肉芽肿形成与分枝杆菌感染

第十七章　肉芽肿形成与分枝杆菌感染

肉芽肿是一种局部的炎症反应，其中含有T细胞、巨噬细胞等，并且是迟发型超敏反应的一种表现形式。有各种不同的方式可诱导肉芽肿的形成，其共有的特点是有持续性不易为吞噬细胞所清除的抗原刺激存在。在因感染所致的肉芽肿中，其病变实际上代表了感染因子与免疫系统之间的局部相互作用。巨噬细胞常发生融合，并且在刺激物的周围形成特殊的扁平形上皮样细胞和多核巨大细胞。这些复合物能动员T细胞，以后再继之以髓样炎症效应细胞。此种细胞聚集物与健康组织之间则由细胞外基质隔开。肉芽肿形成以及以后的纤维化结瘢可引起进行性的脏器损伤，而且是与肉芽肿性疾病病理学有关的重要部分。

肉芽肿形成虽有损伤性病理作用，但各种感染性肉芽肿的形成对宿主也是有保护作用的。因为肉芽肿中的炎症反应是隔离性质的，故其邻近的组织仍属正常。此外感染因子的扩展与扩散都可受到肉芽肿的抑制。肉芽肿形成的障碍常伴有疾病的扩展。传染病过程往往由慢性转变为急性，并可导致宿主的死亡。这种情况已在分枝杆菌感染和获得性免疫缺陷综合征（AIDS）病人中证实。

近年来得知，分枝杆菌在肉芽肿中以一种潜伏性的类似芽孢的状态存在。新的事实证明此特异性微环境可主动诱导肉芽肿特异性基因表达。在此特殊的生态系统中，宿主和细菌两类基因的表达相互平衡相对地有利于宿主。

一、肉芽肿中的T细胞

T细胞在肉芽肿的形成中是必需的。T细胞缺陷的小鼠，如RAG小鼠中分枝杆菌感染的巨噬细胞附近只能形成不能控制细菌生长和扩散的疏松的炎症病变。CD4＋T细胞的过继性传递能重建经分枝杆菌感染的缺陷性RAG小鼠中肉芽肿形成。CD4＋T细胞的作用也表现为在MHC－Ⅱ类分子缺陷小鼠和晚期AIDS病人中所发现的缺陷性的肉芽肿形成。虽其在启动期的确切机制尚不清楚，但已有事实表明TNFα和趋化因子起关键性作用，而且所涉及的趋化因子对不同的肉芽肿诱发因子而言也有所不同。

对单个肉芽肿中T细胞群体的研究表明，T细胞移动的主要途径并不是仅有少数T细胞定居于病变组织之中及在其中增殖，而是来源于全身性活化T细胞群体。在有分枝杆菌感染的小鼠中可以发现，单个肉芽肿中的T细胞受体（TCR）群体极不相同，而且同一动物中的相同器官内的大小相似的肉芽肿也有不同的T细胞群体。抗CD3抗体或特异性抗原PPD刺激体外T细胞应答的比较结果表明，30%～60%寄居于肉芽肿中的T细胞都是对肉芽肿诱发因子有特异性的。此种发现应当不足为奇，因为在慢性的结核感染中早已证实具有较强与多样性的全身性T细胞应答。对肉芽肿诱发因子无特异性的全身性活化T细胞亦可进入肉芽肿。肉芽肿中还有一种次要的T细胞转移的途径，即幼稚T细胞的保留。在转基因小鼠中，有一小部分的肉芽肿中的T细胞表达幼稚型的表型。由于肉芽肿中含有树突状细胞，所以T细胞很有可能在局部活化。在不同的单个肉芽肿中进行的有关共同TCR－β链基因重排（即V，D和J区的连接）的测序结果也表明有一小型的肉芽肿T细胞亚群能在局部增殖。

单个肉芽肿中的多种不同细胞群体的存在，是各种不同全身性免疫应答的反映，但这并不是肉芽肿形成的绝对需要。表达分枝杆菌膜蛋白上肽表位的重组BCG，在经过继传递了RAG－/－TCR转基因小鼠的T细胞后，可在RAG缺陷性小鼠体内诱发保护性肉芽肿的形成。这种转基因小鼠的T细胞对重组的表位表现特异性。可见具有单一特异性的T细胞可诱发保护性肉芽肿。

