调节性T细胞在建立口服免疫耐受中作用机制的研究进展

王 研,张智超,耿志军,李 静

(蚌埠医学院1.科研中心组织移植安徽省重点实验室;2.第一附属医院中心实验室;3.第一附属医院检验科,安徽 蚌埠 233030)

近年来,过敏性疾病的发病率不断增高,食物过敏(food allergy)也逐渐受到关注。食物过敏的治疗方法多样,在国际上亦尚未得到一致认可,大多都为探索阶段。目前的研究发现,通过口服过敏原,建立口服免疫耐受,可达到治疗食物过敏的目的。口服免疫耐受是指利用肠道庞大的免疫系统建立对特定抗原的免疫无应答。肠道中存在数万亿个共生菌,肠道频繁与食物、肠道细菌进行物质和信息交换,形成了复杂的肠道免疫系统,是机体外周免疫系统中不可或缺的一部分。在口服免疫耐受建立过程中,部分免疫细胞扮演着关键角色,其中Treg细胞是近年来研究成果较为丰富的一类适应性免疫细胞。本文将从口服免疫耐受的建立过程、Treg细胞的免疫功能属性及其对口服免疫耐受建立的调控机制等角度进行文献综述,以期为该领域的进一步研究提供参考。

1 口服免疫耐受建立的结构基础

口服免疫耐受的建立与肠道结构密切相关。肠上皮在微生物群和机体之间形成屏障,以保护肠粘膜和周围器官免受共生微生物或病原微生物的侵害。肠上皮细胞(intestinal epithelial cell,IEC)可通过识别微生物信号并对其做出反应,从而对肠免疫细胞网络产生影响。抗原根据其性质(如大小和溶解度)的不同可通过不同的途径刺激IEC以及全身的免疫系统,从而诱导耐受性或免疫性。另外,IEC还可对免疫细胞产生的因子做出反应,这些因子可以调节IEC屏障功能、增殖和分化,并影响微生物群的组成[1]。M细胞是覆盖在Peyer斑上的扁平上皮细胞,这些斑块是沿着粘膜组织分布的有组织的淋巴样结构。M细胞专职摄取颗粒状抗原,经IEC或杯状细胞相关抗原通道(GAP)可将抗原直接运输至固有层中的调节性CD103+DC中[2],该细胞进一步将抗原递送至引流淋巴结中并诱导Treg细胞分化。CD103+DC还具有归巢能力,可诱导Treg细胞回到固有层[3],同时还能与M2型巨噬细胞相互作用,扩大其免疫抑制功能,该过程在肠道建立免疫耐受中起重要作用。

2 Treg细胞的免疫属性

Treg细胞在维持外周免疫耐受以及预防自身免疫损伤方面发挥重要作用。Treg细胞可以通过剥夺效应细胞的IL-2来阻止效应T细胞通过CD25(一种IL-2的高亲和力受体)增殖[4]。另外,Treg细胞还可以产生颗粒酶A和B,导致效应细胞溶解。Treg细胞根据其来源不同分为胸腺Treg细胞(thymus-derived regulatory T cells,tTreg)和外周Treg细胞(peripherally induced Treg,pTreg)。tTreg是在胸腺中经自身抗原、细胞因子和共刺激分子等的刺激下而发育形成；pTreg是在外周经TGF-β诱导由naive T细胞分化而来。两者通过不同的机制抑制免疫应答。

人类Treg细胞表面有CD25、CD127和CTLA-4等表面标志物,Treg细胞表面的CD25与其配体结合对Treg细胞的分化维持与功能发挥起至关重要作用。在Treg细胞核中特异性表达转录因子Foxp3(forehead box P 3,Foxp3),参与维持免疫性自我耐受和体内平衡[5]。IL-7受体(CD127)与Foxp3表达水平呈负相关,并将Treg细胞表征为低CD127表达细胞。Foxp3是一种转录抑制因子,tTreg和pTreg都需要Foxp3转录因子的表达来维持其谱系稳定性和免疫抑制功能。

