豬病免疫重要途徑——粘膜免疫

lyl · 發(fā)表于 2013-4-1 12:12:40

自上世紀(jì)上半葉Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素以來，已陸續(xù)有400多種抗生素投入臨床應(yīng)用，為感染性疾病的治療作出了巨大貢獻(xiàn)。然而，人類不得不面對(duì)一個(gè)嚴(yán)峻的事實(shí)，即所有的抗生素均存在有耐藥菌株，而一些過去得到較好控制的感染性疾病漸有擴(kuò)散的趨勢(shì)。因此，發(fā)展新的抗微生物策略勢(shì)在必行。于是，越來越多的目光聚集在對(duì)生物天然免疫系統(tǒng)的研究方面。

過去認(rèn)為，豬體的免疫系統(tǒng)只存在著兩種基本形式：細(xì)胞免疫和體液免疫。但實(shí)際上除了以上兩種形式之外，豬體還有另外一種極其重要的免疫方式，那就是粘膜免疫。如果粘膜免疫的能力下降，則豬同樣會(huì)受到細(xì)菌和病毒等病原體的侵害，導(dǎo)致疾病的發(fā)生。粘膜免疫與粘膜疫苗接種已成為當(dāng)今免疫學(xué)中的一個(gè)熱點(diǎn)。

豬體的口腔、鼻腔、呼吸道、消化道以及泌尿生殖道的表面被粘膜組織所覆蓋，其表面積達(dá)400m2，這些粘膜上存在著大量的免疫細(xì)胞，如淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等。實(shí)驗(yàn)證明，機(jī)體每天產(chǎn)生的免疫球蛋白的80%被分泌到腸粘膜，20%被分泌到呼吸道、膽囊壁及尿道粘膜上。研究結(jié)果表明，90%以上的細(xì)菌、病毒和寄生蟲感染都起始于粘膜表面，粘膜表面的免疫細(xì)胞通過復(fù)雜的作用，使致病菌的繁殖受到抑制，最終達(dá)到阻止病原體的粘附和侵入的目的。所以，人們也認(rèn)為腸道才是機(jī)體最大的免疫器官。

粘膜免疫系統(tǒng)的構(gòu)成

粘膜免疫系統(tǒng)主要由粘膜相關(guān)淋巴組織（Mucosal Associated Lymphoid Tissues, MALT）構(gòu)成。所謂粘膜相關(guān)淋巴組織，即沿著呼吸道、胃腸道、泌尿生殖道粘膜上皮，并存在于上皮下的淋巴組織，是粘膜接觸并攝取抗原和進(jìn)行最初反應(yīng)的部位。MALT主要包括以下三個(gè)部分：

1 腸粘膜相關(guān)淋巴組織（Gut-Associated Lymphoid Tissue，GALT）

1673年，Dr. Peyer J. C.在哺乳動(dòng)物腸道粘膜上發(fā)現(xiàn)了小腸下的淋巴集結(jié)，并稱之為派爾氏結(jié)（Peyer's Patches，PP），研究表明PP具有明顯的淋巴上皮及上皮下大量淋巴組織，淋巴組織中有多量的淋巴濾泡，覆蓋濾泡的上皮細(xì)胞被稱之為M細(xì)胞（Microfold Cells），這種濾泡稱為濾泡相關(guān)上皮（Follicle-associated epithelial，F(xiàn)AE）。在豬的末端回腸M細(xì)胞含量高達(dá)100%。M細(xì)胞的主要功能是攝取并轉(zhuǎn)運(yùn)抗原，尤其是轉(zhuǎn)運(yùn)顆粒性抗原至位于其下方的組織。

M細(xì)胞與普通粘膜上皮細(xì)胞不同，在它的表面沒有致密的刷狀纖毛，取而代之的是稀疏的絨毛狀結(jié)構(gòu)，這有利于M細(xì)胞攝取大分子抗原，甚至細(xì)菌和病毒，抗原穿越粘膜的屏障，傳送到下面的淋巴樣組織中去，誘導(dǎo)產(chǎn)生特異的粘膜免疫反應(yīng)。

