性激素在先天免疫中的作用*

李 斌 趙 航

浙江工業(yè)大學(xué)，浙江省杭州市 310000

先天免疫(Innate immunity)是人體對抗病原體的第一道防線，它影響著人體的健康狀況和抗感染能力，在人體健康問題中具有重要地位。先天免疫系統(tǒng)包括一系列物理、化學(xué)和細胞相關(guān)機制，其中先天免疫系統(tǒng)的主要免疫細胞包括單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞、自然殺傷細胞、嗜酸性粒細胞和嗜堿性粒細胞。這些免疫細胞能接觸、吞噬相關(guān)病原體，當先天免疫系統(tǒng)發(fā)揮作用后，先天免疫細胞也能將抗原呈遞給適應(yīng)性免疫細胞，適應(yīng)性免疫系統(tǒng)開始工作。適應(yīng)性免疫系統(tǒng)能夠從基因?qū)用嬗涀√囟ǖ目乖斣俅谓佑|這類抗原后，能高強度地進行免疫反應(yīng)以清除病原體或入侵物。相應(yīng)的，先天免疫細胞同樣也具備這種記憶能力，能夠通過特異性代謝和表觀遺傳重編程來記憶特異性外源入侵物，這種功能在感染相關(guān)的疾病中起著十分重要的作用。

在先天免疫系統(tǒng)中，性別是一個重要的影響因素，不僅在基因?qū)用嬗绊懼小⑴g的免疫系統(tǒng)，還通過性激素影響著免疫細胞的免疫應(yīng)答，從而進一步調(diào)控先天免疫系統(tǒng)。先天免疫的性別差異現(xiàn)象在整個免疫過程中都有所體現(xiàn)，特別是個體對于疾病和疫苗的免疫反應(yīng)。一項基于534人的研究顯示[1]，單核細胞對多種微生物刺激進行免疫應(yīng)答時，性別、年齡和季節(jié)是重要影響因素。在煙曲霉、幽門螺桿菌、乙型肝炎、結(jié)核分枝桿菌等疾病方面，女性感染率遠比男性低。此外，一項關(guān)于COVID-19的報告顯示，成年女性因COVID-19導(dǎo)致死亡的概率比男性死亡概率低，男、女間的風(fēng)險比可達1.59[2]，男性的肺部炎癥及損傷情況更為嚴重。成年女性感染傳染病的風(fēng)險低于男性，可能是因為成年女性先天免疫和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)比男性更強。與此同時，這也增加了女性患自身免疫性疾病的風(fēng)險。而值得注意的是，女性在面對某些疫苗時，如三價流感病毒疫苗和乙型肝炎疫苗，也能產(chǎn)生更強烈的免疫應(yīng)答。

一些研究指出，在先天免疫的相關(guān)疾病中存在性別差異，而其中性激素是非常值得探討的重要影響因素[3]。包括雌激素、孕酮在內(nèi)的雌性激素及包括睪酮在內(nèi)的雄性激素對先天免疫系統(tǒng)起著廣泛的調(diào)節(jié)作用，是生命活動中的重要影響因素。性激素可能是潛在的免疫調(diào)控藥物，對性激素作用機制的研究也許能為免疫調(diào)控帶來新思路。

1 雄激素類

睪酮(Testosterone)是雄激素中的主要成分，能抑制男性體內(nèi)的免疫反應(yīng)，特別是感染和疫苗引起的免疫。在體外實驗中，10nmol/L濃度的睪酮能抑制THP-1人源單核細胞TNFA的mRNA水平[4]，也能抑制小鼠巨噬細胞RAW 264.7分泌TNF的能力[5]。其次，睪酮能調(diào)控免疫細胞表面Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)4的表達，調(diào)整巨噬細胞對抗原的敏感度。當小鼠巨噬細胞RAW 264.7被睪酮刺激后，細胞表面的TLR4蛋白含量下降，該細胞系對脂多糖的敏感度下降。相對應(yīng)的，在脂多糖誘導(dǎo)小鼠免疫應(yīng)答的研究中，當小鼠摘除睪丸后，其原代巨噬細胞表面的TLR4蛋白表達量顯著增加，炎癥反應(yīng)顯著增強[5]。而當對去勢小鼠給予外源性睪酮后，其原代巨噬細胞表面TLR4表達量沒有增加，對脂多糖的敏感性也被抑制。這些關(guān)于人類免疫細胞的體外研究和小鼠體內(nèi)體外研究都表明了睪酮對免疫的調(diào)節(jié)作用。

