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家禽巨噬细胞免疫功能调节的研究进展

2013-01-25张英楠栾维民杨树宝钱爱东

中国兽医杂志 2013年5期
关键词:单核细胞家禽干扰素

金 唯,张英楠,栾维民,4,马 馨,彭 琪,杨树宝,钱爱东

(1.吉林农业大学动物科学技术学院,吉林 长春130118;2.吉林农业大学发展学院,吉林 长春130600;3.吉林农业大学生命科学学院 吉林 长春 130118;4.吉林农业大学动物生产及产品质量安全教育部重点实验室,吉林 长春130118)

巨噬细胞存在于脊椎动物和非脊椎动物的机体中,是一类能够摄入外源性物质(包括微生物)并使其死亡的多相群白细胞,在组织内稳态、固有免疫和获得免疫、炎症反应和免疫病理学中,都发挥着重要作用(Gordon,2003)。为了完成这些复杂的工作,巨噬细胞通过特异性受体,吞噬凋亡和坏死的细胞(包括入侵的微生物),检测内环境中的信号,通过分泌的信号分子和效应分子对这些刺激发生反应[1]。

近年来,随着细胞生物学和分子生物学的发展,对哺乳动物巨噬细胞分子的结构和功能有了很多新的定义。相比较而言,家禽巨噬细胞的知识非常有限,Dietert(1991)和他的同事首次证明了鸡的巨噬细胞是通过产生NO来消灭病原体,在固有免疫中发挥作用的。因此,所有能够影响NO释放的因素都可以影响巨噬细胞功能的调节。这里,我们对调节家禽巨噬细胞免疫功能的相关分子进行简要综述,以期为进一步的相关研究和应用提供参考。

1 巨噬细胞的来源

巨噬细胞来源于骨髓多能干细胞,在集落刺激因子的影响下,经过6d的时间可以从成单核细胞发展成幼单核细胞,然后发展成单核细胞。单核细胞进入鸡的血液中,组成一个重要的具有吞噬细胞成分的细胞。血液单核细胞的第2个发展阶段是巨噬细胞,它们呈现于多种机体组织中。因此,巨噬细胞是由血液单核细胞穿出血管后分化而来[2]。

2 巨噬细胞功能的调节

巨噬细胞是机体重要的免疫效应细胞,是机体抵抗病原体和肿瘤的第一道防线之一,在抗感染初期,吞噬和杀灭入侵的微生物。巨噬细胞在执行功能前需经过成熟、分化、激活等过程,研究表明,巨噬细胞通 常是由γ-干扰素(IFN-γ)、肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素-4(IL-4)、白细胞介素-13(IL-13)和糖皮质激素等诱导其活化的(郭强,熊思东,2004)。只有活化后的巨噬细胞才可以执行不同的免疫功能,一些多糖类,受体类,细胞因子等都可以通过相应的机制增强或抑制其功能。

2.1 呼吸暴发和一氧化氮的产生 巨噬细胞参与动物机体非特异性免疫主要有两种方式:一种是非氧依赖型,巨噬细胞将病原菌、真菌、异物等吞噬到胞内后,形成吞噬体,通过分泌溶菌酶降解微生物;另一种是氧依赖型,通过呼吸暴发产生大量的活性氧和活性氮发挥杀菌作用。由此可见,巨噬细胞的呼吸暴发是一个重要的激活巨噬细胞杀微生物的机制,其活化可以由佛波醇肉豆蔻酸,酵母聚糖A,钙离子载体和不同的沙门菌属来诱导。已经证明鸡沙门菌血清型的呼吸暴发是由基因决定的,并以一个较快的速度清除胞内细菌[1]。

一氧化氮(NO)是一种内皮衍生的血管舒张因子,它参与细胞内信号传导,具有舒张动脉和抗炎等作用,并且可以转变成亚硝酸盐和硝酸盐这些更稳定的产物。研究表明,细菌脂多糖能增强巨噬细胞释放NO的能力,从而影响动物机体的免疫应答。当受细菌的脂多糖影响时,鸡的巨噬细胞能够表达一个4.5kb的NO合酶以及它可诱导的亚型[3]。这说明,NO的产生与诱导型NO合酶的活性有关,而细菌脂多糖主要是通过酪氨酸蛋白激酶、蛋白激酶C、神经酰胺等途径激活巨噬细胞丝裂原蛋白激酶和细菌脂多糖激活核因子-кB(NF-кB)途径[4-5],诱导NO合酶的生成,实现细菌脂多糖NO信号分子的释放,从而增强杀伤细胞内病原体的能力。

因此,经过呼吸暴发活化后的巨噬细胞,可以通过分泌 NO,TNF-α、IL-1、IL-6等产生活性氧,诱导细菌或者肿瘤细胞的灭亡,而不杀伤正常细胞。

2.2 Toll样受体的调节 Toll样受体(toll-like receptors,TLRs)是增强巨噬细胞的活性和吞噬作用的重要因素之一,作为一种模式识别受体(PRR),识别微生物保守的分子相关模式(PAMP),触发细胞信号级联,最终导致核转录因子(NF-кB)信号途径的活化,产生细胞因子IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α、IFN-7等,启动一系列免疫炎症反应,清除入侵的病原微生物。同时,上调吞噬细胞中共刺激分子的表达,活化T细胞,在先天性免疫与获得性免疫之间建立一个紧密相连的桥梁[6]。

