肠粘膜上皮细胞的免疫学功能

国外医学免疫学分册　1999年　第22卷　第4期

083　肠粘膜上皮细胞的免疫学功能

军事医学科学院微生物流行病研究所免疫室　石辛甫综述　高杰英审阅

摘要　肠道是人体重要的消化和吸收器官,同时也是表面积最大的免疫器官,肠粘膜上皮细胞处于机体与外界抗原接触的第一线,表面表达一系列表面分子,在生理及病理情况下能分泌一系列细胞因子,在感染防御及抗原吸收、转运、提呈等方面具有重要作用,本文重点介绍肠上皮细胞的免疫学功能。

关键词　肠粘膜上皮细胞　免疫　　一、肠粘膜上皮细胞的结构特点及微环境

肠粘膜上皮细胞包括:肠上皮细胞、杯状细胞、潘氏细胞、未分化细胞和内分泌细胞。另外尚存在特化的上皮细胞如滤泡相关上皮细胞和膜上皮细胞。本文主要介绍肠上皮细胞:又称吸收细胞,数量多,有吸收功能,呈高柱状,核卵圆形,位于基底部,顶部大量线粒体,胞浆内丰富溶酶体,微管、微泡系统发达,细胞的游离缘称纹状缘,电镜下可见纹状缘由致密的微绒毛组成[1]。

肠粘膜上皮细胞的微环境:肠粘膜上皮细胞基侧膜之间存在一类淋巴细胞,称上皮间淋巴细胞(iIEL),大多数为T细胞。在鼠类,80%

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～90%iIELT细胞为CD3+,TCRAB与TCRCD几乎各占50%。CD8iIEL依CD8分子两条链的异同又分为CD8AB与CD8AA两类;在人,iIEL则以TCRABT细胞为主,约90%,TCRCDT细胞只占10%,紧邻上皮层是粘膜固有层,其内也含有大量的T、B淋巴细胞及浆细胞[2]。

二、肠上皮细胞的来源、更新、修复及调节1.肠上皮细胞起源于肠隐窝的干细胞,寿命很短,大约2～5天,可全部更新脱落一次,脱落的上皮细胞由肠隐窝中的干细胞不断增殖、分化、迁移来补充,每个绒毛上的上皮细胞来源于附近几个腺凹中的干细胞,滤泡相关上皮(FAE)及其内特化的M细胞(又称膜上皮细胞或微皱褶细胞)也起源于滤泡周围几个隐窝,但

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临近的吸收上皮和杯状细胞分别来源于隐窝两侧的干细胞,近滤泡侧增殖分化为FAE及M细胞,M细胞的绒毛短而稀疏,它们不表达多

聚IgA受体,而表达凝集素,他们迁移至滤泡的圆顶区,而远滤泡侧干细胞则分化为吸收上皮和杯状细胞。与M细胞相比,肠上皮细胞绒毛致密而长,表达多聚IgA受体及MHC-Ⅱ类分子抗原,迁移至绒毛顶端。FAE及M细胞不表达多聚IgA受体,FAE处IgA粘附较少,而且M细胞还表达凝聚素样分子及一些病原体的受体[3],可能与抗原优先进入淋巴滤泡有关。

2.肠上皮细胞的更新与修复均离不开与其密切相关的上皮间淋巴细胞IEL,尤其是

--CDIEL,应用基因缺陷鼠D/D研究证明,腺凹细胞减少,上皮细胞的更新换代延迟,MHC-Ⅱ类分子及E-Cadherin(钙依赖性定居素E)表达下降,过继CDIEL可以逆转这种现象,而TCRAB缺陷鼠则不受影响,原因在于在腺凹向绒毛迁移中,CDIEL通过其产物挽救了即将死亡的上皮细胞,CDIEL还促进了迁移相关的分化,如MHC-Ⅱ抗原的表达。活化状态下的CDIEL还可分泌角质细胞生长因子(KGF),有助于受损上皮细胞的修复[5],至于其在正常状态下是否促进肠上皮细胞的生长尚存疑问。

