共生菌与免疫的关系PPT课件

共生菌与免疫 Vocabulary SFB Segmentedfilamentousbacteria分节丝状菌polysaccharideA PSA 多聚糖ApolysaccharideA PSA Bacteroidesfragilis 产生多聚糖A的脆弱拟杆菌Clostridiumspp clustersIVandXIVa 梭状芽胞杆菌IVandXIVaSCFA short chainfattyacid 短链脂肪酸REGIII regeneratingislet derivedprotein3 ILC3s group3innatelymphoidcells 第三组固有淋巴样细胞TSLP thymicstromallymphopoietin 胸腺基质淋巴细胞生成素MALT MIS Mucosa associatedlymphoidtissue 粘膜相关淋巴组织 粘膜相关淋巴组织Mucosa associatedlymphoidtissue 呼吸道 肠道 及泌尿生殖道黏膜固有层和上皮细胞下散在的无被膜淋巴组织 以及某些带有生发中心的 器官化的淋巴组织 如扁桃体 小肠的派氏集合淋巴结 Peyer spatch 阑尾等 粘膜相关淋巴组织Mucosa associatedlymphoidtissue MALT MIS 是保护粘膜的特有免疫系统 虽然淋巴样组织或细胞分布在粘膜的不同部位 却有相似的结构和功能 MALT是体内最大的淋巴器官系统 在成人MALT的淋巴细胞占全身淋巴细胞总数的3 4 1 表面积大 2 屏障薄且通透性强皮肤 2m2 3 常暴露在外源性物质之下 食物 花粉 肺部 140m2 4 肠道寄生大量共生菌 1014 消化道 400m2 EffectorSite InductiveSite 器官化淋巴组织 派氏集合淋巴结 小肠 孤立淋巴滤泡 小肠和大肠 直肠 肠系膜淋巴结 T细胞区和淋巴滤泡 阑尾弥散淋巴细胞 上皮内淋巴细胞 IEL 固有层淋巴细胞 LPL GALT GALTArchitecture 派氏集合淋巴结主要分布在小肠 类似结构分布在阑尾与其余消化道和呼吸道部位 LaminaPropria 接触抗原的特点 系统免疫系统 主要是无菌环境 对微生物入侵发生强烈应答 粘膜免疫系统 常与外来抗原接触无害抗原 低应答 免疫耐受 共生菌 1x1014 食物或其它无害抗原有害抗原 病原体 有效免疫应答 特有的摄取抗原方式 M细胞 microfoldcells 基底面向内折叠 形成口袋状口袋里包含有T细胞 B细胞 DC 以及巨噬细胞腔面的抗原由M细胞摄取 经穿越细胞 转运到基底面 释放到细胞外APCs细胞摄取抗原并活化T细胞或迁移至肠系膜淋巴结 粘膜免疫抗原摄取特点 M细胞缺乏微绒毛其表面无粘液覆盖可直接与肠道抗原接触也是某些病原体在GALT的入侵途径 如沙门氏均属 志贺氏杆菌 肠道粘膜M细胞摄取和转运抗原 DC跨越上皮屏障摄取抗原 物理屏障功能 1 粘液层 杯状细胞产生粘液 形成覆盖在消化道上皮细胞的一个厚凝胶状的粘液层 使肠道微生物难以接近肠上皮细胞 病原体被捕获在粘液层中 随蠕动或纤毛运动而被排除 粘液层还是分泌型IgA贮存库 物理屏障功能 2 上皮细胞屏障 紧密连接 阻止病原体和大分子通过 紧密连接 化学屏障功能 抗菌分子 1 转铁蛋白 竞争性结合铁 抑制细菌生长 2 溶酶体酶 水解革兰氏阳性细菌的细胞壁 3 防御素 defension 30 40个氨基酸肽 破坏细菌和真菌细胞膜 导致溶菌 为AMP 抗菌肽 的一种共生菌持续刺激黏膜免疫系统 可诱生共生菌特异性Th1和Th17细胞 通过产生IL 22而促进抗菌肽产生 限制共生菌穿越上皮屏障 见slide63 MIS对共生菌的低应答 固有淋巴样细胞ILC3也可以产生IL 22 生物屏障功能 共生菌 100trillion 万亿 种共生菌 表达的基因数至少为宿主基因的十倍 生理作用 提供酶参与食物消化 吸收钙 镁 铁等离子 降解毒素 产生机体所需辅助因子 如维生素K1 B1 B2 B6 B12 泛酸 叶酸和短链脂肪酸 参与免疫系统发育和功能 并与免疫系统协同发挥作用 菌群失调导致血性腹泻 生物屏障功能 共生菌 100trillion 万亿 种共生菌 表达的基因数至少为宿主基因的十倍 