第五节 呼吸道的防御功能
肺组织最基本的功能是气体交换以支持组织新陈代谢。每日肺需要进出大约10 000L气体以完成气体交换。吸入空气中的颗粒物质和微生物是呼吸过程中不可避免的，精准的宿主防御功能在微生物复制和侵袭宿主之前已具有清除吸入的微生物能力。微生物清除过程也能损伤细软的呼吸器，因此，这些反应必须通过平衡有效的气体交换和宿主抵抗力来调解。肺部免疫功能分布于整个呼吸道，细胞之间或细胞与可溶性因子相互作用的协调，是肺部抵抗力最主要的部分。肺部的防御功能可分为四个部分：结构上的防御功能、先天性免疫、炎症反应和特异性免疫反应。
一、结构上的防御功能（structural defenses）
1.鼻咽气道（nasopharyngeal airways）
鼻腔几乎可以完整捕捉直径＞10mm的颗粒，并且有效滤过直径＞5mm的颗粒。鼻咽还可以吸收可溶性和反应性气体。可溶性气体二氧化硫可以通过正常呼吸状态被鼻腔完全吸收。在鼻咽前部快速改变气流方向有助于大颗粒惯性沉积，随气流冲进的颗粒通过打喷嚏、咳嗽或吞咽被清除出鼻咽气道。
2.通气气道（conducting airway）
（1）气道上皮（airway epithelium）：
气道上皮细胞形成一个连续的气道内衬。直径＞2mm的颗粒进入通气气道，被黏液捕捉。黏膜纤毛运动清除和咳嗽是从通气气道清除颗粒物质和微生物的主要方式。覆盖在大气道黏液层中吸入的微生物清除取决于纤毛协调拍打运动。单独咳嗽不能有效清除黏液（图1-5-1）。气道上皮的传统观点是调节水和离子运输的结构性屏障，并有助于通过黏膜纤毛清除来清除吸入物质。
图1-5-1 通气气道的防御功能
通气气道的分泌物包含两层，上层的黏液层由上皮细胞合成的糖基化蛋白质（黏蛋白）组成；而下层是浆液层，提供极小的抵抗物以构成纤毛拍打运动的基础。纤毛拍打运动只是接触到较厚的凝胶层底部边缘，推进黏液向前运动，而黏蛋白可捕捉颗粒物质，并为特异性相互作用提供碳水化合物受体。流感嗜血杆菌、肺炎链球菌和金黄色葡萄球菌可逃避与黏蛋白结合。在正常黏液纤毛清除作用下细菌与黏蛋白结合可能增加细菌清除率。
黏液由覆盖在呼吸道的纤毛上皮细胞推动。每个纤毛细胞大约具有200根纤毛，每根纤毛拍打的频率为每秒钟12～14次，并可用15分钟从大气管清除微生物，30分钟从远端气管清除微生物。
最近的研究表明，气道上皮是高度动态的，并显示与炎症、免疫、宿主防御和组织重塑相关的广泛活动。上皮的先天免疫功能包括分泌各种抗微生物物质、介导白细胞募集，调节适应性免疫和组织修复和重塑的细胞因子和生长因子。越来越多的研究表明，其中在哮喘，COPD和囊性纤维化中这些功能的几种发生改变或减少。目前发现气道上皮功能失调的新机制，包括miRNA，内质网应激和综合应激反应。miRNAs和其他表观遗传机制对上皮细胞的发育和功能有重要影响［1］。
各种气道上皮细胞包括基底细胞，杯状细胞，纤毛细胞和球细胞，通过模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）监测微生物存在。PRR包括四个家族的种系编码的受体：Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）、C型凝集素受体（C-type lectin receptor，CLR）、细胞质蛋白视黄酸诱导基因（RIG）-1样受体［cytoplasmic proteins retinoic acidinducible gene（RIG）-I-like receptor，RLR］和 NOD样受体（NOD-like receptor，NLR）。此识别过程中还涉及其他机制，包括内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS）和综合应激反应（integrated stress response，ISR）。产生抗微生物效应机制包括上皮的屏障功能，黏液纤毛清除功能和黏液的抗菌活性，抗微生物肽，活性氧（ROS）和活性氮物种（RNS），抗病毒干扰素（Ⅰ型和Ⅲ型干扰素）和自噬的抗微生物活性。此外，细胞因子，趋化因子和其他介质的产生导致可能有助于宿主防御的适应性和先天性免疫系统的细胞的募集。
