布鲁氏菌的抗感染免疫机制.docx

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1、布鲁氏菌的抗感染免疫机制摘要：布鲁氏菌病是由布鲁氏菌引发的世界范围的人兽共患传染病。布鲁氏菌为兼性胞内寄生菌，无典型的毒力因子，但却有很强的致病性，常引发人和动物的慢性感染。逃逸宿主的抗感染免疫反响是慢性感染的先决条件，这种能力对于布鲁氏菌的毒力来讲似乎也越来越关键。作为成功的致病性病原菌，布鲁氏菌采用“隐秘的策略以逃避或抑制固有免疫、调节适应性免疫，进而在宿主细胞内建立长期的持续性感染。本文将围绕布鲁氏菌逃逸宿主的抗感染免疫的分子机制进行阐述，旨为说明布鲁氏菌毒力的新见解，这很可能为布病的预防开拓新的途径。关键词：布鲁氏菌，固有免疫，适应性免疫，逃逸抗感染免疫是指机体抵御病原体感染的能力，包

2、括固有免疫和适应性免疫。机体在防御病原体感染经过中，抗感染免疫免疫防御发挥非常重要的作用。病原体一旦入侵机体，宿主通过抗感染免疫来监测、防御并去除入侵的病原体，而病原体为了能够在宿主体内生存，在进化经过中也构成了多种有效的生存策略以逃避机体对本身的识别和去除、逃逸或拮抗宿主的免疫攻击。不同的病原体逃逸机体的抗感染免疫机制不尽一样，但大体可归纳为三类即隐匿、诱变和抑制1。隐匿是指病原体通过感染免疫细胞本身或寄生于免疫应答不易到达之处而逃逸免疫攻击；诱变是指病原体通过改变本身的抗原特性，进而逃逸业已诱生的免疫应答的作用；抑制是指病原体通过其构造和非构造产物，拮抗、阻断和抑制机体的免疫应答。布鲁氏菌

3、是一种典型胞内寄生的、革兰氏阴性小球杆菌。它固然无典型的毒力因子如外毒素、荚膜、菌毛、鞭毛，但却有很强的致病性。其致病性的关键在于能够适应环境的变化，维持本人在专职的吞噬细胞包括巨噬细胞和树突状细胞及胎盘滋养层细胞内长期存活2-4。布鲁氏菌作为成功的致病性病原菌，采用“隐秘的策略以逃避或抑制固有免疫、调节适应性免疫，进而建立慢性、持续性感染。慢性感染意味着病原体毒力和宿主抵抗力间处于平衡状态5。尽管布鲁氏菌被称为“隐秘的病原体，这并不意味着机体的免疫系统完全看不见它们。其实，免疫系统能够检测到它们并诱发特异的免疫反响。在感染的初期或急性期，机体能否及时控制布鲁氏菌的复制、成功消灭其感染，固有免

4、疫系统是关键所在。但在感染的后期，建立有效的适应性免疫是特别必要的6。适应性免疫能够帮助机体去除感染，建立具有记忆功能的特异性免疫。1布鲁氏菌逃避固有免疫固有免疫又称非特异性免疫，它是个体与生俱有的，是机体抵抗病原微生物感染的的第一道防线，包括多种效应细胞和分子，如噬中性粒细胞、巨噬细胞、补体、NK细胞等。机体能否及时控制、消灭病原体感染，固有免疫系统是关键所在。在布鲁氏菌感染的初期，固有免疫系统能够控制其复制，还能够与适应性免疫相联络，为宿主提供生成强烈的Th1免疫应答的环境。布鲁氏菌作为成功的病原体，它采取“隐秘的方式来对付固有免疫系统，进而避免被形式识别受体patternrecognit

5、ionreceptors,PRRs持续识别，同时也避免了引发强烈的炎症反响7,8。PRRs包括细胞膜外表的Toll样受体TLRs9、胞浆的Nod样受体NLRs10和补体11。这些受体的功能类似于“条形码一样，通过识别保守的病原体相关分子形式(pathogen-associatedmolecularpatterns,PAMPs)的特征性组合，能够识别病原体并帮助机体区分细菌、病毒和寄生虫12。而机体主要通过补体和TLRs的激活引发典型的抗菌反响13。然而，在布鲁氏菌感染期间，这些典型的抗菌反响却无法看到。原因是布鲁氏菌外表特殊的构造特征不能激活补体和TLRs，因此不能引发强烈的固有免疫反响。确实

6、，布鲁氏菌没有明显的毒力因子，它分子外表的脂多糖(LPS)、含鸟氨酸的脂质、脂蛋白、鞭毛等都是很弱的固有免疫诱导剂。这些构造缺乏标记的PAMPs活性，因而某种程度上能够逃避PRRs的识别14。如，布鲁氏菌LPS的脂质A(LipidA)能够逃避TLR4的识别，由于LipidA含有更长的脂肪酸链(C28)，而典型的LPS脂肪酸链为(C12C16)，这种修饰大大降低了TLR4诱发的炎症反响15。除了逃避TLR4的识别，布鲁氏菌通过生成鞭毛蛋白阻止TLR5的激活16。由于鞭毛蛋白缺乏激活TLR5的构造域，因而无法激活TLR5介导的炎症反响17。此外，布鲁氏菌通过分泌效应蛋白Btp1/TcpB，诱导信号

