肠道噬菌体的免疫作用及机制探究

吕兴帮，郝 贺，张 博

（河北工程大学生命科学与食品工程学院，河北 邯郸 056000）

噬菌体是一类可特异性感染细菌、霉形体、螺旋体、放线菌的病毒，广泛存在于环境和生物体中。噬菌体可根据作用特点分为烈性噬菌体、温和性噬菌体。其中，烈性噬菌体能够裂解宿主菌并产生子代噬菌体，可作为抗菌剂杀灭细菌；温和型噬菌体可与宿主菌基因整合，共同参与复制。肠道噬菌体大多属于温和型噬菌体，具有重要的生理和病理学意义。目前，有关肠道噬菌体的研究多集中于其对肠道菌群和肠道健康的影响，噬菌体本身对免疫系统的影响仍有待探究。因此，本文就噬菌体对机体免疫功能的影响进行综述，为今后有关噬菌体的研究提供参考。

1 肠道噬菌体转位途径

所有机体内的微生物群落中，肠道群落最为复杂、密集，包含约10 万亿细菌和2 万亿噬菌体[1]。噬菌体可穿过融合的上皮细胞层，迁移至血液、淋巴以及其他组织[2]，在各种组织和器官中转运。机体内每天平均约3×1010个噬菌体发生转胞作用，这种连续的噬菌体流被认为对抗病毒防御具有保护作用。肠道噬菌体的转位方式主要为：

（1）自由摄取。噬菌体可被细胞单独内吞并转运[3]。Nguyen等[4]研究发现，噬菌体的转运优先发生在细胞顶端至基底外侧方向，且T4 噬菌体可根据不同的细胞类型表现显著的转运差异性，结果表明，噬菌体的转胞作用可能与个体和组织的特异性有关，因此，某些噬菌体更容易在特定组织中移动，而其他噬菌体则不具备相同的转位能力。

（2）“特洛伊木马”机制。噬菌体与其细菌宿主共同转运或被内吞。肠黏膜中的M细胞是大型微生物的进入点，也可能是细菌和病毒病原体的进入点，细菌穿过结膜淋巴滤泡上方的M细胞，并深入滤泡。噬菌体侵入到细菌内部后，可与细菌共同被M细胞摄取。噬菌体的溶原性可能导致毒力因子上调，包括分泌系统、生物膜基因和毒素，均可促进上皮细胞对细菌的摄取[5]。

（3）“肠漏”假说。肠道渗漏或肠道屏障受损的情况下，噬菌体通过被动转运穿过上皮组织[6]。健康的黏膜屏障中，细胞旁转运仅限于可通过孔隙的溶质和离子[7]；而在肠道渗漏的情况下，细胞的紧密连接受到影响，上皮屏障通透性增加，噬菌体也可能通过上皮屏障转胞。

肠道噬菌体转位由许多因素决定，如噬菌体浓度、噬菌体衣壳蛋白内的特异序列以及噬菌体与肠道免疫细胞（尤其是树突状细胞）的相互作用等。现有数据表明，噬菌体可能以类似细菌易位的过程通过肠壁，但仍需大量试验数据证明其易位过程。

2 噬菌体对肠道的保护作用

肠道微生物菌群与机体的健康密切相关，并赋予肠道特定的生理功能，如调节营养代谢、黏膜屏障完整性的维持及免疫调节等[8]。肠道稳态失衡的情况下，微生物群落的组成和功能随之改变，可导致机体出现一些病理过程，如炎症、免疫激活、慢性炎症性肠病（IBD）等。

肠道内噬菌体群落为机体健康提供基础保障，为宿主抵御细菌病原体提供防御屏障。Barr等[9]研究中描述了一种模型，即噬菌体粘附黏膜上（BAM模型），黏液粘附的噬菌体扩散运动减弱，增加与病原菌接触，并且能够更彻底地搜索周围局部区域，这种亚扩散运动可能对维护肠道稳态起到积极作用。肠道噬菌体可直接作用于肠道中病原菌，发挥保护肠道的作用。然而，肠道中噬菌体介导的细菌病死率相对有限，这可能是肠道环境为细菌提供了空间避难所或替代抗性机制，一些非生物因素（如pH 值和氧）及黏蛋白、胆汁酸和短链脂肪酸等分子驱动的细菌种群的空间异质性也可能导致细菌对噬菌体的变异，降低细菌对噬菌体的易感性[10-13]。

