豬腸道粘膜防衛(wèi)系統(tǒng)研究進(jìn)展

和興

[作者：林藩平 林祥霖]

養(yǎng)豬生產(chǎn)中,最大的損失是發(fā)生在豬出生至斷奶期間.造成這種損失的一個基本原因就是仔豬出生時免疫力低下而導(dǎo)致易感腸道疾病.新生仔豬免疫力低下的原因有幾個方面：
     1）在子宮內(nèi),胎兒發(fā)育期不能從母體獲得母源抗體,而在出生后通過吸吮初乳才獲得一定的免疫保護。
     2）新生仔豬出生后,腸道的發(fā)育程度對母源抗體的吸收及其個體的免疫狀況都有很大的關(guān)系;新生仔豬吸收初乳免疫球蛋白(Ig)最多的時期是吮乳后的4～12小時,而后,由于'腸關(guān)閉'(gut　closure)而吸收迅速減少;在哺乳和吸收良好的條件下,新生仔豬的血清抗體可在出生后3小時被檢出,血清抗體滴度在出生后4小時可與母豬血清抗體滴度相近。

3）仔豬由初乳獲得的抗體組成成分僅限于母豬所接觸過的抗原范圍,初乳中的Ig主要是IgG,這雖然有助于防御一些全身性病原,但實際上新生仔豬所遭遇的致病原多是存在于腸粘膜表面,而該處卻很少有IgG,即使有一點亦多無效。

4）新生仔豬的腸道組織在解剖學(xué)和功能上均未發(fā)育成熟,而且自身主動免疫機制的建立有所延遲,所以特別容易在母乳抗體水平下降期和其自身免疫機制尚未發(fā)育之前遭到病原攻擊.因此,深入了解新生仔豬腸道免疫系統(tǒng)發(fā)育的過渡模式,進(jìn)而探討可采用哪些策略和措施,及早提高幼豬主動免疫功能則成為極為重要的研究課題.下面僅就豬腸道粘膜防衛(wèi)機制新近研究進(jìn)展作一個簡要的綜述.
     1 胃腸的防衛(wèi)機制
     胃腸道有一個廣闊的表面積供動物宿主與各種各樣食物、微生物以及外源毒素直接接觸,它一方面必須讓食物在腸腔與全身血液循環(huán)之間進(jìn)行交換,另一方面又要防止病原侵入,所以,在腸道有一整套嚴(yán)密的防衛(wèi)機制在起作用.這些防衛(wèi)機制一般可分為非免疫性和免疫性兩類(圖1).
     胃是最重要的一個非免疫性防衛(wèi)機構(gòu),它分泌的胃酸和胃蛋白酶可破壞食物性抗原,而且能有效地抑制大多數(shù)從口咽部和呼吸道進(jìn)入的微生物.那些在胃的酸性條件下仍然存活的微生物,在小腸較為堿性的條件下又得以復(fù)蘇,在這種情況下,宿主還可通過別的非免疫性防衛(wèi)機制來加以補償.
     小腸非免疫防衛(wèi)機制包括膽汁和胰液.腸上皮細(xì)胞本身在每個細(xì)胞之間靠緊密連接(tightjunction)形成一個單層上皮細(xì)胞屏障而防止大的分子通過.腸絨毛上的腸上皮細(xì)胞每3～6天更新一次,以進(jìn)一步減少潛在致病菌的定植機會.腸的運動或蠕動則產(chǎn)生一種機械清除作用,這樣亦可防止細(xì)菌在小腸上段粘附.專門化腸細(xì)胞(如杯狀細(xì)胞)所分泌的粘液則起著潤滑劑的作用,
     保護精細(xì)的上皮細(xì)胞表面,并發(fā)揮其粘性基質(zhì)的功能,把抗原網(wǎng)羅住,便于胰蛋白分解酶和新的腸上皮的蛋白分解酶在腸腔內(nèi)將其降解.