2 支氣管粘膜相關(guān)淋巴組織（Bronchus-Associated Lymphoid Tissue，BALT）

研究結(jié)果表明BALT和GALT結(jié)構(gòu)十分相似。淋巴組織的淋巴小結(jié)體積和數(shù)量與日齡有關(guān)，淋巴組織中含有巨噬細(xì)胞和異嗜性白細(xì)胞。

3 眼結(jié)膜相關(guān)淋巴組織（Conjunctiva-Associated Lymphoid Tissue ，CALT）

近年來，人們開始對(duì)眼結(jié)膜集合淋巴組織（CALT）進(jìn)行研究，豬的眼結(jié)膜上有CALT，CALT主要集中在下眼瞼結(jié)膜穹隆處，上眼瞼也有CALT，但淋巴小結(jié)數(shù)量少且分散，主要集中在鼻淚管周圍。研究表明，CALT是眼鼻區(qū)重要的免疫應(yīng)答組織之一，協(xié)同某些腺體完成獨(dú)特的局部免疫功能，同時(shí)參與全身免疫應(yīng)答的調(diào)控。

另外還有鼻咽相關(guān)淋巴組織（Nasopharynx-Associated Lymphoid Tissue，NALT）、喉淋巴相關(guān)淋巴組織（Larynx-Associated Lymphoid Tissue，LALT），中耳腔、唾液腺、扁桃體等組織。

除了上述的粘膜相關(guān)淋巴組織（也稱為集結(jié)淋巴組織，Organized lymphoid tissue）外，粘膜免疫系統(tǒng)中還有重要的分散淋巴組織（diffuse lymphoid tissue）。這是一種沒有特定組織結(jié)構(gòu)的淋巴樣細(xì)胞。它們分布在粘膜的組織間隙，游離于上皮細(xì)胞或粘膜固有層（lamina propria）的疏松結(jié)締組織之間。T細(xì)胞、B細(xì)胞、漿細(xì)胞是分散淋巴樣組織中的主要細(xì)胞成分，它們的相對(duì)數(shù)量在不同的粘膜表面會(huì)有所不同。在胎兒期的粘膜表面幾乎沒有這些細(xì)胞，它們是在動(dòng)物出生后，隨著對(duì)抗原暴露程度的增加而發(fā)展起來的。雖然分散淋巴樣組織不像集結(jié)淋巴樣組織那樣具有特異的組織結(jié)構(gòu)，但是它在粘膜免疫反應(yīng)中也起著舉足輕重的重要作用，例如抗原的加工、處理和呈遞，以及IgG抗體的產(chǎn)生等等。

粘膜免疫的誘導(dǎo)部位和效應(yīng)部位

1 IgA的誘導(dǎo)部位

誘導(dǎo)部位（亦稱為誘導(dǎo)位點(diǎn)）為首次接觸抗原并誘導(dǎo)起始反應(yīng)的部位，主要有一些粘膜相關(guān)的淋巴組織（MALT），包括上述的腸道相關(guān)淋巴組織（GALT），支氣管相關(guān)淋巴組織（BALT）和近幾年發(fā)現(xiàn)的眼結(jié)膜相關(guān)淋巴組織（CALT）；具有生發(fā)中心的上皮淋巴組織。當(dāng)病原體與這些誘導(dǎo)部位接觸后，抗原即被攝取，誘導(dǎo)T細(xì)胞和B細(xì)胞反應(yīng)。

在IgA的誘導(dǎo)位點(diǎn)可以出現(xiàn)所有的免疫活性細(xì)胞，如CD4+Th細(xì)胞、CD8+CTLs、sIgG B細(xì)胞和輔助細(xì)胞。這些細(xì)胞調(diào)節(jié)抗原特異性效應(yīng)細(xì)胞的產(chǎn)生，參與粘膜表面的體液免疫和細(xì)胞免疫。

2 IgA誘導(dǎo)部位對(duì)抗原的攝取功能

1965年，Tomasi確定了sIgA的性質(zhì)和功能，證明了MALT具有合成sIgA的功能。實(shí)驗(yàn)證明，用外科手術(shù)去除GALT引起循環(huán)抗體減少以及對(duì)各種抗原的反應(yīng)能力下降。

