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M細胞及AIEC經(jīng)M細胞途徑致克羅恩病研究進展

2017-08-29 10:45:34楊厚淶孫華文孫科明王秋爽
關(guān)鍵詞:淋巴上皮抗原

楊厚淶,孫華文,孫科明,王秋爽

武漢大學(xué)人民醫(yī)院胃腸外科,湖北 武漢 430060

M細胞及AIEC經(jīng)M細胞途徑致克羅恩病研究進展

楊厚淶,孫華文,孫科明,王秋爽

武漢大學(xué)人民醫(yī)院胃腸外科,湖北 武漢 430060

M細胞具有特殊的形態(tài)結(jié)構(gòu),其作為腸道一種免疫細胞,也是一種特殊的抗原轉(zhuǎn)運細胞,與腸黏膜免疫功能密切相關(guān)。在克羅恩病(Crohn’s disease,CD)早期,存在M細胞增生、破裂這種細胞學(xué)水平的病理損傷,本研究就目前國內(nèi)外學(xué)者所做M細胞的起源、形態(tài)結(jié)構(gòu)、功能及貼壁侵入性大腸桿菌(adherent-invasive Escherchia coli,AIEC)經(jīng)M細胞途徑致CD研究進展作一概述。

M細胞;起源;形態(tài)結(jié)構(gòu);功能;克羅恩??;侵入性大腸桿菌

消化道黏膜是人體最大的免疫器官。消化道黏膜表面經(jīng)常受到外來抗原物質(zhì)侵襲,如病毒、細菌及顆粒物質(zhì)和寄生蟲等。胃腸道抗原物質(zhì)的行為很大程度上由它們與胃腸道的各種障礙相互作用決定。這些障礙包括胃液pH環(huán)境、胃腸道酶降解、黏液屏障和腸上皮屏障。在胃中,酸性環(huán)境中能誘導(dǎo)腸內(nèi)容物氧化或水解。胃腸酶,如蛋白酶、核酸酶和脂肪酶,導(dǎo)致生物分子的降解和消化。因此,腸上皮是調(diào)節(jié)進入腸腔的物質(zhì)侵入全身和淋巴循環(huán)的物理和生理屏障。腸道黏膜內(nèi)存在豐富的孤立淋巴小結(jié)、彌散淋巴組織及集合淋巴小結(jié),這些共稱為腸道相關(guān)淋巴組織(GAIT)。腸上皮的保護作用主要由于免疫感應(yīng)組織的存在,即Peyer氏斑(PP),可以觸發(fā)抗原刺激后的免疫反應(yīng)[1]。這種上皮的特征在于存在微褶皺細胞(Microfold cell,M細胞),其表面沒有致密的微絨毛,取而代之的是豐富的小微褶皺,也有人稱之為膜性細胞(membranous cell)。腸道M細胞主要存在于PP上的濾泡相關(guān)上皮細胞(follicle-associated epithelium,F(xiàn)AE)、孤立淋巴結(jié)、闌尾和胃腸道外的黏膜相關(guān)淋巴組織;也是除小腸上皮細胞外,參與腸道免疫的細胞,是一種特殊的抗原運轉(zhuǎn)細胞(包括轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)、病毒、細菌、顆粒物質(zhì)和寄生蟲等)[2-3]。

