姜 騰 綜述 劉冬妍 審校

(中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院實驗研究中心衛(wèi)生部小兒先天畸型重點實驗室,沈陽110004)

人體粘膜是病原微生物等抗原性異物入侵機體的主要途徑,機體近50%的淋巴組織分布于粘膜系統(tǒng)。粘膜相關淋巴組織(Mucosal-associated lymphoid tissue,MALT)是發(fā)生局部特異性免疫應答的主要部位,MALT中的B細胞多為產(chǎn)生分泌型IgA(Secretory IgA,SIgA)的B細胞,這是因為表達IgA的B細胞可趨向定居于派氏集合淋巴結和固有層淋巴組織,B細胞在粘膜局部受抗原刺激后產(chǎn)生的大量SIgA經(jīng)粘膜上皮分泌至粘膜表面,成為粘膜局部抵抗病原微生物感染的主要機制。當前對SIgA在呼吸道粘膜相關淋巴組織中的作用方式研究日趨深入和廣泛,本文就呼吸道SIgA生成調節(jié)、參與病理生理過程及相關呼吸道疾病等方面研究進展綜述如下。

1 SIgA生物學特性

1.1 SIgA生成 SIgA由IgA、J鏈和分泌片(Secretory component,SC)通過共價鍵構成。IgA和J鏈均由呼吸道、胃腸道、泌尿生殖道粘膜固有層中的漿細胞合成,在漿細胞分泌過程中,一個J鏈將兩個單體IgA連接在一起,形成二聚體IgA(dIgA)。J鏈是一個15 kD的富含半胱氨酸的多肽鏈,可以調節(jié)聚合免疫球蛋白的結構和功能,增加抗體的親和力,促進聚合免疫球蛋白轉運至粘膜腔。SIgA的有效分泌必須依賴于多聚免疫球蛋白受體(poly Ig receptor,pIgR)的穿胞轉運機制[1],dIgA從漿細胞分泌出來后與上皮細胞產(chǎn)生的pIgR以共價鍵形成dIgA-pIgR復合物。dIgA-pIgR復合物通過內吞作用進入上皮細胞,再以胞吐的形式分泌到粘膜表面,在蛋白水解酶作用下,pIgR僅胞外段即SC與dIgA結合構成SIgA。

1.2 SIgA的調節(jié) SIgA是外分泌液中的主要抗體類別,參與粘膜局部免疫。機體的粘膜免疫功能隨著青春期發(fā)育逐漸成熟,與機體內激素水平密切相關,研究表明青春期女性唾液SIgA的水平與唾液激素含量呈負相關[2]。SIgA的合成還受多種細胞因子的影響,IFN-γ和TNF-α對SIgA的成份IgA的分泌有下調作用,卻增強SIgA的另一成份SC的表達[3,4];IL-4、IL-5、IL-6和IL-10對 IgA 的分泌有增強和誘導作用,同時IL-4、IL-1也增強SC的表達[4,5]。

粘膜SIgA不僅與激素、細胞因子有關,還受免疫細胞的調節(jié)。首先,T細胞在調節(jié)SIgA合成及分泌方面發(fā)揮重要作用:調節(jié)性T(Tr)細胞介導SIgA與腸道菌群的反應[6]。在Th17介導的呼吸道炎癥反應中,Th17分泌的IL-17調節(jié)呼吸道上皮pIgR表達,促進聚合 Ig(IgA和 IgM)的轉運,提高呼吸道SIgA和SC水平,在固有免疫中發(fā)揮重要作用[7]。其次,樹突狀細胞(DCs)通過分泌細胞因子和視黃酸對SIgA的產(chǎn)生亦起重要作用[8,9],DCs在遞呈腸系膜細菌過程中誘導SIgA的產(chǎn)生,共同監(jiān)控粘液層細菌的入侵或粘液層細菌的增殖[10]。還有學者通過體外培養(yǎng)支氣管上皮細胞發(fā)現(xiàn),活化的中性粒細胞能促進上皮細胞pIgR/SC的表達,這一調節(jié)通過TGF-β介導,且與適當?shù)难趸€原敏感性及p38 MAPK活化相關[11]。Toll樣受體(Toll-like receptors)家族在病原體的識別和激活天然免疫方面發(fā)揮著非常重要的作用。Hinojosa等[12]在年老小鼠的肺炎研究中發(fā)現(xiàn),肺組織中Toll樣受體1、2和4含量減少后,肺炎鏈球菌引起的機體分泌促炎因子的反應降低,進而引起pIgR減少。