     1?1 腸道菌群 大腸的條件,包括pH中性,厭氧及運動減弱,均有利于大量正常菌群生長除了對宿主具有營養(yǎng)價值外,這些內(nèi)在性腸道菌對健康腸道功能的發(fā)育和維持均十分重要.正常菌群最重要的貢獻(xiàn)在于它們能夠抑制侵入的細(xì)菌在腸道定植.這種概念通常稱為'定植抗性'(colonization　resistance),它包括形成不適宜的pH環(huán)境,爭奪營養(yǎng)和腸上皮附著部位以及在局部產(chǎn)生被稱為細(xì)菌素(bacteriocins)的抗生物質(zhì).細(xì)菌在大腸以外的胃腸部位的定植程度可因動物種類而異.小腸也有微生態(tài)環(huán)境:即腸上皮細(xì)胞表面,復(fù)蓋于絨毛上面的粘液凝膠層,隱窩內(nèi)粘液以及腸腔內(nèi)容物等.所以,胃腸道微生物生境可分為既有從食道到直腸的縱向分布,也有從腸腔到腸隱窩深部的橫向分布.在任何特定生境中存在的細(xì)菌菌群都代表著由許多不同細(xì)菌組成的最穩(wěn)定的聯(lián)合體.這些微生境聯(lián)合體(microhabitat　communities)也具有宿主動物的特征,而且在某種程度上具有動物營養(yǎng)和環(huán)境的特征.以人類為例,有人認(rèn)為人的大腸中有400種之多的不同細(xì)菌菌群,細(xì)菌總數(shù)達(dá)10-13?盡管其對胃腸道的總體發(fā)育和健康具有重要性,但在豬方面,尤其對剛出生后和斷奶期仔豬情況,則所知甚少.
     有證據(jù)表明,正常腸道菌也能在粘膜水平和系統(tǒng)水平上通過促進(jìn)免疫機制的發(fā)育來增強宿主的免疫力.例如,用實驗鼠研究顯示,正常菌群可以刺激腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育.還有,沒有正常腸道菌的無菌動物,所有與免疫相關(guān)的器官,包括腸管,都沒有很好發(fā)育,而當(dāng)引入非致病性腸道菌后,正常的免疫學(xué)結(jié)構(gòu)和功能就很快在無菌動物恢復(fù)(圖2).有一些研究證明這種現(xiàn)象也發(fā)生于豬.這些研究都說明,直接飼喂有益菌可增進(jìn)幼齡豬的免疫力和生長.粘附于上皮細(xì)胞表面的菌群都是那些與宿主直接接觸的細(xì)菌,因此,對這些菌群進(jìn)行研究將有可能提供重要的資料,以便設(shè)計新的策略來促進(jìn)正在發(fā)育的豬腸道的主動免疫.宿主對內(nèi)在性菌群的紊亂是極度敏感的,而且是通過改變細(xì)胞因子(由腸上皮細(xì)胞合成)的模式而做出反應(yīng)的(圖3).那么,人們該如何操縱這種關(guān)系來活化腸道保護機制?顯然這將取決于對內(nèi)在性菌群與粘膜免疫成分之間的精確平衡中所包含的細(xì)胞機制和分子機制的了解程度.
     1?2 免疫防衛(wèi) 約1/4的腸粘膜是由淋巴樣組織組成,而70%以上的免疫細(xì)胞,包括在骨髓、胸腺和淋巴結(jié)所見的免疫細(xì)胞,都可見于腸.腸免疫系統(tǒng)的細(xì)胞成分也包括散在的或非組織化的細(xì)胞(固有層白細(xì)胞和上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞)以及高度組織化的淋巴濾泡,如集合淋巴小結(jié)(即Peyer?s　patches,丕氏結(jié)),該處產(chǎn)生分泌型IgA和B淋巴細(xì)胞.
     1?3 固有層 從單層上皮以下至粘膜肌層之間的區(qū)域通常稱固有層,其中含有大量分散的T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、漿細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞、和少量樹突狀細(xì)胞、嗜酸性白細(xì)胞、嗜中性白細(xì)胞以及有生物活性的成纖維細(xì)胞.這個區(qū)域也有良好的血管分布和密布的神經(jīng)支配.腸管具有豐富的神經(jīng)叢,它對腸管運動起著重要作用,對上皮細(xì)胞功能調(diào)節(jié)也可能有重要作用.