3.前列腺素的作用:Cohn等人研究表明前列腺素是上皮整体性及功能维持的重要调节因子,但是前列腺素在上皮更新及损伤修复中影响腺凹干细胞的机制尚不清楚,应用放射损

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伤模型研究发现存活腺凹(crypts)与照射剂量正相关,而前列腺素的拮抗剂消炎痛(环化酶的抑制剂)可以使照射鼠存活的crypts进一步减少,而二甲基前列腺素E2则可以对抗消炎痛所致的crypts的减少,免疫组化证明正常鼠腺凹的上皮细胞中存在环化酶-1,照射后环化酶-1、前列腺素及环化酶-1的mRNA上升,因此通过环化酶作用产生的前列腺素E2对上皮干细胞的存活及增殖起了重要的调节作用。

4.层粘连蛋白(LAMININ)和整合素受体的作用:体外应用上皮细胞系研究证明,LAMININ和整合素受体在上皮损伤诱导的上皮细胞的迁移中是非常重要的因素,应用整合素单抗可以阻止损伤上皮的愈合[7]。上皮本身及粘膜固有层细胞分泌的多肽生长因子、细胞间质分子及粘液细胞分泌产物在上皮细胞修复中均起了一定的作用,TGF-A、B,表皮细胞生长因子EGF、IL-1、IFN、成纤维细胞生长因子FGF、KGF、肝细胞生长因子HGF、IL-2、IL-4、IL-15等细胞因子通过基底层作用于上皮细胞,基质分子除了在粘附、分化、空间构像(spa-tialoganization)起作用外尚与上皮细胞的定居和迁移有关,纤维原和胶原V尤其重要。

5.衰老上皮的清除:不同种类动物的上皮细胞凋亡有不同的机制,在豚鼠和猴子,绒毛顶部的固有层含有大量的巨噬细胞,活跃地参与了衰老上皮的吞噬,上皮间淋巴细胞含有胞浆颗粒杀死垂死的上皮细胞,衰老上皮被吞没,而在大、小鼠,肠上皮以脱落方式进入肠腔,巨噬细胞在绒毛顶也很多,但吞噬活性却较弱,而上皮下的巨噬细胞与上皮接触较多,很可能传导了凋亡信号将上皮推向肠腔。

三、肠上皮细胞的功能

肠上皮细胞除了负责全身营养的消化和吸收外,还有以下功能:

1.屏障功能及在SIgA分泌中的作用　肠上皮细胞间以紧密连接为主,刷状缘表面分布致密的糖萼和碱性磷酸酶,与分泌型SIgA、杯状上皮细胞分泌的粘液(含一种三叶草蛋白,通过聚集粘蛋白而保护上皮细胞)组成人体与外[8]

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界的一层屏障,阻止外来食物抗原致病原的侵入。肠上皮细胞还参与了SIgA的分泌,它

通过产生分泌片,有效转运SIgA从粘膜固有层进入肠腔,这种分泌片属于免疫球蛋白超家族,具有多聚免疫球蛋白受体的功能。

2.肠粘膜免疫细胞的发生、分化及定居中的作用:Johnclein首先描述了小肠是一个非胸腺依赖性T细胞生长的微环境,Maric等的体外研究发现肠上皮细胞可以诱导去除T细胞的骨髓前体细胞分化出T淋巴细胞的各个亚群,肠上皮细胞表达MHC-I类分子样的抗原CD1及肿瘤白血病抗原,研究发现它们参与了iIEL的阳性选择,上皮细胞尚表达E-Cad-herin,这种钙依赖性粘附分子与上皮间淋巴细胞及部分粘膜固有层淋巴细胞表面表达的AB7分子可以特异的结合,而且上皮细胞尚能分泌

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TGF-B,该分子又能促进IELA的表达,从而介导粘膜淋巴细胞的归巢。

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肠上皮细胞分泌IL-7及干细胞因子SCF,杯状细胞也分泌IL-7,而IEL表达IL-7R和c-kit,LPL也表达IL-7R,IL-7重组IL-7可以促进LPL的增殖反应,而IL-7R敲除小鼠,缺乏CDIEL,而ABTCRIEL只有轻微减少,说明肠上皮细胞分泌的细胞因子对粘膜淋巴细胞CDIEL生长、发育用