生理作用 提供酶参与食物消化 吸收钙 镁 铁等离子 降解毒素 产生机体所需辅助因子 如维生素K1 B1 B2 B6 B12 泛酸 叶酸和短链脂肪酸 参与免疫系统发育和功能 并与免疫系统协同发挥作用 参与粘膜免疫的淋巴细胞 A型T细胞 传统的abT细胞 包括CD4 T和CD8 T细胞 主要分布在粘膜固有层 B型T细胞 主要分布于上皮 与不同配体结合 如MIC A MIC B gdT细胞 CD8 aa CD4 CD8 少量 abT细胞 CD8 aa CD4 CD8 少量 上皮内淋巴细胞 IEL 特征 弥散在大 小肠粘膜上皮细胞间 约1个IEL 20个上皮细胞 80 T细胞是CD8 T细胞 A型和B型IEL几乎各占一半 IEL的多样性有限 其增殖和产生CK能力较弱 防止有害炎症 B型IEL识别自身应激抗原 MIC A MIC B 诱导损伤上皮细胞凋亡 上皮内淋巴细胞的功能 为肠道第一防御线的免疫细胞主要为胞毒活性 杀伤感染上皮细胞 A型IEL 释放细胞因子 IFN g TNF a 参与抗感染调节上皮细胞的动态更新 维持粘膜屏障完整性 B型IEL 免疫调节 参与口服耐受 固有层淋巴细胞 LPL 的特征 LPL弥散在肠粘膜固有层 粘膜上皮细胞和粘膜肌层之间的一层结缔组织 中 多数LPL为CD4 T细胞 A型 包括 95 CD45RO Th1 Th2 Th17 Treg 其对丝裂原或特异性抗原的增殖能力有限 Th细胞可辅助B细胞产生IgA Th17抵御胞外菌和真菌感染 Treg维持MIS对无害抗原的低应答 CD8 T细胞 杀伤活性 产生CK 参与炎症反应和抵御病原体感染 持续生理性炎症状态 对大量无害抗原产生持续性和限制性低应答 而局部占优势的负调控机制 耐受型DC Treg 可阻止粘膜免疫应答失控 黏膜固有免疫细胞 黏膜上皮细胞 抗原提呈 产生多种细胞因子 促炎和免疫调节 分泌抗菌肽和溶菌酶 巨噬细胞 吞噬和杀伤 产生IL 10树突状细胞 抗原提呈和免疫耐受固有淋巴样细胞 ILC 产生IL 22 诱生防御素 抗菌肽 黏膜固有免疫细胞 树突状细胞 1 黏膜及淋巴组织内的DC 黏膜下DC多为CD11b CD8 并表达CCR6 静止状态下 此类DC摄取抗原后可产生IL 10 从而防止T细胞致敏并分化为炎性T细胞 致病菌感染时 覆盖Peryer集合淋巴结的FAE follicle associatedepithelium 分泌CCL20 CCR6的配体 和CCL9 CCR1的配体 可将DC募集至M细胞附近 后者将抗原转递给DC 装载抗原的DC迁移至集合淋巴结T细胞区 将抗原提呈给特异性T细胞 29 30 黏膜固有免疫细胞 树突状细胞 2 黏膜固有层DC 多表达CD103 其功能为 摄取抗原后即离开黏膜而迁移至系膜淋巴结T细胞区 诱导初始T细胞分化为效应细胞 并获得肠道归巢能力 对炎性刺激低反应 可产生IL 10 TGF 和视黄酸 促进Foxp3 iTreg细胞产生 来源于上皮细胞及基质细胞的胸腺基质淋巴细胞生成素 thymicstromallymphopoietin TSLP 视黄酸 TGF 吲哚胺双加氧酶 IDO PGE2等可促进CD103 DC的抑炎效应 从而参与维持肠道黏膜免疫系统对食物和共生菌等无害抗原的耐受 见slide49 黏膜固有免疫细胞 固有淋巴样细胞 ILC 是来源于骨髓淋巴细胞前体 不表达特异抗原受体 具有固有免疫功能的淋巴细胞 有3组ILC 其中第三组为淋巴组织诱导细胞 LTi 主要分布于肠黏膜固有层 其生物学特征 表达ROR t和NKp44 可产生大量IL 22和IL 17A 其中IL 22在维持上皮组织稳态 诱生防御素及抗枸橼酸杆菌感染中起重要作用 共生菌VS免疫系统 共生菌对免疫系统的影响 关键词 低 稳 MALT对共生菌的低应答 关键词 低 否 RegulationoftheImmuneSystembytheResidentIntestinalBacteria Gastroenterology2014 146 1477 1488 NobuhikoKamada GabrielN ez RoleofthegutmicrobiotainimmunityandinflammatorydiseaseNATUREREVIEWS