第五節(jié)　呼吸道的防御功能

肺組織最基本的功能是氣體交換以支持組織新陳代謝。每日肺需要進出大約10 000L氣體以完成氣體交換。吸入空氣中的顆粒物質(zhì)和微生物是呼吸過程中不可避免的，精準的宿主防御功能在微生物復(fù)制和侵襲宿主之前已具有清除吸入的微生物能力。微生物清除過程也能損傷細軟的呼吸器，因此，這些反應(yīng)必須通過平衡有效的氣體交換和宿主抵抗力來調(diào)解。肺部免疫功能分布于整個呼吸道，細胞之間或細胞與可溶性因子相互作用的協(xié)調(diào)，是肺部抵抗力最主要的部分。肺部的防御功能可分為四個部分：結(jié)構(gòu)上的防御功能、先天性免疫、炎癥反應(yīng)和特異性免疫反應(yīng)。

一、結(jié)構(gòu)上的防御功能（structural defenses）

1.鼻咽氣道（nasopharyngeal airways）

鼻腔幾乎可以完整捕捉直徑＞10mm的顆粒，并且有效濾過直徑＞5mm的顆粒。鼻咽還可以吸收可溶性和反應(yīng)性氣體。可溶性氣體二氧化硫可以通過正常呼吸狀態(tài)被鼻腔完全吸收。在鼻咽前部快速改變氣流方向有助于大顆粒慣性沉積，隨氣流沖進的顆粒通過打噴嚏、咳嗽或吞咽被清除出鼻咽氣道。

2.通氣氣道（conducting airway）

（1）氣道上皮（airway epithelium）：

氣道上皮細胞形成一個連續(xù)的氣道內(nèi)襯。直徑＞2mm的顆粒進入通氣氣道，被黏液捕捉。黏膜纖毛運動清除和咳嗽是從通氣氣道清除顆粒物質(zhì)和微生物的主要方式。覆蓋在大氣道黏液層中吸入的微生物清除取決于纖毛協(xié)調(diào)拍打運動。單獨咳嗽不能有效清除黏液（圖1-5-1）。氣道上皮的傳統(tǒng)觀點是調(diào)節(jié)水和離子運輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)性屏障，并有助于通過黏膜纖毛清除來清除吸入物質(zhì)。

圖1-5-1　通氣氣道的防御功能

通氣氣道的分泌物包含兩層，上層的黏液層由上皮細胞合成的糖基化蛋白質(zhì)（黏蛋白）組成；而下層是漿液層，提供極小的抵抗物以構(gòu)成纖毛拍打運動的基礎(chǔ)。纖毛拍打運動只是接觸到較厚的凝膠層底部邊緣，推進黏液向前運動，而黏蛋白可捕捉顆粒物質(zhì)，并為特異性相互作用提供碳水化合物受體。流感嗜血桿菌、肺炎鏈球菌和金黃色葡萄球菌可逃避與黏蛋白結(jié)合。在正常黏液纖毛清除作用下細菌與黏蛋白結(jié)合可能增加細菌清除率。

黏液由覆蓋在呼吸道的纖毛上皮細胞推動。每個纖毛細胞大約具有200根纖毛，每根纖毛拍打的頻率為每秒鐘12～14次，并可用15分鐘從大氣管清除微生物，30分鐘從遠端氣管清除微生物。

最近的研究表明，氣道上皮是高度動態(tài)的，并顯示與炎癥、免疫、宿主防御和組織重塑相關(guān)的廣泛活動。上皮的先天免疫功能包括分泌各種抗微生物物質(zhì)、介導(dǎo)白細胞募集，調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫和組織修復(fù)和重塑的細胞因子和生長因子。越來越多的研究表明，其中在哮喘，COPD和囊性纖維化中這些功能的幾種發(fā)生改變或減少。目前發(fā)現(xiàn)氣道上皮功能失調(diào)的新機制，包括miRNA，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和綜合應(yīng)激反應(yīng)。miRNAs和其他表觀遺傳機制對上皮細胞的發(fā)育和功能有重要影響^［1］。

各種氣道上皮細胞包括基底細胞，杯狀細胞，纖毛細胞和球細胞，通過模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）監(jiān)測微生物存在。PRR包括四個家族的種系編碼的受體：Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）、C型凝集素受體（C-type lectin receptor，CLR）、細胞質(zhì)蛋白視黃酸誘導(dǎo)基因（RIG）-1樣受體［cytoplasmic proteins retinoic acidinducible gene（RIG）-I-like receptor，RLR］和 NOD樣受體（NOD-like receptor，NLR）。此識別過程中還涉及其他機制，包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERS）和綜合應(yīng)激反應(yīng)（integrated stress response，ISR）。產(chǎn)生抗微生物效應(yīng)機制包括上皮的屏障功能，黏液纖毛清除功能和黏液的抗菌活性，抗微生物肽，活性氧（ROS）和活性氮物種（RNS），抗病毒干擾素（Ⅰ型和Ⅲ型干擾素）和自噬的抗微生物活性。此外，細胞因子，趨化因子和其他介質(zhì)的產(chǎn)生導(dǎo)致可能有助于宿主防御的適應(yīng)性和先天性免疫系統(tǒng)的細胞的募集。