1 M細胞的分化起源

目前認為,M細胞起源于小腸微絨毛和派氏結(jié)圓頂之間隱窩內(nèi)的干細胞,該類干細胞具有不確定的分化方向,有兩種完全不同的分化、遷移軸,可向微絨毛方向遷移,此類細胞分化成為吸收性腸上皮細胞、腸內(nèi)分泌細胞和杯狀細胞,也可向派氏結(jié)圓頂遷移,此類細胞則分化成為FAE細胞和M細胞[4]。目前為止,在體內(nèi)研究M細胞的功能仍然很困難,由于低M細胞數(shù)和對M細胞分化程序缺乏了解,導(dǎo)致缺乏一些實驗工具來操縱M細胞在體內(nèi)的功能[5]。體外研究已經(jīng)表明,PP的衍生細胞可以在人結(jié)腸癌Caco-2細胞誘導(dǎo)出M細胞的特性。功能性M細胞在B細胞缺陷[6]、CD137缺陷[7]和趨化因子CC受體6(CC R6)缺陷的小鼠中均不存在。在CCR6缺陷小鼠,該表型可以通過CCR6+CD11cintB細胞[8]的植入被還原正常,這表明B細胞可以誘導(dǎo)M細胞的表型。最近這個概念被改進,以區(qū)別在M細胞發(fā)展的兩個獨立的步驟:(1)M細胞譜系B細胞非依賴性分化;(2)B細胞依賴性分化,其導(dǎo)致功能活性轉(zhuǎn)運M細胞的形成[7]。M細胞的分化程序可以被NF-κB配體(RANKL)的受體活化劑的應(yīng)用誘導(dǎo),這種活化劑是非造血間充質(zhì)細胞表達的腫瘤壞死因子(TNF)超家族成員[9]。通過RANKL途徑誘導(dǎo)產(chǎn)生的M細胞已經(jīng)具備功能M細胞的詳細轉(zhuǎn)錄組分析,并識別ETs轉(zhuǎn)錄因子SpiB,它是驅(qū)動M細胞分化程序[10]的一個關(guān)鍵因素。接著,B細胞被認為引發(fā)基底氣囊的形成,并通過CD137-CD137L相互作用[7]誘導(dǎo)前體M細胞功能性成熟。因此,根據(jù)M細胞在不同分化步驟的受損,上皮細胞可能會出現(xiàn)一些特征性的M細胞,但不是功能性抗原提呈細胞。因此,對M細胞分化程序更深入的了解才有可能促進體內(nèi)M細胞功能的實驗調(diào)制。

2 M細胞的結(jié)構(gòu)

M細胞攝取轉(zhuǎn)運功能的發(fā)揮與其特殊的結(jié)構(gòu)特點密切相關(guān)。在腸道中吸收上皮細胞和M細胞(非吸收性的上皮細胞)通過緊密連接(TJs)互連,從而形成一個相對不可滲透的限制外來物質(zhì)吸收的屏障。但在結(jié)構(gòu)上M細胞與腸上皮細胞有顯著區(qū)別:其表面的糖被層厚度僅為20 nm,明顯低于腸上皮細胞的400 nm。M細胞頂端缺乏刷狀緣,有利于與腸腔內(nèi)容物的接觸和黏附;M細胞頂端呈圓頂狀,M細胞基底層凹陷形成“口袋樣”結(jié)構(gòu),其頂部及周邊胞質(zhì)很薄,這樣縮短了外源物質(zhì)的跨胞轉(zhuǎn)運距離,該結(jié)構(gòu)中含有豐富的淋巴細胞及少量巨噬細胞、樹突狀細胞,有利于抗原物質(zhì)快速進入上皮下淋巴組織,從而誘導(dǎo)黏膜免疫應(yīng)答,胞質(zhì)中含有大量的吞飲小泡,M細胞的基底膜常常是不連續(xù)的,可允許淋巴細胞自由穿過[11];與腸道其他細胞不同,M細胞具有降低的蛋白酶活性和較少糖萼,這樣可以保持外源物質(zhì)轉(zhuǎn)胞后的特性較少改變[12]。

3 M細胞的功能

在腸道,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的抗原提呈細胞包括M細胞、巨噬細胞、樹突細胞、杯狀細胞。M細胞有很強的轉(zhuǎn)胞容量,并能傳輸多種類型的材料,如細菌、病毒和抗原,從而誘導(dǎo)管腔底層淋巴組織發(fā)生免疫應(yīng)答[13-15]。Rios等[16]研發(fā)了一種特殊實驗小鼠,這種小鼠腸道上皮Tnfrsf11a有條件地缺失,從而使RANKL依賴的M細胞分化的受體激活劑無效。他們用這種小鼠來研究腸道M細胞在取樣抗原從而刺激分泌SIgA作為對腸道細菌的免疫應(yīng)答中的角色和作用。腸道無M細胞的小鼠,表現(xiàn)出PP中的生發(fā)中心(germinal center,GC)成熟明顯延遲和固有層的IgA漿細胞的出現(xiàn)顯著延遲,導(dǎo)致在成年小鼠糞便的SIgA的水平減弱持續(xù)存在。分析RANKL缺失小鼠腸道SIgA的反應(yīng),認為在促進GALT對共生菌群的抗原提呈,從而啟動SIgA的生產(chǎn),維持具有豐富定植共生菌群的上皮組織免疫動態(tài)平衡等方面,M細胞有舉足輕重的作用。納米粒和細菌可引起M細胞頂膜皺裂和肌動蛋白細胞骨架的重排,繼而被細胞吞噬[17]。病毒等則通過網(wǎng)格蛋白包被小泡被M細胞內(nèi)吞。麥胚凝集素(WGA)則通過受體介導(dǎo)被內(nèi)吞。M細胞通過吞噬、胞吞、胞飲和跨胞轉(zhuǎn)運等多種機制將腸腔中的外源性大分子物質(zhì)運送至腸道固有層。在腸道,病原體可以把M細胞作為穿過上皮屏障的門戶[18]。

