摘 要：寄生线虫对人类的侵染一直是公认的健康问题，给全球经济造成了重大损失。近年来，人们利用肠道线虫侵染鼠模型，研究寄主如何通过免疫系统调控对线虫侵染的抗性、敏感性及相关的细胞分子基础，取得了一定的成果。寄主对线虫侵染的敏感性是由T细胞1类细胞因子反应调控的，而对寄生在肠道的成虫的免疫性则严格依赖2类细胞因子反应。然而，在肠道微环境中，2类细胞因子是如何引发逐出蠕虫的免疫效应的，至今仍不清楚。文章综述了寄主对线虫的主要免疫效应的研究进展，具体讨论两种近期发现的依赖2类细胞因子的免疫分子，内源凝集蛋白、抵抗素类似分子及其在逐出线虫过程中的作用，以及由肠道上皮细胞翻转调控逐出线虫的机制。
关键词：寄生性线虫；免疫效应机制；内凝集蛋白；抵抗素类似分子；肠上皮细胞
土壤传播的肠线虫病是最流行的人类慢性侵染性疾病，全世界约有20亿人受到侵染[1]。据世界卫生组织(WHO)统计，全世界100多万人口被一种或多种主要人类致病线虫如Trichuristrichiura， Ascaris lumbriciodes及钩虫如Necator americanus和Ancylostomaduodenalis等侵染，但这类致病生物群对公众健康及经济的影响很难定量。在少数被侵染的个体中表现出最严重的临床症状，包括蛋白丢失引起的肠病，慢性痢疾及贫血等；而另外一些被侵染的个体则出现较为严重的临床表现，如营养削弱，生长延迟及智力低下等。来自受线虫侵染的人-鼠模型表明，除了直接的以上后果，慢性肠线虫病对人的免疫系统也有严重的影响[2]。除此之外，肠道寄生线虫也严重影响畜牧业的发展，造成了巨大的经济损失。Haemonchus，Trichostrongylus和Ostertagia是主要的寄生线虫，可导致畜牧业严重减产，并且对寄生线虫的防治大大增加了畜牧业的生产成本，据统计全球每年约有15亿美元花费在重复治疗肠线虫病方面[3]。
1 寄生线虫寄主免疫策略研究
对于这些寄生线虫的防治以及相关药物开发离不开对寄生线虫寄主免疫策略的研究[4]。目前，已经在实验室条件下建立了一些寄主对肠道线虫侵染免疫的模式，如Trichinellaspiralis， Nippostrongylus brasiliensis， Heligmosomoidespolygyrus和Trichurismuris等。这些模式的建立，为研究寄主是如何抵抗线虫侵染奠定了免疫学的基础。利用这些模式，人们从细胞及分子层面进行相关的免疫研究，在寄生线虫侵染寄主过程中所产生的免疫反应及相关调控机理研究方面取得了很大的进展。结果显示，尽管寄主对寄生线虫侵染的敏感性是由1类细胞因子反应介导的(其特性由IL-12，IL-18和γ干扰素的产量决定)[5]，但是寄主对寄生于肠道线虫的免疫是严格依赖于2类细胞因子反应的(由2类CD4＋T细胞分泌的IL-4、IL-5、IL-9和IL-13控制)。其中IL-4和IL-13似乎是最重要的免疫性动力，它们通过独特的依赖于2型半胱氨酸的转录因子STAT6通路起作用[6]，IL-4刺激肠道内的流式分泌，IL-13促使杯状细胞反应，这两种动力细胞均诱导了平滑肌的收缩[7]。最近在牲畜及人群体内的研究也支持了2类细胞因子在宿主抵抗侵染的作用，并认为鼠宿主是模拟寄主线虫侵染的免疫调控的合适系统[8]。