（2）氣道分泌物（airway secretion）：

氣道上皮細胞分泌各種參與重要免疫反應(yīng)的非黏蛋白成分，包括鐵結(jié)合蛋白、抗氧化物和抗蛋白酶。

大多數(shù)微生物存活需要鐵。鐵在正常情況下被分隔在細胞內(nèi)或固定在轉(zhuǎn)移蛋白復(fù)合物上。微生物與轉(zhuǎn)移蛋白競爭鐵。由漿液性細胞釋放的乳鐵蛋白可逃避與鐵結(jié)合。這一特性既可用于抑制黏膜表面鐵依賴細菌生長，又可用于防止氫氧基誘導(dǎo)的組織損傷。

溶菌酶是人氣道分泌量較大的酶，每日產(chǎn)量為10～20mg，可在氣道抵抗細菌和真菌感染，抗感染的機制是催化大多數(shù)細菌細胞壁成分中的水解鍵。溶解肺炎鏈球菌的溶菌酶能通過抑制中性粒細胞趨化降低炎癥對組織損傷的作用，并通過刺激中性粒細胞產(chǎn)生有毒的氧原子基。

白細胞和細菌是人氣道分泌物中蛋白酶的主要來源。中性粒細胞的彈力蛋白酶能降解各種細胞外基質(zhì)成分，包括彈力蛋白、粘連蛋白、纖維結(jié)合蛋白和膠原蛋白。銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、流感嗜血桿菌和肺炎鏈球菌都產(chǎn)生細菌蛋白酶，這些蛋白酶可降解彈力蛋白、免疫球蛋白（Ig）、溶菌酶基礎(chǔ)膜和補體成分。為了抗衡這些蛋白酶的破壞作用，氣道分泌物包括血清衍生蛋白酶（抗胰蛋白酶-α1、抗胰凝乳蛋白酶-α2和抗巨球蛋白-α2）和氣道上皮細胞衍生蛋白酶（分泌性白細胞蛋白酶抑制因子、elafin）保護通氣氣道免受降解。

二、先天性免疫（innateimmunity）

免疫系統(tǒng)分為先天性和適應(yīng)性兩個部分。所有多重細胞的有機體具有先天性免疫反應(yīng)。兩個系統(tǒng)間的根本差別是它們對微生物的識別方式不同。先天性免疫識別由干細胞系編碼的受體介導(dǎo)，每個受體通過天然選擇產(chǎn)生識別特異性感染的微生物。

1.先天性免疫識別（innate immunity recognition）

微生物的識別問題，因為微生物經(jīng)常存在突變和異質(zhì)性。先天免疫反應(yīng)可以識別存在于大量微生物種群上的少量高度保守結(jié)構(gòu)，這是受體識別分子模式而非特殊結(jié)構(gòu)，因此被稱為病原體識別受體（pathogen recognition receptors）。先天性免疫系統(tǒng)使用上百個受體完成免疫反應(yīng)。由病原體識別受體識別模式稱之為病原體相關(guān)的分子模式（PAMPs）。特征性PAMPs包括分別共享革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌上的脂多糖（LPSs）、磷壁酸（teichoic acids）、甘露聚糖（酵母菌細胞壁保守成分）和未甲基化的CpG序列（特征性細菌有而哺乳動物沒有的DNA）。盡管PAMPs具有化學上的差別，但是有共同的特征。PAMPs只能由微生物產(chǎn)生，是微生物存活或微生物致病性的基本條件，是病原菌分類所有的不變結(jié)構(gòu)。

耐受先天性免疫或干細胞系編碼病原體識別受體的細胞包括巨噬細胞、樹突狀細胞（DCs）、肥大細胞、中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和天然殺傷細胞（NK細胞）。模式識別受體主要功能包括調(diào)理作用、激活補體和凝固連鎖效應(yīng)、吞噬作用、炎癥因子和凋亡誘導(dǎo)作用。模式識別受體激活這些效應(yīng)細胞以便立即執(zhí)行效應(yīng)功能。

（1）模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）：

根據(jù)功能分為三大類：分泌性PRR、細胞內(nèi)PRR和信號傳遞PRR。在感染急性反應(yīng)期甘露聚糖結(jié)合植物血凝素（MBL）、血清淀粉樣蛋白（SAP）和C反應(yīng)蛋白（CRP）在肝臟產(chǎn)生PRR分泌。CRP和SAP都是五聚環(huán)蛋白家族成員，兩者作為調(diào)理素隨后與細菌表面的磷酰膽堿結(jié)合。CRP和SAP也與C1q結(jié)合，并激活經(jīng)典補體通路。MBL是凝集素家族成員，其也包括肺表面活性蛋白A和D（SP-A，SP-D）。MBL與許多細菌表面存在的大量甘露聚糖殘基結(jié)合。MBL也與MBL相關(guān)血清蛋白酶（MASPs）有關(guān)，并激活MASPs，其通過裂解補體C2和C4蛋白啟動補體植物血凝素通路。

PRR也介導(dǎo)細菌的吞噬作用。巨噬細胞甘露糖受體（MMR）是C型植物血凝素家族成員。MMR與各種各樣的革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌和真菌等病原體相互作用，介導(dǎo)吞噬作用，傳遞病原微生物進入溶酶體空泡內(nèi)，在溶酶體微生物被溶酶體酶降解。巨噬細胞除垢劑受體（MSR）是另外一種吞噬細胞的PRR。MSR屬于除垢劑受體A型家族，并對各種配體有廣泛的特異性，這些配體包括雙鏈RNA、脂多糖和脂磷壁酸（lipoteichoic acid）。MSR通過除去脂多糖而防止內(nèi)毒素休克。MSR缺乏的小鼠對單核李斯特菌、單純皰疹病毒和瘧原蟲感染的敏感性增加。MSR的作用是通過結(jié)合使脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)和細胞內(nèi)乙酰化低密度脂蛋白使脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)。