（2）气道分泌物（airway secretion）：
气道上皮细胞分泌各种参与重要免疫反应的非黏蛋白成分，包括铁结合蛋白、抗氧化物和抗蛋白酶。
大多数微生物存活需要铁。铁在正常情况下被分隔在细胞内或固定在转移蛋白复合物上。微生物与转移蛋白竞争铁。由浆液性细胞释放的乳铁蛋白可逃避与铁结合。这一特性既可用于抑制黏膜表面铁依赖细菌生长，又可用于防止氢氧基诱导的组织损伤。
溶菌酶是人气道分泌量较大的酶，每日产量为10～20mg，可在气道抵抗细菌和真菌感染，抗感染的机制是催化大多数细菌细胞壁成分中的水解键。溶解肺炎链球菌的溶菌酶能通过抑制中性粒细胞趋化降低炎症对组织损伤的作用，并通过刺激中性粒细胞产生有毒的氧原子基。
白细胞和细菌是人气道分泌物中蛋白酶的主要来源。中性粒细胞的弹力蛋白酶能降解各种细胞外基质成分，包括弹力蛋白、粘连蛋白、纤维结合蛋白和胶原蛋白。铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、流感嗜血杆菌和肺炎链球菌都产生细菌蛋白酶，这些蛋白酶可降解弹力蛋白、免疫球蛋白（Ig）、溶菌酶基础膜和补体成分。为了抗衡这些蛋白酶的破坏作用，气道分泌物包括血清衍生蛋白酶（抗胰蛋白酶-α1、抗胰凝乳蛋白酶-α2和抗巨球蛋白-α2）和气道上皮细胞衍生蛋白酶（分泌性白细胞蛋白酶抑制因子、elafin）保护通气气道免受降解。
二、先天性免疫（innateimmunity）
免疫系统分为先天性和适应性两个部分。所有多重细胞的有机体具有先天性免疫反应。两个系统间的根本差别是它们对微生物的识别方式不同。先天性免疫识别由干细胞系编码的受体介导，每个受体通过天然选择产生识别特异性感染的微生物。
1.先天性免疫识别（innate immunity recognition）
微生物的识别问题，因为微生物经常存在突变和异质性。先天免疫反应可以识别存在于大量微生物种群上的少量高度保守结构，这是受体识别分子模式而非特殊结构，因此被称为病原体识别受体（pathogen recognition receptors）。先天性免疫系统使用上百个受体完成免疫反应。由病原体识别受体识别模式称之为病原体相关的分子模式（PAMPs）。特征性PAMPs包括分别共享革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌上的脂多糖（LPSs）、磷壁酸（teichoic acids）、甘露聚糖（酵母菌细胞壁保守成分）和未甲基化的CpG序列（特征性细菌有而哺乳动物没有的DNA）。尽管PAMPs具有化学上的差别，但是有共同的特征。PAMPs只能由微生物产生，是微生物存活或微生物致病性的基本条件，是病原菌分类所有的不变结构。
耐受先天性免疫或干细胞系编码病原体识别受体的细胞包括巨噬细胞、树突状细胞（DCs）、肥大细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和天然杀伤细胞（NK细胞）。模式识别受体主要功能包括调理作用、激活补体和凝固连锁效应、吞噬作用、炎症因子和凋亡诱导作用。模式识别受体激活这些效应细胞以便立即执行效应功能。
（1）模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）：
根据功能分为三大类：分泌性PRR、细胞内PRR和信号传递PRR。在感染急性反应期甘露聚糖结合植物血凝素（MBL）、血清淀粉样蛋白（SAP）和C反应蛋白（CRP）在肝脏产生PRR分泌。CRP和SAP都是五聚环蛋白家族成员，两者作为调理素随后与细菌表面的磷酰胆碱结合。CRP和SAP也与C1q结合，并激活经典补体通路。MBL是凝集素家族成员，其也包括肺表面活性蛋白A和D（SP-A，SP-D）。MBL与许多细菌表面存在的大量甘露聚糖残基结合。MBL也与MBL相关血清蛋白酶（MASPs）有关，并激活MASPs，其通过裂解补体C2和C4蛋白启动补体植物血凝素通路。