3 IgA的效應(yīng)部位

粘膜的效應(yīng)部位（亦稱為效應(yīng)位點(diǎn)）包括腸道、呼吸道、泌尿生殖道等粘膜的固有層及一些腺體如乳腺和淚腺等。已知淚腺中85%的抗體為sIgA。腸道粘膜固有層是最大的粘膜效應(yīng)位點(diǎn)，可分離到大量的IgA型漿細(xì)胞。其主要細(xì)胞成分為淋巴細(xì)胞，其中B細(xì)胞占20%～40%，T細(xì)胞占40%～60%，巨噬細(xì)胞占10%，嗜酸性粒細(xì)胞占5%，T細(xì)胞大部分為CD3+、CD4+、TCD8-，起促進(jìn)免疫的功能。約1/3的T細(xì)胞是CD3+、CD4-、TCD8+，起細(xì)胞毒作用。

在抗原刺激IgA誘導(dǎo)部位之后，粘膜相關(guān)淋巴組織內(nèi)的B細(xì)胞和T細(xì)胞被致敏，致敏的T細(xì)胞和B細(xì)胞通過淋巴管離開粘膜相關(guān)淋巴組織，并通過胸導(dǎo)管進(jìn)入血液循環(huán)，之后進(jìn)入效應(yīng)部位。在這里B細(xì)胞定居下來，并在抗原、T細(xì)胞及細(xì)胞因子的刺激下增殖變成成熟的IgA漿細(xì)胞，并分泌IgA。

粘膜免疫應(yīng)答(Immune Response， IR)

粘膜免疫應(yīng)答是指機(jī)體受到抗原刺激以后，體內(nèi)抗原特異性淋巴細(xì)胞對(duì)抗原分子的識(shí)別、活化、增殖、分化，并表現(xiàn)一定免疫效應(yīng)的過程。其基本的生物學(xué)意義是保護(hù)機(jī)體免受抗原異物的侵襲。

1 粘膜免疫系統(tǒng)的體液免疫

體液免疫是粘膜免疫效應(yīng)的主要過程，即產(chǎn)生分泌型球蛋白A——sIgA。據(jù)研究，機(jī)體（以人為例）每天分泌sIgA的量約為30～60mg/kg，超過其它免疫球蛋白的量。

1.1 sIgA的產(chǎn)生

IgA在漿細(xì)胞產(chǎn)生后，由J-鏈（含胱氨酸較多的酸性蛋白）連接成雙聚體分泌出來。當(dāng)IgA通過粘膜和漿膜上皮細(xì)胞向外分泌出來。當(dāng)IgA通過粘膜或漿膜上皮細(xì)胞向外分泌時(shí)，與上皮細(xì)胞產(chǎn)生的分泌片段連接成完整的sIgA，釋放到分泌液中，與上皮細(xì)胞緊密連接在一起，分布在粘膜或漿膜表面發(fā)揮免疫作用。

另外，對(duì)于新生仔豬來說，乳汁（尤其是初乳）與免疫力極其相關(guān)，母豬乳汁中的主要抗體類型為IgA（反芻類動(dòng)物為IgG）。哺乳仔豬在斷奶前的被動(dòng)粘膜保護(hù)依賴于母源二聚體IgA的連續(xù)供應(yīng)。由于這種乳腺（體液）免疫力與胃腸道聯(lián)系在一起，形成所謂的胃腸道-乳腺連接，在這里IgA從胃腸道轉(zhuǎn)移到乳腺中。因此，提倡用母豬的胃腸道粘膜免疫的方法來保護(hù)仔豬尤為重要。

1.2 sIgA的作用機(jī)制

分泌型IgA（sIgA）是粘膜應(yīng)答過程中的主要效應(yīng)因子。其在分泌液中以雙鏈和四鏈的形式存在，所以比單鏈IgA有更大的抗原結(jié)合力。sIgA的特性包括它的多鏈性，粘膜親和性與抵抗蛋白酶的作用，均有助于其對(duì)病毒、細(xì)菌的親和作用。由于外分泌液中sIgA含量多，又不容易被蛋白酶破壞，故成為抗感染、抗過敏的一道主要屏障。其綜合功能及機(jī)制歸納如下：