3 噬菌体对免疫系统的影响

哺乳动物免疫系统的功能是保护宿主免受多种病原菌的侵害，缓解过度的炎症反应。有研究表明，体内噬菌体组可通过类似细菌的易位作用迁移到远处组织，与免疫系统的细胞相互作用，从而介导免疫反应或参加机体的免疫调节[14]。

3.1 噬菌体与炎症反应

3.1.1 噬菌体的抗炎特性

噬菌体除了发挥其抗菌作用抑制体内炎症变化，还可能通过与抗菌作用无关的机制发挥强大的抗炎作用。如，噬菌体可通过抑制NF- κB 通路的活化，阻断CD40-CD40L系统进程来抑制炎症反应。

噬菌体对NF-κB通路的影响：NF-κB家族由7种转录因子组成，共同调节基因表达在细胞应激反应和炎症中发挥中心作用[15-16]。炎症机制导致Nk-κB活化，激活下游各类炎症因子，造成机体炎症损伤。与其他病毒不同，噬菌体无法在内皮细胞和上皮细胞中引起NF-κB 活化，但可能通过阻断IkBα磷酸化下调NF-κB的活化。Mishra等[17]研究表明，噬菌体可下调NF-κB 的活性。噬菌体也可降低金黄色葡萄球菌或LPS 诱导的肿瘤坏死因子-α（TNFα）、白细胞介素1β（IL-1β）、白细胞介素6（IL-6）、白细胞介素10（IL-10）的水平，调节MAC-T细胞中T细胞表达和分泌，促进机体的免疫修复[18]。

噬菌体对CD40-CD40L系统影响：CD40-CD40L系统被认为在免疫进程和炎症反应中具有核心作用，其核心组成CD40L是一种血小板激动剂，可与纤维蛋白原结合并参与血小板的形成，通过激活αⅡbβ3整合素受体，导致炎症性肠病发生。噬菌体（T4家族的噬菌体和肠内可能存在的其他噬菌体）的gp24 头角蛋白可表达与αⅡbβ3 整合素结合的赖氨酸-精氨酸-甘氨酸（KGD）序列[19]，KGD 同CD40L 竞争并与血小板和淋巴细胞上的β3 整合素结合，阻止细胞进一步激活从而阻断由同一整合素受体介导的CD40L对血小板的刺激作用。

3.1.2 噬菌体的促炎反应

噬菌体在体内介导的免疫反应并不是绝对的。例如，在人体或恒河水中发现的噬菌体（噬菌体组）可通过杀死细菌以及非细菌宿主保护人类免受各种感染。有研究发现，噬菌体可能对机体存在消极影响，当葡萄球菌噬菌体与A549 细胞系共同孵育时，一些与抗菌相关的免疫基因如白细胞介素-2（IL-2）的基因表达量增加[18]，可使NK 细胞的活性增强，导致细胞免疫反应，这可能与噬菌体的种类有关。噬菌体具有不同程度的抗炎或促炎作用，但单独使用时不会对动物机体产生显著的免疫影响。例如，在小鼠体内以低剂量和高剂量施用大肠杆菌0157∶H7 噬菌体时，细胞因子水平仍保持在正常范围内，噬菌体的剂量高低对细胞因子并无明显影响[20]。有研究结果表明，噬菌体单独治疗不会产生强烈的免疫反应[21]。

3.2 噬菌体对机体免疫的影响

噬菌体的自然宿主是细菌，但噬菌体也可与某些真核细胞群，特别是免疫细胞相互作用。这些互作主要包括噬菌体的免疫原性，即噬菌体诱导特异性免疫反应的能力；噬菌体的免疫调节功能，即噬菌体对参与先天性和适应性免疫反应的免疫细胞群的非特异性作用[22-23]。

3.2.1 噬菌体与抗病毒先天性免疫

真核宿主对噬菌体的最初接触和反应，通过先天免疫系统的细胞发生。先天免疫系统的细胞通过称为病原体识别受体（PRR）的受体家族共同感知微生物特异性物质，该受体家族可识别病原体相关分子模式（PAMP），其中主要包括Toll样受体（TLR7和TLR8）和核酸受体（CDN传感器、AIM2 样受体和RIG-1 样受体）。识别同源配体后，PRR发出信号，刺激促炎或抗炎反应。许多真核细胞表达PRR[20]，允许在宿主体内的多个区域识别噬菌体。这些传感器均可启动信号级联，激活Ⅰ型干扰素、炎症细胞因子（如IL-6 和IL-1β）以及趋化因子（包括IL-8 和趋化因子CXCL-10）的表达[11]。