（2）Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）：

信號傳遞PRR識別病原體相關(guān)的分子模式，并且激活信號傳導(dǎo)通路，通路誘導(dǎo)各種炎癥因子和共同刺激分子表達。Toll樣受體（TLR）是信號傳遞PRR。

在人類和小鼠中已發(fā)現(xiàn)10種TLR。TLR是Ⅰ型轉(zhuǎn)膜蛋白，是昆蟲與人類進化之間的保守蛋白。TLR在配體特異性、表達型別和可能誘導(dǎo)靶基因方面與其他受體不同。TLR2/TLR1和TLR2/TLR6識別細胞膜LPS和脂磷壁酸；TLR3識別核內(nèi)體中的雙鏈RNA；TLR4識別細胞膜LPS和細菌因子［如肺炎鏈球菌溶菌素（Ply）；TLR5識別鞭毛素，其是細菌鞭毛的主要結(jié)構(gòu)成分；TLR7/TLR8識別核內(nèi)體中的單鏈RNA；TLR9識別細菌核內(nèi)體DNA的未甲基化CpG序列，這種識別的理由是大多數(shù)哺乳動物基因組被甲基化，然而，細菌缺乏CpG甲基化酶。

TLR激活誘導(dǎo)各種各樣的炎癥和免疫反應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄。由TLR激活誘導(dǎo)的分子包括炎癥介導(dǎo)因子，如 TNF-α、IL-1、IL-6、IFN-α、IFN-β 等細胞因子和趨化因子；T細胞激活共同刺激分子，如CD80和CD86；調(diào)解淋巴細胞分化的信號，如IL-4、IL-5、IL-10、IL-12、TGF-β 和 IFN-γ等細胞因子^［2］。TLR激活也造成殺菌機制的上調(diào)。TLR信號傳遞誘導(dǎo)可誘導(dǎo)的一氧化氮合成酶（iNOS）mRNA和一氧化氮（NO）產(chǎn)生。盡管TLR2刺激激活NO產(chǎn)生，但是NO抑制不阻斷TLR2刺激的細胞間微生物的殺滅，這就提示TLR2也激活其他重要的殺菌機制。

2.肺泡巨噬細胞（alveolar macrophage）

肺部巨噬細胞的定居為抵抗肺泡表面微生物的第一道防線。肺部巨噬細胞定居出現(xiàn)在間質(zhì)內(nèi)、肺泡內(nèi)襯、氣道管腔和上皮細胞內(nèi)襯里。這些巨噬細胞有兩個來源：肺和肺泡。肺部巨噬細胞由血液循環(huán)進入肺的單核細胞分化而來。肺泡巨噬細胞也可以從肺間質(zhì)中巨噬細胞前體繁殖和分化而來，其殺菌功能取決于4個關(guān)鍵步驟：信號識別、對刺激反應(yīng)的移動、微生物攝取和消化、介質(zhì)因子的分泌。巨噬細胞通過表面受體（PRR）在其微環(huán)境中識別信號。巨噬細胞也對補體第三種成分（先天免疫主要可溶性蛋白效應(yīng)因子）表達2種不同受體。補體受體1（CR1）優(yōu)先與C3b結(jié)合，也與C3bi和C4b結(jié)合。補體受體3（包括CR3，CD11b/18，MAC-1，Mo-1）是 β₂整合家族成員，也是C3bi受體，但也識別脂多糖和纖維蛋白原。莢膜組織胞漿菌直接與CR3結(jié)合。微生物直接與CR3結(jié)合是特異性免疫開始之前微生物的一個重要識別機制。有CD18復(fù)合物基因缺陷患者經(jīng)常患反復(fù)致命性感染，即CR3在抗宿主感染中起關(guān)鍵的作用。

識別微生物后吞噬作用出現(xiàn)。顆粒吞飲作用需要受體-配體相互作用，這提示巨噬細胞偽足從最初位點延伸與周圍環(huán)境接觸（zipper假說）。因此，吞噬作用需要特異性受體的接觸和跨膜信號的產(chǎn)生。

定居肺泡的巨噬細胞不完全激活殺菌作用，其激活刺激來源于以下4個方面：①微生物本身；②巨噬細胞的反應(yīng)；③其他先天免疫細胞分泌的產(chǎn)物；④血漿蛋白質(zhì)。隨著吞噬作用的出現(xiàn)，微生物最初包含在吞噬體內(nèi)，然后吞噬體與一個或多個溶酶體融合。

脂多糖是細菌細胞壁上成分，是重要的巨噬細胞激活信號。巨噬細胞與脂多糖相互作用能出現(xiàn)在微生物吞飲作用期間或通過細胞間殺菌和/或消化釋放脂多糖后。巨噬細胞激活刺激由巨噬細胞本身產(chǎn)生。由脂多糖誘導(dǎo)IFN-α和/或IFN-β釋放提供初級信號激發(fā)巨噬細胞殺菌活性。同樣，粒細胞-巨噬細胞克隆刺激因子（GMCSF）也是巨噬細胞激活重要刺激因子。除巨噬細胞外的其他類型細胞也提供重要刺激因子。微生物之間的相互作用導(dǎo)致NK細胞產(chǎn)生IFN-γ非免疫產(chǎn)物。

