老鼠和人对抗弓形虫感染的先天免疫应答研究概况

第36卷第4期西南师范大学学报(自然科学版)2011年8月V o l.36N o.4J o u r n a l o f S o u t h w e s t C h i n aN o r m a lU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n)A u g.2011文章编号:10005471(2011)04012305老鼠和人对抗弓形虫感染的先天免疫应答研究概况①林如涛,周作勇西南大学荣昌校区动物医学系,重庆荣昌402460摘要:白细胞介素12(I L-12)和干扰素γ(I F N-γ)是弓形虫感染刺激机体先天防御系统所产生的两个关键性细胞因子,其信号是通过T o l l样受体(T L R)介导的髓样分化因子(M y D88)依赖途径来激活早期的先天免疫反应.研究证实T L R11在应答弓形虫感染过程中起着主要作用,但是它在人体中仅仅只是个假基因.因此,在缺失T L R11的情况下,人体受到弓形虫感染后如何引发先天性免疫和获得性免疫应答反应还需进一步研究.该文就人和老鼠体内对寄生虫防御起作用的感知分子和效应分子的相似性和区别进行探讨.关键词:老鼠;人;先天免疫;弓形虫中图分类号:Q958.9文献标志码:A弓形虫属于顶复门原生动物,是一种细胞内寄生原虫,可感染鸟类和哺乳类动物.人类弓形虫感染率非常高,法国高发区孕妇感染率超过50%,美国为25%~38%.全世界约有1/3的成年人感染,我国人群的感染率为5%~20%.弓形虫病患者体温可上升到40ħ以上,呈驰张热或稽留热,持续2~3周,随体温上升,急性症状加重,头痛剧烈,全身肌肉疼痛以眼部和背部疼痛为甚,常伴有脑膜炎㊁肝炎㊁肺炎㊁心肌炎和心包炎并导致死亡.弓形虫与宿主免疫系统之间存在着精妙的平衡,免疫系统试图清除寄生虫,而寄生虫则通过免疫逃避最终与宿主共存.弓形虫感染可刺激机体先天性免疫细胞产生白细胞介素12(I L-12)和干扰素γ(I F N-γ)对抗弓形虫感染,已经证实T L R11在应答弓形虫感染的过程中起着主要作用,但是它在人体中仅仅只是个假基因.1宿主体内的髓样分化因子/白介素12/γ干扰素在防御弓形虫感染上的作用刚地弓形虫感染的患者大部分血清反应呈阳性却不表现出症状.而弓形虫在免疫功能不全的机体上则可能危及生命,出现大脑的脓肿甚至脑炎,因此一个完整的免疫系统对于控制寄生虫感染是必不可少的[1-2].实验室和临床都证明了先天免疫识别系统在识别寄生虫感染上起着重要作用.鉴于小鼠是一个很好的实验动物,本研究首先将注意力放在了鼠科动物的先天免疫识别系统上,进而讨论其与人体病原感知分子和效应分子的相似性㊁区别及其发挥的作用.现发现I F N-γ是小鼠和人体内调节细胞对抗弓形虫的主要因子,如果在弓形虫感染的初期缺乏I F N-γ或在慢性感染时阻断I F N-γ信号通路,其结果均导致被感染动物由于弓形虫不受控制地在机体内繁殖而迅速死亡.①收稿日期:20110107基金项目:西南大学青年基金资助项目(Q N R C200804).作者简介:林如涛(1990),男,重庆江北人,本科生,主要从事动物医学研究.通信作者:周作勇,讲师.421西南师范大学学报(自然科学版)h t t p://x b b j b.s w u.c n第36卷有研究发现,I L-12在调节N K细胞和T细胞分泌I F N-γ上起着非常重要的作用[3-4].I L-12缺乏或其信号通路阻断的机体内很容易感染弓形虫.I L-12主要由树突细胞(D C s)㊁巨噬细胞㊁中性粒细胞和单核白细胞等多种先天免疫细胞分泌[3,5-6],其中D C s是先天免疫中的一个关键细胞,在对抗寄生虫感染时可激活初期的I L-12应答反应并协调激活其他先天性免疫细胞[7].诱导D C s分泌I L-12可能与多种免疫机制有关.由于T L R受体/I L-1受体(T L R/I L-1R)接头蛋白M y D88能够被除T L R3以外的所有T L R受体激活成为宿主抵抗寄生虫感染的主要调节蛋白[10],因此学者们近年研究的主要目标均在鉴定早期识别弓形虫感染的T L R受体类型上.2T L R对弓形虫的识别T L R是一个识别病原体相关分子模式的先天性免疫受体家族,其中T L R11为识别弓形虫感染的一个主要的先天免疫识别受体,可介导I L-12的产生[11-12].体内和体外研究发现,肌动蛋白抑制蛋白是寄生虫最据确定性的蛋白,缺乏该蛋白的弓形虫不能够入侵宿主细胞[9,15].该蛋白可通过T L R11-M y D88途径诱导I L-12的产生[13-14],敲除寄生虫肌动蛋白抑制蛋白的表达可以使D C s分泌的I L-12减少[14-15].