结核杆菌感染T细胞介导免疫应答研究的新进展

白旭华，霍万学

(内蒙古民族大学医学院微生物学与免疫学教研室，内蒙古通辽028000)

结核杆菌可引起人群中约三分之一个体的感染，是病原体成功逃逸适应性免疫应答的典型例证。在过去20 a间，免疫学家对结核病(TB)的发病机制、免疫保护性机制、以及结核杆菌诱导多途径逃避天然和适应性免疫应答机制等进行了较为深入的研究。最近的一些研究，对结核杆菌感染引起适应性免疫应答的早期细胞与分子生物学、初次感染后细胞免疫应答的起动延迟和免疫调节机制等又有了新的了解。本文仅就结核杆菌感染致结核病发生发展过程中T 细胞介导的免疫应答的研究新进展进行简要叙述。

1 结核杆菌感染初始T细胞的延迟活化

与人类抗一般病原体或抗原的免疫应答相比，结核杆菌感染产生的适应性免疫应答被大大延迟［1］。严格控制条件下的短暂(≦24 h)暴露于活动性肺结核病例的正常人群(未接触过结核)的一些经典研究均揭示，针对结核杆菌的特异性免疫应答发生在暴露后的平均42 d(正常应该是18～35周)［2］。动物实验也证明了将结核杆菌以气溶胶形式感染小鼠后，针对结核杆菌抗原的特异性T细胞活化也同样发生延迟［3］。说明可变的宿主因素影响初始T细胞活化的动力学，初始T细胞的较早活化同细菌生长的良好控制有关。通过过继转移结核杆菌抗原特异性初始CD4+T细胞(来源于ESAT-6或Ag85B抗原表位特异性TCR转基因小鼠)所做的研究也证明，气溶胶感染后T细胞活化同样出现延迟。此外，经转移并显现在小鼠肺实质中的功能完全的效应性Th1也不能识别结核杆菌抗原，仍需在气溶胶感染后7 d以上才能活化［4-5］。这些都说明感染早期结核杆菌存在于具有相对“免疫特权部位(immune-privileged site)”。

IL-12p40缺陷小鼠DC从肺到LDLN的缺陷性移行使得T细胞不能活化，说明DC从肺到LDLN迁移对于结核杆菌感染小鼠的CD4+T细胞应答启动是必不可少的［6］。小鼠IL-12p40的缺陷与DC的趋化因子受体CCR7表达缺乏有关;用IL-12p40同源二聚体处理DC后，回输给小鼠体可恢复其迁移到LDLN并激活CD4+T细胞的能力。

2 结核杆菌感染T细胞应答延迟的机制

2.1 通过抑制细胞凋亡延迟T细胞应答

一些研究已经表明结核杆菌具有通过抑制细胞凋亡延迟或减弱CD4+和CD8+T细胞应答的能力。首先，结核杆菌前凋亡突变株(SecA2缺陷，引起超氧化物歧化酶A分泌不足)促进抗原特异性CD8+T细胞应答发生，改善对体内细菌增殖的控制［7］。其次，致病性结核杆菌通过控制宿主类十二烷酸代谢抑制凋亡和延迟CD4+和CD8+T细胞应答的启动。与非致病性结核杆菌菌株(H37Ra株)感染比较，致病性结核杆菌菌株(H37Rv株)感染的巨噬细胞产生较低水平的前列腺素E2和较高水平的脂氧素A4(LXA4);LXA4的产生与抗凋亡(前坏死效应)有关［8］。再则，与Alox5+(脂氧合酶，LXA4合成所必需)野生型小鼠比较，Alox5(5-脂氧化酶，LXA4的生成所必需)缺陷小鼠的致病性结核杆菌感染与较高频率的巨噬细胞凋亡有关，助长了DC依赖性的交叉免疫，加速了抗原特异性CD4+和CD8+T细胞应答的产生，更有效地控制了细菌负荷［9］。引起LXA4水平升高的LTA4H(白三烯A4水解酶)的突变严重地损害宿主对分枝杆菌感染的抵抗力［10］。因此，结核杆菌可能通过抑制细胞凋亡使DC对细菌抗原的摄取和处理延迟，最终导致适应性免疫应答启动延迟。

研究还表明，结核杆菌通过抑制细胞凋亡延迟T细胞应答与IFNγ密切相关。对结核杆菌感染的小鼠，IFNγ通过调节对凋亡的敏感性和改变细胞凋亡信号水平作用于T细胞，促进其凋亡［10］。对人类，缺乏功能性IFNγ受体1(IFNγR1)结合链，CD4+T细胞表达低水平的FasL，对细胞凋亡变得不大敏感，降低杀伤结核杆菌的能力［11］。IFNγ还参与结核杆菌感染后已建立的CD8+T细胞记忆功能的丧失［12］。