PRR也介导细菌的吞噬作用。巨噬细胞甘露糖受体（MMR）是C型植物血凝素家族成员。MMR与各种各样的革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌和真菌等病原体相互作用，介导吞噬作用，传递病原微生物进入溶酶体空泡内，在溶酶体微生物被溶酶体酶降解。巨噬细胞除垢剂受体（MSR）是另外一种吞噬细胞的PRR。MSR属于除垢剂受体A型家族，并对各种配体有广泛的特异性，这些配体包括双链RNA、脂多糖和脂磷壁酸（lipoteichoic acid）。MSR通过除去脂多糖而防止内毒素休克。MSR缺乏的小鼠对单核李斯特菌、单纯疱疹病毒和疟原虫感染的敏感性增加。MSR的作用是通过结合使脂质稳态和细胞内乙酰化低密度脂蛋白使脂质稳态。
（2）Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）：
信号传递PRR识别病原体相关的分子模式，并且激活信号传导通路，通路诱导各种炎症因子和共同刺激分子表达。Toll样受体（TLR）是信号传递PRR。
在人类和小鼠中已发现10种TLR。TLR是Ⅰ型转膜蛋白，是昆虫与人类进化之间的保守蛋白。TLR在配体特异性、表达型别和可能诱导靶基因方面与其他受体不同。TLR2/TLR1和TLR2/TLR6识别细胞膜LPS和脂磷壁酸；TLR3识别核内体中的双链RNA；TLR4识别细胞膜LPS和细菌因子［如肺炎链球菌溶菌素（Ply）；TLR5识别鞭毛素，其是细菌鞭毛的主要结构成分；TLR7/TLR8识别核内体中的单链RNA；TLR9识别细菌核内体DNA的未甲基化CpG序列，这种识别的理由是大多数哺乳动物基因组被甲基化，然而，细菌缺乏CpG甲基化酶。
TLR激活诱导各种各样的炎症和免疫反应基因转录。由TLR激活诱导的分子包括炎症介导因子，如 TNF-α、IL-1、IL-6、IFN-α、IFN-β 等细胞因子和趋化因子；T细胞激活共同刺激分子，如CD80和CD86；调解淋巴细胞分化的信号，如IL-4、IL-5、IL-10、IL-12、TGF-β 和 IFN-γ等细胞因子［2］。TLR激活也造成杀菌机制的上调。TLR信号传递诱导可诱导的一氧化氮合成酶（iNOS）mRNA和一氧化氮（NO）产生。尽管TLR2刺激激活NO产生，但是NO抑制不阻断TLR2刺激的细胞间微生物的杀灭，这就提示TLR2也激活其他重要的杀菌机制。
2.肺泡巨噬细胞（alveolar macrophage）
肺部巨噬细胞的定居为抵抗肺泡表面微生物的第一道防线。肺部巨噬细胞定居出现在间质内、肺泡内衬、气道管腔和上皮细胞内衬里。这些巨噬细胞有两个来源：肺和肺泡。肺部巨噬细胞由血液循环进入肺的单核细胞分化而来。肺泡巨噬细胞也可以从肺间质中巨噬细胞前体繁殖和分化而来，其杀菌功能取决于4个关键步骤：信号识别、对刺激反应的移动、微生物摄取和消化、介质因子的分泌。巨噬细胞通过表面受体（PRR）在其微环境中识别信号。巨噬细胞也对补体第三种成分（先天免疫主要可溶性蛋白效应因子）表达2种不同受体。补体受体1（CR1）优先与C3b结合，也与C3bi和C4b结合。补体受体3（包括CR3，CD11b/18，MAC-1，Mo-1）是 β2整合家族成员，也是C3bi受体，但也识别脂多糖和纤维蛋白原。荚膜组织胞浆菌直接与CR3结合。微生物直接与CR3结合是特异性免疫开始之前微生物的一个重要识别机制。有CD18复合物基因缺陷患者经常患反复致命性感染，即CR3在抗宿主感染中起关键的作用。
识别微生物后吞噬作用出现。颗粒吞饮作用需要受体-配体相互作用，这提示巨噬细胞伪足从最初位点延伸与周围环境接触（zipper假说）。因此，吞噬作用需要特异性受体的接触和跨膜信号的产生。
定居肺泡的巨噬细胞不完全激活杀菌作用，其激活刺激来源于以下4个方面：①微生物本身；②巨噬细胞的反应；③其他先天免疫细胞分泌的产物；④血浆蛋白质。随着吞噬作用的出现，微生物最初包含在吞噬体内，然后吞噬体与一个或多个溶酶体融合。