氧化和非氧化程序通常出現(xiàn)于肺泡巨噬細胞殺死攝入的微生物。一般認為定居的巨噬細胞抗菌活性低于單核細胞。呼吸暴發(fā)等級降低和顆粒過氧化物缺失是抗菌活性降低的原因，因為定居的肺泡巨噬細胞含有極少量髓過氧化物酶（MPO），其MPO-H₂-O₂-鹵化物系統(tǒng)缺陷。

微生物也能通過巨噬細胞依賴非氧化機制被殺死。防御素是細胞毒多肽的多重家族成員，這種多肽可殺死多種革蘭氏陽性菌（如金黃色葡萄球菌）和革蘭氏陰性菌（如大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、銅綠假單胞菌）。防御素也可以殺死真菌，并滅活某些病毒。

3.天然殺傷細胞（natural killer cells，NK細胞）

肺含有NK細胞。巨噬細胞與NK細胞相互作用在先天免疫反應(yīng)期間可能是激活巨噬細胞的關(guān)鍵。巨噬細胞與微生物相互作用產(chǎn)生IL-12，IL-12與TNF-α因子共同誘導(dǎo)NK細胞產(chǎn)生干擾素 -γ（IFN-γ）。早期 IFN-γ激活巨噬細胞并增加其殺菌活性。

4.補體（complement）

補體是先天免疫的重要可溶性蛋白效應(yīng)因子，當替代通路與缺乏唾液酸的碳水化合物顆粒相互作用時或通過凝集素與某些碳水化合物結(jié)合啟動經(jīng)典通路時補體被激活。正常肺泡灌洗液含有功能的補體替代通路，補體激活產(chǎn)生C3b，C3b是一個促進受體介導(dǎo)巨噬細胞吞噬微生物的調(diào)理素。補體激活也產(chǎn)生C5a，C5a是一個重要的多形核粒細胞趨化因子。完整的補體通路的激活導(dǎo)致C5b-C9復(fù)合物在細菌表面裝配，隨后發(fā)生細菌溶解和死亡。

5.肺表面活性物質(zhì)（pulmonary surfactant）

肺表面活性物質(zhì)對于生命來說至關(guān)重要，因為其平鋪肺泡以降低表面張力，從而防止呼吸過程中的肺不張。表面活性物質(zhì)由90%的脂質(zhì)和10%的蛋白質(zhì)組成。前者主要包含磷脂，特別是二棕櫚酰磷脂酰膽堿，其負責表面活性物質(zhì)的生理功能。后者包括四種相關(guān)蛋白，表面活性蛋白SP-A和SP-D是親水性的，是一種天然免疫蛋白家族的成員，稱為凝集素，在宿主防御和免疫調(diào)節(jié)中起重要作用；而SP-B和SP-C是疏水性的，主要參與調(diào)節(jié)生理性質(zhì)。肺表面活性物質(zhì)的主要功能：①降低空氣-液體界面處的表面張力，從而防止呼氣終末時的肺泡塌陷；②與病原體的相互作用和隨后進行殺傷或阻止其傳播；③調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答^［3］。

三、炎癥反應(yīng)（inflammatoryresponses）

呼吸道的主要任務(wù)是通過由Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮細胞形成的薄而大的表面積確保吸入的大氣氧和血液攜帶的二氧化碳之間的交換。上呼吸道和上呼吸道上皮都分別被稱為氣道表面液體（airway surface liquid，ASL）和肺泡內(nèi)襯液（alveolar lining fluid，AFL）的薄（0.2μm）水層排列。這種流體組分與表面活性物質(zhì)，黏液和纖毛擺動起共同作用，減少肺泡表面張力以防止肺不張以及抵御病原體的入侵。為了保持ASL和AFL的組成，并防止肺泡液體增多，肺泡內(nèi)液體平衡受離子通道和泵活性表達的嚴格控制。這些通道和泵在氣腔和間質(zhì)之間建立滲透梯度，驅(qū)動細胞旁通道或水通道蛋白（AQP3，4和5）介導(dǎo)的穿過呼吸道上皮的液體流動。其中，頂端的阿米洛利敏感的上皮鈉通道（epithelial sodium channel，ENaC）和阿米洛利不敏感環(huán)核苷酸門控陽離子通道（cyclic Nucleotide-Gated cation channel，CNG）與基底部位置的 Na，K-ATP 酶（Na，K-ATPase，NKA）一起作用促進跨細胞鈉轉(zhuǎn)運，伴隨在肺泡上皮中，通過從頂端囊性纖維化膜電導(dǎo)調(diào)節(jié)器（cystic fibrosis membrane conductance regulator，CFTR）的氯化物攝取。然而，在氣道中，CFTR促進氯化物分泌以調(diào)節(jié)黏液密度。此外，Ca²⁺活化的離子通道（Ca²⁺-activatedion channels，CaCC）促進頂端氯化物分泌，接著由Na⁺/K⁺/2Cl^-共轉(zhuǎn)運體（NKCC）以及鉀離子通道如Kv7.1的基底外側(cè)氯攝取的支持，有助于細胞膜電位形成、頂端氯化物分泌所需的電化學梯度的建立。影響流體穩(wěn)態(tài)的其他因素是緊密連接蛋白建立的上皮滲透性和內(nèi)皮完整性限制毛細管靜水壓力變化驅(qū)動的血管液體外滲。