7、蛋白MAL的泛素化降解，进而抑制TLR2、TLR4的信号18-21。而且，布鲁氏菌Btp1/TcpB还能够抑制DCs的成熟使其处于中间成熟期，进而抑制促炎因子TNF-和IL-12的分泌19,22。另外，布鲁氏菌LPS的O-抗原缺乏自由羟基，因而不能与补体C3结合，进而抑制促炎补体C3a和C5a的生成7。布鲁氏菌由于缺乏标记的PAMPs活性成分，因而能够逃避固有免疫系统的识别，进而避免宿主细胞的全面活化。这将为布鲁氏菌控制布氏小体(Brucella-containingvacuole,BCV)到达内质网(oplasmicreticulum,ER)处建立复制小室提供了一段时间。复制小室的构成有利于

8、布鲁氏菌抵制恶劣的环境，保护其免于体液免疫的杀伤以及吞噬细胞的吞噬作用8,23。研究表明：布鲁氏菌在定居于宿主巨噬细胞的ER处之前，宿主完全有能力与其搏斗24。因而，能够讲，宿主的巨噬细胞或树突状细胞(DCs)的ER是布鲁氏菌安全的港湾，它需要利用一些生存机制才能到达以避免被免疫系统摧毁。另外，布鲁氏菌在吞噬细胞内部能够控制感染细胞的生理活动，这也为其提供了颠覆免疫反响的时机。2布鲁氏菌调节适应性免疫适应性免疫又称获得性免疫、特异性免疫，DCs是调节适应性免疫的中枢25。然而，布鲁氏菌通过进化能够干预从固有免疫到适应性免疫的传输信号，进而颠覆DCs的功能以逃避宿主免疫系统的攻击。研究表明：布鲁

9、氏菌能够在体外19或体内3的DCs内进行快速增殖。而且，B.abortus2308和B.suis1330能够在体外阻碍DCs的表型成熟19,22。确实，布鲁氏菌感染的DCs表现为II类主要组织相容性复合体MHCII、CD80和CD86共刺激分子表达量低，这抑制了DCs表型成熟。DCs的成熟决定抗原提呈和T淋巴细胞的激活。不成熟的DCs即表现为不分泌促炎性细胞因子TNF-和IL-12、无效的抗原提呈给未致敏的T细胞。适应性免疫是为机体提供记忆的关键，也是疫苗接种持久性的必不可少的特性。细胞因子在免疫反响中扮演关键的角色，它不仅能够调节天然和适应性免疫，还能够指导免疫相关细胞的免疫反响。布病中最关

10、键的细胞因子有IL-12、IFN-和TNF-8,26,27。TNF-能够强烈地激活吞噬细胞的杀菌活性；IL-12能够引发Th1免疫反响进而生成IFN-；而IFN-介导的I型免疫反响是去除布鲁氏菌所必需的28，因而它也是布病中最关键的细胞因子6,29,30。机体感染布鲁氏菌后，主要通过三种适应性免疫反响抵御感染。由CD4+,CD8+和T细胞生成IFN-，它能够激活巨噬细胞的杀菌活性以阻止布鲁氏菌在胞内的存活。由CD8+和T细胞产生的细胞毒性，它能够杀死感染的巨噬细胞。Th1型抗体亚型，如IgG2a和IgG3，能够调理布鲁氏菌以促进吞噬溶酶体的吞噬降解。如，很多血清被动转移试验表明体液免疫对鼠源布

11、病具有一定意义28。布病的一个显著特征是布鲁氏菌能够在宿主细胞内长期存活。因而，它的最终目的就是在宿主体内建立慢性感染。研究表明，慢性感染布鲁氏菌的宿主体内的免疫力被抑制。如，感染鼠脾脏内的CD4+和CD25+T细胞数量增加，它们能够调节效应T淋巴细胞，有助于B.abortus的持续性感染31。而利用抗体封闭鼠的CD4+和CD25+T细胞，则能够去除靶器官的布鲁氏菌31。另外，CD4+和MHCII类A缺陷的缺失鼠比野生鼠更易于去除布鲁氏菌感染4。免疫抑制将引起机体对感染的布鲁氏菌肝、脾和淋逢迎处去除缺乏32，由于CD8+T淋巴细胞的激活被抑制、巨噬细胞和DCs的募集逐步降低33。而且，布鲁氏菌