1.2.1 阻抑粘附 sIgA可阻止病原微生物粘附于粘膜上皮細(xì)胞表面，其作用可能是：①sIgA使病原微生物發(fā)生凝集，喪失活動(dòng)能力而不能粘附于粘膜上皮細(xì)胞；②sIgA與微生物結(jié)合后，阻斷了微生物表面的特異性位點(diǎn)，因而喪失結(jié)合能力；③sIgA與病原微生物抗原結(jié)合成復(fù)合物，從而刺激消化道、呼吸道等粘膜的杯狀細(xì)胞分泌大量粘液，“沖洗”粘膜上皮，妨礙微生物粘附。

1.2.2 免疫排除作用 sIgA對(duì)由食物攝入或空氣吸入的某些抗原物質(zhì)具有封閉作用，使這些抗原游離于分泌物，便于排除，或使抗原物質(zhì)局限于粘膜表面，不致于進(jìn)入機(jī)體，從而避免某些過敏反應(yīng)的發(fā)生（如食物過敏反應(yīng)）。

1.2.3 溶解細(xì)菌不論血清型IgA或sIgA均無直接殺菌作用，但可與溶菌酶、補(bǔ)體共同作用，引起細(xì)菌溶解。

1.2.4 中和病毒存在于粘膜局部的特異性sIgA不需要補(bǔ)體的參與，即能中和消化道、呼吸道等部位的病毒，使其不能吸附于易感細(xì)胞上。

1.2.5 介導(dǎo)ADCC作用小腸淋巴細(xì)胞表達(dá)IgA的FcR，它們屬于由IgA介導(dǎo)ADCC作用的淋巴細(xì)胞，但這種效應(yīng)也可能導(dǎo)致上皮細(xì)胞損傷。

IgA抗體，尤其是分泌型IgA（sIgA）在粘膜體液免疫反應(yīng)中具有主要的免疫保護(hù)作用，但是IgG，IgM和IgE等免疫球蛋白在粘膜反應(yīng)中也起著不可忽視的重要作用。分泌型IgA在粘膜表面的免疫保護(hù)作用與它獨(dú)特的結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。sIgA的多聚體結(jié)構(gòu)能增強(qiáng)其對(duì)抗原和病原體的親和力；sIgA表面特殊的糖成分或糖鏈有助于使其粘附于粘膜的表面和抵抗蛋白水解酶的消化作用。

2 粘膜免疫系統(tǒng)的細(xì)胞免疫

粘膜免疫系統(tǒng)的細(xì)胞免疫包括上皮淋巴細(xì)胞、粘膜固有層細(xì)胞、T細(xì)胞及K細(xì)胞免疫等。上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞（IEL）是體內(nèi)最大的淋巴細(xì)胞群，也是異質(zhì)細(xì)胞群。由于離腸腔很近而成為粘膜免疫系統(tǒng)中首先與細(xì)菌、食物抗原接觸的部位。IEL中，90%是CD3+T細(xì)胞，少于6%是sIg+B細(xì)胞，此外還存在極少量的非T非B的裸細(xì)胞（naked cell）。IEL的主要功能是宿主對(duì)病原體入侵及上皮細(xì)胞變性作出快速反應(yīng)機(jī)制的溶細(xì)胞活動(dòng)。IEL因其可產(chǎn)生于Th1、Th2功能相關(guān)的因子，因此，具有調(diào)節(jié)其他淋巴細(xì)胞和上皮細(xì)胞的功能。IEL還具有對(duì)食物抗原耐受和刺激上皮細(xì)胞更新功能。

3 粘膜固有層免疫細(xì)胞

3.1 T細(xì)胞約占40%~90%，是淋巴細(xì)胞中較活潑的細(xì)胞。按其表型及功能不同至少可分為殺傷性T細(xì)胞、抑制性T細(xì)胞、遲發(fā)型超敏反應(yīng)性T細(xì)胞、誘導(dǎo)——輔助性T細(xì)胞及反抑制性T細(xì)胞。T細(xì)胞中約65%～80%為CD3+細(xì)胞和CD4+細(xì)胞。CD4+固有層T細(xì)胞能促進(jìn)IgA的合成，CD8+固有層T細(xì)胞可抑制IgA的合成。