尽管T L R11在激活I L-12对寄生虫的应答时起主要作用,但是T L R11缺失的小鼠感染弓形虫的严重程度低于M y D88和I L-12缺失的小鼠[8-9,16].在I L-12缺失(由I L-12P40或者I L-12P35缺失造成)或者M y D88缺失的情况下,小鼠均表现出对寄生虫的易感性,然而T L R11缺失时,只有严重感染的部分动物会死亡.通过计算在T L R11缺失的小鼠大脑中包囊的数量,发现T L R11缺失的小鼠还非常容易出现慢性感染[12].另有研究发现在T L R11缺失的小鼠体内存在M y D88依赖途径的I L-12应答反应,这表明其他T L R s,特别是T L R2也能够被寄生虫激活.体外实验发现弓形虫的G P I能够激活T L R2和T L R4,但是T L R2或T L R4缺失对寄生虫感染引发的I L-12应答反应影响较小[8].在弓形虫感染时,T L R2可能参与调节肿瘤坏死因子对寄生虫的应答反应,而T L R4在控制弓形虫细胞因子的产生上未表现出明显作用.因为T L R2是参与识别包括病毒㊁细菌和真菌等所有病原体的识别受体[10],单独激活T L R2不能引起显著的寄生虫免疫反应.这个受体还有一个 危险 感受器,能够同时被微生物和自身的配体激活.T L R2缺失的小鼠在感染后产生的I L-12应答也能够达到一个较高的水平,但对于非常严重的寄生虫感染则无能为力.用其他病原体做一个相似的实验发现,T L R2的作用只在于较轻的感染[17].这个实验提出了一个假设:T L R2的作用被T L R11的作用所掩盖.这个假设仍然需要对T L R11和T L R11-T L R2两者都缺乏的动物进行实验比较才能加以证实.T L R11启动识别寄生虫的先天免疫是独特的,对于其他的T L R s,特别是T L R2,能够与其他受体协调作用参与对多种病原体的识别,但是不能诱导机体对弓形虫I L-12依赖的免疫应答反应.3共生肠道细菌触发对弓形虫的间接免疫应答现有的研究显示,弓形虫感染造成肠道损伤后,肠道共生性细菌介导了T L R9和T L R4依赖的I L-12的产生[18-19].通过无肠微生物群,且缺失T L R2,T L R4和T L R9的无菌小鼠腹腔或经口感染弓形虫实验证实共生性细菌对弓形虫免疫有影响[18].经口感染T L R2和T L R4缺失的小鼠会损害机体对弓形虫的I L-12和I F N-γ应答反应,而经腹腔感染则无明显影响.与之相似,T L R9在弓形虫经口感染中表现出显著的应答作用,而经腹腔感染则不明显.这些结果证明了T L R2㊁T L R4和T L R9在调节I L-12产物对腹腔内弓形虫感染应答上发挥的作用很有限,因此猜测这些T L R能够被共生性细菌间接激活,从而在控制弓形虫的感染免疫应答中发挥关键作用[18,20-21].4弓形虫免疫防御的细胞特异性调节作用大量的研究证明,M y D88活化在保护机体对抗弓形虫感染和产生T细胞免疫应答中必不可少[9].完全缺乏M yD 88的机体不能诱导促炎细胞因子的产生,也不能产生强烈的对抗寄生虫感染的T h 1应答反应[8].研究证实M yD 88不仅在介导中性粒细胞㊁巨噬细胞和D C s 产生的I L -12细胞因子中必不可少,而且在T L R 信号通路激活T 细胞对寄生虫的应答中具有重要作用[5,8,12].图1 D C s 内T L R 激活在调节Ⅰ型先天性免疫应答中发挥关键作用示意图通过组织特异性M yD 88缺失小鼠研究证实,D C s 内的T L R 信号通路在早期限制弓形虫扩张中发挥关键作用[7].虽然D C s 的M yD 88在小鼠腹腔内感染弓形虫并未募集炎性细胞到腹膜,但是M y D 88可介导产生I L -12,而I L -12可以同时提高N K 细胞和高度激活的单核白细胞产生I F N -γ,从而杀死寄生虫.因此,通过分析D C s 特异性M y D 88缺乏的小鼠体内先天性免疫细胞是如何合作产生细胞介导的先天性免疫去防御一个高致病性细胞内的病原体[7],表明D C s 内T L R 激活在调节I 型先天性免疫应答中发挥着关键作用(图1).5 非M yD 88依赖的弓形虫免疫应答研究表明被弓形虫感染的巨噬细胞能够以非M yD 88依赖途径介导I L -12的产生[22].此外,通过统计M y D 88缺失小鼠的死亡率发现,在M y D 88缺失的情况下,小鼠感染弓形虫能够产生获得性免疫,降低弓形虫造成的损伤并延缓死亡,并能显著提高如C D 4+T 细胞数量,产生I F N -γ因子[23].这些结果证明虽然T L R /M yD 88通路在识别寄生虫上起着主要的作用,但依然不是感知寄生虫感染的唯一途径.6 物种特异性与机体对弓形虫的防御作用尽管T L R 11和M yD 88途径在诱导I L -12的产生中非常重要,但是人体中T L R 11是一个假基因,且M yD 88对弓形虫免疫反应的作用机制尚未完全阐明[24].