12、通过减少IL-12的分泌、抑制感染的DCs刺激活化T细胞，以阻碍保护性Th1免疫反响19。结果，布鲁氏菌感染DCs后进入半成熟表型即细胞外表的MHCII类分子和共刺激分子均低表达，二者是DCs提呈外源性抗原给特异性T细胞所必需的22。布鲁氏菌很可能通过阻止DCs的全面激活，利用DCs免疫耐受的特性以颠覆免疫反响。研究表明：迁移的DCs也能够诱导免疫耐受34。布鲁氏菌感染的DCs呈现半成熟表型很可能有助于诱导机体的免疫耐受以建立持续的慢性感染。人类的慢性布病患者表现为转化生长因子-TGF-依靠的Th1免疫反响被抑制，由于不成熟的DCs与未致敏的CD4+T细胞互相作用诱导了T调节细胞的分化35。此

13、外，鼠体内IL10水平的降低有助于宿主抵抗布鲁氏菌感染36。这表明布鲁氏菌通过阻碍抗原提呈以影响固有免疫和适应性免疫间的互相作用。TLRs在激活固有免疫反响、抵御微生物感染方面扮演很重要的角色。在感染期间，TLR2、TLR4和TLR9是很重要的感应细菌感染的受体。因而，布鲁氏菌利用其分泌蛋白干扰感染的DCs的TLR依靠途径，以阻碍DCs的成熟。三种布鲁氏菌即B.abortus、B.melitensis和B.ovis编码Toll/IL1receptorTIRdomain-containingprotein(TcpB)蛋白19,37。TcpB也称为Btp1，能够阻碍TLR2和TLR4介导的NF-B

14、的激活并抑制DCs的成熟18,19。TIR构造域含有的接头蛋白(TIRdomain-containingadaptorprotein,TIRAP)能够募集信号接头蛋白MyD88去激活TLR2和TLR438。TcpB能够模拟TIRAP分子的特性进而有效地阻断TIRAP诱导的TLR2和TLR4的激活20。而B.abortusBtp1突变株则能够部分地促进DCs的成熟并增加TNF-和IL-12的分泌19。近期的研究表明：TcpB/Btp1作为一个新的适应性免疫入侵的效应器，能够抑制CD8+T细胞的杀伤作用。由于Btp1能够与磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PI(4,5)P2)或PI(3,4,5)P3结合

15、，这就抑制了免疫突触的抗原提呈细胞的激活进而抑制CD8+T细胞的杀伤作用26。本课题组前期利用抑制性差减杂交SSH技术，构建了绵羊响应布鲁氏菌强毒株B.melitensis和疫苗株B.suisS2白细胞层差减cDNA文库，挑选获得了绵羊差异表达基因-程序性细胞死亡因子10(programmedcelldeath10，PDCD10)39。PDCD10又称为CCM3，它是一个新的、高度保守的接头蛋白。它含有两个保守的功能构造域：N末端二聚体构造域和C末端focaladhesiontargeting(FAT)同源构造域，其中C末端FAT同源构造域与粘着斑激酶focaladhesionkinases，

16、FAK的FAT构造域在空间构造上高度类似40。据报道，在人类免疫缺陷病毒(HIV)感染经过中，HIV病毒或其外表gp120糖蛋白能够引发FAK的FAT构造域与CD4+分子的胞吞基序结合，进而诱导非感染的T细胞的凋亡，这将有利于病毒的融合和复制41。因而，我们揣测布鲁氏菌很可能像HIV一样，利用其外表的某个膜蛋白或其分泌的效应蛋白，引发PDCD10分子与CD4+分子结合，进而逃避机体的免疫反响。新的免疫入侵效应器的发现能够进一步解释布鲁氏菌逃逸适应性免疫反响的进化机制，而理解免疫逃逸的特异机制是设计有效的免疫保护性疫苗的前提条件。3小结和瞻望固有免疫系统利用PRRs准确地发现入侵的病原体后，机体

17、被诱发有效的免疫反响包括固有免疫和适应性免疫反响抵御病原体感染。然而，很多成功的病原体已经进化了多重且有效的策略以逃避或颠覆宿主的防御机制，布鲁氏菌就是其中成功的典范之一。它采取“隐秘的方式入侵宿主细胞，避免被PRRs识别进而逃避免疫监测，但这并不意味着机体完全无法监测到它们。其实，机体仍然能够监测到布鲁氏菌并构成特异性的免疫反响。结果，典型的细胞杀菌活性不能被有效地激活，生成的免疫反响缺乏以去除布鲁氏菌，相反却引发肉芽肿样的炎症。最终导致布鲁氏菌和宿主的抵抗力间长期处于平衡状态，允许其在胞内长期存活。目前，国内外研究学者所面临的最大的挑战就是布鲁氏菌引发宿主的免疫抑制。一些研究表明，效应T细胞阻碍性激活以及巨噬细胞和DC激活的逐步减少很可能是由于免疫抑制引起的33。这可以以解释为什么靶器官的布鲁氏菌去除缺乏。而且，布鲁氏菌诱导DCs呈现半成熟表型很可能导致机体发生免疫耐受以维持慢性感染。那么，布鲁氏菌是怎样诱导DCs呈现半成熟表型而引发机体的免疫耐受？又是通过何种方式逃逸、调节甚至颠覆宿主的免疫反响？我们该怎样解除宿主的免疫抑制？这些问题的说明将有助于研发用于治疗或预防布病的有效药物及疫苗。