肥大細胞在抗感染免疫作用中的研究進展

王曉曼，王靜茹，王 夢，曹志然

（河北大學基礎醫學院，河北 保定 071000）

·綜述·

肥大細胞在抗感染免疫作用中的研究進展

王曉曼，王靜茹，王 夢，曹志然

（河北大學基礎醫學院，河北 保定 071000）

肥大細胞是廣泛分布于全身組織中重要的固有免疫細胞。近年來研究發現，肥大細胞除參與IgE介導的超敏反應外，在機體抗感染免疫中也發揮重要的作用。該細胞不僅參與固有免疫應答，直接識別、吞噬、殺滅病原菌，還參與加工、處理、提呈抗原，啟動和調節適應性免疫應答。

肥大細胞；細菌感染；病毒感染；免疫應答

肥大細胞（mast cells，MCs）是起源于骨髓的多能造血干細胞，隨血液循環遷移到身體的不同部位，廣泛分布于皮膚、呼吸道、消化道、泌尿生殖道等黏膜毛細血管周圍的結締組織中。肥大細胞與樹突狀細胞、NK細胞、巨噬細胞等共同構成機體的第一道防線[1]，該細胞能夠分泌多種促炎癥反應因子，參與機體多種病理生理過程，尤其是在超敏反應中發揮重要的作用。但近年來大量研究表明，肥大細胞在機體抵抗病原體感染中發揮重要的作用[2]?，F綜述了肥大細胞在抗感染免疫作用中的研究進展。

1 肥大細胞在抗細菌感染中的作用

肥大細胞作為參與機體固有免疫的效應細胞，在多種細菌感染中發揮著重要的作用。肥大細胞能通過識別、吞噬和清除的方式來抵御病原菌的侵入，當肥大細胞被活化后，可通過脫顆粒與非脫顆粒兩種方式釋放其胞質中多種生物活性分子，不同的病原菌可刺激肥大細胞產生不同的炎性介質，目前已經證實肥大細胞活化后可釋放40多種介質，包括TNF、組胺、白三烯、前列腺素、白介素、5-羥色胺、GM-CSF等。

肥大細胞可直接識別病原菌。Mu?oz等[3]研究表明，肥大細胞與結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis）相互作用可釋放幾種炎性介質（如組胺、β-己糖苷酶等）以及分泌一些細胞因子，如TNF-α和 IL-6。CD48參與肥大細胞的活化并促進肥大細胞對結核分枝桿菌的攝取。這些發現表明，在缺乏調理素的情況下肥大細胞也能直接識別結核分枝桿菌[4]。也有研究表明，在肺結核小鼠模型中活化的肥大細胞可通過分泌趨化細胞因子等活性物質來募集、活化炎性細胞，參與宿主抗結核分枝桿菌的感染[5]。

Gekara等[6]研究表明，肥大細胞在抗細菌感染中的作用與TNF-α密切相關，肥大細胞引發早期宿主抗李斯特菌反應，與對照組相比，肥大細胞缺失的小鼠在高倍鏡下顯示在脾和肝中有大量細菌，并且中性粒細胞動員顯著減少。李斯特菌與肥大細胞相互作用并觸發肥大細胞脫顆粒，但在細胞中未發現細菌，表明肥大細胞控制感染不是通過直接吞噬，而是通過合成并分泌TNF-α募集初始的嗜中性粒細胞到感染部位發揮作用。也有研究表明，肥大細胞在抗李斯特菌感染中是通過Toll樣受體（toll like receptor，TLR）來誘發炎癥反應[7]。

曹志然等[8]采用豬布魯菌S2株感染小鼠骨髓源性肥大細胞，發現在感染后的1 h，肥大細胞發生了明顯的脫顆?，F象，在感染后12 h檢測到了IL-1、IL-6和組胺的釋放；RT-PCR和流式細胞儀檢測發現S2株感染后12 h促進了TLR4 mRNA和細胞膜表面TLR4蛋白的表達。激光共聚焦顯微鏡檢查發現：S2株并未被肥大細胞攝入到細胞內，而是黏附在細胞膜的表面。TLR4位于細胞表面，主要識別LPS，LPS是布魯菌的主要病原相關分子模式[9]。該研究結果表明，布魯菌可通過TLR4識別并粘附在肥大細胞表面，并激活肥大細胞促進其活化和細胞因子的釋放。

