猪病免疫重要途径——粘膜免疫

摘要 像其它动物机体一样，猪体内也存在着粘膜免疫系统（Mucosal Immune System, MIS） 。 粘膜免疫系统是猪机体整个免疫网络的重要组成部分，又是具有独特结构和功能的独立免疫 体系，它在抵抗感染方面起着极其重要的作用。粘膜表面是猪体与外界抗原直接接触，是猪 体抵抗感染的第一道重要防线。而且，实验证明：通过粘膜免疫后，粘膜局部的抗体比血清 抗体出现得早、效价高，且维持的时间长。 研究粘膜免疫无论在理论上还是在生产实践中，均具有重要的意义。 关键词：猪病 粘膜免疫 自上世纪上半叶 Fleming 发现青霉素以来，已陆续有 400 多种抗生素投入临床应用，为感 染性疾病的治疗作出了巨大贡献。然而，人类不得不面对一个严峻的事实，即所有的抗生素 均存在有耐药菌株，而一些过去得到较好控制的感染性疾病渐有扩散的趋势。因此，发展新 的抗微生物策略势在必行。于是，越来越多的目光聚集在对生物天然免疫系统的研究方面。 过去认为，猪体的免疫系统只存在着两种基本形式：细胞免疫和体液免疫。但实际上除了 以上两种形式之外，猪体还有另外一种极其重要的免疫方式，那就是粘膜免疫。如果粘膜免 疫的能力下降，则猪同样会受到细菌和病毒等病原体的侵害，导致疾病的发生。粘膜免疫与 粘膜疫苗接种已成为当今免疫学中的一个热点。 猪体的口腔、鼻腔、呼吸道、消化道以及泌尿生殖道的表面被粘膜组织所覆盖，其表面积 达 400m2，这些粘膜上存在着大量的免疫细胞，如淋巴细胞和巨噬细胞等。实验证明，机体 每天产生的免疫球蛋白的 80%被分泌到肠粘膜，20%被分泌到呼吸道、胆囊壁及尿道粘膜上。 研究结果表明，90%以上的细菌、病毒和寄生虫感染都起始于粘膜表面，粘膜表面的免疫细 胞通过复杂的作用，使致病菌的繁殖受到抑制，最终达到阻止病原体的粘附和侵入的目的。 所以，人们也认为肠道才是机体最大的免疫器官。 粘膜免疫系统的构成 粘膜免疫系统主要由粘膜相关淋巴组织（Mucosal Associated Lymphoid Tissues, MALT） 构成。所谓粘膜相关淋巴组织，即沿着呼吸道、胃肠道、泌尿生殖道粘膜上皮，并存在于上 皮下的淋巴组织，是粘膜接触并摄取抗原和进行最初反应的部位。MALT 主要包括以下三个 部分： 1 肠粘膜相关淋巴组织（Gut-Associated Lymphoid Tissue，GALT） 1673 年，Dr. Peyer J. C.在哺乳动物肠道粘膜上发现了小肠下的淋巴集结，并称之为派 尔氏结（Peyers Patches，PP） ，研究表明 PP 具有明显的淋巴上皮及上皮下大量淋巴组织， 淋巴组织中有多量的淋巴滤泡，覆盖滤泡的上皮细胞被称之为 M 细胞（Microfold Cells） ， 这种滤泡称为滤泡相关上皮（Follicle-associated epithelial，FAE） 。在猪的末端回肠 M 细胞含量高达 100%。M 细胞的主要功能是摄取并转运抗原，尤其是转运颗粒性抗原至位于其 下方的组织。 M 细胞与普通粘膜上皮细胞不同，在它的表面没有致密的刷状纤毛，取而代之的是稀疏的 绒毛状结构，这有利于 M 细胞摄取大分子抗原，甚至细菌和病毒，抗原穿越粘膜的屏障，传 送到下面的淋巴样组织中去，诱导产生特异的粘膜免疫反应。 2 支气管粘膜相关淋巴组织（Bronchus-Associated Lymphoid Tissue，BALT） 研究结果表明 BALT 和 GALT 结构十分相似。淋巴组织的淋巴小结体积和数量与日龄有关， 淋巴组织中含有巨噬细胞和异嗜性白细胞。 3 眼结膜相关淋巴组织（Conjunctiva-Associated Lymphoid Tissue ，CALT） 近年来，人们开始对眼结膜集合淋巴组织（CALT）进行研究，猪的眼结膜上有 CALT，CALT 主要集中在下眼睑结膜穹隆处，上眼睑也有 CALT，但淋巴小结数量少且分散，主要集中在 鼻泪管周围。