黏膜免疫在抗流行性感冒病毒感染的作用范文

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皮膚、黏膜組織是人體免疫系統抵御病原微生物的第一道屏障。機體的黏膜組織總面積遠大于體表皮膚，并且與體內廣泛分布的淋巴組織緊密相連。病原體進入機體引起的感染90%以上與黏膜有關。由于呼吸道、消化道和泌尿生殖道等器官黏膜與外界相通，因此其具有感染病原微生物的高風險。如呼吸道黏膜不僅是流感病毒感染的發生部位，同時也是免疫防御的作用部位。黏膜上皮細胞層覆蓋在這些器官的表面，并且構成了一個防止有害、非自身物質入侵的的物理和免疫障礙。此外，大多數黏膜相關器官，除了下呼吸道（即肺部）外都具有“常住菌”，可與機體創建一個互惠互利的環境。因此，黏膜不僅要區分有益和有害物質，而且還要區分“常住菌”和致病菌；保護有利的物質或常駐菌需要，選擇地排除有害物質或有害的病原生物。這一機制就是由黏膜免疫系統（MIS）控制的。盡管近十幾年來，人們對抗病毒黏膜免疫系統有了一定的認識，但是仍有很多重要的問題值得探究。因此本文以流感病毒侵入呼吸道黏膜進行探討，側重分析黏膜局部免疫在呼吸道控制流感病毒感染的功能。

流行性感冒病毒

流行性感冒病毒（Influenzavirus），屬于正黏病毒科，有包膜的一種RNA病毒，可引起人類及動物感染。流感病毒分為三型，即甲（A）型流感病毒，乙（B）型流感病毒和及丙（C）型流感病毒。流感病毒的基因組由7個（C型病毒）或8個（A、B型）片段的單股負鏈RNA構成，每個RNA節段的兩端都含有相對保守的非編碼序列。流感病毒A型又分許多亞型，目前發現流感病毒包膜上的兩個刺突蛋白血凝素（HA）和神經氨酸酶（NA）易發生變異，其中血凝素（HA）有15個亞型，而神經氨酸酶（NA）有9個亞型，因此甲型流感病毒具有高度變異性，其引發的感染常呈突發性且傳播迅速，通常可造成大流行。如在2009年爆發流行的甲型H1N1流感，最先從美國和墨西哥流行，繼而造成全球的大流行，威脅并影響到全世界人民的健康及生活質量[3]。乙型流感病毒一般僅感染人類，其流行趨勢為散發或小范圍流行。而丙型流感病毒致病性較弱，通常僅感染兒童，多為散發，一般不流行。

流感病毒以復制方式進行增殖，包括吸附、穿入、脫殼、生物合成、組裝成熟和釋放等步驟。流感病毒侵入黏膜上皮細胞依賴于血凝素的凝集素位點與上皮細胞表面的唾液酸的結合，完成吸附步驟，當HA介導病毒包膜與細胞膜的結合，介導病毒衣殼釋放進入胞質。在病毒復制過程中，流感病毒表面的HA蛋白首先以前體HA0形式合成，然后經宿主蛋白酶作用水解為二硫鍵連接的HA1和HA2，才能發揮膜融合的功能。當流感病毒感染宿主細胞時，通過其血凝素（HA1）識別并結合宿主細胞膜表面多糖受體，誘導細胞膜內陷，包裹病毒顆粒形成囊泡，在M2離子通道的作用下，使囊泡內的pH下降，進而引發血凝素（HA2）結構變化，其其N端融合肽（Fusionpeptide，FP）發生移位，進而嵌入到靶細胞膜上，最終介導病毒包膜與靶細胞膜融合，啟動病毒在細胞內的復制過程。神經氨酸酶（NA）的活性位點在A、B型流感病毒中都由相同的11個氨基酸殘基排列而成。神經氨酸酶是同源四聚體，抗原結構較易發生變異，具有酶活性，可水解唾液酸。因此，在抗甲型流感病毒的藥物研究中，它被視為新的藥物勒點。神經氨酸酶的存在有利于新裝配而成的成熟病毒釋放，使得甲型流感病毒病毒能夠繼續感染其他宿主細胞。基質蛋白抗原性較穩定，是流感病毒中含量最豐富的蛋白質，介于核蛋白與病毒包膜之間，基質蛋白在維持病毒形態和強化病毒包膜結構方面發揮重要作用。另外，還參與協助子代病毒粒子的裝配以及調控病毒多聚酶活性。

