医学免疫学/Ⅳ型超敏反应

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医学免疫学

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一、概 念

细胞介导的免疫反应有不同的类型。与上述的由特异性抗体介导的三种类型的超敏反应不同,Ⅳ型或迟发型超敏反应(delayed type hypersensitivity,DTH)是由特异性致敏效应T细胞介导的细胞免疫应答的一种类型。在豚鼠、大鼠和小鼠中,对绝大多数蛋白质抗原的DTH反应均可经CD4+T细胞被动转移。但最近证明,CD8+T细胞也可被动转移DTH样反应。如抗病毒的DTH反应主要是由CD8+T细胞介导的。而对注射入体内的蛋白质或细胞外的抗原主要由CD4+T细胞所介导。DTH反应中的最终效应细胞活化的单个核吞噬细胞

该型反应均在接触抗原24小时反应出现反应,故称为迟发型超敏反应。在对胞内寄生菌如分枝杆菌单核细胞增多性李斯德氏菌、病毒真菌感染的许多变态反应中;对某些简单化学物质的接触性皮炎中以及对移植组织器官的排斥反应中均可见DTH反应。

典型的皮肤DTH反应

1.Jones-Mote反应是一种以可溶性抗原单独注射或抗原加福氏不完全佐剂免疫动物后所出现的皮肤DTH反应。24小时反应达到高峰,红肿明显,但硬结持续时间较短,皮肤的反应消退较早。其组织学改变的主要特征是皮损中有大量嗜碱性粒细胞浸润,故现亦称此反应为皮肤嗜碱性粒细胞超敏反应(cutaneous basophil hypersensitivrity,CBH)。不过致敏T细胞仍是引起CBH的主要细胞,因注射抗T细胞血清后CBH被抑制,提示嗜碱性细胞的大量浸润可能是一种较早出现的继发反应的表现。

2.结核菌素反应 临床上具有诊断意义的结核菌素试验是DTH的原型。在被试者前臂皮内注射结核素(结核杆菌菌体脂蛋白)或分枝结核杆菌的纯化蛋白衍生物(purified protein derivative,PPD)后,如被检者曾有结核感染史但已痊愈或接种过介苗,则在注射后约4小时,中性粒细胞聚集在注射部位后毛细静脉周围,随继中性粒细胞的浸润迅速消退。约12小时,注射部位小静脉周围代之以T细胞和单核细胞浸润(各约占50%)。这些小静脉的内皮细胞肿胀细胞器生物合成增加,血浆大分子外漏纤维蛋白原血管进入周围组织中后变成纤维蛋白。由于注射部位血管外组织间隙内纤维蛋白原从血管进入周围组织中后变成纤维蛋白。由于注射部位血管外组织间隙内纤维蛋白的沉积和T细胞及单核细胞的聚集而引起组织红肿和硬结。硬结为DTH反应的最主要特征,注射后约18小时出现。24~48小时达高峰,之后红肿和硬结自行消退。

对常见抗原如念球菌抗原DTH反应阴性提示T细胞功能缺陷,因而患者对正常情况下能抵抗的微生物如分枝结核杆菌和真菌极易感。如抗原在组织中持续存在,则结核菌素反应可进展演变成肉芽肿反应。

3.肉芽肿肉芽肿样超敏反应是临床上最重要的迟发型超敏反应。是由于致病因子(通常为微生物如分枝结核杆菌等)持续存在于Mφ内而又有能被清除灭活,而引起的一种特征性炎症反应。偶尔抗原抗体复合物或非免疫性物质如滑石粉等也可引起肉芽肿。肉芽肿一般需2周才出现反应,4周时反应达到高峰。在DTH反应晚期,活化Mφ的细胞浆和细胞器均增加。参与肉芽肿的活化Mφ的组织形态学类似皮肤上皮细胞,故称上皮巨噬细胞,有时数个活化Mφ融合成有多个核的巨大细胞。若这些细胞在抗原如分枝杆菌四周融合包绕,则出现明显可触及的炎症结节,此即肉芽肿。如将可溶性蛋白质抗原吸附在乳胶颗粒上,则因乳胶颗粒不能消化在组织中长期存在而引起实验性肉芽肿。

二、组织损伤机制

上已提到,血沮抗体不能从一致敏的个体将DTH反应转移给一正常个体。DTH的转移需要淋巴样细胞,特别是T细胞。在人类,活的外周白细胞以及从它们提取的低分子量转移因子均已使DTH转移成功。转移因子可能含有多能刺激已致敏T细胞介导DTH的物质。

