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重视脓毒症免疫功能的负向调控作用

2012-07-09 16:31 阅读:1932 来源:中华医学网 责任编辑:申琼鹤
[导读] 传统观念认为脓毒症(sepsis)是一种失控的、持久性全身炎症反应。目前,人们渐渐认识到,在脓毒症的发病过程中机体并非处于一成不变的免疫激活状态,负向调控(negative regulation)机制在脓毒症的发生与发展中也发挥着重要作用。

    传统观念认为脓毒症(sepsis)是一种失控的、持久性全身炎症反应。目前,人们渐渐认识到,在脓毒症的发病过程中机体并非处于一成不变的免疫激活状态,负向调控(negative regulation)机制在脓毒症的发生与发展中也发挥着重要作用。机体在免疫应答正常或没有外界急性损害的情况下,正向与负向调控处于平衡状态并维持各项生命活动的正常运行。但严重创伤、休克及脓毒症时机体不仅出现过度的炎症反应,而且存在着严重细胞免疫功能低下,表现为淋巴细胞大量凋亡和免疫无反应性,这与免疫负向调控效应密切相关[1, 2]。机体免疫功能障碍的原因是多方面的,不论是抑制性免疫细胞、细胞因子还是信号转导通路的变化均系负向调控发挥作用的重要途径,深入了解负向调控在脓毒症中的作用及意义,在关键环节进行精确干预将有助于恢复机体正常的免疫应答状态、防止严重感染并发症的发生与发展。

    1 中枢神经系统调控外周免疫反应的负向神经信号途径

    中枢神经系统调控外周免疫反应的神经信号通路主要包括下丘脑-垂体-肾上腺轴、交感神经系统和副交感神经系统等。当机体受到感染等外来打击时,可迅速产生应激,调动机体内部各系统发生变化,以维护内环境的稳态,确保生长、再生与修复等基本生理功能正常。其中下丘脑-垂体-肾上腺轴及交感神经系统是机体应激反应中重要的“指挥者”与“执行者”;与此同时,副交感神经系统的植物神经功能受到抑制。我们初步的研究发现,神经内分泌激素对创(烧)伤后免疫功能及感染的反应性具有重要调节作用。严重创伤、烧伤和感染病理过程中,自主神经系统以及下丘脑-垂体-肾上腺轴的激活使应激激素浓度增加,造成免疫麻痹、高代谢和心血管功能异常等;如不及时纠正,会出现恶病质和进行性器官功能障碍,甚至死亡。由此可见,神经-内分泌-免疫系统功能失调是脓毒症常见的病理生理反应,弄清其确切发病机制无疑具有重要临床意义。新近的临床观察表明,针对神经-内分泌-免疫功能失调致病环节进行有效干预,可能是防止严重脓毒症及多器官功能障碍综合征(MODS)的根本途径之一[3]。

    既往许多研究主要关注下丘脑-垂体-肾上腺轴和交感神经系统对外周炎症免疫的调控,但有资料提示β肾上腺素能阻断剂并不能完全调节外周自主神经系统平衡,故对神经系统负向调控的研究日益受到重视,尤其是副交感神经通路(主要通过迷走神经)。迷走神经是自主神经系统的周围部分之一,其节前神经元位于脑干及脊髓灰质内,节后神经元分散在效应器附近,节前后纤维均为胆碱能神经纤维(包括传入和传出纤维),迷走神经的主要递质是乙酰胆碱。据报道,神经系统通过迷走神经能够显著、快速地抑制巨噬细胞肿瘤坏死因子(TNF)-α和高迁移率族蛋白B1(high mobility group box-1 protein, HMGB1)的释放,减轻全身性炎症反应。这一生理机制称作“胆碱能抗炎通路”,通过抑制促炎细胞因子的合成反馈地监控和调节炎症过程,该效应主要依赖于细胞上烟碱型乙酰胆碱受体α7亚单位(α7 nicotinic acetylcholine receptor, α7 nAChR) [4]。研究证实,α7 nAChR广泛表达于炎性细胞和免疫细胞,包括T淋巴细胞、树突状细胞(DC)等;我们新近发现,CD4+CD25+调节性T细胞(Treg)表面也存在此受体,适当浓度烟碱刺激Treg可上调其主要表面分子T淋巴细胞毒性相关抗原(CTLA)-4和叉头翼状螺旋转录因子(Foxp3)表达,最终增强Treg介导的T淋巴细胞免疫抑制活性;而α7 nAChR特异性拮抗剂能逆转烟碱的上述效应,表明α7 nAChR是介导Treg抑制效应的受体之一[5]。此外,胆碱能抗炎通路可通过阻止T淋巴细胞的分化和成熟、抑制中性粒细胞及单核细胞的杀伤功能发挥免疫调节效应。与已经确认的体液调节途径相比,胆碱能炎症反射调节途径具有快速、局部化和综合性的特点。迷走神经传出信号为神经调节免疫反应提供了直接通路,同时展示了新的概念:神经-免疫轴通过神经调节免疫应答,进而控制炎症反应,自主神经系统在大脑与免疫系统之间的双向通讯中发挥了中枢监控免疫状态、控制炎症反应的作用[6]。

