共生菌与免疫的关系

共生菌与免疫VocabularySFB,Segmentedfilamentousbacteria分节丝状菌polysaccharideA(PSA)多聚糖ApolysaccharideA(PSA)+Bacteroidesfragilis-产生多聚糖A的脆弱拟杆菌Clostridiumspp.clustersIVandXIVa，梭状芽胞杆菌IVandXIVaSCFA,short-chainfattyacid,短链脂肪酸REGIIIγ,regeneratingislet-derivedprotein3γILC3s,group3innatelymphoidcells，第三组固有淋巴样细胞TSLP,thymicstromallymphopoietin，胸腺基质淋巴细胞生成素MALT/MIS,Mucosa-associatedlymphoidtissue,粘膜相关淋巴组织粘膜相关淋巴组织Mucosa-associatedlymphoidtissue呼吸道，肠道，及泌尿生殖道黏膜固有层和上皮细胞下散在的无被膜淋巴组织，以及某些带有生发中心的，器官化的淋巴组织，如扁桃体，小肠的派氏集合淋巴结（Peyer’spatch)、阑尾等。粘膜相关淋巴组织Mucosa-associatedlymphoidtissueMALT(MIS)是保护粘膜的特有免疫系统。虽然淋巴样组织或细胞分布在粘膜的不同部位，却有相似的结构和功能。MALT是体内最大的淋巴器官系统，在成人MALT的淋巴细胞占全身淋巴细胞总数的3/4。(1)表面积大:(2)屏障薄且通透性强皮肤–2m2(3)常暴露在外源性物质之下(食物,花粉)肺部–140m2(4)肠道寄生大量共生菌（1014）消化道–400m2EffectorSiteInductiveSite•器官化淋巴组织：-派氏集合淋巴结：小肠-孤立淋巴滤泡：小肠和大肠，直肠-肠系膜淋巴结：T细胞区和淋巴滤泡-阑尾•弥散淋巴细胞：-上皮内淋巴细胞（IEL）-固有层淋巴细胞（LPL）GALTGALTArchitecture派氏集合淋巴结主要分布在小肠，类似结构分布在阑尾与其余消化道和呼吸道部位。LaminaPropria接触抗原的特点系统免疫系统–主要是无菌环境，对微生物入侵发生强烈应答。粘膜免疫系统–常与外来抗原接触无害抗原：低应答，免疫耐受-共生菌(1x1014)-食物或其它无害抗原有害抗原（病原体）：有效免疫应答特有的摄取抗原方式-M细胞(microfoldcells)基底面向内折叠，形成口袋状口袋里包含有T细胞,B细胞,DC,以及巨噬细胞腔面的抗原由M细胞摄取，经穿越细胞，转运到基底面，释放到细胞外APCs细胞摄取抗原并活化T细胞或迁移至肠系膜淋巴结粘膜免疫抗原摄取特点•M细胞缺乏微绒毛•其表面无粘液覆盖•可直接与肠道抗原接触•也是某些病原体在GALT的入侵途径（如沙门氏均属，志贺氏杆菌）肠道粘膜M细胞摄取和转运抗原DC跨越上皮屏障摄取抗原物理屏障功能1.粘液层–杯状细胞产生粘液，形成覆盖在消化道上皮细胞的一个厚凝胶状的粘液层，使肠道微生物难以接近肠上皮细胞。-病原体被捕获在粘液层中，随蠕动或纤毛运动而被排除。-粘液层还是分泌型IgA贮存库。物理屏障功能2.上皮细胞屏障：紧密连接-阻止病原体和大分子通过。紧密连接化学屏障功能-抗菌分子：（1）转铁蛋白–竞争性结合铁，抑制细菌生长；（2）溶酶体酶–水解革兰氏阳性细菌的细胞壁；（3）防御素（defension,）–30-40个氨基酸肽，破坏细菌和真菌细胞膜，导致溶菌。为AMP（抗菌肽）的一种共生菌持续刺激黏膜免疫系统，可诱生共生菌特异性Th1和Th17细胞，通过产生IL-22而促进抗菌肽产生，限制共生菌穿越上皮屏障（见slide63:MIS对共生菌的低应答）固有淋巴样细胞ILC3也可以产生IL-22。生物屏障功能-共生菌100trillion（万亿）种共生菌，表达的基因数至少为宿主基因的十倍。