IMMUNOLOGYVOLUME13 MAY2013 321 Technicalapproachtocharacterizingboththecompositionandfunctionofthegutmicrobiome 共生菌分类 Proteobacteria 变形菌门 变形菌 肠杆菌科 Enterobacteraceae 变形菌 螺杆菌属 Helicobacter Firmicutes 厚壁菌门 芽孢杆菌纲 肠球菌属 Enterococcus 乳杆菌属 Lactobacillus 和链球菌属 Streptococcus NKp46 ILC梭菌纲 梭菌属 Clostridium Clostridiumspp clustersIVandXIVa Treg Bacteroidetes 拟杆菌门 拟杆菌属 Bacteroides polysaccharideA PSA Bacteroidesfragilis TregSegmentedfilamentousbacteria SFB Th17Fusobacria 梭杆菌门 梭杆菌属 Fusobacterium 2011 2014热门 Actinobacteria 放线菌门 双歧杆菌属 Bifidobacterium Tr1 SpecificmicrobiotainducesdevelopmentofTcells Thegutmicrobiota mediateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem 1 参与免疫系统发育 无菌小鼠特征 外周淋巴器官 包括黏膜免疫器官 体积缩小 缺乏生发中心 血清免疫球蛋白水平降低 所有类型的免疫应答均减弱 尤其是Th1和Th17细胞应答 肠道Peyer集合淋巴结发育受阻 孤立淋巴滤泡缺如 固有层和上皮内T细胞数明显减少 分泌IgA的浆细胞减少 某些调节局部免疫的介质 如抗菌肽 IL 7 IL 25 IL 33和TSLP 产生缺陷 DC IFN T细胞分化 Treg IL 4IL 5IL 13 IL 17AIL 17FIL 22 IL 10TGF IL 35 免疫耐受 IL 12 IL 4 IL 6 TGF IL 2 TGF 胞内病原感染 寄生虫感染 胞外病原以及真菌感染 2 参与固有免疫 1 参与维持上皮细胞正常屏障功能 共生菌直接作用于上皮细胞 控制其增殖并调节上皮细胞的紧密连接 促进上皮屏障完整性 共生菌可促进杯状细胞分泌黏液 形成黏液层屏障 2 干扰病原体入侵 共生菌可与病原体竞争营养和定居空间 并可产生抗菌肽杀伤病原菌 或直接抑制病原体刺激上皮细胞产生的促炎信号 后者为病原体入侵所必需 Thegutmicrobiota mediateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem 3 参与适应性免疫 共生菌不同组分 诱导特定的免疫细胞亚群分化共生菌脆弱类杆菌的多糖 polysaccharideA PSA 可诱导Treg细胞分化 分节丝状菌 SFB 可刺激Th1 Th17分化 若共生菌中缺失这种菌 则如同无菌动物 共生菌DNA可通过TLR9促进Th17细胞分化 Segmentedfilamentousbacteria SFB intheterminalileumofan8 weekoldTaconicB6mouse Thegutmicrobiota mediateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem 4 维持黏膜局部免疫平衡 1 共生菌调控黏膜局部DC功能状态 静止状态下 共生菌可诱导肠上皮细胞和基质细胞产生TSLP TGF 和PGE2 抑制DC 并诱导Treg细胞产生 使肠黏膜微环境呈现免疫负调节状态 从而对无害抗原不应答或低应答 见slide31 一旦病原体入侵 黏膜DC通过PRR识别病原体PAMP或受炎性因子刺激而被激活 从而有效启动针对病原体的免疫应答 4 维持黏膜局部免疫平衡 2 共生菌诱导 生理性炎症 即在无感染情况下 肠道黏膜含大量效应淋巴细胞及慢性炎症相关的白细胞 机制 共生菌 及其产物 与黏膜免疫系统密切接触并持续刺激 导致大量Th17细胞 