3 Treg细胞调控口服免疫耐受的机制

目前人们认为口服免疫耐受的机制包括Treg细胞主动抑制以及T 细胞无反应和缺失等,各种机制之间密切联系,共同参与建立口服免疫耐受。在建立口服免疫耐受过程中,口服低剂量抗原可通过Treg细胞的主动抑制作用来控制炎症反应,而口服高剂量抗原则会诱导T细胞无反应或T细胞耗竭。

3.1 Treg细胞主动抑制口服低剂量抗原经胃肠道消化吸收后,可由外周诱导产生各种表型的抗原特异性Treg细胞并分泌抑制性因子,如IL-10、TGF-β和 IL-4等来抑制肠道中的免疫反应[6],使免疫系统对自身成分产生耐受。Treg在细胞核中产生的Foxp3在主动抑制中发挥着重要的作用。在胃肠道中发现的Foxp3+Treg细胞及其分泌的IL-10等抑制性因子可诱导效应T细胞无能,促进Treg细胞亚群分化并直接抑制其他促炎细胞(肥大细胞,嗜酸性粒细胞等)应答,使机体对摄入的抗原无反应或口服耐受的状态[7]。

3.2 T 细胞无反应和缺失除Treg细胞的主动抑制外,T细胞无反应(对抗原无反应)或缺失(抗原特异性T细胞的凋亡)也可导致口服免疫耐受。研究表明,高剂量的抗原暴露会导致T细胞无反应或耗竭,而低剂量的抗原则会诱导Treg细胞分化。口服免疫治疗的过敏患者可出现记忆性T细胞无能,表现为抗原特异性Th2型细胞分泌抑制性细胞因子减少,从而获得对特异性抗原的持久耐受。花生过敏患者采用免疫治疗后,变应原特异性的CD4+T细胞可向无反应的Th2表型转化[8]。髓鞘碱性蛋白特异性TCR转基因小鼠口服大剂量卵清蛋白(OVA,500 mg)后,出现抗原特异性CD4+T细胞缺失；长期口服OVA后,小鼠CD4+T细胞中半胱天冬酶(Caspase)的活性增加,半胱天冬酶敏感蛋白的水平降低,细胞凋亡增加。在佐剂的存在下,经OVA激发的正常动物口服大剂量抗原也可增加淋巴细胞凋亡[9]。因此,口服抗原诱导的免疫耐受可能减轻人体的炎症反应,减轻过敏性疾病的症状。

综上所述,Treg细胞可通过主动抑制,T细胞无反应化等方式,抑制机体免疫反应了,在此过程中固有及适应性免疫细胞通过与Treg细胞的直接接触或分泌抑制性因子等间接作用参与诱导免疫耐受,包括树突状细胞(Dendritic cell,DC)、B淋巴细胞、T淋巴细胞等。

4 Treg细胞与免疫细胞相互作用在口服免疫耐受中的作用

4.1 Treg细胞与树突状细胞(DC)DC具有识别和消除外来病原体的能力,在肠道中,DC通过抗原提呈功能使抗原连续通过肠上皮屏障至粘膜相关淋巴组织或引流至淋巴结。正常生理条件下,CDl03+DC细胞通过分泌可溶性分子(如TGF-B、视黄酸、吲哚胺2,3-双加氧酶等)或共刺激分子 (如4-1BB)等来促进抗原特异性Treg细胞的生成,诱导口服耐受[10]。文献报道,CD103+DC可代谢维生素A产生维甲酸(retinoic,RA),而维甲酸可与TGF-β一起驱动naive T细胞转化为抗原特异性Treg细胞并抑制Th17细胞分化[11]。另外,CD103+DC可表达高水平的吲哚胺2,3-二加氧酶(IDO),可诱导Foxp3 + Treg细胞分化。在肠道组织中GAP可将抗原直接运输至固有层中的调节性CD103+DC后[2],该细胞进一步将抗原递呈至引流淋巴结中并诱导Treg细胞分化。CD103+DC还具有归巢能力,可诱导Treg细胞回到固有层,Treg细胞迁移至固有层是诱导口服免疫耐受的必要条件。