脂多糖是细菌细胞壁上成分，是重要的巨噬细胞激活信号。巨噬细胞与脂多糖相互作用能出现在微生物吞饮作用期间或通过细胞间杀菌和/或消化释放脂多糖后。巨噬细胞激活刺激由巨噬细胞本身产生。由脂多糖诱导IFN-α和/或IFN-β释放提供初级信号激发巨噬细胞杀菌活性。同样，粒细胞-巨噬细胞克隆刺激因子（GMCSF）也是巨噬细胞激活重要刺激因子。除巨噬细胞外的其他类型细胞也提供重要刺激因子。微生物之间的相互作用导致NK细胞产生IFN-γ非免疫产物。
氧化和非氧化程序通常出现于肺泡巨噬细胞杀死摄入的微生物。一般认为定居的巨噬细胞抗菌活性低于单核细胞。呼吸暴发等级降低和颗粒过氧化物缺失是抗菌活性降低的原因，因为定居的肺泡巨噬细胞含有极少量髓过氧化物酶（MPO），其MPO-H2-O2-卤化物系统缺陷。
微生物也能通过巨噬细胞依赖非氧化机制被杀死。防御素是细胞毒多肽的多重家族成员，这种多肽可杀死多种革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（如大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌）。防御素也可以杀死真菌，并灭活某些病毒。
3.天然杀伤细胞（natural killer cells，NK细胞）
肺含有NK细胞。巨噬细胞与NK细胞相互作用在先天免疫反应期间可能是激活巨噬细胞的关键。巨噬细胞与微生物相互作用产生IL-12，IL-12与TNF-α因子共同诱导NK细胞产生干扰素 -γ（IFN-γ）。早期 IFN-γ激活巨噬细胞并增加其杀菌活性。
4.补体（complement）
补体是先天免疫的重要可溶性蛋白效应因子，当替代通路与缺乏唾液酸的碳水化合物颗粒相互作用时或通过凝集素与某些碳水化合物结合启动经典通路时补体被激活。正常肺泡灌洗液含有功能的补体替代通路，补体激活产生C3b，C3b是一个促进受体介导巨噬细胞吞噬微生物的调理素。补体激活也产生C5a，C5a是一个重要的多形核粒细胞趋化因子。完整的补体通路的激活导致C5b-C9复合物在细菌表面装配，随后发生细菌溶解和死亡。
5.肺表面活性物质（pulmonary surfactant）
肺表面活性物质对于生命来说至关重要，因为其平铺肺泡以降低表面张力，从而防止呼吸过程中的肺不张。表面活性物质由90%的脂质和10%的蛋白质组成。前者主要包含磷脂，特别是二棕榈酰磷脂酰胆碱，其负责表面活性物质的生理功能。后者包括四种相关蛋白，表面活性蛋白SP-A和SP-D是亲水性的，是一种天然免疫蛋白家族的成员，称为凝集素，在宿主防御和免疫调节中起重要作用；而SP-B和SP-C是疏水性的，主要参与调节生理性质。肺表面活性物质的主要功能：①降低空气-液体界面处的表面张力，从而防止呼气终末时的肺泡塌陷；②与病原体的相互作用和随后进行杀伤或阻止其传播；③调节免疫应答［3］。
三、炎症反应（inflammatoryresponses）
呼吸道的主要任务是通过由Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮细胞形成的薄而大的表面积确保吸入的大气氧和血液携带的二氧化碳之间的交换。上呼吸道和上呼吸道上皮都分别被称为气道表面液体（airway surface liquid，ASL）和肺泡内衬液（alveolar lining fluid，AFL）的薄（0.2μm）水层排列。这种流体组分与表面活性物质，黏液和纤毛摆动起共同作用，减少肺泡表面张力以防止肺不张以及抵御病原体的入侵。为了保持ASL和AFL的组成，并防止肺泡液体增多，肺泡内液体平衡受离子通道和泵活性表达的严格控制。这些通道和泵在气腔和间质之间建立渗透梯度，驱动细胞旁通道或水通道蛋白（AQP3，4和5）介导的穿过呼吸道上皮的液体流动。其中，顶端的阿米洛利敏感的上皮钠通道（epithelial sodium channel，ENaC）和阿米洛利不敏感环核苷酸门控阳离子通道（cyclic Nucleotide-Gated cation channel，CNG）与基底部位置的 Na，K-ATP 酶（Na，K-ATPase，NKA）一起作用促进跨细胞钠转运，伴随在肺泡上皮中，通过从顶端囊性纤维化膜电导调节器（cystic fibrosis membrane conductance regulator，CFTR）的氯化物摄取。然而，在气道中，CFTR促进氯化物分泌以调节黏液密度。此外，Ca2+活化的离子通道（Ca2+-activatedion channels，CaCC）促进顶端氯化物分泌，接着由Na+/K+/2Cl-共转运体（NKCC）以及钾离子通道如Kv7.1的基底外侧氯摄取的支持，有助于细胞膜电位形成、顶端氯化物分泌所需的电化学梯度的建立。影响流体稳态的其他因素是紧密连接蛋白建立的上皮渗透性和内皮完整性限制毛细管静水压力变化驱动的血管液体外渗。
