吸烟对树突状细胞功能的影响

吸烟对树突状细胞功能的影响吸烟对树突状细胞功能的影响吸烟对树突状细胞功能的影响吸烟对树突状细胞功能的影响 091230004 陈国璞 091230009 崔经纬 摘要摘要摘要摘要 树突状细胞（DCs）是功能最强的抗原提呈细胞，可激活初始 T 细胞，并在免疫应答和免疫 耐受中起重要作用。香烟烟雾对 DCs 的数量、分布和成熟会产生一定影响，降低 DCs 的抗 原提呈能力，抑制相关细胞因子的分泌，降低诱导 T 细胞分化增殖的能力，从而引发一系 列呼吸道疾病。 关键词关键词关键词关键词：：：： 吸烟吸烟吸烟吸烟 树突状细胞树突状细胞树突状细胞树突状细胞 功能功能功能功能 人类每天都在吸入大量的微生物、颗粒和有害的抗原。这些物质都会诱导人 体内的免疫应答。树突状细胞（Dendritic cells, DC）被认为是识别外源性 物质的主要细胞，它不仅可以诱导肺内的初次免疫应答，还在再次免疫应答和免 疫耐受中起重要作用[1]。近年来，国内外学者通过大量研究发现，吸烟对树突 状细胞的数量和功能都产生一定影响，从而导致相关的呼吸道疾病，比如慢性阻 塞性肺病（COPD）、肺癌等。本文从以下几个方面对近年来吸烟对 DC 细胞的影响 的研究成果做一综述。 一一一一、、、、树突状细胞的概述树突状细胞的概述树突状细胞的概述树突状细胞的概述 1973 年 Steiman 和 Cohn 从小鼠的脾组织中发现了一类和粒细胞、淋巴细 胞和巨噬细胞形态和功能都不同的白细胞，因其细胞膜外伸，形成树状突起而将 其命名为树突状细胞[2]。DCs 起源于造血干细胞体系，可分为髓样树突状细胞 （myeloid dendritic cells，mDC）和浆细胞样树突状细胞（plasmacytoid dendritic cell,pDC）。mDC 来源于骨髓细胞或者外周单核细胞，pDC 来源于淋巴 系前体细胞。正常情况下绝大多数髓样 DCs 在体内处于非成熟状态，达低水平 的共刺激分子和黏附分子，激发淋巴细胞的能力较弱。但是当未成熟 DCs 受到外 源性抗原或者炎症的刺激转变为成熟 DCs，就会表达高水平 MHC（主要组织相容 性复合体）-Ⅰ和 MHC-Ⅱ类分子、共刺激分子（CD80 和 CD86）、黏附分子（CD40、 CD54 以及β1、β2整合素家族成员等）、整合素等，还能分泌白细胞介素 IL-1、 IL-6、IL-12 和肿瘤坏死因子α（TNF-α）等细胞因子。未成熟 DCs 表达高水平 的淋巴归巢受体（CCR)1、CCR2、CCR5。而 DCs 成熟后，CCR2、CCR5、CCR6 等均 下降，CCR7 表达上调。 DCs 是目前发现的抗原提呈功能最强的抗原提呈细胞（APC），它能刺激初 始型 T 细胞活化和增殖[2]。摄取、加工处理并提呈抗原，激发机体产生免疫应 答。这些功能主要通过受体介导的内吞作用、巨吞饮作用和吞噬作用摄取外源性 抗原，在细胞内处理抗原然后分泌细胞因子等参加机体的免疫应答和免疫耐受来 实现。DC 还可以调节 T 细胞和 B 细胞，参与免疫记忆的维持，参与诱导非特异 性免疫。 二二二二、、、、吸烟对树突状细胞局部数量和分布的影响吸烟对树突状细胞局部数量和分布的影响吸烟对树突状细胞局部数量和分布的影响吸烟对树突状细胞局部数量和分布的影响 M. Lommatzsch等[3]用流式细胞术在支气管肺泡灌洗液（BALF）和血液中分 析mDC, pDC以及mDC上的表面分子。在支气管肺泡灌洗液中检测的pDCs，巨噬细 胞，淋巴细胞，中性白细胞的数量在接触烟雾后并没有改变，而mDC数量大幅度 上升，而在血液中，mDC数量下降，在BALF中，mDC上的表面分子血液树突状细胞 抗原1和4（BDCA-1 (CD1c) 和BDCA-4 (neuropilin-1)）表达水平大幅度上升[4]， 而在mDC上的肺部归巢受体CC趋化因子受体表达下降，反应剧烈的烟雾吸入导致 mDC向人类气道即时的可选择性的募集[7]。同样，Demedts等人的研究得到相似 的结果，他们是通过测定募集DCs能力最强的细胞因子CCL20（CC家族趋化因子配 体）及在DCs上表达的CCR6来反映DCs数量的变化。