豬病免疫重要途徑——粘膜免疫

lyl · 發表于 2013-4-1 12:12:40

自上世紀上半葉Fleming發現青霉素以來，已陸續有400多種抗生素投入臨床應用，為感染性疾病的治療作出了巨大貢獻。然而，人類不得不面對一個嚴峻的事實，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散的趨勢。因此，發展新的抗微生物策略勢在必行。于是，越來越多的目光聚集在對生物天然免疫系統的研究方面。

過去認為，豬體的免疫系統只存在著兩種基本形式：細胞免疫和體液免疫。但實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，則豬同樣會受到細菌和病毒等病原體的侵害，導致疾病的發生。粘膜免疫與粘膜疫苗接種已成為當今免疫學中的一個熱點。

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400m2，這些粘膜上存在著大量的免疫細胞，如淋巴細胞和巨噬細胞等。實驗證明，機體每天產生的免疫球蛋白的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。研究結果表明，90%以上的細菌、病毒和寄生蟲感染都起始于粘膜表面，粘膜表面的免疫細胞通過復雜的作用，使致病菌的繁殖受到抑制，最終達到阻止病原體的粘附和侵入的目的。所以，人們也認為腸道才是機體最大的免疫器官。

粘膜免疫系統的構成

粘膜免疫系統主要由粘膜相關淋巴組織（Mucosal Associated Lymphoid Tissues, MALT）構成。所謂粘膜相關淋巴組織，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行最初反應的部位。MALT主要包括以下三個部分：

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

1673年，Dr. Peyer J. C.在哺乳動物腸道粘膜上發現了小腸下的淋巴集結，并稱之為派爾氏結（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，覆蓋濾泡的上皮細胞被稱之為M細胞（Microfold Cells），這種濾泡稱為濾泡相關上皮（Follicle-associated epithelial，FAE）。在豬的末端回腸M細胞含量高達100%。M細胞的主要功能是攝取并轉運抗原，尤其是轉運顆粒性抗原至位于其下方的組織。

M細胞與普通粘膜上皮細胞不同，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構，這有利于M細胞攝取大分子抗原，甚至細菌和病毒，抗原穿越粘膜的屏障，傳送到下面的淋巴樣組織中去，誘導產生特異的粘膜免疫反應。

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

研究結果表明BALT和GALT結構十分相似。淋巴組織的淋巴小結體積和數量與日齡有關，淋巴組織中含有巨噬細胞和異嗜性白細胞。

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

近年來，人們開始對眼結膜集合淋巴組織（CALT）進行研究，豬的眼結膜上有CALT，CALT主要集中在下眼瞼結膜穹隆處，上眼瞼也有CALT，但淋巴小結數量少且分散，主要集中在鼻淚管周圍。研究表明，CALT是眼鼻區重要的免疫應答組織之一，協同某些腺體完成獨特的局部免疫功能，同時參與全身免疫應答的調控。

另外還有鼻咽相關淋巴組織（Nasopharynx-Associated Lymphoid Tissue，NALT）、喉淋巴相關淋巴組織（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淋巴組織（也稱為集結淋巴組織，Organized lymphoid tissue）外，粘膜免疫系統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構的淋巴樣細胞。它們分布在粘膜的組織間隙，游離于上皮細胞或粘膜固有層（lamina propria）的疏松結締組織之間。T細胞、B細胞、漿細胞是分散淋巴樣組織中的主要細胞成分，它們的相對數量在不同的粘膜表面會有所不同。在胎兒期的粘膜表面幾乎沒有這些細胞，它們是在動物出生后，隨著對抗原暴露程度的增加而發展起來的。雖然分散淋巴樣組織不像集結淋巴樣組織那樣具有特異的組織結構，但是它在粘膜免疫反應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抗體的產生等等。

粘膜免疫的誘導部位和效應部位

1 IgA的誘導部位

誘導部位（亦稱為誘導位點）為首次接觸抗原并誘導起始反應的部位，主要有一些粘膜相關的淋巴組織（MALT），包括上述的腸道相關淋巴組織（GALT），支氣管相關淋巴組織（BALT）和近幾年發現的眼結膜相關淋巴組織（CALT）；具有生發中心的上皮淋巴組織。當病原體與這些誘導部位接觸后，抗原即被攝取，誘導T細胞和B細胞反應。