近年的研究還發(fā)現(xiàn),粘膜免疫功能也與生命體征及環(huán)境因素有關。Spaniol等[13]研究了卡他莫拉菌與低體溫休克發(fā)現(xiàn),26℃的低溫能促進唾液IgA粘附到卡他莫拉菌表面,提示體溫也是粘膜免疫功能的影響因素之一。Noakes等[14]的報道,母親吸煙的嬰兒在12個月時呼吸道SIgA顯著增加,并且上呼吸道病變癥狀明顯,但是對于變應性過敏、過敏性皮炎和食物過敏等過敏性疾病的易感性并未因此增加。

粘膜表面的SIgA水平不但受生成速率的影響,而且與降解作用相關。體外研究發(fā)現(xiàn),SIgA與活化的中性粒細胞、單核細胞及假單胞桿菌或不動桿菌共同孵育,SIgA大量裂解,而只用中性粒細胞和單核細胞孵育則SIgA裂解不明顯,這說明病原微生物而不是炎性細胞在SIgA的降解中起重要作用[15]。

2 呼吸道SIgA與疾病

支氣管相關淋巴組織是呼吸道的一道免疫屏障,是參與局部特異性免疫應答的主要部位,通過分泌SIgA,在粘膜局部抗感染免疫防御中發(fā)揮關鍵作用[16]。近年來的研究進一步證實,在多種感染和炎癥反應性疾病中,保持和提高呼吸道SIgA的分泌水平,增強粘膜免疫功能可以減輕病理反應;反之,SIgA的分泌水平的降低和粘膜免疫功能的損害甚至缺失則預示著較差的預后。

2.1 呼吸道感染 SIgA通過與相應病原微生物結合,阻止病原體粘附到細胞表面,在局部抗感染中發(fā)揮重要作用。Diebel等向單核細胞中加入大腸桿菌和SIgA并共同培養(yǎng)1小時,再與多形核中性粒細胞(PMN)共培養(yǎng)后測定促炎因子IL-6、TGF-β和IL-8的含量。他們發(fā)現(xiàn)該方法與不加入SIgA的培養(yǎng)方法相比,上述促炎因子含量明顯下降。用脂多糖(LPS)代替大腸桿菌也得到了相似的結果,這表明SIgA能減輕過度的呼吸道炎癥反應,保護局部組織不受損害[17]。

pIgR基因敲除(pIgR-KO)小鼠SIgA分泌功能缺失,這種動物模型在粘膜免疫研究中有重要應用。在結核分枝桿菌的相關研究中,pIgR-KO小鼠在分枝桿菌抗原PstS-1滴鼻免疫后,其唾液的抗原特異性IgA減少。在接種牛分枝桿菌芽孢桿菌卡介苗(BCG)后,pIgR-KO小鼠表現(xiàn)出比野生型小鼠更強的敏感性,肺細菌負荷更大,同時伴隨 IFN-γ和TGF-α的下降,這表明pIgR-KO小鼠由于缺少SIgA的有效分泌從而對分枝桿菌介導的免疫反應表現(xiàn)出延遲[18]。另有學者分別給pIgR-KO小鼠和正常小鼠氣管內接種綠膿桿菌,發(fā)現(xiàn)pIgR-KO小鼠的炎癥反應明顯重于正常小鼠,且72小時死亡率是正常小鼠的3倍,這說明缺少SIgA的有效分泌,粘膜免疫功能受損,將加重呼吸道炎癥反應,導致死亡率升高[19]。

在化膿性球菌中,肺炎鏈球菌的致病力僅次于金黃色葡萄球菌,可引起大葉性肺炎、支氣管炎等疾病。肺炎鏈球菌的表面蛋白C(Pneumococcal surface protein C,PspC)能與SIgA和補體因子H(Complement factor H,FH—是補體替代途徑的一種調節(jié)因子)相結合,增加肺炎鏈球菌與上皮細胞的粘附。體外研究證實,將肺炎鏈球菌D39與FH共同孵育能提高其與人臍靜脈血管內皮細胞(HUVEC)的粘附率,在加入SIgA并共同孵育后,粘附率提高更多,另外SIgA與D39共同孵育也能增加D39與肺上皮細胞(SK-MES-1)和咽上皮細胞的粘附率[20],粘附率的提高為機體發(fā)揮細胞免疫功能提供了便利,這些發(fā)現(xiàn)有利于臨床靶向治療。

90%以上急性呼吸道感染由病毒引起,甲型流感病毒為常見流感病毒,并且容易發(fā)生變異。Sawabuchi等[21]在兒童甲型流感的研究中發(fā)現(xiàn),抗病毒藥物能顯著提高患兒鼻咽抗甲型流感病毒的SIgA水平,并且減輕流感癥狀,這說明提高SIgA分泌水平增強鼻咽粘膜免疫反應是治療流感的有效方法之一。