     腸管免疫的防衛(wèi)機制是通過局部的化學(xué)信號或固有層中的各種細(xì)胞所釋放的細(xì)胞因子來調(diào)節(jié)的(細(xì)胞因子是淋巴細(xì)胞分泌的一組蛋白質(zhì)分子,對各種反應(yīng)起著信息調(diào)節(jié)作用).細(xì)胞因子有積極的生理效應(yīng),也有消極的生理效應(yīng),而且還是免疫反應(yīng)、炎性反應(yīng)和組織修復(fù)的核心介導(dǎo)者.
     例如,免疫反應(yīng)的擴大就是由長命的記憶細(xì)胞、溶細(xì)胞細(xì)胞(cytolytic　cell)和抗體分泌細(xì)胞(具有對特異外抗原的獨特受體)經(jīng)細(xì)胞因子調(diào)節(jié)、分化和增殖而產(chǎn)生的.炎癥是一種復(fù)雜的系列過程,涉及細(xì)胞表面分子對內(nèi)皮細(xì)胞(血管襯里細(xì)胞)的表達(dá),從而介導(dǎo)炎性的細(xì)胞遷移到激惹部位(感染或損傷)構(gòu)成炎癥反應(yīng).在炎癥和免疫介導(dǎo)損傷期內(nèi),組織修復(fù)的機制也開始活躍起來,而這些也是依賴于細(xì)胞因子的介導(dǎo)效應(yīng).
     巨噬細(xì)胞在非炎癥腸管的數(shù)量約為每克濕重組織一千萬個.固有層巨噬細(xì)胞在腸管炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)中的許多階段(從開始吞噬和殺死穿入粘膜屏障的細(xì)胞,經(jīng)過招引和激活淋巴細(xì)胞到最后通過抑制炎癥反應(yīng),促進(jìn)傷口愈合諸過程)都起著重要作用.這些功能都是由局部釋放大量外源性信號分子,如細(xì)胞因子、生物活性脂類(前列腺素、白細(xì)胞介素和血小板凝活因子)、蛋白酶、磷脂酶和各種反應(yīng)氧而調(diào)節(jié)的固有層還含有大量肥大細(xì)胞,它們與典型的組織肥大細(xì)胞在形態(tài)學(xué)、組織學(xué)和功能特性方面均有所不同.固有層肥大細(xì)胞與腸神經(jīng)纖維之間有著緊密的功能和形態(tài)的關(guān)系.肥大細(xì)胞是原始細(xì)胞類型,與速發(fā)過敏反應(yīng)或變態(tài)反應(yīng)有關(guān).當(dāng)局部變態(tài)反應(yīng)時,粘膜肥大細(xì)胞數(shù)量大增,被致敏的細(xì)胞則釋放生物活性介質(zhì)引致組織腫脹,血管和粘膜通透性增高和平滑肌收縮.雖然普遍認(rèn)為大豆抗原過敏是仔豬斷奶生長停滯(weaning　growth　stasis)的重要原因之一,但其確切機理尚需進(jìn)一步研究。
     嗜酸性白細(xì)胞也是腸管組織的一種主要吞噬細(xì)胞,它的數(shù)量為每克濕重腸組織一百五十萬個.嗜酸性白細(xì)胞亦可在腸道對致病原侵入作出應(yīng)答時很快離開血循環(huán)而進(jìn)入固有層.這些吞噬細(xì)胞的壽命是以小時計的.這些細(xì)胞通過細(xì)胞脫顆粒作用(degranulation)所釋放出的生物活性物質(zhì)與巨噬細(xì)胞所釋放的是相同的,但生成的反應(yīng)氧代謝物和生物活性脂類的濃度卻更高。
     細(xì)菌則實際上是借助反應(yīng)氧代謝物釋放進(jìn)入藏匿著吞噬的細(xì)菌的胞內(nèi)囊泡(intracelluar vesicles)而被殺滅的。
     1?4 腸管T淋巴細(xì)胞 腸管T淋巴細(xì)胞群,包括上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞、居于固有層的細(xì)胞亞群和居于集合淋巴小結(jié)的淋巴細(xì)胞.根據(jù)其成熟部位、細(xì)胞發(fā)育外貌、功能細(xì)胞表面(CD)分子表達(dá)模式以及所表達(dá)的T細(xì)胞受體類型(TCR;ab或gd)來加以區(qū)別.現(xiàn)在認(rèn)為,存在于腸道微環(huán)境的生長因子補體和細(xì)胞因子,可影響在其中發(fā)育或駐留的腸T淋巴細(xì)胞的表型. 因為腸T淋巴細(xì)胞駐留于上皮組織,它們通常被認(rèn)為是處在與腸致病菌最先接觸的防衛(wèi)前線的重要分子.有一些報導(dǎo)則說明腸T淋巴細(xì)胞具有免疫調(diào)節(jié)作用.