肺部感染通常干擾到體內(nèi)平衡，導(dǎo)致ASL、AFL異常變化，肺泡水腫形成。病毒和細菌病原體是急性肺損傷（ALI）和急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）的常見致病因子，其特征在于肺內(nèi)廣泛的炎癥，肺泡空間充滿富含蛋白質(zhì)的滲出液，氣體交換受損，導(dǎo)致呼吸衰竭，死亡率達40%～58%。另外，由于其他部位原發(fā)性感染引起的敗血癥通常在菌血癥發(fā)作期間發(fā)生嚴重的肺損傷使病情復(fù)雜化，引起肺功能衰竭，占所有ARDS病例的一半。雖然據(jù)報道肺損傷過程中一些病原體衍生的離子轉(zhuǎn)運效應(yīng)直接由病原體-宿主細胞相互作用引起，但有證據(jù)表明局部和/或全身炎癥反應(yīng)的自身和旁路分泌介質(zhì)在病原體識別、復(fù)制誘導(dǎo)、及其他病理生理變化中損傷離子轉(zhuǎn)運和肺泡液清除（AFC），導(dǎo)致水腫形成和持續(xù)性。重要的是，ARDS患者的死亡率一再被發(fā)現(xiàn)與肺泡水腫的持續(xù)存在相關(guān)。

肺部感染的介質(zhì)釋放及其對離子內(nèi)穩(wěn)態(tài)的影響（圖1-5-2）。肺上皮細胞的離子轉(zhuǎn)運由各種離子通道和泵介導(dǎo)。鈉通過頂端環(huán)核苷酸門控陽離子通道（CNG）或上皮鈉通道（ENaC）進入上皮細胞，其可以通過活性氧和氮物質(zhì)（RONS）、ATP、轉(zhuǎn)化生長因子 β（TGF-β）下調(diào)或白細胞介素 -1β（IL-1β）在肺炎鏈球菌和甲型流感病毒（IAV）感染。鈉通過 Na，K-ATP酶（NKA）分泌，其在脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的肺損傷以及肺炎支原體，IAV，冠狀病毒（CoV）或腺病毒攻擊中被調(diào)節(jié)。RONS，干擾素-α（IFN-α）和TNF相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體（TRAIL）導(dǎo)致NKA豐度或活性降低。同時，通過囊性纖維化膜電導(dǎo)調(diào)節(jié)劑（CFTR）吸收氯化物或分泌（氣道），并通過由基底外側(cè)鉀通道（未顯示）和Na⁺支持的頂端Ca²⁺活化的離子通道（CaCC）分泌Na⁺/K⁺/2Cl^-共轉(zhuǎn)運體（NKCC）。雖然細胞外ATP通過CaCC增強氯化物分泌，但是通過在CoV，IAV，呼吸道合胞病毒（RSV）或肺炎支原體感染中的IFN-γ和白細胞介素 -8（IL-8）減少 CFTR 作用^［4］。

圖1-5-2　肺部感染介質(zhì)釋放及其對離子內(nèi)穩(wěn)態(tài)的影響^［4］

近年的研究，證實細胞膜的水通道與炎癥有關(guān)，在細胞膜水平調(diào)節(jié)機體固有免疫防御。水通道參與吞噬功能，以及特異免疫細胞的激活和遷移^［5］。

四、特異性免疫反應(yīng)（specificimmune responses）

特異性免疫反應(yīng)從功能上由兩個主要效應(yīng)系統(tǒng)組成：抗體和細胞介導(dǎo)的免疫系統(tǒng)，兩者分別由B和T淋巴細胞產(chǎn)生。使用RAG1和RAG2基因產(chǎn)物，B和T淋巴細胞重組，其Ig和T細胞受體（TCR）基因產(chǎn)生大約1011表達不同抗原受體的不同B和T淋巴細胞克隆。B淋巴細胞受體識別裸抗原，裸抗原可能由簡單的化學成分（碳水化合物或蛋白質(zhì)）組成。T淋巴細胞受體只識別蛋白抗原衍生的多肽，多肽抗原與主要組織相容性復(fù)合物（MHC）-Ⅰ類和-Ⅱ類的細胞表面蛋白結(jié)合。具有足夠親和力受體的淋巴細胞克隆通過抗原呈遞細胞（APC）激發(fā)而繁殖并發(fā)展成效應(yīng)細胞。感染消除后，抗原特異性克隆保留為“記憶”淋巴細胞，當抗原第二次入侵時，其可提供更快速的反應(yīng)。