Th1细胞和分泌IgA的浆细胞存在 上述效应细胞受共生菌诱生的Treg细胞严密控制 维持一种 活化 静止 及不完全应答的平衡 呈现低度慢性炎症 意义 保证黏膜免疫系统高度戒备共生菌的潜在威胁 并及时对入侵的病原体产生有效的保护性应答 Thegutmicrobiota mediateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem 共生菌下调粘膜免疫应答 共生菌存在下 肠上皮细胞和间质细胞产生TGF b IL 10 抑制DC成熟 并诱导Treg细胞 共生菌抑制病原体诱导上皮细胞NF kB活化 核因子NF B与其抑制物I B结合而存在于细胞浆 细胞受刺激 如LPS 后 IKK激酶活化 使I B磷酸化 泛素化被降解 NF B释放入核 与其靶基因结合并促进基因表达 共生菌抑炎作用的机制 通过活化核受体PPAR 而促进NF B出核 或抑制I B降解 使NF B滞留于胞浆而不能入核发挥作用 肠道黏膜DC耐受共生菌但对致病菌产生应答 共生菌抑制病原体诱导上皮细胞NF kB活化 5 下调肠道炎症应答 正常情况下 核因子NF B与其抑制物I B结合而存在于细胞浆 细胞受刺激 如LPS 后 IKK激酶活化 使I B磷酸化 泛素化被降解 NF B释放入核 与其靶基因结合并促进基因表达 共生菌抑炎作用的机制为 通过活化核受体PPAR 而促进NF B出核 或抑制I B降解 使NF B滞留于胞浆而不能入核发挥作用 Thegutmicrobiota mediateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem Directandindirectresistanceofthemicrobiotatocolonizationbyentericpathogens 58 IL 22的作用 IL22可由TH1 Th17产生 也可由RORrt ILC3产生 可刺激上皮细胞产生防御素REGIII 共生菌VS免疫系统 共生菌对免疫系统的影响MALT对共生菌的低应答 1 共生菌侵袭能力低下 忽视 共生菌不产生可介导穿透黏液层与完整上皮屏障并侵入机体的毒力因子 可识别共生菌PAMP的PRR分布于黏膜上皮细胞胞内 如NLR 及基底膜面 如TLR5 肠腔面仅低表达 少量共生菌即使跨越黏膜屏障 但由于缺少毒力因子 不能抵抗吞噬细胞摄取和杀伤 被快速杀灭 粘膜上皮肠腔面不表达PRR 而仅在上皮细胞内体 胞浆内及其基底面表达PRR 故MIS忽视共生菌 而侵袭力强的病原体则可被相应的PRR识别 MIS忽视共生菌 2 MALT使系统免疫系统与共生菌隔绝 由于肠道黏膜屏障 黏液屏障及黏膜免疫系统将共生菌 及其产物 与系统免疫次级淋巴器官隔绝 从而使系统免疫忽视共生菌而无应答 共生菌一旦通过损伤的黏膜屏障进入机体 则可诱导保护性免疫应答 3 黏膜免疫系统对共生菌应答能力低下 共生菌持续刺激黏膜免疫系统 可诱生共生菌特异性Th1和Th17细胞 通过产生IL 22而促进抗菌肽产生 限制共生菌穿越上皮屏障 见slide18 黏膜免疫化学屏障功能 防御素 黏膜免疫系统产生高水平抗共生菌IgA抗体 可限制共生菌黏附及定居 并阻止其穿越上皮屏障 共生菌可刺激肠上皮细胞与基质细胞组成性产生TGF TSLP和PGE2 维持局部DC处于不成熟状态 并诱生Treg细胞 继而限制共生菌穿越上皮屏障 并阻止共生菌特异性Th1和Th17效应细胞的致炎作用 Thegutmicrobiota mediateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem 共生菌可被IgA与粘液和粘膜屏障滞留在肠腔 其侵袭能力弱 病原体有毒力因子 粘附分子 毒素 故有很强的侵袭性 粘膜屏障和IgA滞留共生菌在肠腔 Multiplefirewallslimitimmuneresponsesagainstresidentintestinalbacteria Regulationoftheresidentintestinalbacteriabytheimmunesystem 李兰娟 LanjuanLi 中国工程院院士 浙江大学医学院传染病诊治国家重点实验室主任 我们使用宏基因组学和宏转录组学工具 