4.2 Treg细胞与调节性B细胞调节性B细胞(Breg)是特殊的B细胞亚群,可通过下调促炎因子,上调抗炎因子的水平发挥免疫抑制作用。Breg细胞可产生抑制性因子,包括IL-10、TGF-β和IL-35等,来抑制效应T细胞的功能,参与免疫应答的调节。健康人群Breg细胞分泌的IL-10,可通过抑制IFN-γ和TNF-α的释放促进Treg细胞的分化以及促进各种免疫球蛋白亚型向IgG4转化[12],而IgG4可抑制IgE介导的肥大细胞和嗜碱性粒细胞脱颗粒,促进免疫耐受的建立。研究表明,在类风湿性关节炎疾病中,Breg细胞能够诱导和维持Treg细胞的分化[13]。

4.3 Treg细胞与其他T淋巴细胞在口服免疫耐受建立中,Treg细胞受Th3的调节作用参与该过程。Th3细胞不表达Foxp3或CD25,但在其表面表达潜伏期激活肽(LAP),能够产生抑制性细胞因子TGF-β,诱导Foxp3+Treg细胞分化。在小鼠过敏模型中,采用OVA诱导的Th3细胞进行表皮免疫疗法可通过抑制TGF-β的产生来抑制肥大细胞活化从而预防过敏反应[14]。Treg细胞占CD4+T细胞总数的10%,在微生物群落丰富的肠固有层,尤其是结肠固有层中其比例更高[15]。在肠道组织中,Treg细胞可与其他免疫细胞及微生物交互作用,发挥其免疫抑制功能。

5 Treg细胞与肠道菌群的交互作用对口服免疫耐受建立的影响

在过去的二十年里,肠道微生物在调节健康和疾病发生过程中的作用逐渐被重视。研究表明微生物组与口服免疫耐受有密切关系[16]。Treg细胞在肠道中聚集,有助于维持体内稳态。微生物可诱导Treg细胞活化并抑制细胞核激素受体RORγt的表达及Th17细胞应答。研究表明,梭状芽胞杆菌及脆弱拟杆菌等可以通过诱导肠Treg细胞分化来抑制食物过敏和结肠炎[17]。DC表面的模式识别受体激活是肠道微生物(如鼠李糖乳杆菌JB-1)促进Treg细胞分化的一种潜在机制[18]。研究表明,饲养在无菌环境中的小鼠,会导致Treg细胞数量降低,不能建立对食物抗原的口服耐受性。从治疗的角度来看,采用细菌接触治疗可以促进小鼠Treg细胞发育[19]。在食物过敏的研究中发现,与健康儿童相比,食物过敏患儿的肠道菌群失调且微生物多样性低；此外,肠道中的细菌代谢物含量也明显降低,如短链脂肪酸(SCFA)、氨基酸代谢物、胆汁酸和维生素等。其中,SCFA可以促进Foxp3的乙酰化和结肠Foxp3+Treg细胞的活化以增强其免疫抑制功能,还能上调Treg细胞活性相关标记物(如Foxp3、GITR和CTLA4等)的表达[20],增加Treg细胞的主动抑制能力,对维持肠黏膜完整性以及调节免疫反应等方面有重要作用。

6 小结与展望

口服免疫耐受在预防和治疗食物过敏等疾病中具有的较大潜力,但是其发挥作用的具体机制尚不完全清楚,激励我们对其进行深入的探讨。目前,已经提出了多种可能机制来解释机体口服抗原后的免疫低反应性现象。但目前还是有许多问题需要解决,比如：(1)T细胞亚群(如Th2、Th3和Treg等)及其分泌的细胞因子参与了口服耐受性的建立,但对其他调节口服耐受性免疫反应的潜在信号通路了解并不清楚；(2)共生菌在肠道局部诱导的免疫耐受如何扩散至全身,其诱导免疫耐受的机制也不清楚；(3)口服免疫疗法能否长期保持机体对过敏原的耐受尚不能明确；(4)虽然有大量研究证实了口服耐受治疗动物过敏性疾病的有效性,但很少成功地运用到IgE介导的食物过敏及食物超敏反应的临床治疗中。近几年,人们对研究肠道微生物群及其代谢物在口服耐受性中的作用有较大关注,随着研究的进一步深入,通过口服或异位接种共生菌可能在诱导免疫耐受等方面发挥意想不到的作用。