黏膜免疫在流行性感冒病毒感染中作用

1呼吸道解剖獨特性及氣道物理屏障功能

哺乳動物的呼吸道系統主要分為上部（從鼻腔和口腔的喉部）和下部（氣管和肺）系統。兩個氣室由聲門環境隔開，健康人的下呼吸道基本上是無菌的。因此，一旦微生物定植于下呼吸道和生長在那里，可導致肺炎發生。與此相反，上呼吸道的入口為吸入環境空氣中的氧，這部分系統的黏膜表面可接觸機會性微生物（如肺炎鏈球菌和流感嗜血桿菌）和病原微生物（如白喉棒狀桿菌和流感病毒），也可接觸外環境中的物質，如各種化學物質（如煙霧）和過敏原（如花粉和屋塵）等。呼吸道上皮細胞完整屏障的結構和功能基礎分別是細胞間的緊密連接結構和上皮細胞正常的修復功能。由E-鈣粘蛋白與閉鎖蛋白oc-cludin與胞漿中ZO蛋白結合形成緊密連接，可以阻止吸入的病原微生物或過敏原等大分子物質通過細胞間隙進入體內。上皮細胞具有發達的纖毛和粘蛋白（MUC）。粘蛋白不是均質蛋白質，而是一個家族，由分泌的糖蛋白（MUC5AC和MUC5B等）和膜表面可以作為細胞受體（MUC1、MUC4MUC11，MUC13，MUC15和MUC20）組成。流感病毒感染宿主細胞是通過其包膜表面刺突蛋白血凝素與宿主細胞表面上的糖鏈受體唾液酸共同介導的。由于流感病毒對宿主細胞表面糖鏈受體的識別具有特異性，因此流感病毒感染具有明顯的組織親嗜性，如人流感病毒主要識別末端為唾液酸α2-6半乳糖的糖鏈受體，該受體主要存在于人呼吸道上皮細胞表面，而禽流感病毒主要識別末端為α2-3的糖鏈受體，該受體廣泛存在于禽類的黏膜上皮細胞表面。粘蛋白主要是α2-3唾液酸化，呼吸道上皮細胞分泌的粘液層富含大量的唾液酸粘蛋白；通過模仿唾液酸化的細胞表面的受體抑制病毒進入[13]。在支氣管，粘液和纖毛運動共同作用，可以防止大的異物（>5mm）漂流進入肺泡，這種機制被稱為粘液纖毛清除功能，是重要的防御機制。

2呼吸道黏膜局部免疫細胞作用

流感病毒的主要靶標是呼吸道上皮細胞。流感病毒感染首先激發呼吸道黏膜局部固有免疫應答，通過活化固有效應細胞、分泌固有免疫分子發揮限制病毒擴散的作用。這種作用快速，但缺乏特異性和記憶形成。

