桿菌氣溶膠感染后的前兩周，肺內炎癥不僅不足以導致Treg細胞的快速增殖，而且實際上在此期間增殖下降。然而，在DCs將結核桿菌轉運到LDLN之后，Treg細胞與效應T細胞呈并行性快速增殖。用來源于TCR轉基因小鼠的結核桿菌特異性Treg細胞(特異性:Ag85B＞240-254:I-Ab)進行的移植實驗揭示，只有感染野生型結核桿菌的小鼠Treg細胞發生增殖，而感染非致病型(缺乏特異性抗原Ag85B的表達)結核桿菌的小鼠，Treg細胞則不增殖。結核桿菌感染相關炎癥和效應性T細胞產生的IL-2二者均不足以促使Treg細胞非特異性增殖，只有識別結核桿菌抗原后的Treg細胞擴增。輸注4×104(至少)個結核桿菌特異性Treg細胞會使肺內細菌數量增加，而輸注相同數量的結核桿菌特異性Foxp3-CD4+T細胞則無此作用［3］。接受結核桿菌特異性Treg細胞移植的小鼠體內增加的細菌量，與LDLN內效應性T細胞初次免疫性應答的進一步延遲相關。此發現與先前報道的投與抗CD25抗體(使Treg細胞功能衰竭)，可使肺內結核桿菌特異性效應性T細胞數量增加相一致［13］。上述研究結果強有力地說明，Treg細胞識別LDLN內DCs提呈的結核桿菌抗原產生增殖，限制效應性T細胞的啟動及其增殖速率。

近來經體外實驗還表明，間質干細胞可被吸引到結核桿菌感染部位，抑制T細胞應答;向結核桿菌感染小鼠輸注骨髓基質干細胞，可使小鼠對該病產生易感，此與Foxp3+CD4+T細胞的誘導增加密切相關［14］。但有關間質干細胞是否有助于結核桿菌特異性Treg細胞的誘導，尚需進一步研究。

3 慢性結核桿菌感染T細胞應答的調節和維持

3.1 T細胞應答的調節

已經明確肺(包括肉芽腫)內持續存在的Foxp3+Treg細胞在慢性結核桿菌感染中起免疫應答調節作用［15］。除此之外，最近一項應用骨髓嵌合體小鼠的研究揭示了IFNγ的信號的調節網絡作用。該小鼠的造血來源細胞(即巨噬細胞，樹突狀細胞，淋巴細胞和中性粒細胞)上表達IFNγR，非造血來源的細胞(即上皮，內皮細胞，平滑肌，纖維-BLAST)上不表達此受體。與對照組小鼠(所有細胞上均表達IFNγR)相比，該小鼠于結核桿菌感染后肺內菌量呈現中等度升高，生存期縮短［16］;肺內有過量的中性粒細胞浸潤，提示存在免疫調節顯著異常性炎癥;肺組織IL-17呈顯著過表達，同時伴有IL-23的過表達，促Th17細胞的終末分化和維持其生存［17］。還發現該IFNγR嵌合體小鼠存在IFNγ明顯降表達的基因，該基因編碼吲哚胺2，3-雙加氧酶;此酶降解色氨酸的特定代謝物于體外可抑制IL-17的表達。這些研究結果還表明，肺部微環境也可影響結核桿菌感染后聚集的效應性細胞的命運和功能。還有，在結核桿菌慢性感染期間，腫瘤壞死因子的缺失會導致肉芽腫的破壞和促炎癥反應增強［18］。該現象與T細胞的增殖和IFN的產生水平增加密切相關。

3.2 T細胞應答的維持

IL-12對于結核病中初始CD4+T細胞分化為產生IFNγ的效應性細胞至關重要，控制其感染需要IL-12的持續表達。對IL-12p40缺陷小鼠感染結核桿菌后補藥IL-12p70，可恢復小鼠CD4+T細胞產生IFNγ的能力和肺內細菌生長的控制能力。然而如不連續補給IL-12p70此作用會消失［19］。IL-12p70補給停止，肺CD4+T細胞數量及IFNγ產生水平明顯下降。將慢性感染小鼠的CD4+T細胞分別過繼轉移給結核桿菌感染的IL-12野生型和IL-12p40-缺陷型RAG2-/-小鼠，后者的CD4+T細胞增殖、存活及IFNγ產生能力均較前者大大下降。這些研究表明了IL-12在維持Th1效應細胞中發揮重要作用。