肺部感染通常干扰到体内平衡，导致ASL、AFL异常变化，肺泡水肿形成。病毒和细菌病原体是急性肺损伤（ALI）和急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的常见致病因子，其特征在于肺内广泛的炎症，肺泡空间充满富含蛋白质的渗出液，气体交换受损，导致呼吸衰竭，死亡率达40%～58%。另外，由于其他部位原发性感染引起的败血症通常在菌血症发作期间发生严重的肺损伤使病情复杂化，引起肺功能衰竭，占所有ARDS病例的一半。虽然据报道肺损伤过程中一些病原体衍生的离子转运效应直接由病原体-宿主细胞相互作用引起，但有证据表明局部和/或全身炎症反应的自身和旁路分泌介质在病原体识别、复制诱导、及其他病理生理变化中损伤离子转运和肺泡液清除（AFC），导致水肿形成和持续性。重要的是，ARDS患者的死亡率一再被发现与肺泡水肿的持续存在相关。
肺部感染的介质释放及其对离子内稳态的影响（图1-5-2）。肺上皮细胞的离子转运由各种离子通道和泵介导。钠通过顶端环核苷酸门控阳离子通道（CNG）或上皮钠通道（ENaC）进入上皮细胞，其可以通过活性氧和氮物质（RONS）、ATP、转化生长因子 β（TGF-β）下调或白细胞介素 -1β（IL-1β）在肺炎链球菌和甲型流感病毒（IAV）感染。钠通过 Na，K-ATP酶（NKA）分泌，其在脂多糖（LPS）诱导的肺损伤以及肺炎支原体，IAV，冠状病毒（CoV）或腺病毒攻击中被调节。RONS，干扰素-α（IFN-α）和TNF相关凋亡诱导配体（TRAIL）导致NKA丰度或活性降低。同时，通过囊性纤维化膜电导调节剂（CFTR）吸收氯化物或分泌（气道），并通过由基底外侧钾通道（未显示）和Na+支持的顶端Ca2+活化的离子通道（CaCC）分泌Na+/K+/2Cl-共转运体（NKCC）。虽然细胞外ATP通过CaCC增强氯化物分泌，但是通过在CoV，IAV，呼吸道合胞病毒（RSV）或肺炎支原体感染中的IFN-γ和白细胞介素 -8（IL-8）减少 CFTR 作用［4］。
图1-5-2 肺部感染介质释放及其对离子内稳态的影响［4］
近年的研究，证实细胞膜的水通道与炎症有关，在细胞膜水平调节机体固有免疫防御。水通道参与吞噬功能，以及特异免疫细胞的激活和迁移［5］。
四、特异性免疫反应（specificimmune responses）
特异性免疫反应从功能上由两个主要效应系统组成：抗体和细胞介导的免疫系统，两者分别由B和T淋巴细胞产生。使用RAG1和RAG2基因产物，B和T淋巴细胞重组，其Ig和T细胞受体（TCR）基因产生大约1011表达不同抗原受体的不同B和T淋巴细胞克隆。B淋巴细胞受体识别裸抗原，裸抗原可能由简单的化学成分（碳水化合物或蛋白质）组成。T淋巴细胞受体只识别蛋白抗原衍生的多肽，多肽抗原与主要组织相容性复合物（MHC）-Ⅰ类和-Ⅱ类的细胞表面蛋白结合。具有足够亲和力受体的淋巴细胞克隆通过抗原呈递细胞（APC）激发而繁殖并发展成效应细胞。感染消除后，抗原特异性克隆保留为“记忆”淋巴细胞，当抗原第二次入侵时，其可提供更快速的反应。
1.特异性免疫反应抗原的选择（selection of antigens for specific immune responses）
