胃肠道黏膜先天性免疫应答刘占举 M.D., Ph.D郑州大学第二附属医院消化内科 Innate Immunity in gut mucosa 介绍胃肠道先天性免疫防御机制。 了解胃肠道先天免疫系统如何识别肠道病 原微生物。 病原体识别信号系统。 病原微生物感染引起肠道黏膜炎症应答。Lecture aims 消化道是外界抗原或病原微生物进入体内的门户。有生理性和生物学屏障阻挡着这些抗原的 侵入，并保持着肠道粘膜组织“内环境”的稳定。 1年内有30 kg食物蛋白通过肠道；每天有130190g抗原被吸收进入机体。 每克粪便1012个微生物，这些微生物抗原可通过肠道粘膜吸收进入机体引起免疫反应。 消化道也是免疫器官，有许多免疫细胞参与了肠道粘膜免疫应答。当食物或细菌抗原接触胃肠道 后，抗原成分被肠粘膜Peyers patches表面的M细胞吸收，引起一系列的免疫反应，出现免疫耐受，即对食物抗原不应答；否则引起食物过敏反应或炎症应答。Gastric mucosal protective factors病原微生物进入体内后 识别 免疫应答（先天性、获得性） 清除 免疫病理（过敏、感染、炎症） Pathogenic infectionImmune responseInnate immunity (non specific)先天性与获得性免疫应答Adaptive immunity (Ag specific)InflammationMemory of infection获得性免疫应答：Ag特异性 防御机制，抗原刺激数天后 形成免疫保护，以排除体内 特异性抗原。终生伴随。先天性免疫应答：Ag非特异性 防御机制，遇到任何抗原后迅 速或数小时后形成，以清除病 原体，是机体先天固有的。先天性免疫组成- 生理性屏障- 补体系统- 细胞组成 - 细胞因子、炎症反应病原体识别- Pathogen-associated molecular patterns (PAMPs)- Pattern recognition receptors (PRRs)- Toll-like receptors (TLR)- NF-kB activation- TLR signaling- Nod proteins病原识别及炎症反应异常引起的疾病- Nod and Crohns disease - Celiac disease- Bacterial infection先天性免疫应答Cells types involved in innate immunityNeutrophilsMonocytes/ MacrophagesNK cellsDendritic cellsFunctionsKilling by PhagocytosisReactive oxygenspeciesAntimicrobialpeptidesExtracellular trapsKilling by PhagocytosisInflammationmediatorsReactive oxygenspeciesComplt proteinsAg presentationAg presentationCostimulatory signalsCytokinesLysis of viral infected cellsActivation ofmacrophagesMast cellsPromote inflammation by releasing Histamine Leukotriens ProstaglandinCellsInnate immunity: cytokines细胞因子是免疫细胞遇到抗原刺激后分泌的小 分子可溶性蛋白，是调节先天性和获得性免疫 应答的化学信使。调节先天性免疫应答的细胞因子： Monocytes Macrophages Dendritic cells TNF-a IL-1 Chemokines (ex: IL-8)Sequential steps of Pathogen eliminationPlasmaNormal capillaryEndothelial cellsNo injury or infectionMast cellsNeutrophilsMonocytesT and B LymphocytesEosinophilsBasophilsResident MacrophagesPlasmaNormal capillaryMast cellsNeutrophilsMonocytesT and B LymphocytesEosinophilsBasophilsComplement, Bacterial peptides fMet-Leu-Phe (fMLP)PlasmaNormal capillaryNeutrophilsMonocytesT and B LymphocytesEosinophilsBasophilsChemotaxis Pathogen recognition Phagocytosis and cytokines InflammationPlasmaNormal capillaryNeutrophilsMonocytesT and B LymphocytesEosinophilsBasophilsChemotaxis Pathogen recognition Phagocytosis and cytokines InflammationSequential steps of Pathogen eliminationMediators of inflammation (Histamine, cytokines, chemokines)Dilating capillary during inflammationNeutrophilsMonocytesLymphocytesEosinophilsComplement Clotting factors AbKilling mechanismsMAC Membrane attack complexPhagocytosis白细胞向血管腔外迁徙Cell 2000Inflammation: transmigration of neutrophilsE-selectin P-SelectinICAM-1问题：先天性免疫系统如何识 别病原微生物抗原？