2.2 哮喘 過敏原是誘發(fā)哮喘的重要原因,已有研究證明肺功能低下和具有哮喘癥狀患者其血清中IgA水平較正常人低[22],導致機體缺乏SIgA,不能中和或制止過敏原的吸收,從而易發(fā)生哮喘。另有研究者發(fā)現(xiàn)15-脂氧酶-1在哮喘患者氣道中表達增加,這一變化可能是導致變應性致敏及誘發(fā)氣道炎癥的重要原因,其機制很可能是通過抑制了SIgA水平而產(chǎn)生的[23]。

哮喘的免疫治療引起的應答由IgA2擔任,這與局部TGF-β表達的增加相關,并且能誘導單核細胞IL-10的表達[24]。研究者對過敏小鼠氣道給予粘膜佐劑霍亂毒素B(CTB)后,哮喘癥狀明顯緩解,病理生理變化也明顯減輕如氣道嗜酸性粒細胞和Th2細胞因子趨于正常,氣道分泌物中TGF-β相關的抗原特異性IgA增加,CTB的這些作用在缺乏pIgR的小鼠中則觀察不到,這說明SIgA的有效分泌能緩解過敏反應的癥狀[25]。

2.3 外傷和腸外營養(yǎng) 外傷引起的機體免疫功能的改變也涉及粘膜免疫,例如創(chuàng)傷,研究發(fā)現(xiàn)創(chuàng)傷30小時以內的病人,雙側肺的支氣管肺泡灌洗(BAL)液中SIgA的濃度均升高;在創(chuàng)傷的大鼠模型中,創(chuàng)傷8小時后呼吸道SIgA升高,24小時恢復正常[26]。Hermsen等[27]通過動物實驗研究創(chuàng)傷后TNF-α和IL-1β對SIgA分泌的影響發(fā)現(xiàn),創(chuàng)傷后鼻腔灌洗液(NAL)和BAL的SIgA含量增加,然而在創(chuàng)傷前阻斷TNF-α,創(chuàng)傷后SIgA升高的反應則被消除,創(chuàng)傷前阻斷IL-1β也能部分減輕這種反應,其機制可能是抑制細胞因子后,pIgR的表達受到影響,從而呼吸道的SIgA分泌減少。

腸外營養(yǎng)(PN)是經(jīng)靜脈途徑供應病人所需要的營養(yǎng),為手術前后及危重患者提供營養(yǎng)支持,目的是使病人在無法正常進食的狀況下仍可以維持營養(yǎng)狀況、增加體重和愈合創(chuàng)傷,但對機體粘膜免疫有重要影響。研究發(fā)現(xiàn)在對小鼠實行PN 5天后,PN組的NAL中SIgA水平明顯下降,而肺組織中pIgR則增加,中鼻道和肺組織勻漿IgA水平均增加[28],這表明PN導致的分泌物中SIgA的降低不是由于pIgR表達不足,而是SIgA生成分泌的其他環(huán)節(jié)如二聚體IgA合成的減少所致。另一項研究卻發(fā)現(xiàn)對小鼠進行PN的同時靜脈推注IL-7,小鼠的BAL中SIgA與正常營養(yǎng)組無差異,說明腸外營養(yǎng)對粘膜免疫功能的損害是可逆的[29]。

2.4 喉癌 喉癌是因長期吸入有害物質或人類乳頭狀瘤病毒(HPV)感染等因素引起的喉粘膜上皮組織的惡性腫瘤,與粘膜表面的Ig密切相關,研究發(fā)現(xiàn)HPVDNA陽性喉部疾病患者的喉分泌物中IgM、IgG、IgA及SIgA的平均濃度均是HPVDNA陰性患者的兩倍多,有明顯的統(tǒng)計學意義。另有研究也證明HPVDNA陽性喉癌患者IgM、IgG、IgA及SIgA的平均濃度高于HPVDNA陰性喉癌組,這提示SIgA可能在抑制HPV引起的感染和致癌中發(fā)揮作用[30]。還有學者研究顯示頭頸部腫瘤外科手術切除的喉組織SIgA和Cyfra 21-1均較高,但健康者和接受過放射治療的患者喉分泌物中SIgA和Cyfra 21-1卻較低,這說明局部粘膜免疫功能可能與腫瘤惡性程度和是否接受放射治療有關[31]。