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及LPL的增殖中起了重要作

。另外WangJing等人应用RT-PCR和

ELISA方法证明肠上皮细胞表达TRH-R和分泌TSH,而IEL则表达TSH-R,二者形成一种局部激素网络,在粘膜淋巴细胞发育分化方面具有一定的意义。

由此可见上皮细胞与相邻淋巴细胞之间关系极其密切,两者在分化增殖过程中相互依赖、相互影响。

3.抗原提呈功能:肠上皮细胞表达MHC-I、MHC-Ⅱ类分子抗原及CD1抗原,具有非专业抗原提呈功能,体外具有抗原提呈功能,可以提呈内源性可溶性肽抗原,但肠上皮细胞不表达共刺激分子B7.1/2[12],而且MHC-Ⅱ类分子与普通专职抗原提呈细胞不同,其MHC分子Ii链缺如:自然状态下,新鲜分离的

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上皮细胞即可分泌一定量的IL-6,而在LPS刺激后分泌量可增加200倍,应用细胞系研究表明内毒素(LPS)对上皮细胞的作用是由PGE2介导的[13],作为抗原提呈细胞与巨噬细胞(分泌IL-1B、TGF-B、TNF-B)不同。有人证明一般情况下,缺乏共刺激信号下肠上皮细胞将抗原提呈给抑制性T细胞引起免疫耐受,另外有人证明上皮细胞尚表达gp180,该分子是一种新型糖基化免疫球蛋白超基因家族,对T细胞上CD8分子而言是一种重要的上皮表面配体,感染情况下,肠上皮细胞可表达共刺激分子I-CAM-1,可将抗原提呈给CD4T细胞,引起免疫反应。Mayer和Eisenlurdt证明正常人的上皮细胞选择性地活化CD8+T抑制性淋巴细

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胞,而在炎性肠病中则选择性活化CD4T辅助性淋巴细胞。另一个有趣的现象是肠上皮细胞还表达FcR,或许在肠腔抗原的取样中有一定的作用[14]。上皮细胞表面的CD1d分子可提呈较8-9氨基酸长的多的肽抗原给TCRAB

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下的体外的活化增殖,而PP结及脾脏细胞却

可引起致敏T细胞的体外增殖,应用口服上述抗原的PP结细胞及肠上皮细胞在无外来抗原的情况下,只有口服抗原后两小时的PP结细胞可诱导致敏T细胞增殖,任何时间点的上皮细胞都不能刺激致敏T细胞增殖。而且还可抑制脾脏细胞对致敏T细胞的增殖反应。IEC培养上清也可有这种抑制作用,进一步实验证明了这种抑制在非口服半抗原组是由IL-10介导的,口服半抗原组是由TGF-B介导的。口服半抗原的上皮细胞与致敏T细胞共培养过夜,可消除其接受脾脏提呈抗原所致的增殖反应[17]。

5.炎症中的作用　目前认为肠上皮细胞是粘膜表面调节自然和获得性免疫系统的重要角色,面对细菌的侵入,结肠上皮细胞上调一系列前炎性细胞因子IL-6、IL-8、IL-1B及化学趋化因子及前列腺素的表达和产生[3]。肠上皮细胞提供的早期信号,对细菌侵袭宿主的炎性反应初期调节非常重要,从这种角度看,上皮细胞可被认为是粘膜表面对细菌入侵的最早的传感器,是粘膜的看护者(watchdog),另外肠上皮细胞表达几种细胞因子的受体,如它不仅表达TGF-B受体而且还分泌TGF-B因子,而对TGF-B的反应在其受损后重建中起了重要作用,TGF-B尚可抑制IFN-C诱导的HLA-A、B、C、DR,从而下调炎性反应。实验证明上皮细胞对大肠杆菌耐热毒素B亚单位的吸收是引起脾脏中IgG的原因。另外还可分泌保护性杀微生物物质ITF(转铁蛋白因子)、补体成分、

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Cryptdins(隐窝素)进入肠腔,抵抗外来抗原的入侵。