发现，相比于非吸烟者以 及健康的吸烟者，患有COPD的吸烟者CCL20mRNA转录表达增加，mDCsCCR6 mRNA 转录表达增加，pDCs CCR6 mRNA转录表达减少，而气道粘膜上的DCs数量增加。 说明，香烟烟雾可以通过CCR6和CCL20的作用，可以使 DCs募集到气道，使气道 DCs数量上升。 而在Rogers [5]等的研究中，通过用电子显微镜观察COPD患者支气管粘膜 上的DCs得出不同的结果，和戒烟者相比，吸烟COPD患者支气管粘膜上的DCs数量 明显减少，而戒烟者和正常组数量差不多。说明长期吸烟可能导致支气管上DCs 数量减少，而戒烟后可恢复正常。Clinton等 [6]的研究结果与Rogers的相仿， 以未经过实验的老鼠为对照组，暴露于香烟烟雾中的老鼠为实验组，为了测试烟 雾对肺部细胞分布的影响，他们将肺部的单核细胞分离出来，对照组和香烟烟雾 暴露组隔离出的细胞总数量相似。然后用流式细胞术测定CD4T细胞，CD8T细胞， DCs，B细胞的数量发现香烟暴露组肺部的CD4和CD8T细胞的百分比跟对照组比没 什么区别，而且，通过测定早期活化标志物CD69的表达发现T细胞的活化水平也 没变。他们发现香烟烟雾并不能影响巨噬细胞和B细胞的数量，但是香烟暴露组 肺部DCs数量和对照组比大幅度下降。但是他们并没有在引流淋巴结中发现相似 的变化，说明DCs数量下降现象可能仅仅出现在肺部。用流式细胞术测定pDCs上 的CD80和CD86表达量发现香烟暴露会显著降低表达CD80的DCs的百分比。在 Robays等 [10]的实验中，暴露于香烟烟雾后，气道pDCs的数量也下降。 还有很多关于此类的研究，香烟烟雾对气道树突状细胞数量的变化影响存在 很大的争议，可能与样本类型，实验对象，吸烟时间长短，剧烈程度，实验器材， 取样方法等有关[3]。 三三三三、、、、吸烟对树突状细胞成熟作用及生物学特征的影响吸烟对树突状细胞成熟作用及生物学特征的影响吸烟对树突状细胞成熟作用及生物学特征的影响吸烟对树突状细胞成熟作用及生物学特征的影响 Tsoumakidou M等 [7]的研究中发现，剧烈的烟雾吸入导致mDC向人类气道即 时的可选择性的募集，但是通过测定气道mDC标志物CD83表达并没有因此上升， 甚至有下降的趋势， CD83表达降低可能仅仅反应大量未成熟的mDC流入气道，说 明DC的成熟作用被香烟烟雾削弱。同样在Nouri·Shirazi等 [8][9]的研究中， 他们发现香烟烟雾会促进树突状细胞由前体转化为半成熟状态，从而表达高水平 的协同刺激因子CD80，MHC-Ⅱ，CD86，CD40，淋巴归巢受体CCR7 [15]。 Robays等 [10]研究发现吸烟可以影响DCs在不同肺间隔中的运输动力和活 化状态。暴露于香烟烟雾后，他们发现气道DCs CCR7表达水平上调，证明香烟吸 入可以大幅度增强DC介导的运输抗原进入纵膈淋巴结的能力。 可以看出，吸烟会影响树突状细胞的成熟以及生物学的一些主要特征。 四四四四、、、、吸烟吸烟吸烟吸烟对树突状细胞抗原提呈对树突状细胞抗原提呈对树突状细胞抗原提呈对树突状细胞抗原提呈、、、、因子表达因子表达因子表达因子表达、、、、诱导诱导诱导诱导TTTT细胞增殖分化功能影响细胞增殖分化功能影响细胞增殖分化功能影响细胞增殖分化功能影响 Nouri·Shirazi等[8][9]发现， DCs与细菌抗原反应时会产生多种细胞因子 如IL-1β，IL-10，IL-12和TNF-α。而当DCs和尼古丁接触时产生低水平的IL-1 β，IL-10，IL-12和TNF-α，值得注意的是IL-12，IL-12是一种强效的促炎性细 胞因子，IL-12在细胞介导免疫反应的起始和控制中期核心作用。DCs在早期抗原 刺激产生的IL-12是Th1反应的强烈刺激物，它的产量降低可能是导致免疫反应减 弱的一个重要因素。活化的CD8和CD4的数量减少，说明在尼古丁环境中的DCs诱 导的T细胞增殖受到抑制。但是其中TNF-α抑制作用是选择性的，因为在老鼠实 验中吸烟老鼠的TNF-a的表达水平反而上升了。 Paula R Kroenin [11]等发现CSE抑制成熟DCs中P35和P40的产量，当DCs被 抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸和过氧化氢酶作用时，CSE处理的DCs中受抑制的 IL-12p70蛋白产量恢复正常。