在IgA的誘導位點可以出現所有的免疫活性細胞，如CD4+Th細胞、CD8+CTLs、sIgG B細胞和輔助細胞。這些細胞調節抗原特異性效應細胞的產生，參與粘膜表面的體液免疫和細胞免疫。

2 IgA誘導部位對抗原的攝取功能

1965年，Tomasi確定了sIgA的性質和功能，證明了MALT具有合成sIgA的功能。實驗證明，用外科手術去除GALT引起循環抗體減少以及對各種抗原的反應能力下降。

3 IgA的效應部位

粘膜的效應部位（亦稱為效應位點）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位點，可分離到大量的IgA型漿細胞。其主要細胞成分為淋巴細胞，其中B細胞占20%～40%，T細胞占40%～60%，巨噬細胞占10%，嗜酸性粒細胞占5%，T細胞大部分為CD3+、CD4+、TCD8-，起促進免疫的功能。約1/3的T細胞是CD3+、CD4-、TCD8+，起細胞毒作用。

在抗原刺激IgA誘導部位之后，粘膜相關淋巴組織內的B細胞和T細胞被致敏，致敏的T細胞和B細胞通過淋巴管離開粘膜相關淋巴組織，并通過胸導管進入血液循環，之后進入效應部位。在這里B細胞定居下來，并在抗原、T細胞及細胞因子的刺激下增殖變成成熟的IgA漿細胞，并分泌IgA。

粘膜免疫應答(Immune Response， IR)

粘膜免疫應答是指機體受到抗原刺激以后，體內抗原特異性淋巴細胞對抗原分子的識別、活化、增殖、分化，并表現一定免疫效應的過程。其基本的生物學意義是保護機體免受抗原異物的侵襲。

1 粘膜免疫系統的體液免疫

體液免疫是粘膜免疫效應的主要過程，即產生分泌型球蛋白A——sIgA。據研究，機體（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的產生

IgA在漿細胞產生后，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IgA通過粘膜和漿膜上皮細胞向外分泌出來。當IgA通過粘膜或漿膜上皮細胞向外分泌時，與上皮細胞產生的分泌片段連接成完整的sIgA，釋放到分泌液中，與上皮細胞緊密連接在一起，分布在粘膜或漿膜表面發揮免疫作用。

另外，對于新生仔豬來說，乳汁（尤其是初乳）與免疫力極其相關，母豬乳汁中的主要抗體類型為IgA（反芻類動物為IgG）。哺乳仔豬在斷奶前的被動粘膜保護依賴于母源二聚體IgA的連續供應。由于這種乳腺（體液）免疫力與胃腸道聯系在一起，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仔豬尤為重要。

1.2 sIgA的作用機制

分泌型IgA（sIgA）是粘膜應答過程中的主要效應因子。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，均有助于其對病毒、細菌的親和作用。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胞表面，其作用可能是：①sIgA使病原微生物發生凝集，喪失活動能力而不能粘附于粘膜上皮細胞；②sIgA與微生物結合后，阻斷了微生物表面的特異性位點，因而喪失結合能力；③sIgA與病原微生物抗原結合成復合物，從而刺激消化道、呼吸道等粘膜的杯狀細胞分泌大量粘液，“沖洗”粘膜上皮，妨礙微生物粘附。

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

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

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胞上。

1.2.5 介導ADCC作用小腸淋巴細胞表達IgA的FcR，它們屬于由IgA介導ADCC作用的淋巴細胞，但這種效應也可能導致上皮細胞損傷。

IgA抗體，尤其是分泌型IgA（sIgA）在粘膜體液免疫反應中具有主要的免疫保護作用，但是IgG，IgM和IgE等免疫球蛋白在粘膜反應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作用與它獨特的結構有很大的關系。sIgA的多聚體結構能增強其對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 粘膜免疫系統的細胞免疫

