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编号:10273119
肥大细胞对肺防御功能的调节作用
http://www.100md.com 《第一军医大学学报》 2000年第3期
     作者:刘爱华 姜勇

    单位:刘爱华(第一军医大学南方医院呼吸科,广东 广州 510515);姜勇(第一军医大学病理生理教研室,广东 广州 510515)

    关键词:肥大细胞;防御反应

    第一军医大学学报000348 摘要:肥大细胞是一种高度异质性的细胞群。肺肥大细胞主要分布在上皮、血管周围、支气管或粘液腺内,在细菌侵袭时,通过细胞表面特殊受体识别外来细菌,并将其摄入和杀灭;产生细胞应答反应合成并释放多种生物活性物质,募集中性粒细胞产生炎症反应。此外肥大细胞可能还参与了细菌抗原的处理和递呈,介导特异性体液和细胞免疫反应。肥大细胞对肺防御功能具有重要的调节作用。

    中图分类号:R392.32 文献标识码:A 文章编号:1000-2588(2000)03-S0012-04
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    尽管对肺部防御系统的功能已有较多的认识,但对其分子机制仍有许多问题尚未阐明。近年来,肥大细胞(mast cell,MC)在肺部防御系统中的作用引起了人们的重视[1~3]。肥大细胞在肺内具有特殊的分布,在外来细菌等病原体作用下合成并释放多种炎性介质,参与肺内多种防御系统的组成。本文重点讨论肥大细胞抵抗外来微生物的侵袭,在肺部发挥防御功能的细胞反应过程及其机制。

    1 肥大细胞的分类及其在肺组织的分布

    肥大细胞来源于骨髓干细胞,在尚完全未分化且具有分裂能力的阶段即离开造血组织,经血液到周围组织。肥大细胞主要分布在皮肤、呼吸系统和消化系统等部位的粘膜下以及肠系膜、血管、淋巴管的结缔组织中。肺是肥大细胞的主要栖居地,估计每克肺组织有(1~7)×106个肥大细胞[3]。肺内肥大细胞选择性位于肺外周(如支气管腔和上皮组织内)、肺血管周围、支气管周围和内壁、平滑肌和粘液腺内[1,3]。这种分布形式提示,肥大细胞可能在免疫监督方面起着重要的作用。
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    肥大细胞是一群极端异质性的细胞群。在不同的动物和同一动物不同部位的肥大细胞,在形态学和对兴奋剂反应方面存在极大差别[1,4]。根据肥大细胞不同的表型、生化和个体发育特性,Gallis认为在啮齿类动物存在两类不同的肥大细胞:结缔组织型肥大细胞(Connective tissue mast cells)和粘膜组织型肥大细胞(Mucosal mast cells)。前者主要存在于在皮肤、腹膜腔和肺微静脉周围;后者存在于呼吸道上皮、泌尿生殖器和肠粘膜处[1]。在肺内存在这两种类型的肥大细胞。

    Schwartz等人用免疫细胞化学的方法证明,依据其细胞内包含中性蛋白酶(Neutral protease)的成份,可将人体组织中的肥大细胞分为两类:一类肥大细胞只包含类胰蛋白酶(tryptase),称为MCT;另一类肥大细胞既含有类胰蛋白酶(tryptase)又含有胃促胰酶(chymase),称为MCTC[5]。早期研究曾认为两类肥大细胞对应于粘膜组织型和结缔组织型肥大细胞,但现已认识到这两类肥大细胞存在于各种组织。这些肥大细胞在组织中的数量在某些病理过程中会发生明显的变化。譬如,过敏和寄生虫性疾病引起MCT增加,而MCTC无明显变化;纤维增生性疾病MCTC增加,而对MCT无明显影响。MCT与免疫系统功能有着密切的关系,在宿主防御反应中起着重要的作用;MCTC可能与免疫系统无密切关系,主要参与血管生成和组织重塑(tissue remodeling)[5]。然而,这两类肥大细胞都表达Fce RI,因此,可能都参与了IgE依赖性的过敏反应[5]
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    2 肥大细胞对细菌的识别

    研究表明,肥大细胞在免疫监督中发挥着重要作用,通过正确识别外来病原微生物作出适当的防御性反应。肥大细胞既可被革兰氏阳性(G+ )细菌,也可被革兰氏阴性(G- )菌激活。组胺释放是肥大细胞激活的一个重要标志[6,7]。尽管多种外来细菌微生物能够激活肥大细胞,但是并非所有的细菌感染都引起组胺(Histamine)的释放,如幽门螺旋菌、百日咳杆菌刺激大鼠腹腔肥大细胞,反而下调其它作用物引起的组胺释放[6,7]