3.2 K細(xì)胞（Killer cell）為一類具有殺傷作用的淋巴細(xì)胞，K細(xì)胞膜上有FcR，只能殺傷被抗原覆蓋的靶細(xì)胞，如寄生蟲、病毒感染細(xì)胞、惡性腫瘤細(xì)胞及同種移植物組織細(xì)胞等。因此，K細(xì)胞在抗感染、抗腫瘤及移植排斥反應(yīng)、超敏反應(yīng)、自身免疫病的發(fā)生均發(fā)揮一定的作用。

3.3 自然殺傷細(xì)胞（natural killer cell，NK細(xì)胞）為一類異質(zhì)性、多功能的細(xì)胞群體，它不需要抗原刺激，也不需要抗體的參與，能殺傷某些靶細(xì)胞。它具有抗腫瘤、抗感染、免疫調(diào)節(jié)的作用。還參與移植排斥反應(yīng)、自身免疫病和超敏反應(yīng)的發(fā)生，其作用機(jī)制與Tc細(xì)胞相似。

3.2 輔助細(xì)胞（accessory cell）是指捕捉、加工、抗原處理，并將抗原遞呈給抗原特異性淋巴細(xì)胞的一類免疫細(xì)胞，故又稱為抗原遞呈細(xì)胞，它包括單核巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞（dendritic cells，DCs）。

在粘膜的復(fù)層上皮及一些單層上皮，由于大分子抗原不能自由擴(kuò)散，故粘膜免疫系統(tǒng)必須通過其專職APC（professional APC）主動(dòng)攝取抗原。已證明樹突狀細(xì)胞與巨噬細(xì)胞為兩種專職APC，它們與上皮細(xì)胞緊密相連。DC在呼吸道和口腔上皮特別豐富，可形成類似皮膚的粘膜DC網(wǎng)絡(luò)。正常機(jī)體必須區(qū)分腸道的“無害”抗原（腸道正常菌群，食物和自身凋亡等）和“有害”抗原（病原微生物等），并產(chǎn)生相應(yīng)的免疫應(yīng)答。樹突狀細(xì)胞在決定免疫應(yīng)答的類型方面起著關(guān)鍵作用。樹突狀細(xì)胞的功能具有可塑性，它最終誘發(fā)免疫應(yīng)答的結(jié)果取決于自身來源（不同的亞群）和分化程度，微環(huán)境和抗原的類型等因素的綜合影響。樹突狀細(xì)胞的功能研究已越來越引起科學(xué)界的高度重視。

粘膜免疫系統(tǒng)的發(fā)展——共同粘膜免疫系統(tǒng)(common mucosal immune system,CMIS)

致敏的淋巴細(xì)胞經(jīng)體循環(huán)可以回流到多個(gè)效應(yīng)部位，發(fā)揮針對(duì)同一抗原的免疫反應(yīng)，而與起始的誘導(dǎo)部位無關(guān)。例如，在人體細(xì)菌性抗原從腸道吸收后可以從乳腺產(chǎn)生特異性抗細(xì)菌性IgA，在支氣管致敏的細(xì)胞可以游走至腸粘膜固有層，鼻咽部暴露于某抗原可以同時(shí)在直腸、呼吸道、陰道產(chǎn)生IgA和IgG，據(jù)此有人就把從IgA誘導(dǎo)部位（BALT或GALT）到粘膜效應(yīng)細(xì)胞（呼吸道、消化道、泌尿生殖道的固有層和分泌腺體）這一系統(tǒng)稱為共同粘膜免疫系統(tǒng)。共同粘膜免疫系統(tǒng)內(nèi)特殊部位的細(xì)胞因子、誘導(dǎo)細(xì)胞、效應(yīng)細(xì)胞調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的機(jī)理，尚未完全搞清楚。