2.2 通过特异性Treg细胞作用延迟T细胞应答

结核杆菌感染致T细胞应答延迟的另一种可能参与者是病原特异性FoxP3+调节性T细胞(Treg)的诱导。位于感染部位的Treg细胞与效应性T细胞相似，其增殖也存在延迟现象。用结核杆菌气溶胶感染后的前两周，肺内炎症不仅不足以导致Treg细胞的快速增殖，而且实际上在此期间增殖下降。然而，在DCs将结核杆菌转运到LDLN之后，Treg细胞与效应T细胞呈并行性快速增殖。用来源于TCR转基因小鼠的结核杆菌特异性Treg细胞(特异性:Ag85B＞240-254:I-Ab)进行的移植实验揭示，只有感染野生型结核杆菌的小鼠Treg细胞发生增殖，而感染非致病型(缺乏特异性抗原Ag85B的表达)结核杆菌的小鼠，Treg细胞则不增殖。结核杆菌感染相关炎症和效应性T细胞产生的IL-2二者均不足以促使Treg细胞非特异性增殖，只有识别结核杆菌抗原后的Treg细胞扩增。输注4×104(至少)个结核杆菌特异性Treg细胞会使肺内细菌数量增加，而输注相同数量的结核杆菌特异性Foxp3-CD4+T细胞则无此作用［3］。接受结核杆菌特异性Treg细胞移植的小鼠体内增加的细菌量，与LDLN内效应性T细胞初次免疫性应答的进一步延迟相关。此发现与先前报道的投与抗CD25抗体(使Treg细胞功能衰竭)，可使肺内结核杆菌特异性效应性T细胞数量增加相一致［13］。上述研究结果强有力地说明，Treg细胞识别LDLN内DCs提呈的结核杆菌抗原产生增殖，限制效应性T细胞的启动及其增殖速率。

近来经体外实验还表明，间质干细胞可被吸引到结核杆菌感染部位，抑制T细胞应答;向结核杆菌感染小鼠输注骨髓基质干细胞，可使小鼠对该病产生易感，此与Foxp3+CD4+T细胞的诱导增加密切相关［14］。但有关间质干细胞是否有助于结核杆菌特异性Treg细胞的诱导，尚需进一步研究。

3 慢性结核杆菌感染T细胞应答的调节和维持

3.1 T细胞应答的调节

已经明确肺(包括肉芽肿)内持续存在的Foxp3+Treg细胞在慢性结核杆菌感染中起免疫应答调节作用［15］。除此之外，最近一项应用骨髓嵌合体小鼠的研究揭示了IFNγ的信号的调节网络作用。该小鼠的造血来源细胞(即巨噬细胞，树突状细胞，淋巴细胞和中性粒细胞)上表达IFNγR，非造血来源的细胞(即上皮，内皮细胞，平滑肌，纤维-BLAST)上不表达此受体。与对照组小鼠(所有细胞上均表达IFNγR)相比，该小鼠于结核杆菌感染后肺内菌量呈现中等度升高，生存期缩短［16］;肺内有过量的中性粒细胞浸润，提示存在免疫调节显著异常性炎症;肺组织IL-17呈显著过表达，同时伴有IL-23的过表达，促Th17细胞的终末分化和维持其生存［17］。还发现该IFNγR嵌合体小鼠存在IFNγ明显降表达的基因，该基因编码吲哚胺2，3-双加氧酶;此酶降解色氨酸的特定代谢物于体外可抑制IL-17的表达。这些研究结果还表明，肺部微环境也可影响结核杆菌感染后聚集的效应性细胞的命运和功能。还有，在结核杆菌慢性感染期间，肿瘤坏死因子的缺失会导致肉芽肿的破坏和促炎症反应增强［18］。该现象与T细胞的增殖和IFN的产生水平增加密切相关。

3.2 T细胞应答的维持

IL-12对于结核病中初始CD4+T细胞分化为产生IFNγ的效应性细胞至关重要，控制其感染需要IL-12的持续表达。对IL-12p40缺陷小鼠感染结核杆菌后补药IL-12p70，可恢复小鼠CD4+T细胞产生IFNγ的能力和肺内细菌生长的控制能力。然而如不连续补给IL-12p70此作用会消失［19］。IL-12p70补给停止，肺CD4+T细胞数量及IFNγ产生水平明显下降。将慢性感染小鼠的CD4+T细胞分别过继转移给结核杆菌感染的IL-12野生型和IL-12p40-缺陷型RAG2-/-小鼠，后者的CD4+T细胞增殖、存活及IFNγ产生能力均较前者大大下降。这些研究表明了IL-12在维持Th1效应细胞中发挥重要作用。