    识别外来细菌的特殊信号是肥大细胞发生防御反应,激活并释放一系列炎性介质的前提条件,然而人们对肥大细胞识别外来细菌的分子机制却了解不多。肥大细胞膜上有多种受体分子,其中有一些受体,如IgE受体,参与了介导对病原微生物和微生物成份的识别过程[1,3]

    近来发现肥大细胞膜上存在一种未被认识的甘露糖化的受体有助于肥大细胞与肺炎克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)以及其它一些表达能结合甘露醇的凝集素(FimH)的纤毛的G- 细菌结合[8,9]。使这些细菌的fimH基因失活,导致肥大细胞基本上失去了对细菌的识别能力,因而不能被激活,表明FimH确实是肥大细胞识别细菌的决定因子[8,9]。此外,肥大细胞还有许多的血清调理素(opsonin)受体,如Fce R、Fcg R和CR3,这些受体促进了细菌表面的IgE、IgG或补体分子对肥大细胞的激活作用。如Sher报道伤寒杆菌表面的补体成分iC3b就是这种方式与肥大细胞发生相互作用的[10]。另外,肥大细胞并非总是需要与细菌紧密接触才被激活,也可能被各种细菌可溶性或颗粒成分(如细菌多肽FMLP)所激活[11、12]。百日咳杆菌可产生百日咳毒素(Pertussis toxin),对肺部炎症的发生和发展有着重要的意义。百日咳毒素能够抑制肥大细胞释放多种生物活性介质[7]。这可能是百日咳杆菌去除肺部防御能力的一种内在机制。
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    3 细菌刺激肥大细胞释放炎性介质

    肥大细胞介质包括预先储存(分泌颗粒有关)和刺激后新合成的物质两类。肥大细胞可能通过这些介质触发(trigger)和调节肺内不同的防御系统以对抗外来病菌的入侵。肥大细胞在细菌刺激作用介质的释放生物活性物质的过程,称为胞吐(exocytosis)。至今对这一过程尚缺乏系统的研究,但出胞作用的性质和强度可能受到细菌膜上的激活分子,如调理素所决定。Malaviya[13]利用形态测定分析法测定肥大细胞肝素的含量,结果表明,表达FimH的细菌附着肥大细胞后介导的出胞过程是渐进性的,需要超过1天才能完成;1天之内电镜观察未发现明显的颗粒突出(extrusion)和胞浆间融合等典型的过敏性出胞作用。而且,胞吐量与附着的细菌数量成正比[13]

    肥大细胞与细菌或其成分相互作用导致炎性介质的合成和释放。肥大细胞的许多功能正是通过它在宿主体内产生的多种生物活性物质而发挥作用的。体外实验表明细菌可激活肥大细胞,引起组胺的释放。在实验动物模型体内用细菌攻击也可引起肥大细胞激活和组胺释放[8、13]。如流感嗜血杆菌以及普通变形杆菌均能刺激人类肺肥大细胞,释放组胺[14、15];霍乱弧菌、类杆菌属能刺激大鼠腹腔肥大细胞,释放组胺[16、17]。除此之外,肥大细胞释放的活性介质还包括肝素、5-羟色胺、多巴胺、类胰蛋白酶和胃促胰酶、肿瘤坏死因子(TNF)、白介素等,它们在体内发挥多种重要的生理效应。如组胺是一种血管活性物质,能明显增加局部血流量和血管通透性[4、18],促进炎性细胞和血清抗体到达细菌感染部位。TNF是一种重要的中性粒细胞化学趋化因子,吸引中性粒细胞到炎症部位,并且能刺激嗜酸粒细胞和中性粒细胞表达E-选择素。肥大细胞分泌的类胰蛋白酶和胃促胰酶可分解血管活性肠肽(VIP)和P物质,影响气道粘液性凝胶的主要成分粘液糖蛋白的分泌,从而在生物防御机制中发挥作用[4]
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    肥大细胞通过合成和释放多种生物活性物质而发挥对外来细菌的防御作用,在某些情况下有促进或参与肺部疾病的发生和发展。譬如,在支气管哮喘发作过程中,肥大细胞可能是气道炎症的主要始发效应细胞。肥大细胞激活后,可释放组胺、嗜酸粒细胞趋化因子A(ECF-A)、中性粒细胞趋化因子A(NCF-A)、 白三烯 (Leukotrine,LT)等介质,参与了支气管收缩等一系列病理生理变化 [2]

