布鲁氏菌病细胞免疫研究进展

作者： 韩阔 - 中国疾病预防控制中心传染病预防控制所2021级病原生物学专业硕士研究生，主要研究方向为布鲁氏菌病的细胞免疫学研究

姜海-中国疾病预防控制中心传染病预防控制所布鲁氏菌病室副主任

摘要  

布鲁氏菌病由布鲁氏菌感染引起,是世界范围内最常见的人畜共患病之一｡布鲁氏菌是一种兼性细胞内感染细菌,能够通过其毒力因子调节宿主细胞信号通路并逃避宿主细胞免疫反应｡巨噬细胞､树突状细胞(DC)以及T淋巴细胞可以通过各种不同途径参与机体抗布鲁氏菌的过程｡本文简要介绍了布鲁氏菌毒力因子介导的免疫逃逸机制,并在此基础上主要介绍了巨噬细胞､树突状细胞以及T淋巴细胞不同亚群参与的机体抗布鲁氏菌过程｡为了解布鲁氏菌病的发病机制,治疗以及疫苗研制提供了重要的依据｡

布鲁氏菌主要通过吸入､皮肤擦伤､摄入或黏膜侵入机体｡布鲁氏菌通过其毒力因子:脂多糖(LPS),T4SS分泌系统,BvrR/BvrS系统和外膜蛋白,可以与宿主细胞表面相互作用,形成早期,晚期BCV(Brucella Containing Vacuole,布氏小体)以及细菌繁殖时与内质网(ER)的相互作用介导其逃避免疫系统攻击｡

布鲁氏菌最重要的特征是在吞噬细胞和非吞噬细胞内存活和繁殖并且可以改变免疫细胞介导的免疫反应,进而导致淋巴结,肝脏和脾脏肿大,该菌还具有抵抗吞噬细胞杀菌作用的能力,并且可以阻止抗原特异性T细胞对其识别,从而形成有利于其生存和繁殖的微环境,导致宿主慢性感染｡

机体对抗布鲁氏菌主要以细胞免疫应答为主,主要包括巨噬细胞､DCs等抗原提呈细胞及T淋巴细胞的活化,不同的T淋巴细胞亚群参与布鲁氏菌病的不同阶段｡Th1通常在感染的早期阶段发挥作用,并在宿主对病原体的抵抗力中起关键作用｡Th2细胞在感染中的主要功能是诱导体液免疫｡Th17细胞的生长和发育受到IFN-γ和IL-4的负调节｡成熟的Th17细胞可以抵抗IFN-γ和IL-4的抑制｡Th17细胞能够弥补Th1/Th2作用机制的不足｡

0 1布鲁氏菌通过其毒力因子逃避宿主免疫反应

布鲁氏菌的可以通过LPS的不同组分抵抗先天性免疫防御;通过VirB编码的T4SS分泌系统的形成并通过其释放的效应因子(BtpA)来调节宿主细胞信号通路并抑制宿主细胞免疫反应,此外T4SS还促进机体宿主细胞形成布氏小体(BCV)并促进宿主细胞间感染;布鲁氏菌的外膜蛋白可以保护这些细菌免受宿主补体和其他抗菌肽的侵害,此外外膜蛋白还被证明可以介导布鲁氏菌和宿主细胞之间的直接相互作用,进而促进布鲁氏菌逃避宿主免疫反应｡

0 2布鲁氏菌介导的细胞免疫应答

布鲁氏菌感染(以牛种菌为例)后启动先天性和适应性免疫,TLR可参与识别布鲁氏菌,TLR2,TLR4和TLR9是参与识别牛种菌最重要TLR,在感染的早期阶段,不同的TLRs激活不同信号通路介导的巨噬细胞(Mø)和树突状细胞(DC)分泌IL-12和TNF-α｡而布鲁氏菌产生的 Toll/白细胞介素-1受体 (TIR)可参与降低 TLR 对感染的依赖性反应｡感染早期阶段的巨噬细胞IL-10增加,这会下调IFN-γ,IL-12和TNF-α的产生,导致布鲁氏菌可以在巨噬细胞中存活｡而在感染的后期阶段,活化的巨噬细胞的杀菌活性主要是由T辅助1型(Th1)CD4细胞产生的IFN-γ诱导的活性氮中间体(RNIs)和活性氧中间体(ROIs);感染后DC的活化除了上调MHCII类(MHCII)和共刺激分子CD40,CD80和CD86   的表达外,还会分泌IL-12和TNF-α｡巨噬细胞和DC产生TNF-α和IL-12,刺激CD4和CD8T淋巴细胞分泌IFN-γ并发挥细胞毒性 (图1.)。    

