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动物肠道免疫研究进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-06-17  来源:河南创鑫生物科技有限公司  作者:童晓莉1,周勤飞1,2,王永才2  浏览次数:570
动物肠道免疫研究进展
童晓莉1,周勤飞1,2,王永才2(1.重庆市畜牧科学研究院,重庆 荣昌 402460;2.西南农业大学,重庆 北碚 400716)
[摘 要]动物肠道免疫系统是动物机体防止感染的第一道防线,也是动物免疫系统的重要组成部分。本文介绍了在动物肠道免疫中起重要作用的S-IgA的合成、转运以及其生物学功能,阐述了对动物肠道免疫的影响因素以及从动物营养角度的主要调控方法。[关键词] 动物肠道免疫; S-IgA; 影响因素; 调控肠道是机体内最大的细菌和毒素的“贮库”,数目超过体内细胞的总数,这么庞大的菌群及其毒素若无限制地穿过肠壁,扩散到其他部位,必然会给机体带来极大的危害。然而,正常的肠道之所以能够有效地将肠道内细菌、毒素等有害物质局限于肠道内,是因为肠道内各种免疫成份为机体提供了多方面、多层次的防护,构成了严密的免疫屏障,这就是肠道免疫。肠道免疫是由一个复杂的肠道免疫系统组成的,肠道免疫系统的狭义概念是指由有结构的组织黏膜滤泡和弥散淋巴组织构成的肠相关淋巴组织(Gut-associatedLymphoidTissue,GALT),也叫黏膜免疫系统。本文就动物的肠道免疫机制和对动物肠道免疫的影响因素及其从动物营养角度的调控做一综述。1 动物肠道免疫胃肠黏膜的淋巴组织包括肠上皮内淋巴细胞(intraepitheliallymphocyte,IEL)、固有层淋巴细胞(laminaproprialymphocyte,LPL)和Peyer’s淋巴结(peyerspatch’s,PP)等肠相关性淋巴组织3类[1]。其中,Peyer’s淋巴结对肠黏膜免疫的触发和表现起着关键作用。肠道免疫系统功能中起中心作用的是由B细胞转化为浆细胞后产生的IgA,它被认为是肠道免疫屏障的一个重要方面,对肠道菌群有调节作用[2]。IgA经过肠上皮细胞或在细胞间隙内与上皮细胞产生的分泌片段结合,形成分泌型免疫球蛋白(S-IgA),S-IgA释放入肠腔,既可与相应抗原结合,抑制细菌增殖和中和毒素,保护肠黏膜,又能抵抗蛋白溶解酶作用,从而保护肠黏膜防止被消化[3]。1.1 S-IgA的合成和转运S-IgA的产生开始于小肠集合淋巴结,淋巴结内包含有B细胞、T细胞表型和巨噬细胞[4]。在胃肠道内能产生IgA的这些淋巴相关组织都含有滤泡相关上皮细胞(follicle-associatedepithelium ,FAE)一种微褶皱细胞(M细胞),能够传导活或死的抗原的信号到位于它下面的淋巴组织(Kato andOwen,1994)[5]。一旦有M细胞传导的信号, B细胞、T细胞表型和巨噬细胞等抗原效应细胞(antigen-presentingcells ,APCs)就立即出现在FAE的下面形成一个圆顶(Farstad et al,1994)[6]。抗原通过M细胞由巨噬细胞表达,抗原传到了淋巴组织会被进一步作为免疫复合物被固定于肠集合淋巴细胞,抗原被T辅助细胞处理和表达,诱导B细胞增殖和分化,由IgM型的B细胞转变成IgA型B细胞(Brandtzaeg,1996)[7]。在大鼠、小鼠和兔等动物分泌出来的IgA是经淋巴管、胸导管进入血循后被肝脏摄取。肝细胞和胆道上皮细胞能够合成分泌片,IgA在被转运到胆道的过程中与分泌片结合,形成S-IgA,与胆汁混合,最终到达肠道。在人IgA的转运没有动物复杂,而是直接进入肠道。1.2 S-IgA的生物功能S-IgA主要由IgA双聚体J链和一个分泌片(secretorycomponent,SC)组成。IgA和J链由浆细胞合成,SC作为IgA特异性受体(specificreceptor)位于上皮细胞膜上并由上皮细胞合成。