Abraham等[10]研究發現，GPI錨定蛋白CD48是肥大細胞表面與大腸桿菌表達的菌毛粘附分子FimH結合的特異性受體。一旦I型菌毛與肥大細胞CD48結合，可引起肥大細胞強有力的胞吞和胞吐反應，肥大細胞釋放炎性介質同時粘附的細菌被膜包裹，這表明肥大細胞參與機體抗大腸桿菌的免疫反應。

Echtenacher等[11]觀察盲腸結扎穿孔法(caecum ligation and puncture，CLP)所致的小鼠急性化膿性腹膜炎模型，結果表明缺乏肥大細胞的W/Wv小鼠感染后的死亡率明顯高于正常對照小鼠，通過給W/Wv小鼠腹腔內移植正常肥大細胞，從而重建W/Wv小鼠的肥大細胞功能，W/Wv小鼠的生存率明顯增加。研究發現，用抗TNF-α抗體阻斷TNF-α后，肥大細胞對感染小鼠的保護作用明顯減弱，提示TNF-α在肥大細胞抵御細菌感染中發揮重要作用。

2 肥大細胞在抗病毒感染中的作用

病毒或一些病毒產物可以通過激活肥大細胞、釋放炎癥介質加重機體的變態反應，如一些哮喘患者接觸到呼吸道病毒時哮喘加重。肥大細胞對于病毒的作用，既能夠在病毒侵入早期參與機體固有免疫應答，識別、吞噬、殺滅病毒，又能夠為病毒復制、轉錄以及逃避免疫應答提供場所。

Patella等[12]研究表明，肥大細胞在人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）的持續感染中發揮了重要作用。研究發現HIV患者的淋巴結中有大量肥大細胞聚集。HIV的衣殼蛋白gp120，可以與肥大細胞膜上FcεRⅠ分子上的IgE重鏈可變區結合，起到類似于病毒性蛋白的超抗原作用，使肥大細胞表面的IgE受體發生交聯，繼而激活細胞膜內一系列酶，從而發生一系列生化反應，合成白三烯等生物活性物質，并促使FcεRⅠ+肥大細胞脫顆粒，釋放組胺、IL-4等調理性介質。IL-4可促進體液中IgE、IgG1、IgG2b 和IgG3的合成與分泌，從而增強適應性免疫應答，發揮抗病毒感染免疫而控制病毒感染[13-14]。

肥大細胞及其前體細胞可以被一些病毒感染，如巨細胞病毒、腺病毒、骨痛熱病毒、甲型流感病毒等。在被呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus ，RSV）和副流感病毒1型感染的牛河嚙齒類動物模型中，肥大細胞的數目和功能發生了改變，表明該病毒刺激了肥大細胞的活化[15]。Castleman等[16]研究發現，被仙臺病毒感染的肥大細胞可釋放組胺等活性物質，且感染后肥大細胞的數量也顯著增加，但其機制尚不清楚。