3 呼吸道SIgA與運動醫(yī)學

呼吸道SIgA是近年運動醫(yī)學研究的熱點之一。有研究證明65到96歲的老年人進行有規(guī)律的有氧運動后可以提高他們血漿中IgA、IgG和IgM的濃度,并能保持SIgA濃度不變,而未進行有氧運動的老人SIgA濃度較低,該學者進一步研究發(fā)現(xiàn)有規(guī)律的有氧運動引起的SIgA升高將減少上呼吸道感染(URTI)發(fā)生的比率[32]。但接受常規(guī)高強度訓練的運動員易發(fā)URTI,日本學者以男性橄欖球運動員為研究對象,在為期一月的強化訓練中,運動員的上呼吸道癥狀與其唾液EB病毒DNA含量呈正相關,與唾液SIgA的含量呈負相關[33]。帆船運動員經(jīng)過50周的訓練后,唾液SIgA濃度與URTI的發(fā)病率無直接線性相關性,但在URTI發(fā)病前3周,SIgA濃度明顯下降,發(fā)病后2周逐漸恢復正常。該學者還證明,當SIgA濃度低于平均值的40%以上時,將有1/2的運動員在3周后發(fā)生URTI[34]。

運動按摩有助于調整和保護運動員良好的競技狀態(tài),消除賽后出現(xiàn)的疲勞,加速體能恢復,并影響機體粘膜免疫功能,如健康受試者在接受連續(xù)3天腿部按摩后,唾液SIgA水平大幅度提高[35]。

4 展望

SIgA在機體固有免疫中發(fā)揮重要作用,參與多種病理生理過程。隨著粘膜免疫研究的日趨深入和廣泛,檢測呼吸道SIgA水平不僅能作為粘膜免疫功能的評價方法,也有望成為臨床診斷呼吸道疾病的輔助檢查之一。外源性的SIgA作為一種潛在的治療手段,可有望用于減輕呼吸道炎癥,緩解過敏反應癥狀等。

1 Wijburg O L,Uren T K,Simpfendoffer K et al.Innate secretary antibodies protect against natural Salmonella typhimofium infection[J].J Exp Med,2006;203(I):21-26.

2 Corbett L,Muir C,Ludwa I A et al.Correlates of mucosal immunity and upper respiratory tract infections in girls[J].J Pediatr Endocrinol Metab,2010;23(6):579-587.

3 Liu D Y,Wang X L,Liu P.Tumor necrosis factor-alpha upregulates the expression of immunoglobulin secretory component[J].J Invest Aller Clin Immunol,2007;17(2):101-106.

4 Denning G M.IL-4 and IFN-γsynergistically increase total polymeric IgA receptor levels in human intestinal epithelial cells[J].J Immunol,1996;156:4807-4814.

5 Hayashi M,Takanouchi N,Asano M et al.The polymeric immunoglobulin receptor(secretory component)in a human intestinal epithelial cell line is up-regulated by interleukin-1[J].Immunol,1997;92:220-225.

6 Cong Y,Feng T,Fujihashi K et al.A dominant,coordinated T regulatory cell-IgA response to the intestinal microbiota[J].Proc Natl Acad Sci,2009;106:19256-19261.

7 Jaffar Z,Ferrini M E,Herritt L A et al.Cutting edge:lung mucosal Th17-mediated responses induce polymeric Ig receptor expression by the airway epithelium and elevate secretory IgA levels[J].J Immunol,2009;182(8):4507-4511.

8 Rescigno M,Di Sabatino A.Dendritic cells in intestinal homeostasis and disease[J].J Clin Invest,2009;119(9):2441-2450.

9 Mora J R.Homing imprinting and immunomodulation in the gut:role of dendritic cells and retinoids[J].Inflamm Bowel Dis,2008;14(2):275-289.

10 Uematsu S,Fujimoto K,Jang M H et al.Regulation of humoral and cellar gut immunity by lamina propria dendritic cells expressing Toll-like receptor 5[J].Nat Immunol,2008;9:769-776.

11 Ratajczak C,Guisset A,Detry B et al.Dual effect of neutrophils on pI-gR/secretory component in human bronchial epithelial cells:role of TGF-beta[J].J Biomed Biotechnol,2010;2010.pii:428618.

12 Hinojosa E,Boyd A R,Orihuela C J.Age-associated inflammation and toll-like receptor dysfunction prime the lungs for pneumococcal pneumonia[J].J Infect Dis,2009;200(4):546-554.

13 Spaniol V,Troller R,Aebi C.Physiologic cold shock increases adherence of Moraxella catarrhalis to and secretion of interleukin 8 in human upper respiratory tract epithelial cells[J].J Infect Dis,2009;200(10):1593-1601.