先天性快速（小时内） 慢 （3-5天）细胞表面特异性识别受体受体特异性识别抗原决定簇吞噬细胞（中性粒细胞、巨噬细胞） 炎症介质（噬碱性粒细胞、肥大细 胞、噬酸性粒细胞） NK细胞 补体 细胞因子APC（巨噬细胞、DC） Ag特异性B细胞 Ag特异性T细胞 Ab、CTL、细胞因子大多抗原决定簇来自病原体的多肽BCR、TCR识别抗原?获得性先天性免疫系统对病原体的识别系统Pathogen-associated molecular patterns (PAMPs，病原相关分子模式)Pattern recognition receptors (PRRs，模式识别受体)Toll-like receptors (TLR)NF-KB activationTLR signalingNod proteins病原相关的分子模式：PAMP 模式识别受体：PRRPathogen-AssociatedMolecular Patterns (PAMPS) Pathogen Recognition Receptor (PRR)MacrophagePAMPs主要特点：微生物(非机体细胞)产生，以确保先天免疫系统 识别自身和非自身抗原。PAMP是微生物生存所必需的。PAMP是很稳定的，仅有限的PRR可以识别之。PAMPS:G- 菌的LPSG+（少部分G-）菌细胞壁肽糖类抗原G+ 菌细胞壁磷脂壁酸、微生物糖蛋白、糖脂质蛋白细菌鞭毛蛋白flagellin菌毛蛋白pilin细菌和病毒的核酸物质 细菌的N-甲酰蛋氨酸dsRNA 霉菌的糖脂蛋白微生物膜表面的磷脂酰胆碱PAMP组成PAMPS:Pattern Recognition ReceptorsToll-like receptors (TLRs): 1.I型转膜蛋白2.首先在黑腹果蝇中发现3.后来在哺乳类动物、鱼、鸡、植物中发现，可能来自一个起源。4.命名来自黑腹果蝇的基因Toll。 5.1996年，发现Toll是苍蝇识别真菌感染基因。6.1997年发现Toll表达在哺乳类细胞。Leucine-rich repeats (LRRs)Toll/IL-1 Rc domain (TIR domain)Pattern Recognition Receptors (PRRs)：TLR2 classes of PRRs: - Endocytic PRRs- Signaling PRRsPRRsEndocytic PRRs: 在吞噬细胞表面，促使细胞对病原微生物的吞噬。Signaling PRRs: 与微生物结合，促使细胞因子分泌，引起 先天性和获得性免疫应答。TLR识别微生物抗原成分TLR分布(Viral)Uracil-rich single-stranded viral RNA (ex: HIV)Unmethylated cytosine-guanine dinucleotide sequences (CpG DNA) found in bacterial and viral genomes细胞膜 TLR信号传导Pathogen-AssociatedMolecular Patterns (PAMPS) Pathogen Recognition Receptor (PRR)MacrophageUp regulation of cytokine genes InflammationNucleusTLR activationAdaptor proteinsNF-KB activation (Transcription factor)InflammationTLR信号诱导NF-KB激活Toll-like receptorLeucine-rich repeats (LRRs)Toll/IL-1 Rc domain (TIR domain)Adaptor protein: MyD88Toll/IL-1 Rc domain (TIR domain)Death domainDeathdomainIRAK: IL-1 associated kinaseNucleusNF-kBTRAF6IKKsPathogen recognition TLR activationTLR信号传导TLR在免疫细胞表面表达先天性免疫与获得性免疫联系 表达TLR 通过TLR识别PAMP(除隐窝上皮) Nod蛋白Commensal bacteria: 肠道营养必需菌 促使肠道发育 阻止肠道病原微生物的感染Mucosal epithelium:Intestine and commensal bacteriaIntestinal crypt肠腔内抗原进入体内的途径NF-KB NodShigellaInflammation Disruption of epithelium integrity GM-CSF CXCL1 CYR-61 IL-8 ICAM-1 微生物抗原诱导上皮细胞Nod激活、 促使炎症应答NeutrophilsNod蛋白: 表达的IEC、MfNod1（Card4）、Nod2（Card15）细胞内识别细菌抗原Nod分子Caspase-activating and recruitment domainLeucine-rich re