2.1識別流感

病毒感染的固有免疫細胞的受體病毒感染早期，機體固有免疫細胞通過模式識別受體（PRRs）識別病毒表面的病原相關分子模式（PAMP），進而誘導固有免疫，并通過多種信號轉導途徑促進體內專職抗原提呈細胞樹突狀細胞（DC）生成Ⅰ型干擾素等細胞因子，趨化因子等，發揮遏制病毒復制的功能。其中Toll樣受體（TLR）是機體主要的PRR，共有11個家族成員，其中TLR2、TLR4能夠識別革蘭陽性和革蘭陰性細菌成分，而TLR3、TLR7、TLR8、TLR9則主要識別病毒蛋白或其核酸和核內體成分。其他PRR，如RNA螺旋酶視黃酸誘導基因Ⅰ和激酶雙鏈RNA活性蛋白激酶R均能識別雙鏈RNA（dsRNA）而參與抗病毒感染。其中在細胞內的內涵體和內質網上表達的TLR3，TLR7，TLR8和TLR9，主要負責識別病毒的核酸組分。TLR3是最早發現能特異性地識別雙鏈RNA（dsRNA）的一種模式識別受體。當病毒在生物合成過程中可啟動dsRNA的合成，感染病毒的瀕死細胞亦會釋放dsRNA，這些dsRNA就會成為病原相關分子模式，也是機體感染狀況的預警指標，因此TLR3在抗病毒免疫反應中發揮著很重要的作用。TLR7/8位于細胞內膜，當病毒進入細胞質，在吞噬溶酶體的高度酸化環境影響下，病毒的衣殼成分被破壞，釋放出ssRNA，從而激活TLR7和TLR8。Lund等證實ssRNA病毒以TLR7依賴的方式活化樹突狀細胞。用VSV體外感染野生型小鼠來源的樹突狀細胞，其IFN-a和IL-12高水平分泌，而TLR7-/-鼠來源的樹突狀細胞則喪失了對VSV的反應。

2.2巨噬細胞

病毒感染后，固有免疫是機體第一道防線。固有免疫的首要反應之一是巨噬細胞的活化，當巨噬細胞活化后可分泌多種細胞因子和趨化因子，如IL-6、MIP、RANTES等。其中IL-6具有介導白細胞血管內皮細胞的黏附與增加白細胞作用，有助于白細胞的炎性滲出。炎癥因子MIP-1和RANTES屬于趨化因子家族成員，具有招募血液中的巨噬細胞、中性粒細胞和T淋巴細胞等前炎癥細胞的功能，介導其穿過血管內皮細胞到達感染部位。在穩態時，肺泡巨噬細胞表現出相對靜止狀態，產生細胞因子只有低水平，抑制先天免疫和適應性免疫的誘導。在流感病毒感染的初始階段，被感染的上皮細胞產生CCL2，通過它們的CCR2受體吸引肺泡巨噬細胞和單核細胞。活化巨噬細胞增強其促炎癥細胞因子的反應，包括IL-6和TNF-α。肺泡巨噬細胞具有直接限制病毒傳播的的作用，通過誘導吞噬病毒感染細胞[23]和由流感病毒顆粒的巨噬細胞介導的調理吞噬作用，發揮抗病毒作用。它們也參與調節適應性免疫反應。

2.3自然殺傷細胞

自然殺傷細胞（NK細胞）作為介導天然免疫應答的主要淋巴細胞之一，在抗病毒免疫和調節特異性免疫方面發揮著重要的作用。近年來，許多研究表明NK細胞在流感病毒感染早期發揮著重要的作用，其主要通過細胞-細胞直接接觸的方式對流感病毒感染細胞的進行殺傷以及通過分泌細胞因子誘導特異性免疫應答。NK細胞可通過其表面的激活性受體NKG2D和NKP46分別與靶細胞表面的ULBPI-3和流感病毒紅細胞凝集素結合，同時，NK細胞在I型干擾素（IFN）和白細胞介素-12（IL-12）等細胞因子的刺激作用下活化。NKp46受體是由NK細胞產生用于防止病毒感染的。當細胞被感染的時候，病毒產生的血凝集素蛋白會被NKp46所識別，然后NKp46結合NK細胞的NKp46受體，進而激活免疫，并清除受感染的細胞，從而消滅病毒。缺乏NKp46受體，甲型流感病毒感染小鼠的發病率和死亡率均增加。NK細胞與CD16受體（FcγRIII）可以結合到結合到流感病毒感染的細胞的抗體的Fc部分介導和這些細胞的裂解。這個過程被稱為抗體依賴性細胞毒性（ADCC）。