生理作用：提供酶参与食物消化；吸收钙、镁、铁等离子；降解毒素；产生机体所需辅助因子（如维生素K1、B1、B2、B6、B12、泛酸、叶酸和短链脂肪酸）；参与免疫系统发育和功能，并与免疫系统协同发挥作用。菌群失调导致血性腹泻生物屏障功能-共生菌100trillion（万亿）种共生菌，表达的基因数至少为宿主基因的十倍。生理作用：提供酶参与食物消化；吸收钙、镁、铁等离子；降解毒素；产生机体所需辅助因子（如维生素K1、B1、B2、B6、B12、泛酸、叶酸和短链脂肪酸）；参与免疫系统发育和功能，并与免疫系统协同发挥作用。参与粘膜免疫的淋巴细胞A型T细胞:传统的abT细胞，包括CD4+T和CD8+T细胞，主要分布在粘膜固有层。B型T细胞:主要分布于上皮，与不同配体结合（如MIC-A,MIC-B）。-gdT细胞:CD8(aa)+，CD4-CD8-（少量）-abT细胞:CD8(aa)+，CD4-CD8-（少量）上皮内淋巴细胞（IEL）特征弥散在大、小肠粘膜上皮细胞间，约1个IEL/20个上皮细胞。80%T细胞是CD8+T细胞。A型和B型IEL几乎各占一半。IEL的多样性有限。其增殖和产生CK能力较弱，防止有害炎症。B型IEL识别自身应激抗原（MIC-A，MIC-B），诱导损伤上皮细胞凋亡。上皮内淋巴细胞的功能为肠道第一防御线的免疫细胞主要为胞毒活性，杀伤感染上皮细胞（A型IEL）释放细胞因子（IFN-g,TNF-a)，参与抗感染调节上皮细胞的动态更新，维持粘膜屏障完整性（B型IEL）免疫调节，参与口服耐受。固有层淋巴细胞（LPL）的特征LPL弥散在肠粘膜固有层（粘膜上皮细胞和粘膜肌层之间的一层结缔组织）中。多数LPL为CD4+T细胞（A型），包括(95%CD45RO+，Th1,Th2,Th17,Treg)。其对丝裂原或特异性抗原的增殖能力有限。Th细胞可辅助B细胞产生IgA；Th17抵御胞外菌和真菌感染；Treg维持MIS对无害抗原的低应答。CD8+T细胞：杀伤活性，产生CK，参与炎症反应和抵御病原体感染。持续生理性炎症状态对大量无害抗原产生持续性和限制性低应答；而局部占优势的负调控机制（耐受型DC,Treg)可阻止粘膜免疫应答失控。黏膜固有免疫细胞黏膜上皮细胞：抗原提呈，产生多种细胞因子（促炎和免疫调节），分泌抗菌肽和溶菌酶。巨噬细胞：吞噬和杀伤，产生IL-10树突状细胞:抗原提呈和免疫耐受固有淋巴样细胞(ILC):产生IL-22诱生防御素（抗菌肽）黏膜固有免疫细胞-树突状细胞（1）黏膜及淋巴组织内的DC：黏膜下DC多为CD11b+CD8-并表达CCR6，静止状态下，此类DC摄取抗原后可产生IL-10，从而防止T细胞致敏并分化为炎性T细胞。致病菌感染时，覆盖Peryer集合淋巴结的FAE（follicle-associatedepithelium）分泌CCL20（CCR6的配体）和CCL9（CCR1的配体)，可将DC募集至M细胞附近，后者将抗原转递给DC，装载抗原的DC迁移至集合淋巴结T细胞区，将抗原提呈给特异性T细胞。30黏膜固有免疫细胞-树突状细胞（2）黏膜固有层DC：多表达CD103,其功能为：摄取抗原后即离开黏膜而迁移至系膜淋巴结T细胞区，诱导初始T细胞分化为效应细胞，并获得肠道归巢能力；对炎性刺激低反应，可产生IL-10、TGF-β和视黄酸，促进Foxp3+iTreg细胞产生；来源于上皮细胞及基质细胞的胸腺基质淋巴细胞生成素（thymicstromallymphopoietin，TSLP）、视黄酸、TGF-β、吲哚胺双加氧酶（IDO）、PGE2等可促进CD103+DC的抑炎效应，从而参与维持肠道黏膜免疫系统对食物和共生菌等无害抗原的耐受(见slide49)。黏膜固有免疫细胞-固有淋巴样细胞（ILC）是来源于骨髓淋巴细胞前体、不表达特异抗原受体、具有固有免疫功能的淋巴细胞。