14 Noakes P,Taylor A,Hale J,Breckler L et al.The effects of maternal smoking on early mucosal immunity and sensitization at 12months of age[J].Pediatr Allergy Immunol,2007;18(2):118-127.

15 Diebel L N,Liberati D M,Diglio C A.The relative roles of bacteria and host inflammatory cells in SIgA degradation[J].J Trauma,2009;66(6):1556-1562.

16 Strugnell R A,Wijburg O L.The role of secretory antibodies in infection immunity[J].Nat Rev Microbiol,2010;8(9):656-667.

17 Diebel L N,Amin P B,Liberati D M.Sequence of immunoglobulin isotype exposure modulates inflammatory response to bacteria and lipopolysaccharide in vitro[J].Surg Infect(Larchmt),2010;11(2):145-150.

18 Tj? rnlund A,Rodrí guez A,Cardona P J et al.Polymeric IgR knockout mice are more susceptible to mycobacterial infections in the respiratory tract than wild-type mice[J].Int Immunol,2006;18(5):807-816.

19 Amin P B,Diebel L N,Liberati D M.Secretory immunoglobulin A abrogates inflammatory responses and improves mortality after pseudomonas pneumonia[J].J Trauma,2010;68(4):827-833.

20 Quin L R,Onwubiko C,Moore Q C et al.Factor H binding to PspC of Streptococcus pneumoniae increases adherence to human cell lines in vitro and enhances invasion of mouse lungs in vivo[J].Infect Immun,2007;75(8):4082-4087.

21 Sawabuchi T,Suzuki S,Iwase K et al.Boost of mucosal secretory immunoglobulin A response by clarithromycin in paediatric influenza[J].Respirology,2009;14(8):1173-1179.

22 Balzar S,Strand M,Nakano T et al.Subtle immunodeficiency in severe asthma:IgA and IgG(2)correlate with lung function and symptoms[J].Int Arch Allergy Appl Immunol,2006;140(2):96-102.

23 Hajek A R,Lindley A R,Favoreto S Jr et al.12/15-Lipoxygenase deficiency protects mice from allergic airways inflammation and increases secretory IgA levels[J].J Allergy Clin Immunol,2008;122:633-639.

24 Pilette C,Nouri-Aria K T,Jacobson M R et al.Grass pollen immunotherapy induces an allergen-specific IgA2 antibody response associated with mucosal TGF-beta expression[J].J Immunol,2007;178(7):4658-4666.

24 Smits H H,Gloudemans A K,van Nimwegen M et al.Cholera toxin B suppresses allergic inflammation through induction of secretory IgA[J].Mucosal Immunol,2009;2(4):331-339.

26 Kudsk K A,Hermsen J L,Genton L et al.Injury stimulates an innate respiratory immunoglobulin a immune response in humans[J].JTrauma,2008;64(2):316-323.

27 Hermsen J L,Sano Y,Gomez F E et al.Parenteral nutrition inhibits tumor necrosis factor-alpha-mediated IgA response to injury[J].Surg Infect(Larchmt),2008;9(1):33-40.

28 Sano Y,Gomez F E,Hermsen J L et al.Parenteral nutrition induces organ specific alterations in polymeric immunoglobulin receptor levels[J].J Surg Res,2008;149(2):236-242.

29 Fukatsu K,Moriya T,Murakoshi S et al.Interleukin-7 treatment reverses parenteral nutrition-induced impairment of resistance to bacterial pneumonia with increased secretory immunoglobulin A levels[OL].(2010-08-13).http://dx.doi.org/10.1016/j.jss.2010-12.0004.

30 Chitose S,Sakazaki T,Ono T et al.Immunological responses against human papilloma virus and human papilloma virus induced laryngeal cancer[J].J Laryngol Otol,2010;124(6):659-662.

31 Nakashima T,Tomita H,Chitose S et al.Local immune status and tumour marker expression in the human larynx[J].J Laryngol Otol Suppl,2009;(31):1-4.

32 Martins R A,Cunha M R,Neves A P et al.Effects of aerobic conditioning on salivary IgA and plasma IgA,IgG and IgM in older men and women[J].Int J Sports Med,2009;30(12):906-912.

33 Yamauchi R,Shimizu K,Kimura F et al.Virus activation and immune function during intense training in rugby football players[J].Int J Sports Med,2011;32:393-398.

34 Neville V,GleesonM,Folland J P.Salivary IgA as a risk factor for upper respiratory infections in elite professional athletes[J].Med Sci Sports Exerc,2008;40(7):1228-1236.

35 Noto Y,Kitajima M,Kudo M et al.Leg massage therapy promotes psychological relaxation and reinforces the first-line host defense in cancer patients[J].J Anesth,2010;24(6):827-831.