来阐明微生物在肝病进程中的作用 构建肝病进程中的微生物互作网络 这些研究可以帮助我们提出新策略 对肝硬化等疾病进行诊断 治疗和预防 今年我们希望阐明抗生素和益生素 probiotic 对肝脏的影响 我们已经跟进了八十名肝硬化患者半年时间 以阐明益生素 乳果糖等 对疾病进程的影响和作用机制 为了研究患者肠道微生物组的改变 我们还跟踪了四十名肝功能衰竭患者的情况 每周进行样本收集 现在已经持续了一个月 我们希望找到可以治疗肝病的新益生素 在新的一年里 我还希望为我的团队创造更多的机会 与其他国家的人进行交流和协作 WangJ LiF SunR GaoX WeiH LiLJ TianZ Bacterialcolonizationdampensinfluenza mediatedacutelunginjuryviainductionofM2alveolarmacrophages NatCommun 2013 4 2106 LvLX LiYD HuXJ ShiHY LiLJ Whole genomesequenceassemblyofPediococcuspentosaceusLI05 CGMCC7049 fromthehumangastrointestinaltractandcomparativeanalysiswithrepresentativesequencesfromthreefood bornestrains GutPathog 2014Aug30 6 36 SFB Segmentedfilamentousbacteria 分节丝状菌 SegmentedFilamentousBacteriaAntigensPresentedbyIntestinalDendriticCellsDriveMucosalTh17CellDifferentiation Immunity 2014 InductionofintestinalTh17cellsbysegmentedfilamentousbacteria Cell 2009 TheKeyRoleofSegmentedFilamentousBacteriaintheCoordinatedMaturationofGutHelperTCellResponses Immunity 2009 拟杆菌属 Bacteroides Stat3ActivationinMurineColitisInducedbyEnterotoxigenicBacteroidesfragilis InflammBowelDis 2014 EnterotoxigenicBacteroidesfragilis ETBF mediatedcolitisinMin Apc mice ahumancommensal basedmurinemodelofcoloncarcinogenesis CellCycle 2010 Ahumancoloniccommensal ETBF promotescolontumorigenesisviaactivationofThelpertype17Tcellresponses NatureMed 2009 MicrobesandInflammationinColorectal CancerCancerImmunolRes 2013 共生菌与疾病 机体对共生菌应答的调控机制异常共生菌在体内异位存在共生菌的组成谱 1 机体对共生菌应答的调控机制异常 如IL 10和TGF b缺陷 则共生菌可激发系统免疫应答 并介导黏膜部位强烈的炎症反应 微环境产生大量炎性细胞因子 如IL 23 TNF IL 12等 从而引发肠道炎性疾病 如Crohn s病 2 共生菌在体内异位存在 黏膜屏障受损 如肠上皮完整性遭破坏 时 创伤 感染 内毒素性休克 重症肝炎等 大量正常无害的共生菌 如大肠杆菌 跨越上皮屏障而进入血流 可引起致命性全身感染 并激发系统免疫应答 3 共生菌的组成谱 与糖尿病 高能量饮食可改变肠道共生菌组成 并导致糖尿病发生 其机制 共生菌组成谱改变 拟杆菌减少 壁厚菌增加 可选择性增加双歧杆菌 使革兰阴性菌 阳性菌比例及循环LPS水平增高 诱导多种促炎细胞因子产生 引起糖耐量降低和胰岛素抵抗 反之 低能量饮食可恢复拟杆菌