参与固有免疫应答的细胞.ppt

第九章 参与固有免疫应答的细胞 Cells of Innate Immunity 固有免疫（innate immunity）又称天然免疫，是指机体与生俱有的抵抗体外病原体侵袭、清除体内抗原性异物的一系列防御能力。固有免疫的作用由体内长期进化形成的固有免疫系统所执行，包括固有免疫屏障、分子和细胞。固有免疫细胞 吞噬细胞、NK细胞、T细胞、NKT细胞、B1细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和肥大细胞等 第一节 吞噬细胞 吞噬细胞（phagocyte）是一类具有吞噬杀伤功能的细胞，主要由单核吞噬细胞和中性粒细胞组成。一、单核/巨噬细胞 单核吞噬细胞包括循环于血液中的单核细胞（monocyte）和组织器官中的巨噬细胞（macrophage），它们都具有很强的吞噬能力，且细胞核不分叶，故命名为单核吞噬细胞系统（mononuclear phagocyte system，MPS）。单核/巨噬细胞是机体固有免疫的重要组成细胞，同时又是一类主要的抗原提呈细胞，在特异性免疫应答的诱导与调节中起着关键的作用。（一）单核细胞的分化发育 骨髓造血过程中，在某些细胞因子如multi-CSF、GM-CSF等刺激下，骨髓干细胞发育成为粒单核前体细胞，后者进一步分化成为原单核细胞并进入血流，在此处分化成为成熟的单核细胞。单核细胞约占外周血白细胞总数的3%，它们在血液中仅停留8小时左右，然后穿过毛细血管内皮，迁移到不同的组织，分化成为组织特异性的巨噬细胞，寿命可达数月至数年。巨噬细胞几乎分布于机体的各种组织中 一部分巨噬细胞定居于组织器官中成为组织特异性的巨噬细胞并被赋予特定的名称，例如肺中的肺泡巨噬细胞，结缔组织中的组织细胞，肝中的枯否细胞，骨组织中的破骨细胞，肾中的肾小球系膜细胞，脑组织中的小胶质细胞。另有一部分巨噬细胞仍然保持运动特性，成为游离或游走型巨噬细胞，如腹腔巨噬细胞，它们以类似于变形虫样的运动方式游走于机体组织间。（二）单核吞噬细胞的形态结构与表面标志 单核细胞是白细胞中体积最大的细胞，直径约1020m，呈圆形或椭圆形，细胞表面有皱褶和伪足。细胞核形态多样，胞质较多，呈弱嗜碱性，含有许多细小的嗜天青颗粒。胞质内有许多颗粒结构，内含有过氧化物酶、酸性磷酸酶、非特异性酪酶和溶菌酶，与单核细胞的吞噬杀伤功能有关。巨噬细胞的体积是单核细胞的数倍，直径约5080m或更大，皱褶和伪足更多，呈多形性，胞浆中有大量的溶酶体及其它各种细胞器。成熟的单核吞噬细胞表达多种表面分子 单核吞噬细胞表达的表面受体多达数十种，如FcR I，FcR II，FcR III，CR1，CR3，多种细胞因子、激素、神经肽、多糖、糖蛋白、脂蛋白及与病原体相关的脂多糖等受体，参与单核吞噬细胞的识别、吞噬、活化和效应。调理性受体，非调理性受体。单核吞噬细胞表面具有多种抗原分子，如MHC-I类 和MHC-II类分子，诸多黏附分子等，与细胞的功能状态密切相关。成熟单核巨噬细胞还表达高水平的CD14分子，被认为是较为特异的表面标志，主要用于细胞表型的鉴定。（三）单核吞噬细胞的识别模式 天然免疫应答是机体防御感染性疾病的第一道防线，近年来非特异免疫系统的重要性为越来越多的人所接受。在天然免疫过程中，宿主免疫细胞是如何通过有限的受体迅速识别大量不同的病原体并作出应答，是免疫研究的主攻目标之一。病原体相关分子模式（Pathogen associated molecular pattern，PAMP）一类或一群特定的微生物病原体（及其产物）共有某些非特异性、高度保守的分子结构，包括脂多糖（LPS）、磷壁酸（(teichoic acid,LTA）、肽聚糖（peptidoglycan,PGN）、甘露糖、细菌DNA、双链RNA、葡聚糖和磷脂酰丝氨酸（PS）等 其主要特征是，通常为病原微生物所特有，而宿主细胞不产生；为微生物的生存或致病性所必需；为宿主天然免疫细胞泛特异性识别的分子基础。