活化的T细胞优先聚集于肉芽肿中，而共同刺激分子在T细胞的活化上至关重要。但是在CD28缺陷的小鼠中的肉芽肿形成并不受到影响，不过在CD4＋T细胞移入肉芽肿和这些细胞产生IFN－γ的过程上，却需要有CD40配体。

CD8＋T细胞也存在于肉芽肿之中，并且是调节性细胞因子的重要来源。它们在人类分枝杆菌肉芽肿中能使已被细菌感染的巨噬细胞裂解，亦可产生粒细胞溶解素，直接溶解巨噬细胞，分枝杆菌诱发的小鼠肉芽肿中的CD4/CD8比值为1∶1，但由血吸虫虫卵所致的肉芽肿中，这一比值却接近3∶1～5∶1。这一差异反映了这些肉芽肿中细胞因子内环境的不同和这两种感染中CD4＋和CD8＋T细胞的不同全身性活化。

γ－δT细胞是首先在肉芽肿中发现的。其在肉芽肿病变中的功能尚不清楚，它们可以通过产生细胞因子在局部病变的调节环路中起作用，并且还具有细胞毒活性。虽然在无γ－δT细胞存在时，肉芽肿也可以形成，但是在结核样肉芽肿的情况下，此种T细胞能影响保护力。而且在肉芽肿的形成和清除时，它们也可能起作用。

近年来在分枝杆菌病变中检出有CD1限制性自然杀伤T（N K T）细胞和H2M3限制性CD8＋T细胞。分枝杆菌外包被有一复杂的类脂层；CD1分子可将类脂提呈至N K T细胞，而M3分子则可提呈N－甲酰化细菌肽。

T细胞能提供启动和维持肉芽肿所必需的T NFα，也能提供巨噬细胞移动所必需的骨桥蛋白（osteopontin）。此外，T细胞也和决定这一局部炎症病变各个方面的复杂调节环路有关。

二、Th1和Th2细胞因子在肉芽肿形成中的作用

对病原体的抑制是结核样肉芽肿的一项重要功能，Th1和Th2细胞因子可以控制肉芽肿的形成。这两类反应虽均取决于抗原特异性CD4＋T细胞，但是反应类型的作用是相反的，从而导致形成由不同功能活性的不同类型细胞所组成的肉芽肿。在表型上分枝杆菌诱发的病变以活化的巨噬细胞占优势，而在血吸虫肉芽肿中则有大量的嗜酸性粒细胞。

Th2细胞因子在分枝杆菌感染中的作用尚不清楚。有的研究中曾提出，IL－4和IL－10的过量产生可能在结核病的慢性性质和疾病发展上起作用，在这些细胞因子有缺陷的小鼠中，细菌的生长常发生不一致的或极其微妙的变化。与此不同的是，IL－12，IFN－γ，T NFα或可诱导NO合酶（iNOS）有缺陷的小鼠，则不表现有强的免疫力，并与疾病的发展密切相关，表现为细菌生长加剧、明显的组织坏死及过早死亡。TNFα和IFN－γ缺陷小鼠形成极为杂乱无章的肉芽肿，而且肉芽肿的形成延迟。IL－12和iNOS缺陷小鼠也表现相似的缺陷性反应，巨噬细胞活化和NO产生是抑制分枝杆菌的主要途径。

分枝杆菌肉芽肿富含单个核细胞，组成有组织性的结构，其中心部分有巨噬细胞，并可分化成周围包绕有淋巴细胞的上皮样细胞。肉芽肿可通过包围和限制细菌的生长而表现其保护性功能，并可取代和破坏附近的组织，使其中心部分坏死，导致空洞形成。可见分枝杆菌的肉芽肿表现出“双刃剑”的作用，其主要机制涉及细菌生长的下降（即通过IFN－γ，IL－12，TNFα和NO的作用）以及决定组织破坏性肉芽肿的生成。

