高微，王梦，曹志然

（河北大学基础医学院，河北 保定 071000）

固有免疫应答在抗布鲁菌感染过程中的作用

高微，王梦，曹志然

（河北大学基础医学院，河北 保定 071000）

布鲁菌是革兰氏阴性兼性胞内寄生菌，包括牛布鲁菌、羊布鲁菌、猪布鲁菌、犬布鲁菌和海洋哺乳动物感染的布鲁菌等，其中羊布鲁菌、牛布鲁菌、猪布鲁菌和犬布鲁菌等可以通过多种途径侵入人和动物体内，其引起的布鲁菌病是一种严重的人畜共患病。固有免疫系统是机体抵抗病原体感染的第一道防线，因此在布鲁菌感染过程中发挥重要作用。现综述布鲁菌感染过程中宿主固有免疫应答发挥的作用。

布鲁菌；布鲁菌病；固有免疫；病原相关分子模式；模式识别受体

本文引用：高微,王梦,曹志然.固有免疫应答在抗布鲁菌感染过程中的作用[J].医学研究与教育,2015,32(3): 82-86.

布鲁菌病是由布鲁菌感染引起的重要的人畜共患病，常见症状有发热、寒战、周身疼痛、关节和腰背疼痛、头痛、厌食、易疲劳、全身无力[1]。它在全球广泛流行，给人类的经济和健康带来巨大影响，且目前为止没有安全有效的疫苗用于预防其感染。Brucella.melitensis、B.suis和B.abortus是导致人类患病的主要病原物种，绝大多数人类布鲁菌病是由此引起的[2]。固有免疫是宿主抵御病原体感染的第一道防线，布鲁菌感染宿主细胞后，宿主固有免疫细胞通过模式识别受体（pattern recognition receptor,PRR）识别病原体的某些高度保守分子结构，即病原相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern,PAMP），激活宿主固有免疫应答。

1 参与抗布鲁菌的固有免疫细胞与免疫分子

在抗布鲁菌感染免疫中，往往固有免疫应答比适应性免疫应答发挥作用更迅速，使进入宿主体内的布鲁菌数量减少，但不会产生免疫记忆，因此是抵御布鲁菌感染的第一道防线。固有免疫细胞和固有免疫分子（如血浆中的补体）是实现固有免疫功能的重要组成部分，参与抗布鲁菌感染的固有免疫细胞主要包括巨噬细胞（macrophage,MΦ）、树突状细胞（dentritic cell,DC）、自然杀伤细胞（naturel killer cell,NK）、肥大细胞（mast cell,MC）等。

1.1 固有免疫细胞

1.1.1 巨噬细胞

巨噬细胞是重要的固有免疫应答细胞，同时也是布鲁菌感染的主要靶细胞，研究表明，巨噬细胞膜表面有很多模式识别受体，可以识别布鲁菌的病原相关分子模式，并且巨噬细胞有强大的吞噬功能，所以布鲁菌感染后优先感染巨噬细胞，并通过多种机制抵抗巨噬细胞的杀菌作用，从而在其中大量繁殖，形成慢性持续性感染。巨噬细胞还是重要的抗原提呈细胞，可以提呈抗原，启动适应性免疫应答，但布鲁菌感染后却破坏其抗原提呈功能，这也是布鲁菌能在巨噬细胞中大量繁殖的原因之一[3]。

1.1.2 树突状细胞

树突状细胞是最主要的抗原提呈细胞，不同布鲁菌感染树突状细胞后的结局不同。Billard等[4]研究表明，树突状细胞虽然可以捕获布鲁菌，但不能被有效激活。曹志然等[5]研究证实，布鲁菌S2株感染树突状细胞后可导致树突状细胞活化，分泌IL-12等细胞因子，并给T细胞提呈抗原，诱导Th1性细胞因子的分泌。韩丽滨等[6]实验表明，巨噬细胞负载布鲁菌12 h后大量巨噬细胞破裂，胞内容物被释放，树突状细胞能通过捕获破裂的巨噬细胞所释放的凋亡物质而被激活。据此推测，巨噬细胞破裂后释放的含布鲁菌抗原的物质被树突状细胞捕获，使其激活和成熟，并提呈抗原启动适应性免疫应答。

1.1.3 自然杀伤细胞

NK细胞不需要抗原预先致敏，可以直接杀伤某些肿瘤细胞和病毒感染细胞。但Fernandes等[7]研究表明，在布鲁菌感染过程中，NK细胞对早期布鲁菌感染的控制不起作用，这可能因为布鲁菌复制相对较慢并且导致慢性感染而非像其他胞内菌引起的急性感染。Gao等[8]研究表明，在布鲁菌感染后若NK细胞耗竭，则抗体的生成明显减少，这表明B细胞的活化需要NK细胞的帮助。