目前在鸡体内已经鉴定出10种TLRs(ChTLRs),分别为:TLR1LA,1LB,2A,2B,3,4,5,7,15和TLR21,其中对巨噬细胞功能的调节起主要作用的是TLR1,TLR2和TLR4。TLR1在鸡的大多数组织中都有表达,以脾脏和肝脏中表达水平最高。TLR2主要表达在包括单核细胞、巨噬细胞、嗜中性粒细胞等宿主第一线防御相关的细胞。Lynn等人(2005)通过生物信息学的方法发现,TLR1LA能与TLR2B形成二聚体,TLR1LB与TLR2A/2B形成二聚体,通过二聚体的形成来识别病原体脂蛋白和肽聚糖[7-8],激活 NF-кB途径,增强吞噬细胞的吞噬能力,清除入侵的病原微生物。Farnell等(2003)发现,用LPS刺激鸡异嗜性粒细胞能够诱导TLR2和TLR4介导的呼吸性氧爆炸,在宿主抗感染早期,发挥重要作用。随后,Iqbal M 等(2005)发现,TLR4的mRNA主要在富含巨噬细胞的组织中表达水平较高。Kogut等(2005)首次证明了鸡异嗜性粒细胞中存在识别LPS系统(即LBP、CD14和TLR4),且能诱导IL-1β、IL-6、IL-18、CXCLi2、CX-CLi1、CXCLi4的表达[9]。这些结果表明,ChTLR4能够识别细菌LPS,诱导巨噬细胞的活化成熟并介导先天性免疫的激活[10]。

另外,测量鸡血液中骨髓源巨噬细胞ChTLR表达mRNA的水平,可以反映出抗原呈递作用的效率。巨噬细胞表达MHC类分子和共刺激分子,与树突状细胞(DC)的表达水平相比,即使在激活后,巨噬细胞分子的表达水平大体上比较低[11]。所以,它的抗原呈递作用也不如DC那么高效。

2.3 巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)的调节 巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)最初是作为抗原激活的T淋巴细胞产生的一种可溶性因子,阻止巨噬细胞的随机迁移而确定的。近些年,MIF作为一种多功能细胞因子,通过巨噬细胞、T细胞的活化,介导固有免疫应答和适应性免疫应答。

在禽类,鸡的 MIF(ChMIF)是 Wistow等于1993年从母鸡的早期胚胎中分离出来的10kDa的多肽。研究表明,禽MIF可以通过基因扩增,克隆进原核表达载体,形成细菌表达禽重组 MIF(rCh-MIF),使巨噬细胞的迁移率稳定下降。利用LPS刺激外周血单核细胞时,qRT-PCR的分析显示,rChMIF可增强前炎性细胞因子(IL-1β,IL-6,IL-8和IL-12)以及诱导型NO合酶的mRNA表达水平,同时,还可促进刀豆素刺激的淋巴细胞提高TH1型细胞因子(IFN-γ和IL-2)的转录水平。因此,家禽MIF可以间接增强巨噬细胞的功能,促进单核细胞和淋巴细胞Th1/Th2型细胞因子的炎症反应和活化的T淋巴细胞增殖,从而进一步增强家禽免疫系统的功能[12]。

2.4 γ-干扰素的调节 γ-干扰素(interferon gamma,IFN-γ)是一类具有多种调节效应的细胞因子,属于干扰素的Ⅱ类。γ-干扰素主要来源于活化的T淋巴细胞和NK细胞,其免疫调节的活性远高于Ⅰ类干扰素(IFN-α,IFN-β),能够参与 MHCⅡ类抗原分子的表达,促进抗原递呈,是巨噬细胞的主要活化因子,但是抗病毒和抗肿瘤的活性与Ⅰ类干扰素相比较弱。

Lowenthal等(1995)发现鸡的IFN-γ(ChIFN-γ)能激活巨噬细胞产生NO来消灭入侵的微生物,随后Digby等采用RT-PCR方法成功克隆出ChIFN-γ基因。研究表明,ChIFN-γ具有较高的抗球虫活性,这是通过鸡骨髓源巨噬细胞在IFN-γ的作用下,释放出的NO来抑制鸡球虫病的。更重要的是,ChIFN-γ具有明显的免疫调节活性,在增强巨噬细胞吞噬能力的同时,不仅可以诱导MHCⅡ类分子的抗原呈递作用,还能促进T、B细胞分化和细胞毒性T细胞的成熟,刺激B细胞分泌抗体,介导体液免疫和细胞免疫[13]。在其他家禽方面,Schultz等(1999)报道了鸭干扰素基因序列。李洪涛等(2007)在此基础上,成功克隆出了鹅IFN-γ基因序列,证明了鹅巨噬细胞产生NO的水平,是随着IFN-γ浓度的降低而下降的,并且还能抑制鹅副黏病毒在鹅胚成纤维细胞中的增殖。由此可见,IFN-γ作为一种天然的免疫应答介导物,在发挥重要免疫活性作用的同时,也在防治家禽疾病方面发挥越来越重要的作用。

3 结语

巨噬细胞具有吞噬和杀伤凋亡损伤的细胞、递呈抗原、分泌生物活性物质、促进和恢复免疫系统及抑制肿瘤等多种免疫功能,是机体重要的免疫效应细胞,这些免疫功能的发挥有赖于巨噬细胞的激活。根据巨噬细胞的异质性和功能的复杂多样性,可将激活的途径分为经典途径和替代激活途径,特别是替代激活途径能够参与组织修复、血管新生等病理生理过程,成为近几年研究的热点,但是仅限于小鼠模型或者鼠源细胞,对于家禽巨噬细胞的激活途径尚未见相关报道。激活后的巨噬细胞才能通过多糖类,受体类,细胞因子类来增强或抑制其功能。除此以外,家禽巨噬细胞亚型的分类,表面的各种受体,破坏、杀伤肿瘤细胞的作用,以及他们控制基因发生、分化和表达的过程仍有待进一步的研究。

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