M細胞表面存在一些重要的病原體識別受體(PRRs),如血小板活化因子受體(PAFR)、Toll受體4(TLR-4)、α5β1-整合素、CD155及小窩蛋白-1[19]等在小鼠和人的M細胞表面都有表達[20]。PRRs與細菌的病原相關(guān)分子模式(PAMPs),如肽聚糖、脂多糖、脂磷壁酸和細菌鞭毛蛋白分子等相互作用,構(gòu)成消化道內(nèi)抗原或病原微生物轉(zhuǎn)位的關(guān)鍵。Ma等[21]開發(fā)脂質(zhì)脂球體(PLGA),且觀察到脂質(zhì)球體顯示出比裸的PLGA粒子模型更高的M細胞轉(zhuǎn)胞效率。Fievez等[22]研究表明,基于甘露糖修飾或肽類似物的納米顆粒顯示出比正常精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)的納米顆粒更有效的胞轉(zhuǎn)和口服接種。Mishra等[23]研究表明,外源凝集素錨定的PLGA納米微粒經(jīng)口服抗原傳遞可能引起強烈的黏膜和全身免疫反應(yīng)。Yoo等[24]確定了CKSTHPLSC肽(CKS9),這種肽通過噬菌體吞噬侵染的便利強化殼聚糖納米粒子的跨M細胞轉(zhuǎn)胞。所述CKS9殼聚糖綴合物還用于裝飾多孔PLGA微粒遞送豬痢疾疫苗,誘導(dǎo)黏膜和系統(tǒng)免疫應(yīng)答[25]。

顆粒物質(zhì)的直徑影響M細胞對顆粒物質(zhì)的轉(zhuǎn)運,當微球粒徑<5 μm時,易于PP吸收進入全身淋巴組織循環(huán),導(dǎo)致全身免疫,產(chǎn)生大量IgG;當粒徑位于5~10 μm時,經(jīng)PP吸收后,滯留其中,最終導(dǎo)致SIgA的生成;當微球粒徑>10 μm時,被PP吸收得很少[26]。因此,直徑為1~10 μm的抗原微球進入腸道后,既可以產(chǎn)生全身免疫反應(yīng),也可以在病原容易入侵的黏膜部位產(chǎn)生局部免疫反應(yīng)。此外,Wang等[27]發(fā)現(xiàn),合成的載入介孔二氧化硅納米顆粒(BSA)具有130 nm、430 nm和1~2 mm的尺寸,并發(fā)現(xiàn),在430 nm顆粒納米是最有效的口服免疫及引發(fā)全身和黏膜免疫應(yīng)答。

4 AIEC經(jīng)M細胞途徑致CD的相關(guān)研究

研究[28]表明,CD是一種腸道慢性反復(fù)發(fā)作的自身免疫性疾病。其特征為腸道免疫功能的失調(diào),其確切的發(fā)病機制還未完全闡明,目前認為感染、遺傳、環(huán)境及免疫異常共同參與了CD的發(fā)病。浦江等[29]對CD患者和正常對照組進行透射電鏡、掃描電鏡觀察對比發(fā)現(xiàn),CD回腸黏膜圓丘頂部M細胞數(shù)量較正常對照組明顯增多,可見較多M細胞頂面隆起,淋巴細胞由頂面破裂的M細胞突入腸腔。他認為,腸道病原體、抗原的慢性刺激與機體免疫異常,可能是導(dǎo)致CD患者腸道黏膜淋巴濾泡增生、M細胞顯著增多的原因。已經(jīng)證實,復(fù)發(fā)性CD的最早病變?yōu)镻P的糜爛[30]。