     事實上,腸T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)細(xì)胞毒性作用或涉及對腸腔抗原的口服耐量的程度問題(或者二者兼有之)是一個還在繼續(xù)爭議的問題.根據(jù)現(xiàn)有證據(jù),有人預(yù)測腸T淋巴細(xì)胞的功能多樣性是與迄今所證實的表型差異性相一致的,腸T淋巴細(xì)胞生物學(xué)已成為最近非常活躍的一個研究領(lǐng)域.
     1?5 分泌型IgA 腸管中被記述得最清楚的免疫保障是分泌型IgA.這些免疫球蛋白分子是由來自骨髓而后遷移于集合淋巴小結(jié)的B淋巴細(xì)胞合成的.腸腔抗原乃通過集合淋巴小結(jié)上的專門化上皮細(xì)胞即微皺褶細(xì)胞(microfoldcell,M細(xì)胞)被轉(zhuǎn)移到濾泡間區(qū)(interfollicular　area),在該區(qū)它們又被駐留抗原遞呈細(xì)胞(resident　antigen presenting　cells)如單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)及樹突狀細(xì)胞等呈遞給輔助淋巴細(xì)胞(T?H),接著TH又分泌細(xì)胞因子刺激B淋巴細(xì)胞進(jìn)行Ig類別特異轉(zhuǎn)換(class?specific　switching),使B淋巴細(xì)胞只產(chǎn)生單類抗體.為何集合淋巴小結(jié)的微環(huán)境有利于Ig類別轉(zhuǎn)向IgA?+表型,其中道理未明.IgA?+B淋巴細(xì)胞離開集合淋巴小結(jié)后經(jīng)過全身循環(huán)又回歸到粘膜表面,在那里它們分化成能分泌大量抗體的漿細(xì)胞.當(dāng)重新引入抗原時,漿細(xì)胞就分泌抗原特異的IgA,而后IgA又被一種專門化的上皮受體通過上皮被運送回腸腔,釋放于粘膜表面.粘膜IgA抗體是通過三種方式發(fā)揮其免疫保護作用的:一是阻止細(xì)菌或毒素粘附于腸上皮細(xì)胞,二是直接殺死病原菌,三是由抗體依賴細(xì)胞介導(dǎo)而發(fā)揮其細(xì)胞毒性作用.IgA?+B淋巴細(xì)胞的再循環(huán)特性(回歸特征)提供了這樣一個機制,即通過在某一特定粘膜部位與抗原接觸,可引致在很多粘膜表面產(chǎn)生普遍免疫..這個概念通常稱之為'共同的粘膜免疫系統(tǒng)'(common　mucosalimmune　system)(圖4).
     2 豬腸道的主動免疫
     關(guān)于豬腸道主動免疫的發(fā)育研究工作至今還是很有限的.實際上,即使在實驗動物和人類方面,把粘膜免疫學(xué)作為一個獨特的研究領(lǐng)域也只是現(xiàn)在才顯示出有較重大的進(jìn)展,但整個研究發(fā)展仍然較慢.大部分豬方面的資料均偏重于分泌型IgA系統(tǒng).最近少數(shù)幾個研究小組已集中研究豬腸道T淋巴細(xì)胞亞群的定位.