结合分泌片段后的IgA,含有4个抗原结合位点,具有类似于凝集素的功能结构更为紧密不易被酶降解,有助于IgA在黏膜表面及外分泌液和乳汁中保持抗体活性,S-IgA的这一功能在与肠道黏液中的黏蛋白结合后还能得到加强。分泌型IgA(s-IgA)的主要生物学功能是:①抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用(ADCC作用)。存在于肠道上皮细胞基底膜的特殊多聚免疫球蛋白受体(pIgR)介导的穿上皮转运机制(Mostov,1995)[8]使S-IgA不仅可以在肠腔外分泌液中发挥生物学功能,也可以在上皮细胞和固有层中与侵入的抗原结合而发挥免疫排除和其他抗感染作用(Lamm,1998)[9]。IgA在上皮细胞内发挥中和病毒的效应已被证实(Burns等,1996;Mazanec等,1995)[10],但其作用的有效发挥取决于病毒成分和抗原决定簇的识别及病毒的复制周期(Lamm,1998)[9]。S-IgA能与进入固有层中的蛋白质抗原甚至病毒结合形成可溶性复合体而通过穿上皮机制排出到肠腔中(Gan等,1997)[11]。②在肠道内直接发挥作用。当肠黏膜受到不同程度的侵袭时,黏膜便产生大量的S-IgA,以抵抗各种病原体的入侵。S-IgA可抑制肠道内的细菌黏附肠道黏膜表面,S-IgA在黏膜表面是通过黏膜内蠕动和绒毛清除来阻止黏膜与病原体的接触[12],S-IgA直接阻止或在空间上干涉微生物与介导上皮黏附的蛋白接触,甚至在上皮细胞泡状间隙内阻止入侵的病原体[13~15]。他(它)还可中和肠道内的毒素、酶和病毒,并结合抗原形成免疫复合物由吞噬细胞吞噬清除,使已被肠道酶类改变的病原体毒力降低。S-IgA不仅能中和病原体产生的毒素还能中和植物毒素。Mantis NJ等(2004)[16]报道,人类的S-IgAH链和SC能与蓖麻子蛋白相连,抑制蓖麻子蛋白黏附于十二指肠固有层。刘冬妍等(2004)[17]认为,S-IgA是蓖麻子蛋白的受体,减少了毒素与上皮细胞表面的糖脂和糖蛋白的接触。S-IgA附着后生物原结合形成复合物外还能刺激呼吸道、消化道等黏膜中的杯状细胞分泌大量黏液,“冲洗”黏膜上皮细胞妨碍微生物黏附[18]。此外,S-IgA与补体、溶菌酶协同还具有杀菌作用。HermanF等(1996)[19]用HIV-1C4/V3的肽链T1SP10MN(A)制成疫苗,免疫C57BL/6BALB/C小鼠,小鼠阴道、尿道产生大量分泌型IgA,S-IgA除保护黏膜表面完整,防止HIV病毒入侵还有阻止HIV黏附,使其易被清除,避免感染HIV的功能。Kaneko等(2000)[20]用HIV外鞘DNA制作DNA疫苗给BALB/C小鼠口服后,能特异性诱导阴道分泌S-IgA,保护机体免受病毒的侵害。2 动物肠道免疫的影响因素2.1 细胞因子对动物肠道免疫的影响细胞因子中干扰素-γ(IFN-γ)和肿瘤坏死因子-?琢(TNF-?琢)对IgA的分泌有下调作用,IL-4、IL-5、IL-6、IL-10对IgA的分泌有增强和诱导作用,分泌这些因子的细胞主要存在于固有层内,与IgA浆细胞有着密切的空间关系。近期研究[21]发现,在黏膜组织内白细胞介素-15(IL-15)是SIgM+S-IgA-和SIgM-S-IgA+B-1细胞转化为IgA细胞的重要因子,IL-15同IL-5一样在调节B-1细胞分化成产生IgA浆细胞过程中起重要作用,它是调节IgA反应的重要细胞因子。最近发现腹腔CD5+B细胞群中含有许多IgA浆细胞的前体细胞,IL-5和IL-2可大大增强这种细胞分泌IgA和IgG的能力[22]。IL-4是S-IgA+B细胞产生的重要因子[23]。资料表明Th-2型细胞因子:IL-4,IL-5和IL-6对黏膜IgA的发育有调节作用,且Th-2细胞在小肠黏膜的出现频率较高,这些细胞因子的mRNA表达也占优势[24]。2.2 病原菌的影响许多病原菌在长期进化过程中合成了一种IgA蛋白水解酶,可以水解黏膜局部的S-IgA,从而削弱S-IgA的保护功能,便于细菌的入侵和定植[25]。IgA蛋白水解酶的表达可能是病原菌对抗宿主肠道黏膜免疫反应的重要致病机理。最近研究发现,人体血清和外分泌液中具有这类因子的抑制因子,它不但能对抗IgA蛋白酶的水解作用,而且还能对抗肠道液体动力系统的干扰,这类抑制因子在感染的恢复期血清中水平最高[26]。