急性DTH是细胞介导免疫的一种形式。在反应中,CD4+T细胞识别可溶性蛋白质抗原,CD8+T细胞识别细胞内微生物抗原,它们通过分泌细胞因子对抗原进行应答。其中TNF激活后毛细静脉的血管内皮细胞,血管内皮细胞将中性粒细胞,继之将淋巴细胞和单核细胞募集到组织中。INF-γ则能使聚集的单核细胞分化成Mφ。而将抗原清除。但如抗原持续存在,则Mφ处于慢性活化状态,并分泌更多细胞因子生长因子,最后损伤组织被纤维组织所代替。在DTH早期,炎症浸润细胞中富集具有活化细胞表型特征(如IL-2受体P55表达增加)的CD4+T细胞和活化的Mφ。而DTH晚期,上皮样Mφ和巨细胞与纤维母细胞和新血管数目均有增加。

DTH反应包括三个连续的过程,它们是:

1.识别相(cognitive phase) CD4+T和某些CD8+T细胞识别存在于抗原呈递细胞(APC)表面上的外来蛋白质抗原。

在皮肤DTH中,将抗原呈递给CD4+T细胞并启动DTH反应的APC可能有三类:第一是存在于上皮中的特定的APCS如郎格罕细胞。它们能将抗原运输到引流淋巴结并在此与抗原特异性T细胞接触,活化的T细胞在数目和跨越内皮屏障的能力方面均有增加。第二是皮肤中的Mφ和单核细胞,它们一旦离开血液循环并进入DTH反应部位的血管外组织中就分化成DTH的最终效应细胞即活化的巨噬细胞。单核细胞分化成效应细胞称为巨噬细胞活化。活化过程是新的基因或原有基因转录增加的结果,表现为各种基因表达产物量的增加。活化的Mφ能完成诸如杀灭被吞细胞菌等静止单核细胞所不能完成的功能。可溶性细胞因子特别是IFN-γ和脂多糖细菌产物均能引起基因转录和Mφ活化。活化的Mφ能过分泌炎症介质引起局部炎症反应,清除微生物抗原,使DTH消退。最后一类APCs可能是后毛细静脉内皮细胞。抗原进入局部的小静脉内皮细胞在DTH中的作用除作为APC启动T细胞活化外,还能调节白细胞的浸润,因此它在炎症反应中具有重要作用。人、狒狒和狗的小静脉内皮细胞表达与呈递抗原有关的MHCⅡ类分子。在豚鼠诱导内皮细胞表达MHCⅡ分子是DTH反应中最早的表现之一。而由CD8+T细胞介导的对病毒抗原的DTH的反应中,内皮细胞呈递抗原与MHCⅠ类分子密切相关。但需指出,上述APC s中没有一类APC能单独在所有种属、所有组织启动各种抗原的DTH反应。

2.激活相(activation phase) 为T细胞分泌细胞因子和增殖相。一旦T细胞被APCs激活,就能通过分泌细胞因子而介导DTH。下面3个细胞因子对炎症反应的发生最为重要:

(1)IL-2:IL-2能引起抗原活化T细胞的自泌性增殖。IL-2还能放大CD4+T细胞合成的IL-2、IFN-γ、TFN和淋巴素(lymphotoxin,LT)。

(2)IFN-γ:IFN-γ能作用于内皮细胞和Mφ等APCs,增加MHCⅡ类分子表达,提高将抗原呈递给局部CD4+T细胞的效率,这也是诱导DTH的一个重要放大机制。IFN-γ能增强炎症处浸润单核细胞消灭抗原的能力。IFN-γ产仅是最强的激活Mφ的细胞因子,也是DTH中最重要的细胞因子。

(3)TNF和LT:它们能放大小静脉内皮细胞结合和活化白细胞的能力,从而导致炎症反应。

3.效应相(effector phase) 在DTH中,效应相可分成炎症和消退两步。炎症指的是血管内皮细胞被细胞因子激活,血管中的白细胞聚集于抗原进入的局部组织中。消退是由于外来抗原被细胞因子活化的Mφ所消除。