6.在器官移植中的作用:肠移植是较难成功的器官移植之一,阻止肠移植物排异比其它实质器官更难,上皮细胞表达MHC-Ⅱ类抗原,在移植物排斥中似乎起了一定作用,实验证明上皮细胞可以诱导已致敏的淋巴细胞的单向性混合淋巴细胞反应,不能诱导非致敏T细胞单向性混合淋巴细胞反应,但在三种情况下可诱导反应发生:与反应同源的巨噬细胞;LPS刺激的巨噬细胞培养上清;重组IL-1和IL-6,因

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CD8T细胞,具有两类MHC分子提呈的特征,但却与两种经典分子有所不同[15]。

4.免疫耐受和免疫抑制中的作用　调节巨噬细胞对微生物刺激的活化反应,下调巨噬细胞TNF-B的分泌,这种抑制作用是由前列腺素介导的,可为消炎痛拮抗,而抗TGF抗体不能逆转

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,因此肠上皮细胞有可能参与了

GALT局部免疫细胞的活化的下调作用。介导免疫耐受,如前所提到的,一般情况下,上皮细胞可将可溶性抗原提呈给抑制性T细胞,而介导免疫耐受,肠道持续暴露于大量外来抗原的刺激下,不仅包括大量的微生物抗原,还包括大量可溶性食物抗原,实验证明口服异源红细胞、外源蛋白抗原、灭活的细菌或病毒抗原,机体均能保持系统的无反应性,传统观念认为免疫耐受依赖于PP结(派伊尔小结),但是手术摘除PP结的大鼠,对免疫耐受的诱导也是非常敏感的,说明PP结以外的绒毛上皮也是免疫耐受T细胞接触的部位所在。VeroniqeGalliaerde等人研究证明上皮细胞可以抑制半抗原2,4-二硝基氯苯诱导的致敏T细胞在致敏原存在

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此,上皮细胞可能参与移植物排异反应。应用海绵基质模型研究表明海绵引流细胞61%是T淋巴细胞而且表达CTL标志,这种作用依赖于宿主的巨噬细胞,当应用一种金属元素钆灭活巨噬细胞后,细胞毒的诱导作用消除,因此IEC可在体内诱导CTL的迁移和成熟,可以通过与宿主巨噬细胞的相互作用而增加移植排斥严重程度,上皮细胞的存在是肠移植难以成功的原因之一,阻止肠上皮、巨噬细胞、T细胞之间的作用有助于移植的成功。

总之,肠道是机体与外界环境接触最为密切的部位,是部分肠免疫细胞发育分化的微环境,肠上皮细胞不仅主宰人体的消化及吸收,而且在机体免疫防御、免疫耐受中起了重要作用。

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084　辅助性T细胞亚群的分化调节

哈尔滨医科大学附属第二医院血液内科　王静波综述哈尔滨医科大学免疫学教研室　杨秋霞哈尔滨医科大学附属第二医院血液科　孟德润

审阅

摘要　TH1细胞促进细胞免疫,TH2细胞促进体液免疫,维持TH1细胞与TH2细胞之间的平衡有重要的生理意义。正常情况下,机体主要通过IL-4、IFN-C及IL-12调节TH1细胞和TH2细胞之间的平衡。CD28分子、B7分子、T细胞受体(TCR)、IL-10以及抗原递呈细胞(APC)等因素也参与调节。

关键词　TH1细胞　TH2细胞　IL-4　IFN-C　IL-12　　1986年Mosmann等根据鼠的辅助性T细胞(TH)分泌的细胞因子及生物学功能不同,首次提出TH细胞分TH1细胞和TH2细胞。TH1细胞通过分泌IFN-C、IL-2和TNF-B促进细胞免疫。TH2细胞通过分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-10及IL-13促进体液免疫。1991年Mag-gi等证实,人的TH细胞同鼠类似,也可划分为TH1细胞和TH2细胞,产生与鼠相似的细胞因[1]

子及生物学功能,唯一不同的是人的TH1细胞和TH2细胞都可产生IL-2[2]。激活后的TH1和TH2细胞表面分别表达不同的表面标志。激活后的TH1细胞高表达淋巴细胞激活基因-3(LAG-3)及其编码蛋白。LAG-3是免疫球蛋白超家族成员,可被IL-12上调,LAG-3与相应的配体(与CD4分子共享MHCⅡ类分子同一配体)结合,可使TH1细胞增加IFN-C的分泌

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