3 肥大細胞在抗感染中的作用機制

肥大細胞在機體抵御病原體感染中，通過參與固有免疫應答和適應性免疫應答發揮著重要作用。大多數情況下能夠對機體產生保護作用，但有時也會對機體產生損傷。

3.1 肥大細胞對機體的保護作用

病原體侵入機體時，肥大細胞受到刺激參與固有免疫應答和適應性免疫應答。

3.1.1 通過受體能直接識別病原體

肥大細胞能直接識別病原微生物或其產物，并且能直接識別和機體自衛蛋白（如免疫球蛋白、補體成分）結合的細菌，并和他們相互作用[17]。肥大細胞表面除了表達IgG FcγRⅡ、IgG FcγRⅢ、IgE FcεRⅠ及C-kit R等受體外，肥大細胞還可表達 TLR1、TLR2、TLR4、TLR8、TLR9等。TLR可識別病原相關分子模式，多種細胞因子和細菌表面結構可調節這些TLR的表達[18]。肥大細胞的表面分子CD48能廣泛地檢測到各種不同的細菌，促進肥大細胞脫顆粒。但是細菌和肥大細胞間的物理接觸對肥大細胞的應答不是必需的，因為細菌釋放的細菌毒素和細胞壁成分能從上皮屏障滲透進去，從而激活位于黏膜下層的肥大細胞[19-20]。根據特定受體配體的相互作用，肥大細胞對不同毒素的反應也是不同的，每一種細菌產物誘發的肥大細胞對宿主免疫應答的反應也是獨一無二的[21]，例如肥大細胞表達的TLR2參與抗結核分枝桿菌的感染，TLR2(- / -)小鼠顯示分枝桿菌負荷增加、募集的骨髓細胞和促炎細胞因子的產生均減少。TLR2(+ /+)肥大細胞比TLR2(- /-)的肥大細胞能夠更好地控制感染，促進了骨髓的正常分化及促炎細胞因子的產生。此外，給 TLR2(-/-)小鼠轉移TLR2(+ /+)肥大細胞后，可上調肺部IL-1β、IL-6、TNF-α的水平，增強Th1應答和激活CD8+T細胞轉移到肺部[22]。結果表明在保護性免疫中，通過TLR2活化肥大細胞可以補償保護性免疫的缺陷。

3.1.2 通過吞噬與非吞噬途徑殺滅病原體

肥大細胞廣泛存在于機體與外界環境直接接觸的部位，如皮膚、黏膜、淋巴、血管等，可通過胞吞作用直接殺滅入侵的病原體，參與機體防御反應，還能降解潛在的有毒的內源性調節因子，比如ET-1和神經加壓素，但是肥大細胞對李斯特菌的吞噬能力非常低[23]。此外，肥大細胞遇到細菌后可伸出的胞外捕獲器，在細胞外殺菌[24]。

3.1.3 釋放大量的促炎因子，募集其他炎細胞，啟動早期炎癥反應

機體在抵御病原體感染時，主要通過 TNF-α 起作用，肥大細胞是唯一能儲存 TNF-α 的免疫細胞，因此 TNF-α的快速釋放是肥大細胞激活的標志，當肥大細胞受到病原體刺激后通過脫顆粒釋放TNF-α。肥大細胞可通過分泌 TNF-α，上調E選擇素和血管細胞間粘附分子-1（vascular cell adhesion molecule1，VCAM-1）來募集樹突狀細胞和中性粒細胞，前者在啟動適應性免疫應答中具有重要作用，后者能直接殺傷細菌。TNF-α 能引起很多炎性細胞向感染部位遷移，尤其是能募集中性粒細胞向感染部位遷移[25]。TNF-α 能通過自旁分泌的方式刺激其他趨化因子的釋放，比如MIP-2，對中性粒細胞來說是一種強有力的趨化因子。同時，TNF-α 也能誘導內皮細胞表達各種粘附分子（比如ELAM-1），加強中性粒細胞向內皮細胞的粘著，促進中性粒細胞的外滲和游出。除了招募炎性細胞，TNF-α 也能靠加強細菌對中性粒細胞的激活作用促進對細菌的清除。樹突狀細胞是機體內功能最強大的專職抗原提呈細胞，TNF-α 能調節其提呈抗原的能力。

3.1.4 肥大細胞通過釋放細胞因子和提呈抗原等參與機體適應性免疫應答

肥大細胞可通過脫顆粒與非脫顆粒兩種方式釋放其胞質中的多種生物活性分子，包括 IL-1、IL-4、IL-5、IL-6、TNF和 IFN- γ 等。肥大細胞通過分泌細胞因子、趨化因子和脂類介質對TLR配體作出反應。TLR配體也能脫顆粒，通過TLR配體介導的激活過程能對FcεR I介導的信號轉導過程起到加強作用，從而加強肥大細胞識別吞噬病原體的能力。

肥大細胞來源的細胞因子和趨化因子能加強漿細胞樣樹突狀細胞和CD8+樹突狀細胞向感染部位和淋巴結的遷移[26]。肥大細胞產物也能加強未成熟樹突狀細胞的成熟，上調抗原和共刺激分子的表達[27]。