細菌參與炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)的發(fā)病機理,但機制知之甚少[31]。在CD患者腸道黏膜,貼壁AIEC數(shù)量的增加已經(jīng)在回腸和結(jié)腸被發(fā)現(xiàn)。此外,研究[32]發(fā)現(xiàn),AIEC持續(xù)侵入腸上皮細胞并在其中繁殖,它們通常表達于M細胞轉(zhuǎn)運相關(guān)的長極菌毛基因A(lpfA),因此,M細胞途徑更可能是細菌用于體內(nèi)侵入的主要初始路由。此外,研究[30]報道,在AIEC功能lpf操縱子的存在下,細菌編碼長極性菌毛,它允許AIEC細菌與PP相互作用并跨越M細胞易位。Prorok-Hamon等[33]研究發(fā)現(xiàn),結(jié)腸黏膜相關(guān)afa-1陽性AIEC的數(shù)量在CD和結(jié)腸癌(CRC)增加。最近一項研究發(fā)現(xiàn),在小腸M細胞頂面表達的糖蛋白-2(GP-2)是表達FimH抗原的細菌如大腸埃希菌、傷寒沙門菌等特異性的轉(zhuǎn)胞吞受體[34]。研究還發(fā)現(xiàn),具有Ⅲ型分泌系統(tǒng)的大腸埃希菌在M細胞中的轉(zhuǎn)運速率也有明顯的提高[35]。當大腸埃希菌表達Ⅰ型菌毛時其亞單位FimH能特異性黏附在M細胞的膜蛋白GP2糖基化的甘露糖殘基,從而誘導(dǎo)M細胞對大腸埃希菌的轉(zhuǎn)運[36]。研究認為,AIEC分泌各種促血細胞凝集素,侵入上皮細胞系,在巨噬細胞內(nèi)繁殖,跨越M(微皺)細胞易位和損傷的DNA[33]。

綜上所述,M細胞具有其獨特的結(jié)構(gòu)和功能,M細胞轉(zhuǎn)運抗原是啟動黏膜免疫應(yīng)答重要的第一步[37]。在M細胞的“口袋”中,淋巴細胞能很快地與進入的抗原發(fā)生作用,從而引起一系列的系統(tǒng)免疫調(diào)節(jié)。M細胞增生、破裂這種細胞學(xué)水平的病理損傷在AIEC引起的CD早期發(fā)病機制中可能發(fā)揮重要作用。綜合關(guān)于M細胞起源、結(jié)構(gòu)、功能、M細胞在CD早期的病理變化及AIEC經(jīng)M細胞途徑致CD相關(guān)研究,可以看出M細胞在AIEC致CD的過程中起關(guān)鍵性作用。M細胞可能作為AIEC入侵腸黏膜的第一門戶,當M細胞被破壞后腸上皮屏障被破壞,這是CD多米諾骨牌效應(yīng)的第一步。接下來抗原對機體的長期反復(fù)刺激,腸上皮局部反復(fù)的炎癥反應(yīng),腸上皮細胞、M細胞等反復(fù)的增生,反復(fù)的被破壞,腸上皮對損傷的纖維修復(fù),這樣促成CD的發(fā)生、發(fā)展。綜合所有研究觀點,本文推測了AIEC作用于M細胞引起CD的可能機制(見圖1)。

圖1 AIEC作用于M細胞引起CD的可能機制

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(責(zé)任編輯:馬 軍)

Research progress of M cell and AIEC caused Crohn’s disease by M cell-mediated pathway

YANG Houlai, SUN Huawen, SUN Keming, WANG Qiushuang

Department of Gastrointestinal Surgery, Renmin Hospital of Wuhan University, Wuhan 430060, China

M cells, with special morphological structure, are a kind of immune cells in the gut, and also a kind of special antigen-transporting cells, and are closely related to the intestinal mucosal immune function. At an early stage of Crohn’s disease (CD), the presence of M cells proliferation and pathological fracture damage of cytology existed. This article will review literatures about M-cell origin, morphological structure, functions, and adherent-invasive Escherchia coli (AIEC) caused CD by M cell-mediated pathway in recent years.

M cell; Origin; Morphological structure; Function; Crohn’s disease; AIEC

國家自然科技基金資助項目(81170368)

楊厚淶,在讀研究生,住院醫(yī)師,研究方向:炎癥性腸病。E-mail: 420528a24yg.cdb@sina.cn

孫華文,主任醫(yī)師,博士,研究方向:炎癥性腸病。E-mail: Sunhuawen888@163.com

10.3969/j.issn.1006-5709.2017.07.027

R574.62

A

1006-5709(2017)07-0819-04

2016-08-01

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