图1.感染牛种菌后不同先天性和适应性免疫系统细胞的关键机制

（1）巨噬细胞对布鲁氏菌感染的反应   

据报道,光滑型LPS对布鲁氏菌在巨噬细胞中生存具有免疫调节作用,它可以与巨噬细胞表面的MHCⅡ结合,形成MHCⅡ-LPS复合物进而干扰巨噬细胞以MHCⅡ的方式提呈抗原,从而削弱巨噬细胞活化抗原特异性CD4+T细胞的能力｡此外,布鲁氏菌LPS可通过巨噬细胞表面的脂筏进入细胞并与TNF-α相互作用来抑制宿主细胞凋亡,从而促进布鲁氏菌在宿主细胞中的生存与复制｡此外,布鲁氏菌感染会使单核细胞失调,并通过上调LC3依赖的自噬过程抑制巨噬细胞分化为经典活化的巨噬细胞(M1巨噬细胞)或旁路活化的巨噬细胞(M2巨噬细胞),从而抑制促炎和抗炎因子的产生并干扰机体的免疫反应｡   

（2）树突状细胞对布鲁氏菌感染的反应  

树突状细胞(DC)是最早遇到抗原的细胞之一｡布鲁氏菌可以扩散并到达不同的淋巴组织,并能够感染不同的DC亚群｡布鲁氏菌LPS是否阻碍DC免疫反应存在一些争议,一些实验报告了光滑布鲁氏菌菌株对DC成熟或激活具有抑制作用,而感染粗糙菌株后,可对DC成熟具有激活作用｡大量研究表明,布鲁氏菌可被DC亚群的TLRs识别并激活细胞内途径产生细胞因子｡

此外,布鲁氏菌的外膜蛋白在DC成熟与抗原提呈方面发挥着重要的作用｡   

（3）T淋巴细胞对布鲁氏菌感染的反应  

布鲁氏菌对宿主的入侵主要诱导由Th1淋巴细胞介导的特异性免疫反应,该特异性免疫反应能够产生促炎细胞因IL-1β,IL-6,TNF-α,最为重要的是IFN-γ,这些促炎细胞因子会激活巨噬细胞以增加其杀菌能力,并激活杀死感染细胞的细胞毒性T淋巴细胞(CTL)从而发挥保护作用｡此外Th1细胞可以通过增加IL-2的分泌来对布鲁氏菌感染起免疫应答｡

Th2细胞参与布鲁氏菌病的慢性感染,但在急性感染中,大多数血清Th2细胞因子的水平也会升高｡Th2细胞主要通过分泌IL-4､IL-5和IL-13参与对抗布鲁氏菌感染｡

0 3布鲁氏菌介导人类的免疫应答

在人群中,布鲁氏菌主要通过胃肠道和呼吸道粘膜进入体内进而导致人类感染布鲁氏菌病,并表现出流感样症状､典型的波状热和骨关节炎等慢性感染｡

T细胞免疫反应参与布鲁氏菌感染的全过程,但不同阶段(急性､慢性和恢复期)的患者会诱发不同的T细胞亚群免疫反应｡相关研究表明:Th1,Th17和Treg细胞免疫在急性期占主导地位,而Th2,Th17和Treg细胞免疫在慢性期占主导地位｡Th1细胞的比例在人布鲁氏菌病患者中增加,是布鲁氏菌感染急性期细胞免疫的主要类型, Th1细胞通过产生IFN-γ激活巨噬细胞和细胞毒性T淋巴细胞｡IL-12和IFN-γ作为Th1型细胞因子,反过来诱导更多的Th1细胞极化｡此外,Th1细胞还可以通过增加IL-2的分泌来对布鲁氏菌感染起免疫应答｡Th1细胞能够分泌TNF-α,对病原体和炎症的生化反应起着至关重要的作用｡

Th2细胞主要分泌的细胞因子是IL-4､IL-5和IL-13｡据报道,Th2细胞在慢性布鲁氏菌病患者外周血中的表达率明显高于急性布鲁氏菌病患者｡慢性患者IL-4表达的增加与Th2的变化一致｡除此之外,慢性布病患者中IL-5和IL-13的表达显着高于急性期,恢复期和健康人群,这表明IL-5和IL-13都参与Th2细胞介导的慢性布鲁氏菌感染｡

Th17细胞是与感染相关的重要免疫细胞,并且可以在布鲁氏菌感染后增殖分化｡据报道,急性布鲁氏菌病患者外周血中Th17细胞的百分率明显升高,治疗后下降,另外急性､慢性患者间的细胞比例没有显着差异,但高于健康对照组｡Th17细胞及其效应分子(IL-17､IL-17A和IL-17F),可以参与对布鲁氏菌感染的细胞免疫｡   

0 4总结与展望

疫苗是用于控制布鲁氏菌病的重要组成部分,但目前没有安全有效的疫苗可用于预防人类布鲁氏菌病并且布鲁氏菌病是一种难以治疗的细胞内细菌感染疾病｡通过对布鲁氏菌与免疫细胞之间相互作用以及它们所分泌的细胞因子的研究为更好地理解布鲁氏菌病的状况､疗效和预后的生化或免疫指标｡相信在未来,我们不仅可以将这些用于诊断,还用于开发疫苗｡

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题图 | veer.com

排版 | 张宁

审校 | 方研

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