模式识别受体（Pattern recognition receptors，PRRs）固有免疫细胞表达一类非克隆性分布、可识别一种或多种PAMP的识别分子。生物学特征：（1）表现为较少多样性；（2）非克隆性表达，即来自不同组织的同类固有免疫细胞（如单核巨噬细胞）均表达相同的模式识别受体，具有相同的识别特性；（3）能够介导快速的生物学反应，无需细胞增殖。单核吞噬细胞主要通过此种方式快速有效地识别外来病原体刺激。细胞表面的PRRs包括甘露醇受体（MR）、清道夫受体（SRs）、Toll样受体（TLRs）和磷脂酰丝氨酸受体（PSRs）。部分模式识别受体存在于血清和体液中，称为可溶性PRRs，包括甘露醇聚糖结合凝集素（MBL）和C反应蛋白（CRP），能够分别与病原微生物表面的甘露糖残基和磷酸胆碱结合，促进调理吞噬，活化补体介导的溶菌机制。脂多糖结合蛋白（LBP）是另一类可溶性受体，为模式识别系统的重要成分，其功能是识别革兰氏阴性菌胞壁脂多糖（LPS）并传递应答信号。（1）甘露糖受体（MR）与病原体细胞壁糖蛋白和糖脂分子末端的甘露糖和岩藻糖残基结合。（2）清道夫受体（SR）识别乙酰化低密度脂蛋白，G-菌LPS和G+菌磷壁酸等阴离子聚合体，结构改变的蛋白质分子等（3）磷脂酰丝氨酸受体（PSRs）识别磷脂酰丝氨酸（凋亡细胞重要表面标志）（4）TLR(Toll-like receptor)TLR家族因其胞外段与一种果蝇蛋白Toll同源而得名。人类TLR家族已确认的有10个成员。TLRs主要表达在具有免疫功能的组织和细胞中，单核巨噬细胞主要表达TLR2和TLR4。TLRs识别的配基各不相同，TLR2能识别许多种PAMPs，包括细菌脂多糖、肽聚糖和胞壁酸；TLR3识别病毒双链RNA；TLR4可识别细菌的LPS；TLR5识别细菌鞭毛蛋白；TLR9识别细菌CpG DNA；TLR7和TLR8能识别一些人工合成的抗病毒小分子。TLRs在结构上包括胞外区富含亮氨酸的重复序列富含半胱氨酸的功能区及胞内与Toll及IL-1R同源的TIR结构域（Toll/IL-1 receptor homologous region，TIR），TLRs的胞浆区末端是其信号转导有关的功能域，通过与信号转接蛋白如髓样分化蛋白88（MyD88）的相互作用将特异性的刺激信号传递到细胞核，调节基因的表达。TLR家族成员的信号传导途径并不完全相同，这就导致了其生物学效应的差异。TLRs家族的信号机制与IL-1R家族的信号机制具有较高的相似性。其特征之一是依赖于胞浆区的接头蛋白分子和激酶进行信号传导。根据接头蛋白的不同，可以分为MyD88依赖性和非依赖性途径。MyD88是TLR家族成员所共有的接头分子。MyD88依赖性信号途径的基本过程如下：以TLR4为例，LPS和LPS结合蛋白（LBP）形成的复合物与CD14结合后，使细胞表面的TLR4受到刺激形成同源二聚体，并在分泌性因子MD-2的协助下活化，活化的TLR4通过其TIR功能域与接头蛋白MyD88的C端TIR相互作用，再利用MyD88 N端的死亡功能域（DD）募集胞浆中含有死亡功能域（DD）的丝氨酸/苏氨酸激酶IL-1受体相关激酶（IRAK）。活化的IRAK4随即与TNF受体相关因子6（TRAF6）结合，活化JNK和p38 MAPK和NF-B信号级联途径，分别通过核转录因子AP-1和NF-B启动靶基因的表达，介导炎症应答。一般来说，经由TLR传递的信号主要引起细胞因子的合成和分泌，诱发炎症反应并介导巨噬细胞和中性粒细胞向炎症部位浸润。TLR信号还能够募集活化NK细胞、树突状细胞，促进DC细胞向T细胞提呈抗原，启动T细胞应答。活化T细胞产生的细胞因子（如IFN-）又进一步活化单核吞噬细胞，因此借助TLR的桥梁作用，固有性免疫和适应性免疫就被紧密联系起来了。（四）单核吞噬细胞的生物学功能 单核吞噬细胞是固有免疫的执行者，是适应性免疫发挥作用前机体防御病原性异物侵袭的重要机制。