研究表明，CALT 是眼鼻区重要的免疫应答组织之一，协同某些腺体完成独特 的局部免疫功能，同时参与全身免疫应答的调控。 另外还有鼻咽相关淋巴组织（Nasopharynx-Associated Lymphoid Tissue，NALT） 、喉淋巴 相关淋巴组织（Larynx-Associated Lymphoid Tissue，LALT） ，中耳腔、唾液腺、扁桃体等 组织。 除了上述的粘膜相关淋巴组织（也称为集结淋巴组织，Organized lymphoid tissue）外， 粘膜免疫系统中还有重要的分散淋巴组织（diffuse lymphoid tissue） 。这是一种没有特定 组织结构的淋巴样细胞。它们分布在粘膜的组织间隙，游离于上皮细胞或粘膜固有层 （lamina propria）的疏松结缔组织之间。T 细胞、B 细胞、浆细胞是分散淋巴样组织中的 主要细胞成分，它们的相对数量在不同的粘膜表面会有所不同。在胎儿期的粘膜表面几乎没 有这些细胞，它们是在动物出生后，随着对抗原暴露程度的增加而发展起来的。虽然分散淋 巴样组织不像集结淋巴样组织那样具有特异的组织结构，但是它在粘膜免疫反应中也起着举 足轻重的重要作用，例如抗原的加工、处理和呈递，以及 IgG 抗体的产生等等。 粘膜免疫的诱导部位和效应部位 1 IgA 的诱导部位 诱导部位（亦称为诱导位点）为首次接触抗原并诱导起始反应的部位，主要有一些粘膜相 关的淋巴组织（MALT） ，包括上述的肠道相关淋巴组织（GALT） ，支气管相关淋巴组织 （BALT）和近几年发现的眼结膜相关淋巴组织（CALT） ；具有生发中心的上皮淋巴组织。当 病原体与这些诱导部位接触后，抗原即被摄取，诱导 T 细胞和 B 细胞反应。 在 IgA 的诱导位点可以出现所有的免疫活性细胞，如 CD4+Th 细胞、CD8+CTLs、sIgG B 细 胞和辅助细胞。这些细胞调节抗原特异性效应细胞的产生，参与粘膜表面的体液免疫和细胞 免疫。 2 IgA 诱导部位对抗原的摄取功能 1965 年，Tomasi 确定了 sIgA 的性质和功能，证明了 MALT 具有合成 sIgA 的功能。实验证 明，用外科手术去除 GALT 引起循环抗体减少以及对各种抗原的反应能力下降。 3 IgA 的效应部位 粘膜的效应部位（亦称为效应位点）包括肠道、呼吸道、泌尿生殖道等粘膜的固有层及一 些腺体如乳腺和泪腺等。已知泪腺中 85%的抗体为 sIgA。肠道粘膜固有层是最大的粘膜效应 位点，可分离到大量的 IgA 型浆细胞。其主要细胞成分为淋巴细胞，其中 B 细胞占 20%40%，T 细胞占 40%60%，巨噬细胞占 10%，嗜酸性粒细胞占 5%，T 细胞大部分为 CD3+、CD4+、TCD8-，起促进免疫的功能。约 1/3 的 T 细胞是 CD3+、CD4-、TCD8+，起细胞 毒作用。 在抗原刺激 IgA 诱导部位之后，粘膜相关淋巴组织内的 B 细胞和 T 细胞被致敏，致敏的 T 细胞和 B 细胞通过淋巴管离开粘膜相关淋巴组织，并通过胸导管进入血液循环，之后进入效 应部位。在这里 B 细胞定居下来，并在抗原、T 细胞及细胞因子的刺激下增殖变成成熟的 IgA 浆细胞，并分泌 IgA。 粘膜免疫应答(Immune Response， IR) 粘膜免疫应答是指机体受到抗原刺激以后，体内抗原特异性淋巴细胞对抗原分子的识别、 活化、增殖、分化，并表现一定免疫效应的过程。其基本的生物学意义是保护机体免受抗原 异物的侵袭。 1 粘膜免疫系统的体液免疫 体液免疫是粘膜免疫效应的主要过程，即产生分泌型球蛋白 AsIgA。据研究，机体 （以人为例）每天分泌 sIgA 的量约为 3060mg/kg，超过其它免疫球蛋白的量。 