除了睪酮表現(xiàn)出較為良好的抗炎作用外，睪酮的代謝產(chǎn)物二氫睪酮(5-adihydrotestosterone,DHT)也具備一定程度的抗炎作用。在人類男性來源的單核細胞體外實驗中，二氫睪酮能抑制卡介菌(Bacillus calmette-guerin,BCG)誘導(dǎo)的炎癥。其中，在10～100pmol/ml的濃度下，二氫睪酮均能抑制單核細胞分泌IL-6；在100pmol/ml的濃度時，還能抑制TNF-α的分泌[6]。但二氫睪酮對不同性別的單核細胞的免疫調(diào)控有較大差別，二氫睪酮對人類女性來源的單核細胞不起作用，可能與女性來源的單核細胞的雄激素受體較少有關(guān)。此外，白三烯(Leukotrienes)是一種具有較強促炎作用的趨化劑和激動劑，它能引起氣道平滑肌收縮，增加血管通透性、促進炎性細胞在氣道聚集。5-脂氧合酶(5-lipoxygenase,5-LO)是合成白三烯的關(guān)鍵。一項研究揭示了女性來源的單核細胞的5-脂氧合酶含量比男性來源的單核細胞高，可達1.8倍[3]。而男性來源的單核細胞與二氫睪酮(10nmol/L)共孵育后，細胞內(nèi)5-脂氧合酶的活性被抑制，白三烯的合成也被抑制。

睪酮主要通過雄激素受體(Androgen receptor,AR)發(fā)揮作用，而他的衍生物二氫睪酮是一種更強的激動劑。人類和小鼠的許多免疫細胞表達雄激素受體。當未被刺激時，雄激素受體處于細胞質(zhì)中，與熱休克蛋白和伴侶蛋白緊密結(jié)合；當雄激素受體被激活后，它與熱休克蛋白和伴侶蛋白分離，與配體一同進入細胞核中。在細胞核中，結(jié)合著配體的雄激素受體與雄激素反應(yīng)元件結(jié)合，調(diào)控靶基因的表達。

2 雌激素

雌激素(Estrogens,E)主要包括三種：雌酮(Estrone,E1)、雌二醇(17β-estradiol,E2)、雌三醇(Estriol,E3)。其中人體含量最高、生物作用最大的是雌二醇。雌二醇主要由卵巢分泌，在卵泡發(fā)育的早期，雌激素分泌較少，至月經(jīng)第7日迅速增多，并在排卵前達到峰值，排卵后雌激素水平迅速下降；在黃體期，雌激素主要由黃體分泌，并在黃體期的中期少量增高。雌激素的主要功能是促進子宮內(nèi)膜增殖，促進女性第二性征發(fā)育。

隨著對先天免疫系統(tǒng)性別差異的研究，雌激素被認為是某些疾病的潛在治療藥物。而雌激素對于免疫的調(diào)節(jié)作用被廣泛研究后，發(fā)現(xiàn)雌激素對免疫細胞的影響有著較大差異。雌激素對于炎癥的總體治療效果取決于雌激素的結(jié)構(gòu)、體內(nèi)濃度、免疫細胞種類、免疫細胞的宿主性別和相關(guān)的受體信號通路。

雌二醇對免疫的調(diào)控表現(xiàn)出了雙向性，非常低濃度的雌二醇能夠增強人源和鼠源的巨噬細胞和單核細胞的免疫反應(yīng)，而當機體內(nèi)雌激素含量升高時，反而能抑制巨噬細胞和單核細胞的免疫反應(yīng)。在脂多糖誘導(dǎo)小鼠巨噬細胞的實驗中，較低濃度的雌二醇能抑制脂多糖誘導(dǎo)的炎癥。當細胞在被脂多糖刺激后，再被4.17×10-10mol/L的雌二醇刺激16h，TNFA、IL-1和IL-6的mRNA水平相比于對照組顯著降低[7]。但是不同性別來源的單核細胞對同樣濃度的雌二醇反應(yīng)有所不同。當男性人源單核細胞接觸雌二醇時，如果雌二醇維持在1×10-10～1×10-9mol/L濃度下，IL-1的分泌量達到最高值；當濃度維持在1×10-7mol/L時，IL-1的分泌被抑制[8]。人外周血單核細胞(Peripheral blood mononuclear cells,PBMCs)也同樣表現(xiàn)出了這種不同性別來源細胞對雌二醇反應(yīng)存在差異。1.25×10-10～1.25×10-7mol/L濃度范圍的雌二醇能調(diào)整人源PBMCs分泌IL-6和TNF-α。其中，當雌二醇濃度維持在1.25×10-8～1.25×10-7mol/L時，能對男性、女性來源的PBMCs分泌TNF-α均起到抑制作用，當雌二醇濃度維持在1.25×10-10～1.25×10-9mol/L，僅對男性來源的PBMCs起作用[9]。此外，在體外實驗中，雌二醇能抑制卡介菌(Bacillus Calmette-Guerin,BCG)誘導(dǎo)人類單核細胞產(chǎn)生的免疫反應(yīng)。其中，1×10-10～1×10-8mol/L濃度下的雌二醇刺激6h，能抑制女性來源單核細胞分泌TNF-α的能力，也能抑制男性來源的單核細胞分泌TNF-α、IL-6、IL-10的免疫反應(yīng)[10]。