虽然2类细胞因子在逐出寄生线虫中的必要性已经确定，但该类免疫反应引发的细胞及分子免疫效应机制仍不清楚。近几年，许多研究小组通过研究逐出蠕虫相关肠道反应的全面基因分布及蛋白分析来尝试鉴定新的依赖2类细胞因子的免疫效应机制。Artis等跟踪线虫T.spiralis侵染的肠道反应的基因表达分布图，找出了171个基因比未侵染时的表达量上调了1.5倍。其中侵染诱导后表达量上调最显著的前10个基因中，有一半是肠道上皮细胞特定的基因。它们分别是上调最明显的intelectin基因，属于一种钙依赖的半乳糖结合的凝集素家族，经线虫侵染诱导后它的表达量惊人的上调了83.63倍；排在第二位的是钙激活的氯离子通道调控基因，调控一种分泌黏液上皮细胞的离子通道。此外，胰腺脂酶相关蛋白2和胰腺共脂酶也都高度表达，两者均为脂酶家族。还有一个是抵抗素分子类似物β，它是一种小的杯状细胞特异蛋白，富含半胱氨酸。有趣的是，一旦寄生线虫被逐出肠道后，这些与2类细胞因子相关表达量增多的上皮细胞基因便停止了高效表达，恢复到正常水平[9]。
在另外一些独立的研究中，研究人员利用基因芯片技术得到了类似的结果。Knight PA等[10]用线虫T.spiralis寄生小鼠，当小鼠肠道对寄生线虫产生免疫反应时，提取了受T.spiralis侵染的小鼠的上皮细胞，用正常小鼠上皮细胞做对照，通过基因芯片分析鉴定出了216个表达量上调的基因，包括杯状细胞的抵抗素类似分子β基因(RELMβ)及其他一些与组织屏障、离子交换、组织修复和代谢相关的上皮细胞基因。在此基础上，进一步纯化了上皮细胞的蛋白质组，通过对比分析发现，在寄生后期，即肠道逐出寄生线虫期，一种新基因的表达产物变化最为显著的，这是一种新的蛋白质，即intelectin-2。Datta等最近也做了类似分析，试验用的基因芯片包含9000个肠道上皮细胞的基因，找到了很多肠道逐出寄生线虫期表达量上调的基因，其中的一些种类包括intelectin，钙激活的氯化物通道3，胰腺脂酶相关蛋白2和血管生成素相关的蛋白。以上的这些独立的用不同寄生线虫如T.muris或T.spiralis进行肠道侵染的实验，得出了相似的结果。因此，可以得到一个结论，在逐出寄生线虫期，许多上皮细胞固有的特殊基因表达量上调，这些基因的表达产物有intelectin，抵抗素类似分子及一些与离子通道、离子障碍功能相关的分子。
大量的基因芯片与基因表达层面的研究结果一致表明，当寄生线虫侵入肠道后，肠道上皮细胞反应显著，从而可以认为上皮细胞本身能够作为对抗肠道线虫寄生物的免疫效应细胞。这些结果显示了宿主受侵染后，上皮细胞某些基因的表达产物在驱逐寄生线虫以及接下来的组织修复中发挥了一定作用。上述研究结果揭示出的特性最明显及表达最丰富的两个基因产物是内凝集蛋白intelectins和抵抗素类似分子。
2 内凝集蛋白
在哺乳动物中，凝集蛋白家族主要以两种形式存在，一是作为表面结合受体，二是作为血浆中的凝集素。这些凝集蛋白分子在进化中保存了下来，并执行着许多重要的生理功能，包括细胞增殖调控，肿瘤抗原的识别以及对致病微生物细胞壁中的碳水化合物类抗原的识别。例如甘露糖受体，这是一种在吞噬细胞中发现的凝集蛋白，可以识别细菌细胞壁中所含甘露糖的残基，增强吞噬细胞对细菌的吞噬，在免疫反应中起着非常重要的作用。除了能够识别富含甘露糖的亚基的甘露糖受体蛋白，凝集蛋白家族还有一大分支，叫做钙依赖的半乳糖结合凝集素。其中，intelectin-1是在一种蛙类的受精卵中发现的，一旦精子进入卵细胞，受精卵就会释放intelectin-1，intelectin-1与卵表面黏蛋白的半乳糖残基结合，改变了黏蛋白的构象，迅速加强了卵的硬度，从而阻止其他精子进入卵细胞，避免了多精入卵现象的发生[11]。随后，鼠类的intelectin-1蛋白被发现，是由小鼠小肠内的肠腺潘氏细胞(Panethcell)表达的，并推测该蛋白在对抗细菌侵染的先天性免疫保护中起重要作用。