有3组ILC，其中第三组为淋巴组织诱导细胞(LTi)，主要分布于肠黏膜固有层，其生物学特征：表达RORγt和NKp44；可产生大量IL-22和IL-17A，其中IL-22在维持上皮组织稳态、诱生防御素及抗枸橼酸杆菌感染中起重要作用。共生菌VS免疫系统共生菌对免疫系统的影响（关键词：低，稳）MALT对共生菌的低应答（关键词：低，否）RegulationoftheImmuneSystembytheResidentIntestinalBacteriaGastroenterology2014;146:1477–1488NobuhikoKamadaGabrielNúñezRoleofthegutmicrobiotainimmunityandinflammatorydiseaseNATUREREVIEWS|IMMUNOLOGYVOLUME13|MAY2013|321Technicalapproachtocharacterizingboththecompositionandfunctionofthegutmicrobiome.共生菌分类Proteobacteria(变形菌门)：γ-变形菌：肠杆菌科(Enterobacteraceae)；ε-变形菌：螺杆菌属(Helicobacter)；Firmicutes(厚壁菌门)：芽孢杆菌纲：肠球菌属(Enterococcus)、乳杆菌属(Lactobacillus)和链球菌属(Streptococcus)；-NKp46+ILC梭菌纲：梭菌属(Clostridium),Clostridiumspp.clustersIVandXIVa-Treg；Bacteroidetes(拟杆菌门)：拟杆菌属(Bacteroides),polysaccharideA(PSA)+Bacteroidesfragilis-TregSegmentedfilamentousbacteria(SFB)-Th17Fusobacria(梭杆菌门)：梭杆菌属(Fusobacterium)***2011-2014热门；Actinobacteria(放线菌门)：双歧杆菌属(Bifidobacterium)-Tr1；SpecificmicrobiotainducesdevelopmentofTcellsIntestineTcellsTh17Foxp3+TregSpecificmicrobiotaSegmentedfilamentousbacteria(SFB)BacteroidesfragilisClostridiumspp.clustersIVandXIVaSignalingpathwayTLR2-dependentTLR-independentLocationSmallintestineLargeintestinecolon?Thegutmicrobiota-mediateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem1.参与免疫系统发育无菌小鼠特征-外周淋巴器官（包括黏膜免疫器官）体积缩小、缺乏生发中心；-血清免疫球蛋白水平降低，所有类型的免疫应答均减弱（尤其是Th1和Th17细胞应答）；-肠道Peyer集合淋巴结发育受阻，孤立淋巴滤泡缺如，固有层和上皮内T细胞数明显减少,-分泌IgA的浆细胞减少；某些调节局部免疫的介质（如抗菌肽、IL-7、IL-25、IL-33和TSLP）产生缺陷DCTh1IFN-gT细胞分化Th2Th17TregIL-4IL-5IL-13IL-17AIL-17FIL-22IL-10TGF-βIL-35免疫耐受胞内病原感染寄生虫感染胞外病原以及真菌感染2.参与固有免疫（1）参与维持上皮细胞正常屏障功能：共生菌直接作用于上皮细胞，控制其增殖并调节上皮细胞的紧密连接，促进上皮屏障完整性。共生菌可促进杯状细胞分泌黏液，形成黏液层屏障。（2）干扰病原体入侵：共生菌可与病原体竞争营养和定居空间，并可产生抗菌肽杀伤病原菌，或直接抑制病原体刺激上皮细胞产生