粘膜免疫系統(tǒng)的應(yīng)用

對(duì)于人類的脊髓灰質(zhì)炎（poliomyelitis）（俗稱小兒麻痹癥）來說，有兩種疫苗可以使用，其中滅活疫苗（Salk疫苗）的效果雖然肯定，但其免疫效果和免疫持久力均不如口服的減毒活疫苗（Sabin疫苗），通過使用該疫苗，在世界上的絕大部分地區(qū)已經(jīng)消滅了本病。

無獨(dú)有偶，祖國(guó)醫(yī)學(xué)對(duì)于天花（smallpox）的預(yù)防也是采用鼻腔接種的方法，后來發(fā)展到用皮膚接種（壓種法、劃種法或刺種法）的方法，目前天花已經(jīng)成為唯一被消滅的人類烈性傳染病。無論是粘膜接種，還是皮膚接種，都說明了模擬病原體感染的自然途徑接種疫苗具有非常重要的意義。

動(dòng)物機(jī)體粘膜系統(tǒng)的體液免疫和細(xì)胞免疫在抵抗病原微生物入侵方面均發(fā)揮十分重要的作用，粘膜免疫系統(tǒng)的研究不僅為傳統(tǒng)的免疫學(xué)增加了內(nèi)容，也為很多疾病的致病機(jī)理、病原與宿主的關(guān)系、疫苗與預(yù)防制劑的研究提供了思路與方法。

目前，通過粘膜免疫途徑的免疫方法在生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，且有效地預(yù)防了一些畜禽的傳染病。

利用疫苗，尤其是口服免疫/鼻腔免疫的途徑接種疫苗來預(yù)防傳染病的優(yōu)點(diǎn)有如下幾個(gè)方面：第一，絕大多數(shù)的傳染病是由病毒或細(xì)菌經(jīng)過消化道、呼吸道和泌尿生殖系統(tǒng)侵入機(jī)體而致病的，而口服疫苗可在粘膜局部產(chǎn)生特異的抗體反應(yīng)，來有效阻止病原微生物的入侵甚至將其殺滅和清除體外。第二，實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)構(gòu)顯示，在粘膜的某處受到抗原刺激的粘膜活性細(xì)胞，尤其是在腸道或鼻腔內(nèi)粘膜的刺激，會(huì)在機(jī)體的其他粘膜部位，例如肺產(chǎn)生相應(yīng)的特異性免疫反應(yīng)。也就是通過口服或滴鼻接種疫苗，可以使機(jī)體全部的粘膜獲得抵御相應(yīng)傳染病的免疫保護(hù)力。鼻粘膜接種進(jìn)行粘膜免疫簡(jiǎn)便易行，疫苗經(jīng)鼻粘膜部豐富毛細(xì)血管吸收后直接進(jìn)入體循環(huán)，可免受胃腸道酶的破壞和肝臟對(duì)疫苗的消除效應(yīng)，有利于提高生物利用度和血疫苗濃度。鼻粘膜接種可極大地減少疫苗用量，也使疫苗不良反應(yīng)的機(jī)率大為降低。第三，雖然從粘膜途徑接種疫苗產(chǎn)生的主要是局部免疫反應(yīng)，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示粘膜免疫也能產(chǎn)生很高的血清抗體效價(jià)，甚至能誘導(dǎo)細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞的活性。第四，與傳統(tǒng)的注射接種疫苗相比，口服/滴鼻疫苗的接種方法比較方便，副作用小，安全性好，生產(chǎn)方便，成本也較低。

豬巴氏桿菌活疫苗、大腸桿菌活疫苗、流行性腹瀉疫苗、偽狂犬病基因缺失疫苗、豬瘟活疫苗等采用滴鼻、點(diǎn)眼、飲水、氣霧等方式通過呼吸道粘膜、消化道粘膜、眼結(jié)膜、鼻粘膜等的粘膜免疫，從而有效預(yù)防一些傳染病的發(fā)生，相信將有更多的傳染病預(yù)防采用粘膜免疫的方法。

綜上所述，粘膜免疫、體液免疫和細(xì)胞免疫實(shí)際上是一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體系。在進(jìn)行疫苗接種時(shí)，必須針對(duì)病原體的侵入特點(diǎn)和致病方式，采用最佳的疫苗接種途徑。