利用RT-PCR和蛋白组分析技术，在小鼠中鉴定出一种新的intelectin，称为intelectin-2，基因序列比对显示它和intelectin-1有91%的同源性，并仅在小肠中存在。目前已知在人类中也存在两种intelectins蛋白，其中intelectin-1，又称乳铁传递受体蛋白，分子质量为120ku，通过二硫键结合成同源三体，存在于人的胸腺，心脏及肠道；而人的intelectin-2蛋白的表达和小鼠类似，也限制在小肠内。Tsuji等证实了人的重组intelectin蛋白能够与致病细菌Nocardia中的含呋喃的半乳糖残基结合，支持了intelectin具有识别细菌能力，在对抗细菌侵染的先天性免疫反应中起重要作用的假说[12]。
在寄生线虫引起的免疫反应中，intelectin在胃肠区域(GI)的大量表达被认为是宿主受寄生线虫侵染的标志。当T.spiralis线虫侵染肠道后，小鼠肠道上皮细胞中intelectin蛋白表达的变化极为显著[13]。RT-PCR及免疫组化染色实验进一步确认了intelectin-2蛋白在线虫入侵肠道后14d时表达量最大，基本上与2类细胞因子的表达与驱逐蠕虫的时间一致。被T.muris寄生线虫侵染后，对侵染有抵抗能力的小鼠的intelectin-1和intelectin-2蛋白在mRNA转录水平比未被侵染的小鼠均有明显上升。免疫组化分析证实正常小鼠肠道内intelectin蛋白的表达很少，T.muris侵染后，intelectin蛋白的表达显著增多，进一步跟踪显示杯状细胞(Gobletcell)为intelectin的细胞来源，intelectin定位在杯状细胞外分泌泡囊中，从而表明它们是肠腔分泌物的靶点。
3 抵抗素类似分子
抵抗素(resistin-like molecules，RELMs)是一类分子质量为12.5ku，来自脂肪细胞的激素类物质。研究发现，它在维持哺乳动物体内葡萄糖动态平衡和胰岛素敏感性方面起着重要的作用[14]。哺乳动物的抵抗素具有独特的富含半胱氨酸多聚体结构特征。而类似抵抗素分子家族的3个成员RELMα(FIZZ1)，RELMβ(FIZZ2)，RELMγ(FIZZ3)由于也具有类似的富含半胱氨酸的C末端的特殊结构，故名抵抗素类似分子[15]。类似于抵抗素的表达形式，RELMα在野生小鼠的脂肪细胞、心脏及肺部大量表达。对模式小鼠肺部发炎模型表明，当小鼠有肺炎时，RELMα在肺部上皮细胞，肺囊气泡和支气管泡中大量表达。由于其分布广泛，RELMα的作用之大亦不足为怪，包括调节胰岛素分泌，抑制脊椎神经中枢的神经束生长调节基因的表达，抑制脂肪细胞的分化，刺激肌原纤维的分化及Ⅰ型胶原质的表达[16]。与RELMα表达的广泛性形成鲜明对比，RELMβ的表达只局限于肺部和肠胃区的杯状细胞中，而RELMγ似乎显示出种类特异性表达形式，一般可在呼吸道上皮细胞和造血细胞中找到该蛋白[17]。
许多研究小组已证实RELMs是线虫侵染中依赖2类细胞因子作出应答反应的重要组分。当寄生线虫Brugiamalayi侵染腹膜后，一类巨噬细胞被迅速激活。激活的巨噬细胞高水平的表达精氨酸酶并在免疫抑制中起着作用，可对侵入到组织内的寄生线虫作出反应并参与了后续的2类细胞因子相关的组织重建。而RELMα是这种活化的巨噬细胞中大量表达的蛋白之一，其mRNA的量占激活的巨噬细胞中总mRNA的2%。这种表达水平仅次于在免疫细胞趋化性方面有重要作用的YM-1[18]。另外一些研究报道，在被寄生线虫Litomosoidessigmodontis侵染的小鼠胸腔中，RELMα的表达水平明显增高，而且RELMα是肠胃区受寄生线虫T.spiralis，N.brasiliensis和T.muris侵染后作出明显反应的物质之一[19]。综合以上试验结果，RELMα在一些特定部位的表达量的变化可以看作寄主受线虫侵染的关键指标之一。