虽然小鼠中I L -12的主要作用是启动I F N -γ依赖途径中多种与免疫相关的G T P 酶类的诱导,但这个效应系统在人体上很大程度是不激活的.因此本研究结果认为,同时缺乏以上两种免疫系统(识别和效应系统)是老鼠和人体参与感知和清除弓形虫方式不同的主要原因.T L R 11通过识别弓形虫肌动蛋白抑制蛋白,而不是直接与活的寄生虫相互作用来感知病原体[25].这个识别系统允许非感染的细胞先天性感知寄生虫,称之为 远距离识别 的方式.老鼠是弓形虫的一个自然宿主,两者互相作用使得毒力因子和宿主防御系统共同进化.研究发现鼠类的抗原递呈细胞受到寄生虫感染时,不能上调供刺激分子和分泌促炎细胞因子产生[26-27].小鼠在对抗弓形虫感染过程中有着空间上分开的识别受体和效应分子.未受感染的D C s 能够通过T L R 11识别寄生虫,并介导产生I L -12,启动感染细胞内I F N -γ依赖的病原杀灭机制.因此,抑制T L R 信号的潜在毒力因子对于未受感染的D C s 无效,而分泌的棒状体蛋白能抑制I R G 效应分子,仅对未成熟的巨噬细胞有影响,但对已产生I F N -γ的巨噬细胞无影响.因此,通过远距离识别寄生虫,老鼠先天免疫细胞对寄生虫能够产生一个选择性的作用,避免或延缓感染细胞内寄生虫免疫抑制的影响.人体并非弓形虫的主要宿主,因而不存在选择性压力,故没有小鼠这样一个精细的防御系统.人体T L R 11缺乏所带来的的影响并不非常清楚,因为受感染个体也发现有免疫保护.人类T L R 11缺乏可能具有好处的说法来源于对T L R 11缺失小鼠经口感染寄生虫的实验研究[18].大多数动物对寄生虫感染特别敏感,因为它们的T L R 11能引起肠免疫病理学反应,而T L R 11缺失的小鼠由于肠道共生菌引发的抗弓形虫免疫应答反应表现出完全的保护作用.值得注意的是,经口感染弓形虫后,T L R 11缺失的小鼠不521第4期 林如涛,等:老鼠和人对抗弓形虫感染的先天免疫应答研究概况621西南师范大学学报(自然科学版)h t t p://x b b j b.s w u.c n第36卷仅能控制弓形虫,而且不损伤肠道的免疫病理性[18].因此,我们推测当人体内T L R11缺乏时,一个原本平衡的免疫应答能够被增强,其他识别系统不仅能够直接感知寄生虫,而且还可以依赖包括共生菌等其他间接的因子感知.T L R11介导的寄生虫远距离识别是小鼠先天性免疫的必要组成,而在其他动物上可能是非常 危险 的一个受体,比如人类.7结语研究鼠类和人类的先天性免疫受体,不仅能解释老鼠和人体对寄生虫免疫的进展,也揭示了寄生虫生物学原理.这些免疫寄生虫学方法揭示了弓形虫和宿主间的复杂关系,同时发现了宿主与寄生虫相互作用共同进化的基本原理.在实际应用方面,鉴定相关分子将是宿主免疫系统靶向对抗寄生虫病疫苗研究的基础.参考文献:[1]MO N T O Y AJG,L I E S E N F E L D O.T o x o p l a s m o s i s[J].L a n c e t,2004,363(9425):1965-1976.[2]W E I S S L M,D U B E Y JP.T o x o p l a s m o s i s:A H i s t o r y o fC l i n i c a lO b s e r v a t i o n s[J].I n tJP a r a s i t,2009,39(8):895-901.[3] D E N K E R SEY.N e u t r o p h i l s,D e n d r i t i cC e l l s a n dT o x o p l a s m a[J].I n t JP a r a s i t,2004,34(3):411-421.[4] L I E B E R MA NLA,HU N T E RCA.T h eR o l e o f C y t o k i 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s t r e s i s t a n c e t o t h e p a r a s i t e i nh u m a n s a n dm i c e a r e d i s c u s s e d .K e y wo r d s :m i c e ;h u m a n ;i n n a t e i mm u n e ;T o x o p l a s m a g o n d i i 责任编辑 夏 娟721第4期 林如涛,等:老鼠和人对抗弓形虫感染的先天免疫应答研究概况。