慢性抗原刺激可維持抗結核桿菌特異性T細胞應答。結核病急性期主要有Ag85B抗原表達分泌，而急、慢性期均有ESAT-6抗原產生，識別ESAT-6的T細胞表達具有效應T細胞的特征性表面標志物，并呈較高水平的增殖［20］。結核桿菌持續性感染期間抗原特異性T細胞如何維持高數量的快速分裂和何種效應性T細胞亞群在感染不同階段發揮保護作用仍需進一步研究，這對疫苗研究將有重要指導意義。

通常效應性T細胞是短壽命的，在一段時間內受抗原刺激增殖后死亡。抗原特異性記憶性T細胞產生于抗原被清除后，是長壽命的。記憶性T細胞緩慢但以穩定速率維持增殖，為抗原非依賴的［21］。結核桿菌感染期間維持抗原特異性T細胞并不需要胸腺產生新的T細胞，甚至胸腺切除的動物在持久感染時幾乎能正常維持T細胞應答。

近來應用MHCⅡ類四聚體技術發現，抗原特異性(即ESAT-64-17特異性)CD4+T細胞表達與先前效應T細胞功能衰竭或終末分化有關的表面標志物，PD-1(programmed death-1)或KLRG1(killer cell lectin-like receptor G1)。盡管少數抗原特異性T細胞同時表達此二種受體，但絕大多數還是PD-1+KLRG1-或PD-1-KLRG1+亞群，并各具獨特功能。PD-1+T細胞顯示高度增殖，而KLRG1+T細胞則較少增殖。但后者表達高水平的IFNγ和TNF-α。過繼性轉移研究證明PD-1+T細胞是維持在高水平不斷分化成KLRG1+T細胞的一個亞群。相反，KLRG1+T細胞維持其自身表型并經歷快速消耗過程。抗原特異性PD-1+CD4+T細胞代表了正在增殖起到T細胞應答“發動機”作用的前體細胞群，維持高度增殖能力，并具有分化為更多終末效應性T細胞的潛能。因此，對PD-1+T細胞的功能特性、維持其存活及促進其終末分化的細胞與分子信號深入研究十分必要［22］。

結核病中的KLRG1+T細胞與其它感染及實驗系統中的KLRG1+T細胞的特性一致，為產生效應細胞因子的終末分化效應T細胞，具有較低的增殖能力和短暫的生存期［23］。相反，結核病中PD-1+T細胞的特性則與以往報道的不同。例如，慢性淋巴細胞性脈絡叢腦膜炎病毒(chronic lymphocytic choriomeningitis virus)感染，PD-1表達于功能衰竭的T細胞，阻斷PD-1可改善T細胞功能和加速病毒清除［24］。而在結核病中，表達PD-1的T細胞并未顯示功能喪失，反之缺失快速增殖，似乎是維持效應T細胞應答產生的中心環節［22］。PD-1-/-小鼠對結核桿菌極端敏感，并伴有肺的免疫病理學惡化和細菌數量增加，支持PD-1具有抗結核桿菌感染的免疫促進作用［25］。其免疫病理學改變嚴重性與抗原特異性CD4+T細胞大量增殖和前炎性細胞因子高水平分泌有關，減少CD4+T細胞可使PD-1基因缺陷小鼠免于早期死亡［26］。綜合上述研究結果可以推斷，PD-1的功能是限制CD4+T細胞的充分分化，這對于防止免疫病理學損害、維持抗原特異性T細胞長期數量穩定和最終控制結核桿菌感染十分重要。

4 小結

針對結核的免疫應答是一個緊密調節過程，至少有些是受結核桿菌驅動造成持續感染。這或許可解釋為何適應性免疫應答的啟動頻率對成功免疫保護十分關鍵。如果效應性T細胞能早期誘導，也許在有益于病原體的調節網絡實施之前即可建立抗菌免疫控制。黏膜途徑接種疫苗可誘導氣道管腔效應性T細胞活化，抑制結核桿菌增殖。PD-1+增殖前體細胞群可維持結核桿菌特異性CD4+T細胞數量和功能，這可為結核桿菌疫苗研制提供理論支持。一種能誘導具有向PD-1+細胞分化潛能的抗原特異性CD4+T細胞的疫苗，可以增強機體的長期保護作用。總之，結核桿菌操縱免疫途徑以達到誘導和限制保護性免疫的目的，這可能會成為未來研究的方向。T細胞介導的抗結核病免疫的諸多問題的解決，會有益于合理有效的疫苗設計。

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