1.特異性免疫反應(yīng)抗原的選擇（selection of antigens for specific immune responses）

T輔助淋巴細胞（TH細胞）通過巨噬細胞、B淋巴細胞產(chǎn)生的抗體和細胞毒T淋巴細胞的克隆變化促進細胞間殺菌作用而表現(xiàn)特異性免疫反應(yīng)。呈遞于APC表面MHC-Ⅱ類與相關(guān)的膜蛋白的抗原多肽與T細胞的TCR之間相互作用激發(fā)細胞免疫活性。多肽產(chǎn)生于外源抗原（如細菌、真菌和分枝桿菌），抗原通過吞噬作用和胞飲作用被攝入，蛋白質(zhì)被消化分解為10～20個氨基酸大小的多肽片段。含有免疫顯性表位的多肽與MHC糖蛋白復(fù)合物的抗原結(jié)合位點結(jié)合，并被傳遞到APC表面。MHC-抗原-TCR相互作用提供T淋巴細胞激活特異性。第二個共同刺激信號需要激活T淋巴細胞產(chǎn)生細胞因子。CD28傳遞共同刺激信號，CD28是TH細胞的膜蛋白，并與TCR一起共同刺激編碼IL-2基因的轉(zhuǎn)錄和穩(wěn)定IL-2的mRNA。APC上的 CD28配體，即 B7.1（CD80）和 B7.2（CD86）表達提供第二個信號。T淋巴細胞上的淋巴細胞功能相關(guān)抗原（LFA）分子與APC上的細胞間黏附分子（ICAMs）相互作用促進細胞與細胞接觸和跨膜信號傳遞。當CD2與LFA-3相互作用，CD4與MHC-Ⅱ類分子相互作用時，通過APC胞飲作用選擇蛋白的過程激發(fā)B7.1或B7.2或黏附分子的表達，也決定抗原激活TH細胞。

2.樹突狀細胞的成熟和分化（dendritic cell maturation and differentiation）

APC 提供先天性免疫和適應(yīng)性免疫之間基本聯(lián)系。對于T細胞來講，樹突狀細胞是最主要的APC。樹突狀細胞位于哺乳動物宿主上皮細胞周圍，識別病原體和微環(huán)境組織損傷，并將“危險”信號呈遞到適應(yīng)性免疫細胞，樹突狀細胞捕捉抗原，移動到引流淋巴樣器官，成熟過程完成后，選擇抗原特異性淋巴細胞，樹突狀細胞呈遞抗原到淋巴細胞，這一過程是最初的適應(yīng)免疫反應(yīng)。不同成熟階段的樹突狀細胞可有不同的表型、功能和定居位置。至少有3個成熟階段：包括血液和淋巴管中樹突狀細胞前體、組織定居未成熟樹突狀細胞和存在于次級淋巴樣器官中成熟樹突狀細胞。

樹突狀細胞祖先細胞在骨髓和末梢血中是CD34⁺造血祖先細胞的一小部分。GM-CSF和TNF-α因子刺激樹突狀細胞祖先細胞生長和分化為樹突狀細胞前體細胞。這一過程由多重細胞因子介導(dǎo)，包括 c-KIT 配體、Flt-3 配體、IL-3、TGF-β、IL-4和IL-13。髓樣樹突狀細胞與單核細胞密切相關(guān)，當與GM-CSF和IL-4一起培養(yǎng)時單核細胞產(chǎn)生髓樣樹突狀細胞。相反，當與GM-CSF一起培養(yǎng)時未成熟髓樣樹突狀細胞分化成巨噬細胞表型。

3.樹突狀細胞的移動（dendritic cell migration）

趨化因子和趨化因子受體所起的重要作用是指示對的細胞到對的地方。未成熟樹突狀細胞和單核細胞表達多種多樣的炎癥趨化因子受體，如CCR1（PANTES受體）、CCR2（共同享有MCP-1～MCP-4受體）、CCR3（eotaxin受體）、CCR5（MIP-1α、MIP-1β、PANTES受體）和CCR6（MIP-3α受體）。作為這些受體-配體相互作用的結(jié)果，未成熟樹突狀細胞和單核細胞快速募集到炎癥反應(yīng)器官。到達感染部位后，樹突狀細胞捕捉抗原。經(jīng)過巨大吞飲作用內(nèi)部消化的蛋白質(zhì)被降解并變成多肽，伴隨新的MHC-Ⅱ類分子合成，形成膜表達的復(fù)合物。

4.樹突狀細胞的成熟（dendritic cell maturation）

樹突狀細胞的成熟出現(xiàn)在炎癥部位。肺部樹突狀細胞成熟可能經(jīng)過接觸抗原后出現(xiàn)兩種不同的途徑。第一，微生物產(chǎn)物，如脂多糖，可能與上皮細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞上的TLR結(jié)合，上皮細胞和巨噬細胞TLR配體相互作用導(dǎo)致細胞因子釋放。TLR也可誘導(dǎo)細胞因子表達和APC表面的CD80和CD86分子表達。由于PAMPs只出現(xiàn)在病原體上，因此TLR只在感染存在時誘導(dǎo)CD80和CD86分子。T細胞至少需要2種信號而被激活，一個是多肽與MHC分子的復(fù)合物，另一個是APC表面的CD80和CD86分子介導(dǎo)的共同刺激信號。第二，如果T細胞受體與誘導(dǎo)CD80 和CD86分子表達的病原體衍生而來的多肽結(jié)合，T細胞只需要接受上述2種信號而激活。這個機制證實通常情況下只有病原體特異性T細胞被激活。在CD80和CD86分子缺失時抗原識別導(dǎo)致T細胞永久滅活或凋亡。也就是說，樹突細胞（DC）是專業(yè)抗原呈遞細胞（APC），作為先天性和適應(yīng)性免疫應(yīng)答的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，處于免疫系統(tǒng)的中心，并且能夠與B細胞和T細胞相互作用，從而操縱體液和細胞免疫應(yīng)答。