2.4T淋巴細胞

在流感病毒的感染過程中，細胞免疫發揮主要作用。細胞免疫是由T細胞介導，主要依賴CD8+T細胞和CD4+Th1細胞釋放的細胞因子。成CD4+T細胞在抗局部或全身病毒感染中起著重要的作用。它通過分泌等細胞因子TNF-α、IFN-γ、IL-2等增強CD8+T細胞的作用；促進B細胞產生IgG抗體中和病毒顆粒。CD8+T細胞在病毒感染中，被認為是清除病毒的重要的免疫細胞]。作為研究與類分子聯系的表位，采用了以病毒核酸片段在靶細胞內表達的方式，可以直接將病毒的某一編碼基因導入靶細胞，使其表達病毒抗原以模擬內源性抗原的呈遞過程。研究證明，病毒的構成成分可誘生的抗原表位。

3黏膜免疫效應分子

3.1干擾素（interferon，IFN）

干擾素是一種具有廣譜的抗病毒、抗腫瘤和免疫調節作用的細胞因子。根據其結構和生物學功能不同，可將其分為兩型。其中I型干擾素包括IFN-α和IFN-β兩種類型，具有明顯的抗病毒活性。I型干擾素通過受體IFNAR1/2向胞內傳遞信號。II型干擾素即IFN-γ，主要由巨噬細胞釋放的細胞因子IL-12和IL-18誘導產生，其表達局限于免疫細胞如T細胞和NK細胞。IFN-γ主要作為一種重要的免疫調節因子，可將IFN-α/β的抗病毒信號放大，細胞表面識別受體為IFNGR1/2。病毒的病原體相關分子模式被細胞的相關受體識別后，分別經過Toll樣受體途徑和核酸結合蛋白途徑進行信號轉導，啟動β-干擾素的轉錄和合成。從感染細胞分泌的β-干擾素與細胞膜上I型干擾素共有的受體結合后，經Jak/STAT信號途徑刺激細胞產生一系列具有抗病毒效應的的干擾素刺激因子。其中，IFN-α是第一個被純化和克隆的細胞因子，最早被試用于臨床，并取得明顯治療效果的細胞因子。被廣泛地用于抗病毒、寄生蟲、原蟲和真菌感染，并用于白血病、淋巴瘤等腫瘤的治療。

3.2抗體

抗體可作用于體液中的游離病毒，減低病毒的感染量，進而減少病毒感染的細胞數。流感病毒蛋白中只有表面糖蛋白HA和NA可以誘導保護性中和抗體，其中特異性HA抗體通過中和病毒達到預防流感的目的，而特異性NA抗體主要作用機制是減少病毒的釋放。不同亞型的流感病毒誘導的中和抗體對其他亞型沒有交叉保護作用。人流感病毒的至少有5個抗原位點，并且能夠誘導中和抗體的產生。流感病毒常常發生抗原漂移事件。流感病毒的抗原漂移逃避了宿主的保護性免疫，而宿主的體液免疫壓力又可促進抗原變異。

結語

黏膜表面是病原體入侵機體的主要門戶。黏膜免疫系統的重要性正日益受到重視，這方面的研究正方興未艾，但是仍有很多重要的問題值得探究。例如，流感病毒入侵時機體是如何利用這些錯綜復雜的信號通路的?作為抵抗病原微生物入侵的第一道防線，抗病毒固有免疫系統與適應性免疫之間存在著怎樣的關系?因此充分發揮呼吸道黏膜固有免疫在防御病原體感染的正面效應，確保產生針對流感病毒有效的免疫應答，對于流感的防治有著重要意義。

作者：岳冬輝，李欣，畢巖 單位：長春中醫藥大學