1.1.4 肥大细胞

肥大细胞是重要的固有免疫细胞，在机体抗肿瘤、抗感染和引发超敏反应过程中发挥重要作用。活化的肥大细胞通过脱颗粒释放组胺、白细胞介素、干扰素等多种物质引发炎症反应。用猪布鲁菌S2株感染体外培养肥大细胞的实验证明，S2株感染后粘附在肥大细胞表面诱导其脱颗粒释放组胺，但不能引起INF-γ和IL-12的释放，并且S2株感染后可以诱导TLR4的表达量增加，说明TLR4可能参与对布鲁菌的识别[9]。

1.2 固有免疫分子

1.2.1 补体系统

粗糙型布鲁菌侵入机体后会迅速被补体系统杀死，而光滑型布鲁菌侵入机体后则可以存活并入侵宿主巨噬细胞，并在其中繁殖，然后从被感染的巨噬细胞中释放出来，在此过程的早期阶段，细菌导致IgM抗体和低浓度的IgG抗体产生，这会激活补体系统介导的杀伤作用，使感染局限于巨噬细胞内。然而机体对布鲁菌抗原的免疫应答将增强，IgG抗体浓度增加，高浓度的抗体不利于对胞外布鲁菌的补体杀伤作用，但抗体补体复合物会对布鲁菌起到调理作用，导致宿主对其的吞噬作用增强，从而形成慢性感染[10]。

1.2.2 细胞因子

固有免疫细胞被激活后可以引起一系列促炎性细胞因子(如IFN-γ、TNF-α、IL-12等)的产生，从而直接杀伤病原体，也可以通过激活适应性免疫应答来对抗病原体。IFN-γ可以由T细胞产生，也可以由NK细胞产生，Murphy等[11]用布鲁菌2308株感染BALB/c小鼠的实验表明，IFN-γ基因敲除的小鼠体内布鲁菌数量明显增加，但TNF-α数量不会增高，这说明TNF-α的作用依赖IFN-γ的存在，两者均在抵抗布鲁菌感染过程中发挥作用。

2 固有免疫产生机制：模式识别受体

宿主固有免疫细胞表达多种PRR，机体感染布鲁菌后可以通过PRR识别布鲁菌的PAMP，激活宿主固有免疫应答。已经证明的识别布鲁菌的PRR主要有Toll样受体(Toll like receptors,TLRs)、核苷酸结合寡聚化作用域样受体(nucleotide binding and oligomerization domain-like receptors,NLRs)和视黄酸诱导基因 1样受体(retinoic acid-inducible gene 1-like receptors,RLRs)[12]。

2.1 Toll样受体

TLRs家族中已有12个成分在哺乳动物中被识别，其中TLR1-10在人类中发现[13]。根据细胞定位，TLRs可以分成两组。第一组表达在细胞表面，如TLR2通过识别细菌脂肽启动强有力的免疫反应[14]，De Almeida等[15]研究表明，TLR6对在机体内感染布鲁菌后诱导固有免疫应答的形成是必需的，而在体外感染布鲁菌后则需要TLR2和TLR6的共同作用才能识别布鲁菌并激活NF-κB途径。第二组TLRs存在于细胞内，包括TLR3识别双链RNA，TLR7-8识别单链RNA，TLR9与未甲基化的CpG DNA结合，胞内TLRs与信号分子结合虽然可以保护宿主，却也有形成自身免疫的危险[16-17]。

髓样分化因子(MyD88)蛋白在宿主固有免疫应答中发挥关键作用。研究表明，MyD88蛋白缺乏的小鼠无法抵抗B.abortus感染，这与损害树突状细胞的成熟、致使IL-12的缺乏和巨噬细胞无法产生相应的炎症因子有关，树突状细胞在B.abortus感染过程中被激活后可以刺激T细胞产生IFN-γ[18]，而IFN-γ对控制B.abortus感染起重要作用[19]。

白介素-1受体相关激酶4(interleukin-1 receptor-associated kinase4,IRAK-4)是另一个TLRs激活所需要的调整细胞信号的蛋白,它与小鼠体内布鲁菌的有效清除有关。研究表明，IRAK-4缺乏的小鼠体内巨噬细胞和树突状细胞不能产生炎症细胞因子，所以对布鲁菌感染不能产生免疫应答[20]。

综上所述，在MyD88和IRAK-4的参与下，TLRs被激活，引起胞内信号转导，从而导致NF-κB的激活和蛋白激酶(MAPKs)产生炎症细胞因子，从而启动固有免疫应答抵抗布鲁菌感染[21]。