1、单核吞噬细胞吞噬和清除病原微生物 其基本过程如下：第一步，在病原微生物等抗原作用后，为静止的单核巨噬细胞提供活化信号，并诱导单核巨噬细胞向应答部位聚集，这一过程称为趋化 第二步，病原微生物通过其抗原与PRRs等的作用粘附在单核巨噬细胞表面。黏附作用诱导单核巨噬细胞的胞膜突出形成伪足，将抗原包绕起来，伪足融合，病原体抗原则以膜包结构方式被摄入细胞内形成吞噬体（phagosome）；第三步，吞噬体向细胞内部运动，与溶酶体融合形成吞噬溶酶体，随即在多种溶酶体水解酶作用下对病原体进行消化处理，其机制包括氧依赖性途径和氧非依赖性途径两类 最后，吞噬溶酶体内的消化后产物通过胞吐（exocytosis）作用被清除至细胞外，与此同时，具有免疫原性的肽类物质则与MHC分子结合形成肽-MHC复合物，表达于细胞表面，提呈给不同的T细胞亚群。巨噬细胞对病原体等的杀伤消化和清除 1、氧依赖性杀菌系统及其作用（1）反应性氧中间物（ROI）系统 呼吸爆发生成超氧阴离子（O2-）、OH-、H2O2、1O2（单态氧）。（2）反应性氮中间物（RNI）作用系统 巨噬细胞活化后，诱导iNOS，生成NO，对细菌和肿瘤细胞具有杀伤和细胞毒性作用。2、氧非依赖性杀菌系统及其作用 酸性pH、溶菌酶、防御素（富含精氨酸的小分子多肽）2、单核巨噬细胞的抗原提呈功能 单核巨噬细胞是专职的抗原提呈细胞，可以将摄入的外来性抗原和内源性抗原加工处理成为具有免疫原性的小分子肽段，以MHC I/II-抗原肽复合物的形式表达于巨噬细胞表面，为适应性应答的CD4+和CD8+T细胞活化提供第一信号。此外，单核巨噬细胞还通过B7-1/2等分子与T细胞表达的CD28等相互作用，产生协同刺激信号，为T细胞活化提供第二信号，启动适应性免疫应答。3、单核巨噬细胞能够介导并促进炎症反应 一方面炎症部位产生的MCP-1、IFN-、GM-CSF和G-CSF等因子与M表面的相应受体作用，诱导细胞活化并向感染部位募集。活化后的M分泌MIP-1/、MCP-1和IL-8等多种趋化因子，诱导更多的M活化和募集，产生多种促炎因子如IL-1、IL-6和TNF-，以及大量炎性介质如白三烯、前列腺素、弹性蛋白酶、溶菌酶、尿激酶等，加强局部的炎症反应。另一方面，活化M分泌的因子能够同时进一步促进局部和全身的炎症反应，主要是通过调动其它炎性细胞如粒细胞和淋巴细胞共同参与炎症反应。4、单核巨噬细胞在免疫调节中发挥作用 单核巨噬细胞的免疫调节作用具有双向性，既有正相性也有负相性，主要由于激活程度及分泌产物的不同所致。如单核巨噬细胞分泌的IL-6、IL-12、IL-18、TNF-能够促进T、B、NK细胞的活化，而IL-l、IL-10等因子则抑制单核巨噬细胞、T细胞和NK细胞的活化。此外，体内因素也可以通过调节细胞表面膜分子的表达水平调节单核巨噬细胞的功能状态，并因此对免疫系统的应答状态进行调节。5、单核巨噬细胞杀伤肿瘤和病毒感染细胞 细菌LPS或IFN-等因子能够有效地激活单核巨噬细胞，促进杀伤病变的靶细胞，这一过程既可以在单核巨噬细胞内部进行，也可以将效应物质释放到胞外，直接对病变细胞进行清除；同时活化巨噬细胞分泌的TNF-也能够诱导靶细胞发生凋亡。另外，当有肿瘤或病毒特异性抗体存在的条件下，M还能够通过ADCC或补体依赖性途径杀伤靶细胞。M也分泌一些酶如弹性蛋白酶等参与组织修复和重建。二、中性粒细胞 中性粒细胞（neutrophils）也来源于骨髓干细胞，是血液中数目最多的白细胞，约占外周血白细胞的50%70%。成人外周血中超过51010个细胞，骨髓每天产生约1010个新细胞。中性粒细胞属于终末细胞，从骨髓进入外周血循环710小时后进入组织后不再返回血液中来，一般可存活23天。在血管中的中性粒细胞，约有一半随血流循环，通常白细胞计数时只反映了这部分中性粒细胞的数量；另一半则附着在小血管壁上。同时，在骨髓中尚贮备了约2.51012个成熟的中性粒细胞，应激状态下，机体可立即动员大量这部分粒细胞进入循环。中性粒细胞呈球形，细胞核呈分叶状。中性粒细胞的胞浆中有大量分布均匀的中性