T辅助淋巴细胞（TH细胞）通过巨噬细胞、B淋巴细胞产生的抗体和细胞毒T淋巴细胞的克隆变化促进细胞间杀菌作用而表现特异性免疫反应。呈递于APC表面MHC-Ⅱ类与相关的膜蛋白的抗原多肽与T细胞的TCR之间相互作用激发细胞免疫活性。多肽产生于外源抗原（如细菌、真菌和分枝杆菌），抗原通过吞噬作用和胞饮作用被摄入，蛋白质被消化分解为10～20个氨基酸大小的多肽片段。含有免疫显性表位的多肽与MHC糖蛋白复合物的抗原结合位点结合，并被传递到APC表面。MHC-抗原-TCR相互作用提供T淋巴细胞激活特异性。第二个共同刺激信号需要激活T淋巴细胞产生细胞因子。CD28传递共同刺激信号，CD28是TH细胞的膜蛋白，并与TCR一起共同刺激编码IL-2基因的转录和稳定IL-2的mRNA。APC上的 CD28配体，即 B7.1（CD80）和 B7.2（CD86）表达提供第二个信号。T淋巴细胞上的淋巴细胞功能相关抗原（LFA）分子与APC上的细胞间黏附分子（ICAMs）相互作用促进细胞与细胞接触和跨膜信号传递。当CD2与LFA-3相互作用，CD4与MHC-Ⅱ类分子相互作用时，通过APC胞饮作用选择蛋白的过程激发B7.1或B7.2或黏附分子的表达，也决定抗原激活TH细胞。
2.树突状细胞的成熟和分化（dendritic cell maturation and differentiation）
APC 提供先天性免疫和适应性免疫之间基本联系。对于T细胞来讲，树突状细胞是最主要的APC。树突状细胞位于哺乳动物宿主上皮细胞周围，识别病原体和微环境组织损伤，并将“危险”信号呈递到适应性免疫细胞，树突状细胞捕捉抗原，移动到引流淋巴样器官，成熟过程完成后，选择抗原特异性淋巴细胞，树突状细胞呈递抗原到淋巴细胞，这一过程是最初的适应免疫反应。不同成熟阶段的树突状细胞可有不同的表型、功能和定居位置。至少有3个成熟阶段：包括血液和淋巴管中树突状细胞前体、组织定居未成熟树突状细胞和存在于次级淋巴样器官中成熟树突状细胞。
树突状细胞祖先细胞在骨髓和末梢血中是CD34+造血祖先细胞的一小部分。GM-CSF和TNF-α因子刺激树突状细胞祖先细胞生长和分化为树突状细胞前体细胞。这一过程由多重细胞因子介导，包括 c-KIT 配体、Flt-3 配体、IL-3、TGF-β、IL-4和IL-13。髓样树突状细胞与单核细胞密切相关，当与GM-CSF和IL-4一起培养时单核细胞产生髓样树突状细胞。相反，当与GM-CSF一起培养时未成熟髓样树突状细胞分化成巨噬细胞表型。
3.树突状细胞的移动（dendritic cell migration）
趋化因子和趋化因子受体所起的重要作用是指示对的细胞到对的地方。未成熟树突状细胞和单核细胞表达多种多样的炎症趋化因子受体，如CCR1（PANTES受体）、CCR2（共同享有MCP-1～MCP-4受体）、CCR3（eotaxin受体）、CCR5（MIP-1α、MIP-1β、PANTES受体）和CCR6（MIP-3α受体）。作为这些受体-配体相互作用的结果，未成熟树突状细胞和单核细胞快速募集到炎症反应器官。到达感染部位后，树突状细胞捕捉抗原。经过巨大吞饮作用内部消化的蛋白质被降解并变成多肽，伴随新的MHC-Ⅱ类分子合成，形成膜表达的复合物。
4.树突状细胞的成熟（dendritic cell maturation）
树突状细胞的成熟出现在炎症部位。肺部树突状细胞成熟可能经过接触抗原后出现两种不同的途径。第一，微生物产物，如脂多糖，可能与上皮细胞、巨噬细胞和树突状细胞上的TLR结合，上皮细胞和巨噬细胞TLR配体相互作用导致细胞因子释放。TLR也可诱导细胞因子表达和APC表面的CD80和CD86分子表达。由于PAMPs只出现在病原体上，因此TLR只在感染存在时诱导CD80和CD86分子。T细胞至少需要2种信号而被激活，一个是多肽与MHC分子的复合物，另一个是APC表面的CD80和CD86分子介导的共同刺激信号。第二，如果T细胞受体与诱导CD80 和CD86分子表达的病原体衍生而来的多肽结合，T细胞只需要接受上述2种信号而激活。这个机制证实通常情况下只有病原体特异性T细胞被激活。在CD80和CD86分子缺失时抗原识别导致T细胞永久灭活或凋亡。也就是说，树突细胞（DC）是专业抗原呈递细胞（APC），作为先天性和适应性免疫应答的关键调节剂，处于免疫系统的中心，并且能够与B细胞和T细胞相互作用，从而操纵体液和细胞免疫应答。