2.2 NOD样受体

NLRs是胞内分子，通过识别胞质中的细菌成分起到监视作用，在固有免疫应答中发挥重要作用[22]。NLRs家族由很多受体组成，如NLRC4、NLRP3、AIM2等[23]。Gomes等[24]研究表明，NLRC4在布鲁菌感染过程中诱导半胱天冬酶-1(caspase-1)的激活和IL-1β的分泌是非必须的，而NLRP3在此过程中的某些部分是必须的。AIM2能感受布鲁菌的DNA。炎症小体是多蛋白复合体，能激活半胱天冬酶引起炎症细胞因子IL-1β和IL-18的释放，已经被识别的4个主要炎症小体中，有3个属于NLRs[25-26]。

Oliveira等[27]通过研究发现，NOD1和NOD2受体缺乏的小鼠巨噬细胞产生的TNF-α比野生型小鼠产生的少，而两组小鼠却表现出同样的布鲁菌负载量，这说明NOD1和NOD2受体可能诱导应答布鲁菌的信号产生，但这些信号对抵抗布鲁菌感染不是必需的。

2.3 视黄酸诱导基因1样受体

RLRs是胞内模式识别受体，它们通过发起信号转导反应，最终引起Ι-型干扰素(Ι-IFN)的产生和固有免疫关键调节因子(如NF-κB)的激活,从而启动固有免疫应答[28]。

Chiu等[29]研究表明，胞质DNA在RNA聚合酶Ⅲ的参与下转录为RNA，然后通过视黄酸诱导基因1(RIG-I)途径诱导IFN-Ι的产生，据此推测布鲁菌感染后，RNA聚合酶Ⅲ能通过RIG-I途径诱导干扰素的产生从而抵抗布鲁菌感染。

综上所述，宿主感染布鲁菌后首先启动固有免疫应答，通过固有免疫细胞膜表面或胞内的模式识别受体与布鲁菌的病原相关分子模式结合启动胞内信号转导，从而激活宿主固有免疫应答途径，引起炎性细胞因子的分泌，从而杀伤体内的布鲁菌或启动适应性免疫应答与其一起抵抗布鲁菌感染。

[1]TSEND S,BALJINNYAM Z,SUURI B, et al.Seroprevalence survey of Brucellosis among rural people in Mongolia[J].Western Pac Surveill Response,2014,5(4): 13-20.

[2]PAPPAS G,PAPADIMITRIOU P,AKRITIDIS N,et al.The new global map of human Brucellosis[J].Lancet Infect Dis,2006,6(2): 91-99.

[3]NOSS E H,HARDING C V,BOOM W H.Mycobacterium tuberculosis inhibits MHC class II antigen processing in murine bone ma rrowmacrophages[J].Cell Immunol,2000,201(1): 63-74.

[4]BILLARD E,DORNAND J,GROSS A.Brucella suis prevents human dendritic cell maturation and antigen presentation through regulation of tumor necrosis factor alpha secretion[J].Infect Immun,2007,75(10): 4980-4989.

[5]曹志然，张雷芳,王蓓,等.负载布鲁菌 WboA-/-S2 株的树突状细胞对淋巴结 T 细胞的活化作用[J].中国免疫学杂志,2012,28(12): 1073-1077.

[6]韩丽滨,董炳梅,李妍,等.布鲁菌引起的巨噬细胞依赖性树突状细胞迁移与免疫应答[J].细胞与分子免疫学杂志,2009,25(6): 495-497.

[7]FERNANDES D M,BENSON R,BALDWIN C L.Lack of a role for natural killer cells in early control of Brucella abortus 2308 infections in mice[J].Infect Immun,1995,63(10): 4029-4033.

[8]GAO N,JENNINGS P,GUO Y,et al.Regulatory role of natural killer (NK) cells on antibody responses to Brucella abortus[J].Innate Immun,2011,17(2): 152-163.

[9]曹志然,闫伟娇,王蓓,等.肥大细胞对布鲁菌 S2 株的模式识别及活化效应的体外研究[J].细胞与分子免疫学杂志,2013,29(11): 1137-1146.

[10]HOFFMANN E M,HOULE J J.Contradictory roles for antibody and complement in the interaction of Brucella abortus with its host[J].Crit Rev Microbiol,1995,21(3): 153-163.

[11]MURPHY E A,PARENT M,SATHIYASEELAN J,et al.Immune control of Brucella abortus 2308 infections in BALB/c mice[J].FEMS Immunol Med Microbiol,2001,32(1): 85-88.

[12]白旭华,吕昌龙.布鲁菌致病特点和疫苗的研究新进展[J].微生物学杂志,2013,33(3): 81-85.

[13]KUMAR H,KAWAI T,AKIRA S.Pathogen recognition by the innate immune system[J].Int Rev Immunol,2011,30(1): 16-34.