成熟過程也導(dǎo)致向次級淋巴樣器官移動。成熟樹突狀細胞下調(diào)CCR1、CCR5和CCR6，相反，成熟樹突狀細胞上調(diào)趨化因子受體、CCR4、CCR7和CXCR4。CCR7可能在成熟樹突狀細胞進入淋巴管運動中起重要作用，因為次級淋巴樣組織趨化因子（SLC）的配體由淋巴管內(nèi)皮細胞產(chǎn)生。樹突狀細胞進入淋巴管病引流到淋巴結(jié)，最終定居在淋巴結(jié)T細胞區(qū)域可能由其他CCR7配體控制，這配體包括ELC，其由定居的成熟樹突狀細胞和MIP-3β產(chǎn)生。

5.巨噬細胞抗原呈遞（macrophage antigen presentation）

肺泡巨噬細胞對裸T淋巴細胞或休眠記憶細胞是無效應(yīng)的APC，但能重新刺激最近激活過的T淋巴細胞。肺泡巨噬細胞不能有效地激活CD4⁺ T淋巴細胞，因為很少與休眠T淋巴細胞結(jié)合，并且不表達B7共同刺激細胞表面分子。

定居的肺泡巨噬細胞主動抑制T淋巴細胞激活和抗原誘導(dǎo)的繁殖。肺泡巨噬細胞刪除急劇增加實驗動物免疫反應(yīng)的能力。在肺部這樣下調(diào)穩(wěn)定狀態(tài)控制機制的潛在的價值是不言而喻的，因為肺經(jīng)常被暴露于抗原。在肺實質(zhì)內(nèi)免疫反應(yīng)必須被抑制和下調(diào)，因為免疫反應(yīng)不可避免地導(dǎo)致氣體交換表面明顯損傷。另外，肺泡巨噬細胞抑制活性能被顛倒。GM-CSF和TNF-α因子明顯降低肺泡巨噬細胞抑制活性，增加樹突狀細胞成熟。通過巨噬細胞和/或肺泡和氣道上皮細胞誘導(dǎo)的GMCSF和巨噬細胞產(chǎn)生的TNF，微生物刺激（如脂多糖）降低肺泡巨噬細胞下調(diào)狀態(tài)，并增加樹突狀細胞免疫刺激活性。總之，在面對微生物挑戰(zhàn)，APC上的脂多糖誘導(dǎo)改變使局部T細胞激活。

一些實驗性哮喘動物研究也表明TNF-α具有多種致病作用，如促進AHR、黏液生成或各種炎癥細胞募集和活化^［6］。在致敏期的抗TNF-α單克隆抗體治療可顯著降低氣道嗜酸性粒細胞增多，TNF-α通過增強IL-23/Th17和Th2免疫應(yīng)答在氣道炎癥的發(fā)生發(fā)展中起重要作用^［6］。

6.免疫反應(yīng)類型的選擇（selection of the type immune responses）

不同微生物的清除需要不同類型的免疫反應(yīng)。Ⅰ型反應(yīng)最初由激活的巨噬細胞介導(dǎo)，并參與吞噬作用和細胞間殺菌作用。Ⅱ型反應(yīng)由非細胞毒抗體、肥大細胞和嗜酸性粒細胞介導(dǎo)。Ⅰ型免疫反應(yīng)由TH1細胞介導(dǎo)，其分泌 IL-2、IFN-γ、TNF-α 和 GM-CSF 因子。Ⅱ型免疫反應(yīng)由TH2細胞介導(dǎo)，其產(chǎn)生IL-4、IL-5、IL-6和IL-10因子（圖 1-5-3）。TH2細胞產(chǎn)生的細胞因子還有IL-13 和IL-25，與氣道炎癥有關(guān)，TH2細胞通過產(chǎn)生IL-4調(diào)節(jié)B細胞產(chǎn)生IgE。

圖1-5-3　先天細胞和細胞因子在T細胞分化中的作用

IL-2：白細胞介素-2；IL-4：白細胞介素-4；IL-5：白細胞介素-5；IL-6：白細胞介素 -6 ；IL-10 ：白細胞介素 -10 ；IL-12 ：白細胞介素 -12 ；IFN-γ：干擾素 -γ；GM-CSF：粒細胞和巨噬細胞集落刺激因子；TNF-α：腫瘤壞死因子-α

TH1和TH2細胞是對從先天免疫系統(tǒng)衍生的信號反應(yīng)發(fā)展而來。通過細胞表面碳水化合物模式受體或與脂多糖、CD4結(jié)合，組織巨噬細胞的激活引起IL-12和TNF-α因子分泌。裸TH細胞分化為TH1表型，由IL-12誘導(dǎo)，IL-12具有減少T細胞產(chǎn)生IFN-γ和IL-4因子的能力。脂多糖引起巨噬細胞產(chǎn)生IFN-γ誘導(dǎo)因子。IFN-γ和IL-12因子含有自動正向反饋系統(tǒng)，因為巨噬細胞激活放大IFN-γ水平，NK和TH1細胞繁殖和激活放大IL-12水平。

在裸T細胞早期TH2細胞發(fā)生發(fā)展需要IL-4。與某些抗原接觸后嗜堿性粒細胞和肥大細胞產(chǎn)生IL-4。TH1細胞產(chǎn)生的IFN-γ抑制TH2細胞發(fā)生發(fā)展，TH2細胞產(chǎn)生的IL-10和IL-4抑制TH1細胞發(fā)生發(fā)展。