同样的，RELMβ的表达也是寄生线虫T.spiralis，N.brasiliensis和T.muris侵染后肠胃区后的普遍现象。与RELMα不同的是，RELMβ的表达仅在对寄生线虫有抗性的小鼠体内发生；在对寄生线虫敏感的小鼠中，检测不到RELMβ活性。这说明了RELMβ的表达并不是一种广泛的对寄生线虫的应答反应，而是严格依赖2类细胞因子的免疫反应[20]。相应的，RELMβ的表达也不是出现在巨噬细胞中，而是被局限在杯状细胞中。更深入的研究发现RELMβ的启动子区含有2类细胞因子相关的转录因子的接合位点，寄生线虫T.muris侵染小鼠后，2类细胞因子IL-13诱导了的转录因子STAT6，STAT6结合到RELMβ的启动子区的相应位点，从而启动了RELMβ的增强表达及下一步逐出寄生线虫的反应。对于RELMγ，虽然目前一些报道显示寄生线虫T.muris侵染后小鼠肠胃区后，RELMγ的表达量也出现了大幅上调，但对于RELMγ详细的免疫反应机制，目前仍不是很清楚。
4 细胞因子调控的上皮细胞更新——“上皮自动扶梯”模式
哺乳动物的肠道上皮细胞在不断快速地更新以维持其动态平衡，每个小囊单位都形成一个高度极化的增殖层面，在小囊的基部的是起锚定作用的多功能干细胞，这些干细胞进行不均匀的分裂产生子细胞，子细胞不断地从小囊基部迁移到表面突出区。在迁移过程中，这些子细胞成熟并分化成不同群系的细胞，包括吞噬细胞，内分泌细胞，M细胞及杯状细胞，最终进入程序性死亡。细胞增殖，转移，死亡之间的平衡在维持肠道上皮的完整及组织的形态特征中起着重要作用。
研究表明，当宿主被寄生线虫如N.brasiliensis，S.stercoralis和T.muris侵染后，宿主除了一些特定的基因表达量提高外，肠道上皮细胞的增殖也出现很大的变化。利用寄生线虫T.muris侵染对线虫有抵抗力和对线虫敏感的小鼠，对比试验发现：在对线虫有抵抗能力的小鼠中，产生了2类细胞因子应答，产生了IL-13因子。在IL-13的调控下，小鼠显示出较高速度的细胞增殖，干细胞分裂加速，所产生的子细胞源源不断地迁移到肠道上皮表面，维持了肠道上皮组织的完整性，最终将线虫逐出。细胞位置相关的增殖分析表明敏感性小鼠的慢性侵染与小囊中增殖干细胞、转移细胞频率的增加有关。慢性侵染中增殖的上皮细胞的堆积表明上皮细胞正过度增殖或者增殖的细胞在迁移过程中受到削弱，最终导致上皮细胞在小囊腔中的堆积。值得注意的是，研究发现IFN-γ在慢性侵染过程中对于堆积的增殖上皮细胞起重要作用，结果表明感染的肠道中抗线虫免疫应答反应在调控上皮细胞更新中起重要作用。
5 结语
寄主对线虫的主要免疫效应的分子、通路及其在驱逐线虫寄生物中的潜在作用均为目前研究的热点。新技术及新工具的兴起达到减弱或增强这些信号通路的目的，从而将会促进该领域未来的发展。当然还存在一些新的挑战，比如如何调控宿主分子的表达，线虫的哪些基因产物引起了宿主应答反应，这些分子影响到寄生线虫的哪些不同生命循环阶段，主要侵染和次级侵染是否由不同的通路调控与决定等。另外一个重要的任务就是确定芯片分析鉴定到的细胞因子诱导的上皮细胞新基因，是对单种线虫侵染的单一作用还是对多种GI区域线虫的普遍作用，如果能鉴定到某个单一的抗线虫因子能对多种线虫起作用，将会有十分重要的意义。正如期望的那样，将这些研究拓展到受线虫感染的畜禽甚至人类中将是非常重要的。而肠道上皮细胞中基因表达的细胞因子调控方面的研究结果表明这些通路对宿主控制肠道线虫侵染非常重要，利用这些研究结果提供的数据将为设计下一代的干涉策略提供潜在的帮助。