1.1 sIgA 的产生 IgA 在浆细胞产生后，由 J-链（含胱氨酸较多的酸性蛋白）连接成双聚体分泌出来。当 IgA 通过粘膜和浆膜上皮细胞向外分泌出来。当 IgA 通过粘膜或浆膜上皮细胞向外分泌时， 与上皮细胞产生的分泌片段连接成完整的 sIgA，释放到分泌液中，与上皮细胞紧密连接在 一起，分布在粘膜或浆膜表面发挥免疫作用。 另外，对于新生仔猪来说，乳汁（尤其是初乳）与免疫力极其相关，母猪乳汁中的主要抗 体类型为 IgA（反刍类动物为 IgG） 。哺乳仔猪在断奶前的被动粘膜保护依赖于母源二聚体 IgA 的连续供应。由于这种乳腺（体液）免疫力与胃肠道联系在一起，形成所谓的胃肠道- 乳腺连接，在这里 IgA 从胃肠道转移到乳腺中。因此，提倡用母猪的胃肠道粘膜免疫的方法 来保护仔猪尤为重要。 1.2 sIgA 的作用机制 分泌型 IgA（sIgA）是粘膜应答过程中的主要效应因子。其在分泌液中以双链和四链的形 式存在，所以比单链 IgA 有更大的抗原结合力。sIgA 的特性包括它的多链性，粘膜亲和性 与抵抗蛋白酶的作用，均有助于其对病毒、细菌的亲和作用。由于外分泌液中 sIgA 含量多， 又不容易被蛋白酶破坏，故成为抗感染、抗过敏的一道主要屏障。其综合功能及机制归纳如 下： 1.2.1 阻抑粘附 sIgA 可阻止病原微生物粘附于粘膜上皮细胞表面，其作用可能是： sIgA 使病原微生物发生凝集，丧失活动能力而不能粘附于粘膜上皮细胞；sIgA 与微生 物结合后，阻断了微生物表面的特异性位点，因而丧失结合能力；sIgA 与病原微生物抗 原结合成复合物，从而刺激消化道、呼吸道等粘膜的杯状细胞分泌大量粘液， “冲洗”粘膜 上皮，妨碍微生物粘附。 1.2.2 免疫排除作用 sIgA 对由食物摄入或空气吸入的某些抗原物质具有封闭作用，使这 些抗原游离于分泌物，便于排除，或使抗原物质局限于粘膜表面，不致于进入机体，从而避 免某些过敏反应的发生（如食物过敏反应） 。 1.2.3 溶解细菌 不论血清型 IgA 或 sIgA 均无直接杀菌作用，但可与溶菌酶、补体共同作 用，引起细菌溶解。 1.2.4 中和病毒 存在于粘膜局部的特异性 sIgA 不需要补体的参与，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细胞上。 1.2.5 介导 ADCC 作用 小肠淋巴细胞表达 IgA 的 FcR，它们属于由 IgA 介导 ADCC 作用的淋 巴细胞，但这种效应也可能导致上皮细胞损伤。 IgA 抗体，尤其是分泌型 IgA（sIgA）在粘膜体液免疫反应中具有主要的免疫保护作用，但 是 IgG，IgM 和 IgE 等免疫球蛋白在粘膜反应中也起着不可忽视的重要作用。分泌型 IgA 在 粘膜表面的免疫保护作用与它独特的结构有很大的关系。sIgA 的多聚体结构能增强其对抗 原和病原体的亲和力；sIgA 表面特殊的糖成分或糖链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 粘膜免疫系统的细胞免疫 粘膜免疫系统的细胞免疫包括上皮淋巴细胞、粘膜固有层细胞、T 细胞及 K 细胞免疫等。 上皮内淋巴细胞（IEL）是体内最大的淋巴细胞群，也是异质细胞群。由于离肠腔很近而成 为粘膜免疫系统中首先与细菌、食物抗原接触的部位。IEL 中，90%是 CD3+T 细胞，少于 6% 是 sIg+B 细胞，此外还存在极少量的非 T 非 B 的裸细胞（naked cell） 。IEL 的主要功能是 宿主对病原体入侵及上皮细胞变性作出快速反应机制的溶细胞活动。IEL 因其可产生于 Th1、Th2 功能相关的因子，因此，具有调节其他淋巴细胞和上皮细胞的功能。IEL 还具有对 食物抗原耐受和刺激上皮细胞更新功能。 3 粘膜固有层免疫细胞 3.1 T 细胞约占 40%90%，是淋巴细胞中较活泼的细胞。