若噬菌体能够进入宿主细胞，其核酸可能会暴露于内体，或被细胞质病毒核酸传感器识别，激活其中一条或多条途径。Johanna 等[24]研究发现，PRR 可识别一种Pf 噬菌体，该受体通过含有转接器TIR结构域的转接器诱导干扰素-b 或产生髓样分化初级反应，继而对TNF 生成产生抑制作用，延缓吞噬细胞清除体内细菌，对机体的自身修复造成消极影响。

3.2.2 噬菌体与吞噬细胞的作用

脾脏和肝脏的网状内皮系统（RES）是负责清除噬菌体的主要区域，肝脏中的Kupffer 细胞是识别并清除噬菌体的主要细胞。Borysowsk 等[25]研究表明，B 细胞也可能对噬菌体进行特异性清除，噬菌体在免疫缺陷个体中可获得更多的循环时间。

吞噬细胞是先天免疫的主要组成部分，以活性氧（ROS）的形式从生物体中去除病原菌。Aeonow 等[26]研究表明，巨噬细胞和兔腹腔中性粒细胞对大肠杆菌T2 噬菌体具有吞噬作用，噬菌体病毒粒子的体外解体，其作用过程是噬菌体附着于吞噬细胞细胞膜，经跨膜作用运输至溶酶体，噬菌体在溶酶体的酸性环境中失活。虽然ROS在吞噬细胞的免疫清除中起主要作用，但产生过多ROS可能导致氧化应激和组织损伤。与细菌相比，纯化的T4 噬菌体诱导单核细胞和中性粒细胞呼吸爆发的效果较弱，使用特异性噬菌体可抑制由细菌抗原刺激的中性粒细胞中ROS的产生[27]。

3.2.3 噬菌体与中和抗体的作用

噬菌体被免疫系统识别后，机体血清产生针对噬菌体的特异性抗体。目前，已有动物及人类的相关试验表明噬菌体特异性诱导产生抗体[28-30]。抗体通常被认为对噬菌体具有潜在的破坏性作用[31]，也是干扰噬菌体治疗的主要因素。Jerne等[32]研究表明，降低噬菌体抗菌活性造成干扰作用，并非抗体作用于噬菌体本身导致。机体中的补体系统参与抗体对噬菌体的清除作用，酶作用下的级联反应介导入侵微生物的清除。噬菌体虽然非致病性，但易受补体系统活性的影响。除直接破坏病毒颗粒外，补体系统中的蛋白质也可作为调理剂，使噬菌体失活[33-34]。

免疫系统清除噬菌体的同时，噬菌体具有免疫沉默活性，有助于延长噬菌体在体内维持的时间[35]。一些噬菌体包被技术也可延长噬菌体的释放时间，并保护噬菌体免受可能的化学应激（如胃液）或免疫因素导致的灭活，封装的噬菌体能够更长时间地保持活性，间接增强了噬菌体的体内抗菌效果[32]。

3.2.4 噬菌体的免疫调节功能

研究表明，噬菌体自身具有免疫原性与免疫调节活性，还具有下调特异性和非特异性免疫反应的能力[36]。树突状细胞是免疫系统中主要的抗原提呈细胞，噬菌体可作用于树突状细胞而调节体内的免疫反应。Carroll 等[37]研究表明，T4噬菌体可抑制小鼠的特异性抗体反应（树突状细胞介导的抗原处理和呈递），延长小鼠皮肤移植存活时间，显著减弱单核细胞的移植浸润。此外，噬菌体还可抑制体外CD3 触发的T 细胞活化增殖以及转录因子核因子NF-κB的活化，减缓产生活性氧[30]。

4 结论

肠道中的噬菌体具有平衡健康与疾病的双向作用，噬菌体与肠道菌群共生，并影响肠道菌群的多样性和丰富度。同时，噬菌体也具有自身免疫原性及对免疫系统的调节作用。目前，关于噬菌体在体内传播途径及噬菌体对免疫系统的影响仍然需要大量试验提供数据支撑，深入研究噬菌体的体内动力学及其对机体免疫系统的作用可为噬菌体治疗的安全性提供参考。