三、巨噬细胞在肉芽肿形成中的作用

细胞因子和趋化因子能改变巨噬细胞的反应。在血吸虫感染中的研究表明，虫卵特异性反应由Th2至Th1占优势的转变可使肉芽肿病变减低，NOS2表达在保护性反应以及Th1型相关细胞因子和介质的产生上都很重要。以虫卵和IL－12致敏的NOS2缺陷小鼠不能控制虫卵诱发的炎症反应，而且在已产生正常的Th1偏离反应的情况下病变加剧。虽然Th1型细胞因子在抗纤维化效应上是必需的，但是NO产生细胞的下调功能活性更为重要。

巨噬细胞既是可诱导性NO的原发性产生者，又是所有肉芽肿中的主要细胞。它有两种诱导细胞因子的酶，即NOS2和精氨酸酶。这两种酶以精氨酸作为共有的底物。Modelell等证实，不同的细胞因子的联合作用能诱导NOS2和精氨酸酶（Arg－1）的肝同工型。Th1相关细胞因子活化“典型活化”巨噬细胞中的NOS2产生，而Th2型细胞因子则诱导“替代活化”巨噬细胞中的Arg－1活性。Arg－1是尿素循环中的一种主要的酶，在肝细胞中有高水平的表达，并可水解L－精氨酸成尿素和鸟氨酸。因此，其在肝脏中的主要功能为对氨的解毒作用。由于L－鸟氨酸是控制细胞增殖和胶原蛋白生成的多胺和脯氨酸产生的必需代谢中间产物，故精氨酸酶的活性可能与细胞生长和结缔组织的生成有关。

在血吸虫肺部肉芽肿模型中证实了Th2型细胞因子诱导性表达和Arg－1的体内活化的绝对需要。IL－4和IL－13在精氨酸的活化上是必需的，而且这种情况与体外研究资料相一致。

不过在鸟分枝杆菌感染的小鼠中，Arg－1表达的诱导较少，而是发生Th1极向反应。这些事实提供了Th1和Th2细胞因子对NOS2和Arg－1体内分极调节的第一手资料。虽目前尚不知除了巨噬细胞以外还有哪些细胞表达Arg－1，但只有血吸虫的肉芽肿表现高水平的精氨酸酶活性。NOS2则是在分枝杆菌感染的小鼠和用虫卵及IL－12致敏的动物中诱导，在后一情况中，纤维化肉芽肿较之在曼氏血吸虫感染的未经致敏的对照中所见者为小。其肉芽肿中也是富含巨噬细胞，无嗜酸性粒细胞，表现有类似结核的病变。这些证明精氨酸活性直接与Th2型肉芽肿病理学相联系。

可用抑制L－鸟氨酸依赖性多胺合成的方法来检测精氨酸生物合成途径的直接联系。显然当曼氏血吸虫感染小鼠中的鸟氨酸脱羧酶（ODC）受到抑制时，纤维化过程就有所增加。ODC活性的阻抑可消除ODC和鸟氨酸转氨酶之间的竞争。L－鸟氨酸对于ODC含量的增加可使胶原蛋白基本构件脯氨酸的合成增加，也可用以解释纤维化发生的原因。在血吸虫病病理的早期研究中就已证实纤维化过程是直接受到脯氨酸含量的控制。这些发现是很有意义的，因为它们证明了免疫应答（Th1与Th2）和精氨酸代谢途径之间的直接联系。

四、肉芽肿可用作免疫学研究中的有效模型

肉芽肿是免疫学研究中的一种独特的和富有成效的模型，其优点为其明显的形态学和其易于由周围未发生炎症反应的组织分离。应用这一模型进行研究曾发现了一些新的免疫学现象，其中包括Th1/Th2作用模式、产生IL－4的CD8＋T细胞和最先检出的γ－δT淋巴细胞。有关这方面的研究正在积极地进行，包括趋化因子和类似钟声受体在肉芽肿形成中的启动作用以及感染因子在肉芽肿条件下的适应等。应用这一模型所进行研究的进展，必将有助于阐明局部免疫调节作用和微生物适应宿主环境的机制，并可改进肉芽肿性疾病的治疗。

（余传霖）

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