慢性抗原刺激可维持抗结核杆菌特异性T细胞应答。结核病急性期主要有Ag85B抗原表达分泌，而急、慢性期均有ESAT-6抗原产生，识别ESAT-6的T细胞表达具有效应T细胞的特征性表面标志物，并呈较高水平的增殖［20］。结核杆菌持续性感染期间抗原特异性T细胞如何维持高数量的快速分裂和何种效应性T细胞亚群在感染不同阶段发挥保护作用仍需进一步研究，这对疫苗研究将有重要指导意义。

通常效应性T细胞是短寿命的，在一段时间内受抗原刺激增殖后死亡。抗原特异性记忆性T细胞产生于抗原被清除后，是长寿命的。记忆性T细胞缓慢但以稳定速率维持增殖，为抗原非依赖的［21］。结核杆菌感染期间维持抗原特异性T细胞并不需要胸腺产生新的T细胞，甚至胸腺切除的动物在持久感染时几乎能正常维持T细胞应答。

近来应用MHCⅡ类四聚体技术发现，抗原特异性(即ESAT-64-17特异性)CD4+T细胞表达与先前效应T细胞功能衰竭或终末分化有关的表面标志物，PD-1(programmed death-1)或KLRG1(killer cell lectin-like receptor G1)。尽管少数抗原特异性T细胞同时表达此二种受体，但绝大多数还是PD-1+KLRG1-或PD-1-KLRG1+亚群，并各具独特功能。PD-1+T细胞显示高度增殖，而KLRG1+T细胞则较少增殖。但后者表达高水平的IFNγ和TNF-α。过继性转移研究证明PD-1+T细胞是维持在高水平不断分化成KLRG1+T细胞的一个亚群。相反，KLRG1+T细胞维持其自身表型并经历快速消耗过程。抗原特异性PD-1+CD4+T细胞代表了正在增殖起到T细胞应答“发动机”作用的前体细胞群，维持高度增殖能力，并具有分化为更多终末效应性T细胞的潜能。因此，对PD-1+T细胞的功能特性、维持其存活及促进其终末分化的细胞与分子信号深入研究十分必要［22］。

结核病中的KLRG1+T细胞与其它感染及实验系统中的KLRG1+T细胞的特性一致，为产生效应细胞因子的终末分化效应T细胞，具有较低的增殖能力和短暂的生存期［23］。相反，结核病中PD-1+T细胞的特性则与以往报道的不同。例如，慢性淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒(chronic lymphocytic choriomeningitis virus)感染，PD-1表达于功能衰竭的T细胞，阻断PD-1可改善T细胞功能和加速病毒清除［24］。而在结核病中，表达PD-1的T细胞并未显示功能丧失，反之缺失快速增殖，似乎是维持效应T细胞应答产生的中心环节［22］。PD-1-/-小鼠对结核杆菌极端敏感，并伴有肺的免疫病理学恶化和细菌数量增加，支持PD-1具有抗结核杆菌感染的免疫促进作用［25］。其免疫病理学改变严重性与抗原特异性CD4+T细胞大量增殖和前炎性细胞因子高水平分泌有关，减少CD4+T细胞可使PD-1基因缺陷小鼠免于早期死亡［26］。综合上述研究结果可以推断，PD-1的功能是限制CD4+T细胞的充分分化，这对于防止免疫病理学损害、维持抗原特异性T细胞长期数量稳定和最终控制结核杆菌感染十分重要。

4 小结

针对结核的免疫应答是一个紧密调节过程，至少有些是受结核杆菌驱动造成持续感染。这或许可解释为何适应性免疫应答的启动频率对成功免疫保护十分关键。如果效应性T细胞能早期诱导，也许在有益于病原体的调节网络实施之前即可建立抗菌免疫控制。黏膜途径接种疫苗可诱导气道管腔效应性T细胞活化，抑制结核杆菌增殖。PD-1+增殖前体细胞群可维持结核杆菌特异性CD4+T细胞数量和功能，这可为结核杆菌疫苗研制提供理论支持。一种能诱导具有向PD-1+细胞分化潜能的抗原特异性CD4+T细胞的疫苗，可以增强机体的长期保护作用。总之，结核杆菌操纵免疫途径以达到诱导和限制保护性免疫的目的，这可能会成为未来研究的方向。T细胞介导的抗结核病免疫的诸多问题的解决，会有益于合理有效的疫苗设计。

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