7.調(diào)節(jié)性 T細胞（regulatory T cells）

T細胞激活最初通過APC與裸T細胞相互作用啟動。T細胞激活也受調(diào)節(jié)性T細胞調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)性T細胞亞類標記物是CD4⁺/CD25⁺。這類細胞在裸鼠末梢血CD4⁺T細胞中占5%～10%。調(diào)節(jié)性T細胞是下調(diào)免疫反應(yīng)的可溶性介質(zhì)的主要來源。CD4⁺/CD25⁺T細胞可以抑制Th2對過敏原的反應(yīng)，過敏個體患者的CD4⁺/CD25⁺T細胞抑制作用減弱。CD4⁺/CD25⁺T細胞在調(diào)節(jié)氣道嗜酸性粒細胞炎癥中起關(guān)鍵作用。Foxp3+ Treg/Th17細胞失衡在哮喘的發(fā)病中起重要作用^［7］。

（1）T細胞介導(dǎo)的下呼吸道免疫反應(yīng)（lower respiratory tract immune responses mediated by T cells）：

T細胞介導(dǎo)的免疫出現(xiàn)對宿主抵抗真菌、分枝桿菌和病毒尤為重要。宿主抵抗新型隱球菌取決于CD4⁺、CD8⁺ T細胞。CD4⁺ T細胞刪除的小鼠出現(xiàn)較早的肺部新型隱球菌播散，并且存活率減低。CD8⁺T細胞刪除的小鼠存活率和損傷肺清除率均減低。CD4⁺和CD8⁺T細胞刪除的小鼠出現(xiàn)巨噬細胞向肺組織募集明顯減低，并出現(xiàn)感染和完全喪失肺清除率。從感染分枝桿菌的小鼠中分離出的抗原特異性CD4⁺T細胞產(chǎn)生 IL-2、IFN-γ和小量的 IL-4。TH1、TH2 和 /或TH0聯(lián)合參與肺抵抗分枝桿菌的反應(yīng)。Ⅰ類限制性CD8⁺T細胞也參與分枝桿菌的免疫反應(yīng)，CD8⁺細胞出現(xiàn)在許多肉芽腫缺損的外膜中。抗原特異性CD8⁺細胞毒T細胞是肺抵抗病毒感染的關(guān)鍵。特異性CD8⁺細胞毒T細胞在肺病毒感染后的一周內(nèi)出現(xiàn)在肺實質(zhì)。CD8⁺T細胞反應(yīng)的誘導(dǎo)被認為參與感染上皮細胞胞液中病毒顆粒復(fù)制，參與感染細胞表面的病毒抗原與MHC-Ⅰ類分子結(jié)合的呈遞，參與成熟CD8⁺細胞毒淋巴細胞的最終產(chǎn)生。

（2）B細胞介導(dǎo)的下呼吸道免疫反應(yīng)（lower respiratory tract immune responses mediated by B cells）：

Ig產(chǎn)生是B細胞介導(dǎo)免疫反應(yīng)的標志。抗原進入下呼吸道誘導(dǎo)肺部抗體產(chǎn)生。一個劑量足以壓倒非特異清除機制和誘導(dǎo)肺部炎癥的抗原需要抗體反應(yīng)誘導(dǎo)。抗原從肺部轉(zhuǎn)移到引流淋巴結(jié)，淋巴結(jié)是肺葉間抗原誘導(dǎo)抗體反應(yīng)的初級場所。抗體形成細胞（AFCs）在肺門淋巴結(jié)產(chǎn)生并釋放到輸出淋巴管和血液中，通過這個過程AFCs到達肺實質(zhì)，肺部炎癥促進AFCs向肺部募集。

（3）B細胞激活、分化和免疫球蛋白獨特型轉(zhuǎn)換（B cells activation，differentiation，and immunoglobulin isotype switching）：

B細胞由特異性抗原通過作為抗原受體的細胞表面免疫球蛋白而激活。大多數(shù)抗原需要T細胞的幫助以產(chǎn)生抗體反應(yīng)。這種依賴性需要B細胞和T細胞直接相互作用使淋巴細胞分化成為Ig分泌型B細胞，隨后成為記憶性B細胞或漿細胞。抗原特異性B細胞激活的第一步發(fā)生在B細胞與裸抗原結(jié)合并接受DCs激活T細胞提供輔助信號時。DCs和T細胞之間的CD40/CD40L和B7/CD28相互作用介導(dǎo)T細胞。同族的特異性多肽與TCR之間的相互作用也一并出現(xiàn)，多肽與B細胞上MHC-Ⅱ分子結(jié)合，而TCR在CD4 T細胞上。B細胞激活、分化和免疫球蛋白獨特型轉(zhuǎn)換需要這些相互作用。

在抗體介導(dǎo)免疫反應(yīng)中，單個的B細胞轉(zhuǎn)換Ig獨特型表達。產(chǎn)生IgM的細胞轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生IgE或IgG或IgM一種亞類。獨特型轉(zhuǎn)換受T細胞調(diào)節(jié)，T細胞通過細胞表面的CD40 B細胞與CD40 T細胞相互作用和細胞因子分泌影響?yīng)毺匦娃D(zhuǎn)換。

8.呼吸道免疫球蛋白（respiratory immunoglobulins）

Ig是正常呼吸道分泌物的主要蛋白成分。支氣管肺泡灌洗液蛋白中的20%由IgG、IgM和IgA組成。肺通過刺激定居的抗原特異性記憶B細胞對某些致病菌產(chǎn)生快速反應(yīng)。抗原特異性IgG和IgA的產(chǎn)生有助于清除入侵的致病菌，并減少致病菌在呼吸道上皮細胞的定居。

（俞桑潔　楊永弘）

參考文獻

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