    2 脓毒症病理过程中外周细胞免疫反应的负向调控作用

    在机体的负向调控途径中,不同免疫细胞亚群发挥着重要调节作用,其中Treg日益受到高度关注。Treg作为一类具有免疫调节功能的成熟T细胞亚群,不仅在免疫自稳、移植耐受、肿瘤免疫、过敏反应等方面具有重要意义,而且在感染免疫方面也可通过对细胞免疫抑制发挥核心调节作用[7, 8]。Treg的种类较多,一般依据其发育、特异性及作用机制多分为天然Treg和获得性Treg。天然Treg主要由胸腺发育成熟后进入外周淋巴组织,目前了解较多的是CD4+CD25+ Treg;获得性Treg是成熟T细胞(CD4+CD25- T细胞)在外周淋巴组织中接触特异性抗原或在免疫抑制因子如白介素(IL)-10、转化生长因子(TGF)-β的作用下活化而诱导产生。业已明确,Treg的免疫调节表现为免疫抑制性与免疫无能性,其对效应性T细胞的抑制反应主要通过细胞接触机制和细胞因子分泌方式起作用。Treg抑制机制的发挥涉及多个膜表面分子、细胞因子和其他可溶性因子的作用,其中TGF-β与IL-10作为主要抑制性细胞因子可介导其抑制功能的发挥,Foxp3则特异地表达于CD4+CD25+ Treg,其基因改变所致转录因子的功能异常直接影响Treg表型及活性的发挥。此外,IL-35是一种最近新发现的抑制性细胞因子,它可由CD4+CD25+ Treg特异性产生,是Treg发挥抑制作用所必须的细胞因子[9]。

    我们的资料证实,严重烫伤可使大鼠脾脏CD4+CD25+ Treg表面分子CTLA-4和Foxp3表达明显增强,并促进其免疫抑制功能成熟。与此同时,烫伤后脾组织CD4+CD25+ Treg分泌IL-10水平与假烫伤组比较也显著升高[10]。临床试验结果显示,烧伤后并发脓毒症患者Treg表面CTLA-4及Foxp3表达显著高于无脓毒症患者,脓毒症死亡组其表达亦显著高于存活组。由此可见,严重烧伤可促进外周血CD4+CD25+ Treg免疫抑制功能成熟,并刺激其分泌大量抑制性细胞因子发挥负向调节作用,从而导致机体细胞免疫功能低下甚至免疫紊乱的发生[10, 11]。那么是什么因素促进了严重损伤后CD4+CD25+ Treg免疫抑制功能成熟呢?我们初步实验提示,HMGB1可作为一种免疫调节因子,在外周参与调控Treg和T淋巴细胞免疫功能状态。实验结果表明:烫伤后HMGB1的持续升高可刺激Treg向成熟发展,从而介导T淋巴细胞增殖反应低下,并向辅助性T细胞(Th) 2漂移,免疫功能受抑;HMGB1介导的Treg功能成熟还可通过下调T淋巴细胞核因子(NF)-κB活性而减少IL-2基因表达和蛋白合成,进而影响T淋巴细胞的增殖反应活性[10]。在此基础上,我们观察了HMGB1攻击后不同基因型小鼠CD4+CD25+ Treg免疫功能的改变及其受体作用机制。给C3H/HeN和C3H/HeJ [分别为Toll样受体4野生型(TLR4+/+)和天然突变型(TLR4-/-)] 小鼠腹腔注射不同剂量HMGB1,发现C3H/HeN小鼠CD4+CD25+ Treg表达CTLA-4水平显著下降,同时生成IL-10量也明显降低;但不同剂量HMGB1攻击可引起C3H/HeJ小鼠CD4+CD25+ Treg表达CTLA-4明显上调和生成IL-10量增加。提示TLR4在HMGB1诱导CD4+CD25+ Treg免疫活性过程中发挥了重要负向调控作用[12]。