成熟过程也导致向次级淋巴样器官移动。成熟树突状细胞下调CCR1、CCR5和CCR6，相反，成熟树突状细胞上调趋化因子受体、CCR4、CCR7和CXCR4。CCR7可能在成熟树突状细胞进入淋巴管运动中起重要作用，因为次级淋巴样组织趋化因子（SLC）的配体由淋巴管内皮细胞产生。树突状细胞进入淋巴管病引流到淋巴结，最终定居在淋巴结T细胞区域可能由其他CCR7配体控制，这配体包括ELC，其由定居的成熟树突状细胞和MIP-3β产生。
5.巨噬细胞抗原呈递（macrophage antigen presentation）
肺泡巨噬细胞对裸T淋巴细胞或休眠记忆细胞是无效应的APC，但能重新刺激最近激活过的T淋巴细胞。肺泡巨噬细胞不能有效地激活CD4+ T淋巴细胞，因为很少与休眠T淋巴细胞结合，并且不表达B7共同刺激细胞表面分子。
定居的肺泡巨噬细胞主动抑制T淋巴细胞激活和抗原诱导的繁殖。肺泡巨噬细胞删除急剧增加实验动物免疫反应的能力。在肺部这样下调稳定状态控制机制的潜在的价值是不言而喻的，因为肺经常被暴露于抗原。在肺实质内免疫反应必须被抑制和下调，因为免疫反应不可避免地导致气体交换表面明显损伤。另外，肺泡巨噬细胞抑制活性能被颠倒。GM-CSF和TNF-α因子明显降低肺泡巨噬细胞抑制活性，增加树突状细胞成熟。通过巨噬细胞和/或肺泡和气道上皮细胞诱导的GMCSF和巨噬细胞产生的TNF，微生物刺激（如脂多糖）降低肺泡巨噬细胞下调状态，并增加树突状细胞免疫刺激活性。总之，在面对微生物挑战，APC上的脂多糖诱导改变使局部T细胞激活。
一些实验性哮喘动物研究也表明TNF-α具有多种致病作用，如促进AHR、黏液生成或各种炎症细胞募集和活化［6］。在致敏期的抗TNF-α单克隆抗体治疗可显著降低气道嗜酸性粒细胞增多，TNF-α通过增强IL-23/Th17和Th2免疫应答在气道炎症的发生发展中起重要作用［6］。
6.免疫反应类型的选择（selection of the type immune responses）
不同微生物的清除需要不同类型的免疫反应。Ⅰ型反应最初由激活的巨噬细胞介导，并参与吞噬作用和细胞间杀菌作用。Ⅱ型反应由非细胞毒抗体、肥大细胞和嗜酸性粒细胞介导。Ⅰ型免疫反应由TH1细胞介导，其分泌 IL-2、IFN-γ、TNF-α 和 GM-CSF 因子。Ⅱ型免疫反应由TH2细胞介导，其产生IL-4、IL-5、IL-6和IL-10因子（图 1-5-3）。TH2细胞产生的细胞因子还有IL-13 和IL-25，与气道炎症有关，TH2细胞通过产生IL-4调节B细胞产生IgE。
图1-5-3 先天细胞和细胞因子在T细胞分化中的作用
IL-2：白细胞介素-2；IL-4：白细胞介素-4；IL-5：白细胞介素-5；IL-6：白细胞介素 -6 ；IL-10 ：白细胞介素 -10 ；IL-12 ：白细胞介素 -12 ；IFN-γ：干扰素 -γ；GM-CSF：粒细胞和巨噬细胞集落刺激因子；TNF-α：肿瘤坏死因子-α
TH1和TH2细胞是对从先天免疫系统衍生的信号反应发展而来。通过细胞表面碳水化合物模式受体或与脂多糖、CD4结合，组织巨噬细胞的激活引起IL-12和TNF-α因子分泌。裸TH细胞分化为TH1表型，由IL-12诱导，IL-12具有减少T细胞产生IFN-γ和IL-4因子的能力。脂多糖引起巨噬细胞产生IFN-γ诱导因子。IFN-γ和IL-12因子含有自动正向反馈系统，因为巨噬细胞激活放大IFN-γ水平，NK和TH1细胞繁殖和激活放大IL-12水平。
在裸T细胞早期TH2细胞发生发展需要IL-4。与某些抗原接触后嗜碱性粒细胞和肥大细胞产生IL-4。TH1细胞产生的IFN-γ抑制TH2细胞发生发展，TH2细胞产生的IL-10和IL-4抑制TH1细胞发生发展。
7.调节性 T细胞（regulatory T cells）