三、常见的Ⅳ型超敏反应性疾病

(一)接触性皮炎

接触性皮炎是一种由T细胞介导的对环境中抗原的湿疹皮肤病。引起本病的抗原主要是天然的或合成的有机化合物和金属,如镍、染料、磺胺等药物和有毒植物等,但以毒葛和槲叶毒葛最常见。在美国50%接触性皮炎由这两种抗原引起。外来半抗原物质可能与郎格罕细胞表面分子结合形成新抗原、富含MHC分子的郎格罕细胞将抗原加工处理并呈递给T细胞。病理特征为小静脉周围有淋巴细胞浸润包绕,上皮细胞有水疱和坏死,有嗜碱嗜酸性粒细胞,间隙纤维蛋白沉积,皮肤和上皮水肿。急性皮损表现为红肿和水疱,重症者可有剥脱性炎,慢性表现为丘疹鳞屑

(二)移植排斥反应

B细胞和T细胞均参与移植排斥反应,但迟发型超敏反应的一个显著临床表现是移植排斥反应。在典型同种异体间的移植排斥反应中,受者的免疫系统首先被供体的组织抗原所致敏。克隆增殖后,T细胞到达靶器官、识别移植的异体抗原,启动一系列变化,导致淋巴细胞和单个核细胞局部浸润等炎症反应甚至移植器官的坏死。

(三)与自身免疫病的关系

引起自身免疫的主要机制有多克隆淋巴细胞的刺激,与自身抗原部分交叉反应性外来抗原的侵入以及免疫调节的异常。大多自身免疫的确切发病机制仍不明。很多器官特异性自身免疫病认为是由自身反应性T细胞引起的。有些胰岛素依赖性糖尿病人胰岛四周有淋巴细胞和Mφ浸润,β细胞被破坏。将患自发性糖尿病的大鼠或小鼠的CD4T细胞转移给正常鼠可引起相似损伤。实验性变态反应性脑脊髓炎(experimental allergicencephalomyelitis,EAE)是经髓鞘碱性蛋白(meylin basic protein,MBP)免疫小鼠后由CD4T细胞引起的神经性疾病。脑和脊髓神经周围有活化巨噬细胞,髓鞘被破坏,神经传导异常等,该病可经MBP特异的CD4T细胞转移。最近研究证明,鼠EAE是由MBP特异的、表达Vβ8和/Vβ13的、MHCⅡ类限制的T细胞介导的。实验性自身免疫性甲状腺炎也有类似迟发超敏反应的炎症现象。

(四)与传染病的关系

Ⅳ型超敏反应的组织损伤与感染关系密切,结核病时的肺空洞形成、干酪化和全身毒血症以及麻风病人皮肤肉芽均与细胞介导的超敏反应有关。抗原持续存在引起局部慢性迟发型超敏反应,致敏T细胞连续释放出淋巴因子导致大量Mφ聚集。天花和花疹的皮疹以及单纯疱疹的皮损主要是由于细胞毒性T细胞广泛损伤病毒感染的细胞迟发超敏反应引起。在念珠菌病、皮肤霉菌病、球孢子菌病组织胞浆菌病真菌病以及血吸虫病寄生虫病时均已证明有细胞介导的超敏反应。

上述四型超敏反应各具特征,Ⅰ型主要由lgE抗体介导,故补体不参与,由肥大细胞等释放的介质引起组织损伤,症状发生和消退在四个型中最快,与遗传关系也最明显。Ⅱ型由抗组织和细胞表面抗原IgGIgM类抗体介导,血细胞是主要靶细胞,补体活化白细胞聚集并活化以及受体功能异常为该型反应机制。Ⅲ型由循环可溶性抗原与IgM或IgG类抗体形成的复合物介导,补体参与反应,白细胞聚集和被激活。Ⅰ~Ⅲ型均可经血清抗体转移。Ⅳ型超敏反应由CD+T细胞介导,引起组织损伤的机制是Mφ和淋巴细胞的局部浸润、活化及细胞因子的产生。

需指出,临床实际情况是复杂的,常可见两型或三型反应同存。因大多免疫应答体液免疫和细胞免疫均参与,如移植排斥反应和结核杆菌感染时的发病机制和组织损伤绝非由单独一型超敏反应所能解释,可能以某一型为主或在疾病发展的不同阶段由不同型超敏反应所主宰。第二点需强调的是一种抗原在不同条件下可引起不同类型的超敏反应,典型的例子是药物如青霉素,它可引起Ⅰ型过敏性休克;结合于血细胞表面可引起Ⅱ型反应;如与血清蛋白质结合可能出现Ⅲ型反应,而青霉素油膏局部应用可引起Ⅳ型超敏反应。

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