雌激素在中性粒細胞凋亡、趨化、中性粒細胞胞外陷阱(Neutrophil extracellular traps,NETs)的形成中發(fā)揮著作用。男性來源中性粒細胞的自發(fā)性凋亡比女性來源中性粒細胞更嚴重。但當兩性來源的中性粒細胞均被生理性的雌激素刺激后，他們都會通過細胞色素C介導(dǎo)的途徑減輕自發(fā)性凋亡。在小鼠急性動脈損傷體內(nèi)實驗中，當使用雌激素治療時，包括黏附分子、趨化因子和細胞因子在內(nèi)的炎性介質(zhì)的mRNA均被抑制，最終導(dǎo)致中性粒細胞趨化減弱[11]，表明雌激素可能起到血管保護作用。NETs是細胞外染色質(zhì)纖維，能夠結(jié)合病原體，最終導(dǎo)致細胞死亡。在人類中性粒細胞樣細胞系(Human neutrophil-like cell line,HL-60)相關(guān)實驗中，雌激素能通過雌激素受體和G蛋白偶聯(lián)受體促進NETs形成。

這些發(fā)現(xiàn)能在一定程度上說明雌激素在先天免疫中的雙向作用，雌激素對先天免疫的調(diào)控是受濃度、性別、免疫細胞種類和相關(guān)的受體信號通路影響，在一定條件下可以作為潛在的炎癥治療藥物，特別是細菌性炎癥背景下。考慮到雌激素的雙向作用，也不難理解女性遭受膿毒癥的嚴重程度比男性輕很多。

雌激素受體主要存在兩種形式(Estrogen receptor,ER)，分別是ER-α和ER-beta。這兩種受體在人類免疫細胞中廣泛分布[12]。當雌激素受體與雌激素結(jié)合而被激活后，它能與雌激素反應(yīng)元件(Estrogen response elements,EREs)相結(jié)合，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄過程,它也能與其他轉(zhuǎn)錄因子、共調(diào)控因子等相互作用，間接影響下游機制。

3 孕酮

孕酮(Progesterone)主要由卵巢黃體分泌，腎上腺也能少量分泌。孕酮水平在黃體期逐漸升高，并在黃體中期達到峰值，然后隨著黃體退化而逐漸降低。孕酮的主要功能是促使子宮內(nèi)膜從增殖期轉(zhuǎn)變?yōu)榉置谄冢瑸榕咛サ闹沧鰷蕚洹Ｈ绻炎邮芫型獣碳ぷ訉m內(nèi)膜血管進一步發(fā)育，并刺激子宮內(nèi)膜中的腺體，促使其分泌營養(yǎng)物質(zhì)，以滋養(yǎng)受精卵。反之，如果卵子未受精，孕酮水平迅速下降，導(dǎo)致子宮內(nèi)膜剝脫出血。

一系列研究表明，孕酮對先天免疫細胞的免疫反應(yīng)主要起抑制作用。機體內(nèi)孕酮水平是一個動態(tài)過程，在不同的生理期內(nèi)，機體內(nèi)孕酮水平有所不同。因此，單純通過機體內(nèi)孕酮水平變化及相關(guān)疾病情況來評估孕酮對免疫的調(diào)節(jié)作用是相對不夠完善的。在月經(jīng)黃體期，孕酮是主要的激素，機體內(nèi)孕酮水平較高；在孕期，機體大量分泌孕酮與雌激素，兩者水平也均高于其他時期。僅這兩個時期的孕酮生理水平能被用來評估孕酮的抑制先天免疫的作用。