研究发现,白色念珠菌、铜绿假单胞菌及某些肠杆菌科细菌能产生可降解IgA的蛋白酶。2.3 其他物质的影响血管活性肠肽(VIP)、P物质(SP)、生长抑素(SS)等对S-IgA合成转运等都有影响。体外研究表明,SS可下调DNA合成和细胞分裂,抑制Ig(尤其是IgA)的合成;而SS受体多位于具有抑制和杀伤作用的T淋巴细胞上,除直接作用于淋巴细胞外,SS还作用于其他细胞,间接拮抗淋巴细胞的分裂和Ig的合成。VIP对淋巴细胞的分裂和Ig的合成有明显的调节作用,且对IgA合成的影响大于对IgM或IgG的影响。VIP受体主要分布于T细胞上。VIP与其受体结合可活化膜的环腺苷酶系统,导致DNA复制和细胞分裂的抑制。SP能显著促进Con-A刺激的PP淋巴细胞和脾淋巴细胞的DNA合成,也可促进Ig的合成,其对IgA合成的影响大于对IgM的影响,IgG不受影响[27]。3 动物肠道免疫的调控3.1 谷氨酰胺与动物肠道免疫谷氨酰胺(G1n)缺乏能明显降低肠腔中S-IgA的含量,与肠黏膜内可分泌S-IgA的浆细胞数量减少有关。Bruke等(1989)研究了接受全肠外营养(TotalParenteralNutrition,TPN)动物肠道免疫功能的变化,发现没有加入Gln的动物,胆汁中S-IgA的分泌下降了50%,细菌大量粘附于黏膜表明,肠系膜淋巴结中有明显细菌移位;而在总肠外营养物中加入谷氨酰胺的动物,胆汁中S-IgA水平与正常动物比较无差别,肠黏膜浆细胞计数也证实谷氨酰胺能阻止产生S-IgA细胞的减少。Alverdy等(1992)[28]随后的结果又证实,未加入G1n的TPN组动物胆汁中S-IgA明显下降,IgA阳性的浆细胞也明显减少,另外CD4+、CD8+的淋巴细胞也急剧下降,而在TPN液中加入谷氨酰胺的动物B、T细胞均与正常动物无差别。3.2 益生素与动物肠道免疫乳酸菌的某些菌株:鼠李糖乳杆菌(ATCC-53103),植物乳杆菌(VTT),乳酸球菌(ARH74),双歧杆菌动物亚种是肿瘤坏死因子(TNF-α)和IL-6的强有力的诱导剂,有些能刺激IL-10的产生,以增强免疫[29]。乳酸菌能刺激机体产S-IgA的细胞增殖,从而使得S-IgA水平上升,可促使系统对轮状病毒产生免疫应答,中和毒素,缓解轮状病毒引起的腹泻、急性肠胃炎、厌食、遗传性过敏皮肤炎、Crohn’s等病的症状[30]。乳酸菌和双歧杆菌等益生菌分泌的最广泛和最重要的免疫物质是分泌性免疫球蛋白A(S-IgA)[31]。MonikaRoll等(2004)用益生菌(Lactobacillus rhamnosus GG and BifidobacteriumlactisBb12)、益生素(主要含寡果糖)和合生元(由益生菌和益生元的混合物)对小鼠的肠道免疫影响试验中发现,用合生元(SYN)组回肠的S-IgA与对照组相比(P< 0.05),用益生素组Peyer’s淋巴结的IL-10和肓肠内S-IgA与对照组相比(P <0.05)[32]。Hosono等(2003)报道给小鼠饲喂寡果糖后能增加鼠排泄物中的IgA的浓度[33]。JalilBenyacoub等(2003)给狗饲喂肠球菌孢子后发现在肠道内的IgA浓度与对照组相比高[34]。除上面提到的谷氨酰胺和益生素对动物肠道免疫有影响外,其影响因素还有精氨酸、核苷酸、短链脂肪酸(SCFA)以及一些微量元素。4 小结肠道黏膜免疫系统是由多种免疫成份组成的,彼此之间相辅相成各有侧重。其中,以S-IgA为主的体液免疫起主导作用,它是防御病菌在肠道黏膜粘附和定植的第一道防线。目前,对S-IgA的表达及其调节、黏膜神经内分泌免疫网络的调节机理等研究在医学领域已经有了较大的进展,但在畜牧业上对动物肠道免疫进行研究并从动物营养的角度调控才起步。特别是随着现代微生态动物营养、益生素等提出之后,在动物胃肠道微生态的调控上很多都与肠道免疫相关,但目前在这方面的理论不完善,有很多问题亟待解决。

 

 
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