[14]KANG J Y,NAN X,JIN M S,et al.Recognition of lipopeptide patterns by Toll-like receptor 2-Toll-like receptor 6 heterodimer[J].Immunity,2009,31(6): 873-884.

[15]DE ALMEIDA L A,MACEDO G C,MARINHO F A,et al.Toll-like receptor 6 plays an important role in host innate resistance to Brucella abortus infection in mice[J].Infect Immun,2013,81(5): 1654-1662.

[16]CHATURVEDI A,PIERCE S K.How location governs toll-like receptor signaling[J].Traffic,2009,10(6): 621-628.

[17]BLASIUS A L,BEUTLER B.Intracellular toll-like receptors[J].Immunity,2010,32(3): 305-315.

[18]MACEDO G C,MAGNANI D M,CARVALHO N B,et al.Central role of MyD88-dependent dendritic cell maturation and proinflammatory cytokineproduction to control Brucella abortus infection[J].Immunol,2008,180(2): 1080-1087.

[19]BRANDAO A P,OLIVEIRA F S,CARVALHO N B,et al.Host susceptibility to Brucella abortus infection is more pronounc ed in IFN-γ knockout than IL-12/β2-microglobulin double-deficient mice[J].Clin Dev Immunol,2012: 589494.

[20]OLIVEIRA F S,CARVALHO N B,BRANDAO A P,et al.Interleukin-1 receptor-associated kinase 4 is essential for initial host control of Brucella abortusinfection[J].Infect Immun,2011,79(11): 4688-4695.

[21]GOMES M T,CAMPOS P C,DE ALMEIDA L A,et al.The role of innate immune signals in immunity to Brucella abortus[J].Front Cell Infect Microbiol,2012,2: 130.

[22]SHAW M H,REIMER T,KIM Y G,et al.NOD-like receptors (NLRs): bona fide intracellular microbial sensors[J].Curr Opin Immunol,2008,20(4): 377-382.

[23]FRANCHI L,MUNOZ-PLANILLO R,NUNEZ G.Sensing and reacting to microbes through the inflammasomes[J].Nat Immunol,2012,13(4): 325-332.

[24]GOMES M T,CAMPOS P C,OLIVEIRA F S,et al.Critical role of ASC inflammasomes and bacterial type IV secretion system in caspase-1activation and host innate resistance to Brucella abortus infection[J].Immunol,2013,190(7): 3629-3638.

[25]FRANCHI L,WARNER N,VIANI K,et al.Function of NOD-like receptors in microbial recognition and host defense[J].Immunol Rev,2009,227(1): 106-128.

[26]MIAO E A,RAJAN J V,ADEREM A.Caspase-1-induced pyroptotic cell death[J].Immunol Rev,2011,243(1): 206-214.

[27]OLIVEIRA F S,CARVALHO N B,ZAMBONI D S,et al.Nucleotide-binding oligomerization domain-1 and -2 play no role in co ntrolling Brucella abortus infection in mice[J].Clin Dev Immunol,2012: 861426.

[28]CHOI M K,WANG Z,BAN T,et al.A selective contribution of the RIG-I-like receptor pathway to type I interferon responses activated by cytosolic DNA[J].Proc Natl Acad Sci,2009,106(42): 17870-17875.

[29]CHIU Y H,MACMILLAN J B,CHEN Z J.RNA polymerase III detects cytosolic DNA and induces type I interferons through the RIG-Ipathway[J].Cell,2009,138(3): 576-591.

(责任编辑：刘俊华)

The role of innate immune response during infection of Brucella

GAO Wei,WANG Meng,CAO Zhiran
(College of Basic Medical Science of Hebei University,Baoding 071000,China)

Brucellais a Gram-negative,facultative intracellular bacteria,which includesBrucella.abortus(cattle),B.melitensis(goats),B.suis(swine),B.canis(dogs) andBrucellainfected by marine mammals,et al.B.abortus,B.melitensis,B.suisandB.canis,et al can invade into humans and animals through a variety of ways and cause Brucellosis that is a severe zoonotic desease.The innate immune system is the frst line of defensing against the infection of pathogen for our organism,which plays a key role during the infection ofBrucella.This paper overviews the role of innate immune response during the infection ofBrucella.

Brucella; Brucellosis; innate immune; pattern-recognition receptor; pathogen-associated molecular pattern

10.3969/j.issn.1674-490X.2015.03.018

R392

A

1674-490X(2015)03-0082-05

2015-03-07

河北省自然科学基金资助项目（C2010000243）；河北大学国家级大学生创新训练计划项目（201410075028）作者简介：高微（1990—），女，河北廊坊人。

曹志然（1963—），女，河北景县人，教授，硕士生导师，主要从事抗感染免疫研究。

E-mail: 919196928@qq.com