     如上所述,了解最清楚的腸道免疫屏障是分泌型IgA,在豬的空腸和回腸上段大約有30個左右的分散集合淋巴小結(jié),在回腸終端有一個長形連續(xù)的淋巴集結(jié),大腸約有10個左右不規(guī)則螺旋狀的集合淋巴小結(jié).雖然集合淋巴小結(jié)的大小在發(fā)育過程會增大,但其數(shù)量和部位卻保持恒定.豬集合淋巴小結(jié)中淋巴細(xì)胞亞群的組成也會有發(fā)育性的變化,例如IgM+B淋巴細(xì)胞的數(shù)量一直到三周齡才超過IgA+細(xì)胞,而三周齡后IgA+開始占優(yōu)勢.到了四周齡,IgA+B淋巴細(xì)胞達(dá)到成年數(shù)量,而IgM+B淋巴細(xì)胞數(shù)直到3～4月齡還在繼續(xù)增加.集合淋巴小結(jié)中T淋巴細(xì)胞(CD4+和CD8+)數(shù)量的增加現(xiàn)象也曾見于豬.根據(jù)所研究的腸道區(qū)段,豬腸道的主動免疫直到4～7周齡才開始發(fā)育.具有重要意義的是新生豬在這個時期正好與曝露于腸道感染原的高峰期相近。
     豬出生時T和B淋巴細(xì)胞均存在于固有層,但出生后頭四周細(xì)胞數(shù)加倍.隨著數(shù)量增加,未成熟T淋巴細(xì)胞分化為CD4?+和CD8?+T淋巴細(xì)胞亞群(cluster　of　differentiation,CD,分化抗原簇)而顯示不同的發(fā)育模式.例如,CD4?+T細(xì)胞在出生后頭一周數(shù)量明顯增加,而CD8+T細(xì)胞數(shù)量在出生時很低,到了5～7周齡也只是略有增加.成年豬固有層中的CD8?+淋巴細(xì)胞如同它們在血液中一樣都是占優(yōu)勢的.因此,T淋巴細(xì)胞亞群分異為CD4?+細(xì)胞在絨毛固有層中心占優(yōu)勢,而CD8+細(xì)胞則靠近基底膜.至少有一個報導(dǎo)稱,豬腸道T細(xì)胞對外來病原的應(yīng)答功能
     直到9～11周才發(fā)育完成,而且這種發(fā)育滯后的意義也不明,值得進(jìn)一步研究.
     最近有一個研究對新生仔豬腸道抗原遞呈細(xì)胞功能發(fā)育方面的問題做過評價,該研究指出,作為抗原遞呈細(xì)胞優(yōu)勢型的巨噬細(xì)胞在仔豬出生時都是以低數(shù)量平均分布于絨毛固有層和隱窩區(qū).巨噬細(xì)胞的數(shù)量在出生后不久就增加,并開始聚集于隱窩區(qū)固有層,一直到五周齡時才達(dá)到成年細(xì)胞數(shù);樹突狀細(xì)胞是另一種重要的抗原呈遞細(xì)胞,其數(shù)量也隨著出生后年齡而增加,但是這些細(xì)胞聚集于絨毛固有層而不是像巨噬細(xì)胞那樣聚集于隱窩區(qū)固有層.這種在固有層抗原呈遞細(xì)胞明顯分隔化的功能意義尚未明確.已知抗原呈遞細(xì)胞在炎癥和免疫機制中都具有核心作用,故對豬的這類細(xì)胞還需作進(jìn)一步研究.
     3 小結(jié)與前景
    關(guān)于幼齡豬在發(fā)育中延遲建立主動免疫機制的問題和關(guān)于豬免疫系統(tǒng)的獨特的細(xì)胞學(xué)和分子學(xué)方面還有大量的事實需要了解.營養(yǎng)對粘膜防衛(wèi)機制發(fā)展的影響還很少被人注意.我們對豬腸道,特別是當(dāng)出生后不久和斷奶時的關(guān)鍵期腸道的了解實在太少.抗生素被廣泛用于養(yǎng)豬業(yè)以促進(jìn)生長和提高飼料效率,然而這些重要作用中所包含的機制至今尚難明確.當(dāng)越來越多的人開始關(guān)注動物產(chǎn)品抗生素殘留問題和在更廣泛的環(huán)境中出現(xiàn)抗生素耐藥性的真正威脅時,這種情況的重要性就變得更加明顯了.或許,直接飼喂的微生物代表著一種可行的替代辦法以取代在動物飼料中廣泛使用抗生素.但是,對直接飼喂的微生物可增進(jìn)動物健康和生長性能的機制所知甚少。
     鑒于因幼齡豬免疫力低下所造成的死亡的普遍性,加強旨在了解這些重要問題的研究工作肯定是會有效益的。