與雌激素相比，孕酮能抑制NET形成，抑制NET導(dǎo)致的細胞死亡，與雌激素對NETs的作用相拮抗。在一項與小鼠巨噬細胞相關(guān)的體外實驗中，在細胞被脂多糖(200ng/ml)處理后，再與孕酮共孵育，發(fā)現(xiàn)孕酮以濃度依賴的方式抑制了精氨酸酶和一氧化氮合成酶2的活性，從而抑制巨噬細胞的免疫反應(yīng)[13]。與此相應(yīng)的另一項研究表明，脂多糖能誘導(dǎo)雄性小鼠骨髓來源巨噬細胞合成一氧化氮，但該效果能被7.8×10-6～6.25×10-5mol/L濃度的孕酮抑制，而當小鼠骨髓來源的巨噬細胞受脂多糖(12.5μg/ml)誘導(dǎo)72h后，再給予1×10-7～8×10-6mol/L濃度的孕酮，巨噬細胞分泌的IL-12p40含量有所下降[14]。在后續(xù)進一步探究中，發(fā)現(xiàn)3.125×10-5～6.15×10-5mol/L濃度的孕酮能抑制在脂多糖(800ng/ml，刺激72h)誘導(dǎo)下雄性小鼠骨髓來源的樹突狀細胞分泌IL-6的能力；而濃度在5.0×10-7～6.25×10-5mol/L范圍內(nèi)的孕酮能抑制在聚肌苷酸胞嘧啶核苷酸(50μg/ml,72h)誘導(dǎo)下雄性小鼠骨髓來源的樹突狀細胞分泌IL-6的能力[15]。而在小鼠樹突狀細胞中也觀察到了相似的結(jié)果，孕酮能抑制脂多糖誘導(dǎo)下的IL-12p40的分泌[15]。使用脂多糖分別刺激男性和女性來源的原代單核細胞，再將細胞分別與孕酮孵育，發(fā)現(xiàn)1.0×10-6mol/L濃度的孕酮均能抑制男性、女性來源單核細胞中5-脂氧合酶的含量，從而減輕炎癥[16]。

與雌激素相似，孕酮在對先天免疫細胞相關(guān)的調(diào)控作用上也表現(xiàn)出了雙向調(diào)節(jié)作用。在脂多糖誘導(dǎo)人源的外周單核細胞體外實驗中，在較低濃度孕酮(1×10-9mol/L)刺激48h后，細胞分泌的活性IL-1含量顯著增加，而當孕酮濃度達到1×10-7～1×10-5mol/L時，分泌的活性IL-1含量顯著下降[16]。

孕酮能夠與孕酮受體(Progesterone receptors,PRs)和糖皮質(zhì)激素受體(Glucocorticoid receptors,GRs)結(jié)合。細胞核上的孕酮受體存在兩種形式，分別是nPR-α和nPRβ，孕酮也能與細胞膜上的受體結(jié)合，發(fā)揮作用。人類和小鼠的多種免疫細胞上存在孕酮受體，但孕酮受體的表達情況受性別因素影響，雌性小鼠來源的樹突狀細胞的孕酮受體含量比雄性小鼠樹突狀細胞高。其次，糖皮質(zhì)激素受體在免疫細胞中更為豐富，而在小鼠巨噬細胞和樹突狀細胞相關(guān)的一項體外實驗中，孕酮通過糖皮質(zhì)激素受體相關(guān)的信號通路抑制脂多糖誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)[15]。孕酮誘導(dǎo)糖皮質(zhì)激素信號通路可能是孕酮調(diào)控免疫反應(yīng)的重要補充途徑。

4 小結(jié)與展望

目前，關(guān)于免疫的研究越來越受重視，而先天免疫是免疫系統(tǒng)中的重要組成部分，先天免疫系統(tǒng)相關(guān)的免疫細胞分布較廣，當先天免疫相關(guān)的免疫細胞接觸抗原后，發(fā)生免疫反應(yīng)，并將抗原呈遞給淋巴細胞，引起后續(xù)一系列免疫反應(yīng)。因此，先天免疫是人體的第一道防線，與先天免疫相關(guān)的疾病也逐漸成為焦點。

在許多先天免疫細胞相關(guān)的疾病中存在較為明顯的性別差異，部分研究表明性激素在其中起著重要作用。在多種疾病中，睪酮主要起著抑制免疫的作用；而雌激素和孕酮則存在兩面性，其對炎癥的作用主要與濃度相關(guān)，并且受免疫細胞種類、免疫細胞的宿主性別和相關(guān)的受體信號通路影響。雌性激素及雄性激素對先天免疫系統(tǒng)起著廣泛的調(diào)節(jié)作用，是生命活動中的重要影響因素。性激素及其衍生物是潛在的免疫調(diào)控藥物，對性激素作用機制的研究或許能為免疫調(diào)控帶來新思路。