T细胞激活最初通过APC与裸T细胞相互作用启动。T细胞激活也受调节性T细胞调节。调节性T细胞亚类标记物是CD4+/CD25+。这类细胞在裸鼠末梢血CD4+T细胞中占5%～10%。调节性T细胞是下调免疫反应的可溶性介质的主要来源。CD4+/CD25+T细胞可以抑制Th2对过敏原的反应，过敏个体患者的CD4+/CD25+T细胞抑制作用减弱。CD4+/CD25+T细胞在调节气道嗜酸性粒细胞炎症中起关键作用。Foxp3+ Treg/Th17细胞失衡在哮喘的发病中起重要作用［7］。
（1）T细胞介导的下呼吸道免疫反应（lower respiratory tract immune responses mediated by T cells）：
T细胞介导的免疫出现对宿主抵抗真菌、分枝杆菌和病毒尤为重要。宿主抵抗新型隐球菌取决于CD4+、CD8+ T细胞。CD4+ T细胞删除的小鼠出现较早的肺部新型隐球菌播散，并且存活率减低。CD8+T细胞删除的小鼠存活率和损伤肺清除率均减低。CD4+和CD8+T细胞删除的小鼠出现巨噬细胞向肺组织募集明显减低，并出现感染和完全丧失肺清除率。从感染分枝杆菌的小鼠中分离出的抗原特异性CD4+T细胞产生 IL-2、IFN-γ和小量的 IL-4。TH1、TH2 和 /或TH0联合参与肺抵抗分枝杆菌的反应。Ⅰ类限制性CD8+T细胞也参与分枝杆菌的免疫反应，CD8+细胞出现在许多肉芽肿缺损的外膜中。抗原特异性CD8+细胞毒T细胞是肺抵抗病毒感染的关键。特异性CD8+细胞毒T细胞在肺病毒感染后的一周内出现在肺实质。CD8+T细胞反应的诱导被认为参与感染上皮细胞胞液中病毒颗粒复制，参与感染细胞表面的病毒抗原与MHC-Ⅰ类分子结合的呈递，参与成熟CD8+细胞毒淋巴细胞的最终产生。
（2）B细胞介导的下呼吸道免疫反应（lower respiratory tract immune responses mediated by B cells）：
Ig产生是B细胞介导免疫反应的标志。抗原进入下呼吸道诱导肺部抗体产生。一个剂量足以压倒非特异清除机制和诱导肺部炎症的抗原需要抗体反应诱导。抗原从肺部转移到引流淋巴结，淋巴结是肺叶间抗原诱导抗体反应的初级场所。抗体形成细胞（AFCs）在肺门淋巴结产生并释放到输出淋巴管和血液中，通过这个过程AFCs到达肺实质，肺部炎症促进AFCs向肺部募集。
（3）B细胞激活、分化和免疫球蛋白独特型转换（B cells activation，differentiation，and immunoglobulin isotype switching）：
B细胞由特异性抗原通过作为抗原受体的细胞表面免疫球蛋白而激活。大多数抗原需要T细胞的帮助以产生抗体反应。这种依赖性需要B细胞和T细胞直接相互作用使淋巴细胞分化成为Ig分泌型B细胞，随后成为记忆性B细胞或浆细胞。抗原特异性B细胞激活的第一步发生在B细胞与裸抗原结合并接受DCs激活T细胞提供辅助信号时。DCs和T细胞之间的CD40/CD40L和B7/CD28相互作用介导T细胞。同族的特异性多肽与TCR之间的相互作用也一并出现，多肽与B细胞上MHC-Ⅱ分子结合，而TCR在CD4 T细胞上。B细胞激活、分化和免疫球蛋白独特型转换需要这些相互作用。
在抗体介导免疫反应中，单个的B细胞转换Ig独特型表达。产生IgM的细胞转换为产生IgE或IgG或IgM一种亚类。独特型转换受T细胞调节，T细胞通过细胞表面的CD40 B细胞与CD40 T细胞相互作用和细胞因子分泌影响独特型转换。
8.呼吸道免疫球蛋白（respiratory immunoglobulins）
Ig是正常呼吸道分泌物的主要蛋白成分。支气管肺泡灌洗液蛋白中的20%由IgG、IgM和IgA组成。肺通过刺激定居的抗原特异性记忆B细胞对某些致病菌产生快速反应。抗原特异性IgG和IgA的产生有助于清除入侵的致病菌，并减少致病菌在呼吸道上皮细胞的定居。
（俞桑洁 杨永弘）
参考文献
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7.Jiang H，Wu X，Zhu H，et al.FOXP3（+）Treg/Th17 cell imbalance in lung tissues of mice with asthma.Inter J Clin Expert Med，2015，8（3）：4158-4163.