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

3 粘膜固有層免疫細胞

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

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

3.3 自然殺傷細胞（natural killer cell，NK細胞）為一類異質性、多功能的細胞群體，它不需要抗原刺激，也不需要抗體的參與，能殺傷某些靶細胞。它具有抗腫瘤、抗感染、免疫調節的作用。還參與移植排斥反應、自身免疫病和超敏反應的發生，其作用機制與Tc細胞相似。

3.2 輔助細胞（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胞的一類免疫細胞，故又稱為抗原遞呈細胞，它包括單核巨噬細胞和樹突狀細胞（dendritic cells，DCs）。

在粘膜的復層上皮及一些單層上皮，由于大分子抗原不能自由擴散，故粘膜免疫系統必須通過其專職APC（professional APC）主動攝取抗原。已證明樹突狀細胞與巨噬細胞為兩種專職APC，它們與上皮細胞緊密相連。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網絡。正常機體必須區分腸道的“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），并產生相應的免疫應答。樹突狀細胞在決定免疫應答的類型方面起著關鍵作用。樹突狀細胞的功能具有可塑性，它最終誘發免疫應答的結果取決于自身來源（不同的亞群）和分化程度，微環境和抗原的類型等因素的綜合影響。樹突狀細胞的功能研究已越來越引起科學界的高度重視。

粘膜免疫系統的發展——共同粘膜免疫系統(common mucosal immune system,CMIS)

致敏的淋巴細胞經體循環可以回流到多個效應部位，發揮針對同一抗原的免疫反應，而與起始的誘導部位無關。例如，在人體細菌性抗原從腸道吸收后可以從乳腺產生特異性抗細菌性IgA，在支氣管致敏的細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在直腸、呼吸道、陰道產生IgA和IgG，據此有人就把從IgA誘導部位（BALT或GALT）到粘膜效應細胞（呼吸道、消化道、泌尿生殖道的固有層和分泌腺體）這一系統稱為共同粘膜免疫系統。共同粘膜免疫系統內特殊部位的細胞因子、誘導細胞、效應細胞調節免疫反應的機理，尚未完全搞清楚。

粘膜免疫系統的應用

對于人類的脊髓灰質炎（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已經消滅了本病。

無獨有偶，祖國醫學對于天花（smallpox）的預防也是采用鼻腔接種的方法，后來發展到用皮膚接種（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。

動物機體粘膜系統的體液免疫和細胞免疫在抵抗病原微生物入侵方面均發揮十分重要的作用，粘膜免疫系統的研究不僅為傳統的免疫學增加了內容，也為很多疾病的致病機理、病原與宿主的關系、疫苗與預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實踐中已經被廣泛應用，且有效地預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防傳染病的優點有如下幾個方面：第一，絕大多數的傳染病是由病毒或細菌經過消化道、呼吸道和泌尿生殖系統侵入機體而致病的，而口服疫苗可在粘膜局部產生特異的抗體反應，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，實驗研究的結構顯示，在粘膜的某處受到抗原刺激的粘膜活性細胞，尤其是在腸道或鼻腔內粘膜的刺激，會在機體的其他粘膜部位，例如肺產生相應的特異性免疫反應。也就是通過口服或滴鼻接種疫苗，可以使機體全部的粘膜獲得抵御相應傳染病的免疫保護力。鼻粘膜接種進行粘膜免疫簡便易行，疫苗經鼻粘膜部豐富毛細血管吸收后直接進入體循環，可免受胃腸道酶的破壞和肝臟對疫苗的消除效應，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，也使疫苗不良反應的機率大為降低。第三，雖然從粘膜途徑接種疫苗產生的主要是局部免疫反應，但是實驗結果顯示粘膜免疫也能產生很高的血清抗體效價，甚至能誘導細胞毒T淋巴細胞的活性。第四，與傳統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、點眼、飲水、氣霧等方式通過呼吸道粘膜、消化道粘膜、眼結膜、鼻粘膜等的粘膜免疫，從而有效預防一些傳染病的發生，相信將有更多的傳染病預防采用粘膜免疫的方法。

綜上所述，粘膜免疫、體液免疫和細胞免疫實際上是一個不可分割的統一體系。在進行疫苗接種時，必須針對病原體的侵入特點和致病方式，采用最佳的疫苗接種途徑。