肥大細胞能向T細胞提呈抗原或通過分泌細胞因子，影響T細胞的功能與活化[28]。肥大細胞所分泌的IL-4，能誘導Th0細胞向 Th2 細胞分化，抑制Th1細胞的產生，并調節Th2型細胞免疫反應。肥大細胞表達MHC-Ⅱ類分子，具有抗原提呈功能，能把加工的抗原肽分子遞呈給CD4+T 細胞，誘導T細胞的激活。

3.2 肥大細胞對機體的損傷作用

細菌感染機體時，肥大細胞受到刺激釋放炎性介質和細胞因子參與機體防御反應，但是炎性介質和細胞因子過量釋放，又可以將其他炎性細胞如中性粒細胞和嗜堿性粒細胞等聚集到炎癥部位，從而產生大量的炎性介質和細胞因子，發生難以控制的“瀑布式”級聯反應，造成機體組織器官的不必要損傷。肥大細胞釋放的促炎因子干擾素在炎癥早期對機體是有利的，但是過度釋放會導致毒性反應，如白細胞減少癥、自身免疫性疾病，甚至能夠增加機體對于某些感染的易感性[1]。

在急性感染的時候，肥大細胞能促進機體對病原菌合適的免疫應答。然而，在慢性感染和持續感染中，尤其是同一部位發生二次感染的時候，由于肥大細胞在感染部位聚集和增殖，且壽命長能持久地釋放調節因子，因而可使一些感染持久性惡化，促進病態的發展。

病原體可以影響肥大細胞的吞噬作用，從而對其自身產生保護作用。當肥大細胞吞噬一些未經調理的病原體時，不但不能殺滅病原體，甚至為其提供了增殖和逃避機體免疫的場所。Shin等[29]研究發現，病原體既可以在肥大細胞內繁殖，還可以離開肥大細胞，再次進入其它免疫細胞內，如巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞等。此時，肥大細胞既成為了病原體的避難所，又成了感染復發的感染原。

肥大細胞通過高分泌促炎因子（如IL-1α、IL-1β）加強對免疫細胞的異常招募從而加劇炎癥反應。通常激活肥大細胞的細菌因素是外毒素，如金黃色葡萄球菌的 α 型肉毒素，這導致了上皮細胞凋亡的增強和胃竇黏膜組織纖維化的提高。合并感染和炎癥性疾病引起的肥大細胞的過度激活能引起病理組織的損傷。感染部位肥大細胞聚集和增殖能加重炎癥組織的慢性感染。這些結果表明，感染時肥大細胞及時的單器官的激活是有益的，系統的持續的肥大細胞激活可能是有害的。因此，很明顯感染時肥大細胞激活的時間和空間因素都是肥大細胞對機體有益或者有害的影響因素。

4 展望

隨著分子學的發展對肥大細胞在抗細菌感染免疫中的作用研究日益清晰，但是在病毒感染時肥大細胞的作用還未引起人們的充分重視，深入闡明肥大細胞在細菌和病毒感染中的作用及其機制，不僅為天然免疫的研究開辟了一個新領域，而且也可為闡明一些疾病的發病機理提供依據。

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（責任編輯：劉俊華）

Research development of mast cells in anti-infection immune function

WANG Xiaoman , WANG Jingru, WANG Meng, CAO Zhiran
(College of Basic Medical Sciences of Hebei University, Baoding 071000, China)

Mast cells are innate immune cells which widely distribute in the body’s connective tissue. In recent years, its reported that mast cells not only play an important role in allergic reactions but also play an important role in the body against pathogens. Mast cells not only have the function to identify, phagocytose and kill pathogenic microorganisms, but also through release of cytokines participate in the innate immune response, and can present antigen, regulation of adaptive immune response.

Mast cells; bacterial infection; viral infection; immune response

R392

A

1674-490X(2014)02-0087-06

2014-03-02

河北省自然科學基金資助（C2011204008）；河北大學醫學學科專項資金建設項目（2012A2005）；2013年地方高校國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201310075016）

王曉曼（1988—），女，河北保定人，在讀碩士，主要從事抗感染免疫研究。

曹志然 （1963—），女，河北景縣人，教授，碩士生導師，主要從事抗感染免疫研究。E-mail: caozhiran@163.com