    4 肥大细胞吞噬和杀灭附着的细菌

    外来细菌病原体引起肥大细胞激活后,除了出现组胺等活性物质的释放反应外,对外来病原体的吞噬和杀灭作用也是非常重要的。相关研究已有较多报道,如大肠杆菌激活小鼠骨髓和腹腔肥大细胞,释放TNF和组胺,并出现细菌的吞噬作用[8、9];肺炎克雷伯氏杆菌激活小鼠骨髓肥大细胞,释放TNF作用和细菌的吞噬作用[8,9]。肥大细胞能够吞噬和杀死附着的细菌。Malaviya用表达FimH植物血凝素的大肠杆菌、阴沟肠杆菌和肺炎克雷伯杆菌株证实了肥大细胞吞噬附着细菌的能力[9]。电镜观察的结果表明,附着细菌的摄入与肥大细胞膜皱缩(Membrane ruffling)与囊泡内细菌的内化作用(internalization)有关,其吞噬过程约20 min。紧密粘着于肥大细胞的细菌的活力1 h即可减少50%[9]
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    经典的吞噬细胞,包括中性粒细胞和巨噬细胞,是通过氧化作用和非氧化作用的杀灭系统共同配合来发挥对细菌的杀灭作用。氧化性杀灭作用包括超氧离子、单线态氧、羟自由基和过氧化氢的产生具有杀菌活性。非氧化作用系统包括吞噬空泡和溶酶体颗粒。溶酶与空泡融合,可通过酶类对细菌发挥直接杀灭作用。研究表明,肥大细胞是通过与上述相类似的机制来杀灭细菌的[9]

    5 肥大细胞参与肺的细菌清除

    如前所述,肥大细胞通过直接吞噬作用使肺内病原菌得到清除,因此,肥大细胞缺陷的动物体内清除细菌的效率低于肥大细胞正常的动物。Malaviya建立了肺部感染的实验动物模型[8],比较经肺炎克雷伯杆菌攻击后,先天性肥大细胞缺陷的小鼠(W/Wv)和肥大细胞正常的小鼠(+/+)对细菌的清除率[8]。细菌鼻内攻击6 h后,每个W/Wv小鼠肺内存活菌量至少是+/+小鼠中存活菌量的10倍;用体外培养的肥大细胞重构W/Wv小鼠(W/Wv+MC),再以同样细菌攻击,发现这种小鼠肺内细菌的存活量与+/+小鼠相同。提示缺乏肥大细胞减弱了小鼠清除病菌的能力[8]。W/Wv和+/+小鼠肺组织切片显示,+/+小鼠肺内中性粒细胞明显增多,且检查W/Wv、+/+和W/Wv+MC 3组小鼠的支气管肺泡灌洗液(bronchio-alveolar lavage,BAL)的中性粒细胞数,与+/+或W/Wv+MC小鼠相比,W/Wv小鼠肺泡灌洗液中的髓过氧化物酶(一种特殊的中性粒细胞标记)明显减少(50%)[8],提示W/Wv小鼠肺内细菌廓清率的减少与中性粒细胞浸入有关。说明肥大细胞是通过诱导中性粒细胞肺内浸润而介导对细菌的清除作用。同时他们还测定了BAL中TNF的水平,发现细菌攻击后,BAL中TNF的水平明显增高,在6 h达峰值,并与BAL中中性粒细胞的数量变化平行,表示TNF是中性粒细胞浸润的关键化学趋化因子。体外实验也发现细菌能明显触发肥大细胞释放TNF[8]。因此,肥大细胞除了直接对外来病原菌进行吞噬杀灭外,还可通过释放TNF的活性介质,吸引中性粒细胞到感染部位,这可能对触发肺内细菌清除也起着关键作用。
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    6 小结

    肥大细胞在肺内具有特殊的空间分布,主要分布于肺外周、血管、支气管和粘膜分泌腺周围的深部组织。近年来的研究发现,肥大细胞能识别多种外来细菌和并对其进行攻击性作用。肥大细胞对入侵病原体的反应与吞噬细胞的作用方式相同,包括摄入和杀灭附着的细菌,同时伴随着大量炎性介质释放,通过这些反应肥大细胞在免疫监督中起着重要的作用。肥大细胞合成和释放的炎症介质,如TNF-a ,是募集中性粒细胞到细菌感染部位的关键信号。此外,肥大细胞参与处理和递呈细菌抗原给免疫细胞并介导上皮细胞增殖及粘膜粘液分泌[1,2],调节肺部宿主防御系统的多条防御线(图 1)。对肥大细胞参与肺部防御机制的研究,将为肺部感染等相关疾病的理论研究和临床防治提供新的突破途径。

    图 1 细菌感染后肥大细胞对宿主防御系统和病理生理反应的调节过程
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    刘爱华(1964-),女,吉林永吉人,1993年毕业于第一军医大学,硕士,主治医师,讲师

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    1999-06-27, 百拇医药