    3 脓毒症时参与免疫负向调节的新蛋白分子

    在急性损伤或脓毒症过程中,一些免疫负调控分子发挥着重要作用。TNF-α诱导蛋白-8样分子2 (tumor necrosis factor-α induced protein 8 like-2, TIPE2) 是一个新发现的蛋白分子,主要选择性表达于淋巴源性和髓源性细胞。TIPE2是维持宿主免疫稳态所必需的,主要通过对T细胞受体和Toll样受体(TLRs)信号途径实行负向调控,进而调节机体天然/获得性免疫应答过程[13, 14]。有资料证实,小鼠TIPE2基因主要表达于胸腺、脾脏、淋巴结以及小肠粘膜等免疫器官或组织中,而在肝脏、心脏、肌肉、睾丸以及正常鼠的神经系统均无表达,但在实验性自身免疫脑脊髓炎动物模型呈高表达。而TIPE2基因敲除小鼠体内细胞免疫应答反应严重受损,TIPE2基因缺失的T细胞培养上清Th1型细胞因子干扰素(IFN)-γ、Th2型细胞因子IL-4均呈不同程度的增加。进一步观察证实,TIPE2与前凋亡caspase-8存在联系,可能通过前凋亡酶调节NF-κB通路。TIPE2能下调激活蛋白-1和 NF-κB的活化,TIPE2基因缺陷细胞呈现对TLR和T细胞受体信号活化的高反应性。此外,与正常野生型相比,TIPE2基因敲除动物出现明显脓毒性休克反应,TIPE2基因表达下调引起持续性淋巴细胞活化,可导致Fas表达增强并促进淋巴细胞凋亡[13]。

    我们采用共聚焦荧光法对CD4+CD25+ Treg细胞内TIPE2的分布进行初步定位,并从基因和蛋白水平检测到Treg 细胞内TIPE2表达。结果显示,CD4+CD25+ Treg细胞胞浆中高表达TIPE2,蛋白印迹证实Treg细胞中存在清晰的TIPE2条带,同时检测到147 bp大小的特异性TIPE2目的基因条带。证明TIPE2在小鼠CD4+CD25+ Treg细胞内存在表达。通过采用小RNA干扰技术(siRNA)沉默TIPE2表达,我们进一步分析TIPE2对CD4+CD25+ Treg免疫抑制活性的影响,观察到刺激活化的CD4+CD25+ Treg细胞CTLA-4和Foxp3表达明显下降,同时IL-10和TGF-β生成量显著减少;此外,CD4+CD25+ Treg对效应T细胞的抑制功能明显减弱。说明TIPE2作为一种重要的负向调控分子,在CD4+CD25+ Treg细胞中表达并影响CD4+CD25+ Treg的免疫抑制功能[15]。

    4 研究展望

    综上所述,负向调节途径在脓毒症复杂的炎症免疫调控网络中具有重要作用及意义。目前,脓毒症确切发病机制、早期诊断与防止策略仍然是现代创(烧)伤外科和危重病医学亟待解决的重大难题。对创(烧)伤后机体免疫功能平衡状况与动态变化的了解尚缺乏客观准确的指标和评估体系,中枢和外周器官中免疫负向调节细胞、受体、分子及其信号通路改变能否为脓毒症的早期识别、病程监测、预后评估提供有价值信息尚有待进一步探讨。负向调控途径在脓毒症免疫功能紊乱中的确切临床意义如何?对疾病的转归发挥怎样的调节效应?通过何种途径实现对机体免疫反应的平衡调节等诸多关键问题均有待深入研究。


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