按其表型及功能不同至少可分为杀 伤性 T 细胞、抑制性 T 细胞、迟发型超敏反应性 T 细胞、诱导辅助性 T 细胞及反抑制性 T 细胞。T 细胞中约 65%80%为 CD3+细胞和 CD4+细胞。CD4+固有层 T 细胞能促进 IgA 的合 成，CD8+固有层 T 细胞可抑制 IgA 的合成。 3.2 K 细胞（Killer cell） 为一类具有杀伤作用的淋巴细胞，K 细胞膜上有 FcR，只能杀 伤被抗原覆盖的靶细胞，如寄生虫、病毒感染细胞、恶性肿瘤细胞及同种移植物组织细胞等。 因此，K 细胞在抗感染、抗肿瘤及移植排斥反应、超敏反应、自身免疫病的发生均发挥一定 的作用。 3.3 自然杀伤细胞（natural killer cell，NK 细胞）为一类异质性、多功能的细胞群体， 它不需要抗原刺激，也不需要抗体的参与，能杀伤某些靶细胞。它具有抗肿瘤、抗感染、免 疫调节的作用。还参与移植排斥反应、自身免疫病和超敏反应的发生，其作用机制与 Tc 细 胞相似。 3.2 辅助细胞（accessory cell）是指捕捉、加工、抗原处理，并将抗原递呈给抗原特异 性淋巴细胞的一类免疫细胞，故又称为抗原递呈细胞，它包括单核巨噬细胞和树突状细胞 （dendritic cells，DCs） 。 在粘膜的复层上皮及一些单层上皮，由于大分子抗原不能自由扩散，故粘膜免疫系统必须 通过其专职 APC（professional APC）主动摄取抗原。已证明树突状细胞与巨噬细胞为两种 专职 APC，它们与上皮细胞紧密相连。DC 在呼吸道和口腔上皮特别丰富，可形成类似皮肤的 粘膜 DC 网络。正常机体必须区分肠道的“无害”抗原（肠道正常菌群，食物和自身凋亡等） 和“有害”抗原（病原微生物等） ，并产生相应的免疫应答。树突状细胞在决定免疫应答的 类型方面起着关键作用。树突状细胞的功能具有可塑性，它最终诱发免疫应答的结果取决于 自身来源（不同的亚群）和分化程度，微环境和抗原的类型等因素的综合影响。树突状细胞 的功能研究已越来越引起科学界的高度重视。 粘膜免疫系统的发展共同粘膜免疫系统(common mucosal immune system,CMIS) 致敏的淋巴细胞经体循环可以回流到多个效应部位，发挥针对同一抗原的免疫反应，而与 起始的诱导部位无关。例如，在人体细菌性抗原从肠道吸收后可以从乳腺产生特异性抗细菌 性 IgA，在支气管致敏的细胞可以游走至肠粘膜固有层，鼻咽部暴露于某抗原可以同时在直 肠、呼吸道、阴道产生 IgA 和 IgG，据此有人就把从 IgA 诱导部位（BALT 或 GALT）到粘膜 效应细胞（呼吸道、消化道、泌尿生殖道的固有层和分泌腺体）这一系统称为共同粘膜免疫 系统。共同粘膜免疫系统内特殊部位的细胞因子、诱导细胞、效应细胞调节免疫反应的机理， 尚未完全搞清楚。 粘膜免疫系统的应用 对于人类的脊髓灰质炎（poliomyelitis） （俗称小儿麻痹症）来说，有两种疫苗可以使用， 其中灭活疫苗（Salk 疫苗）的效果虽然肯定，但其免疫效果和免疫持久力均不如口服的减 毒活疫苗（Sabin 疫苗） ，通过使用该疫苗，在世界上的绝大部分地区已经消灭了本病。 无独有偶，祖国医学对于天花（smallpox）的预防也是采用鼻腔接种的方法，后来发展到 用皮肤接种（压种法、划种法或刺种法）的方法，目前天花已经成为唯一被消灭的人类烈性 传染病。无论是粘膜接种，还是皮肤接种，都说明了模拟病原体感染的自然途径接种疫苗具 有非常重要的意义。 动物机体粘膜系统的体液免疫和细胞免疫在抵抗病原微生物入侵方面均发挥十分重要的作 用，粘膜免疫系统的研究不仅为传统的免疫学增加了内容，也为很多疾病的致病机理、病原 与宿主的关系、疫苗与预防制剂的研究提供了思路与方法。 目前，通过粘膜免疫途径的免疫方法在生产实践中已经被广泛应用，且有效地预防了一些 畜禽的传染病。 利用疫苗，尤其是口