可以推断，抗氧化剂可以削弱受香烟烟雾影响的DCs 的作用。被抑制的ERK消除了CSE对IL-12分泌作用的一致性作用，说明IL-12p70 的抑制作用需要活化的ERK依赖通路。无论在成熟的还是非成熟的DCs中，CSE引 起的氧化应激和持久的ERK磷酸化作用都能增强了p40转录抑制物c-fos的细胞核 水平。P40亚基受抑制也导致成熟DC中IL-23产量减少。这些数据表明CSE产生的 氧化应激通过ERK依赖通路抑制成熟DC中关键细胞因子的增殖。有的CSE对DC的抑 制作用可以用抗氧化剂减轻。 Esmaeil Mortaz1等 [12]提取了小鼠mDCs与CSE培养分析发现，香烟提取物 通过ROS的产生促进cDCs释放炎症趋化因子CCL3和CXCL2，加入抗氧化剂NAC（乙 酰半胱氨酸）后，趋化因子的释放受到抑制，这说明抗氧化剂治疗可能对CSE诱 导mDC释放趋化因子的作用产生影响，用MYD88基因敲除的小鼠做类似试验后与对 照组作比较，发现MYD88能促进DCs释放CCL3和CXCL2。而且CSE能够在许多炎症细 胞中激活MAPK和NF-kB通路[16][17][18],试验中p38 MAPK受到抑制后，CCL3和 CXCL2的产量下降，同样加入NF-kB抑制剂后，趋化因子的产量大幅度下降，说明 MAPK和NF-kB能够促进DCs释放趋化因子CCL3和CXCL2。而在混合淋巴细胞反应 （MLR）中，CD8+T细胞增殖作用被增强而CD4+T细胞增殖作用被抑制。加入CCL3 抗体后，CD8+增殖作用受到抑制，说明CCL3能促进CD8T细胞的增殖，但对CD4没 什么影响，加入CXCL2抗体后，CD4和CD8的表达水平都没什么变化。CD4的增殖被 未知的机理抑制。 在 EsmaeilMortaz 等 [13]另一项研究中，将人类 pDC 分为正常健康人群和 受香烟提取物影响两组，用 ELISA 和 RTPCR 处理研究 IL-8.TNF-α, IP-10，IL-6， IL-1.IL-12,IL-10 和 IFN-α的水平。观察到香烟提取物促进了 IL-8 的分泌，抑 制了 TNF-α, IL-6 和 IFN-α 的释放。还有， pDC 中的 PI3K/Akt 信号通路也 受到了抑制。香烟提取物有可能通过降低 IFN-α 和其他的促炎症因子的释放抑 制抗病毒免疫，同时通过IL-8引发中性粒细胞的增殖来增加COPD的发病原。IL-8 释放的增强可能导致肺中中性粒细胞增殖。另一方面，IFN-α 的减少可能导致 宿主防御受损从而增加气道感染的风险，这是 COPD 加重的一个主要起因。因为 P13K 通路对刺激的反应受抑制很可能是这些影响的原因，P13K 通路的刺激物可 能对 COPD 病人有一个保护作用，使得治疗 COPD 的新药有发展。 Shawn[14]等的研究针对腺病毒感染的pDCs。DC能大量产生IFN-α，是集成 早期的抗病毒物和免疫刺激活性的主要效应物。呼吸道病毒诱发人体pDC产生 IFN-α，而CSE抑制pDC中呼吸道病毒产生的IFN-α，同时抑制IL-1，IL-10和 CXCL10的释放。但是其他的细胞因子和趋化因子如IL-6，TNF-α，CCL2，CCL2， CCL5和CXCL8并没有改变。定量的RT-PCR分析显示CSE能减少受呼吸道病毒感染的 pDC中的TLR-7（toll-like receptor）的释放和(interferon regulatory factor(IRF)-7。而且，通过流式细胞术测定IRF-7磷酸化水平，显示CSE能够抑 制IRF-7的活性。香烟烟雾通过一个包含TLR7表达下降以及IRF-7活性降低的机制 抑制关键pDC对病毒感染的功能。IFN-α水平的降低可能会导致一个缺乏免疫力 的抗病毒反应，提高呼吸道病毒感染的易感性而其他细胞因子水平下降可能会缓 解对感染的特异性反应以及肺部的炎症反应。 腺病毒（RSV）产生病毒RNA（vRNA）或者病毒中介RNA（iRNA）可能会通过 自噬进入含有TLR的内体。在内体里面，香烟烟雾会阻止这些核酸启动TLR7的活 化并且导致MYD88的募集，最终导致IRF7的磷酸化作用。如果IRF7没有磷酸化， 就不能转移到核内启动1型IFN基因的转录。香烟烟雾也能改变TLR7的活化作用通 过进入次级内体，次级内体可以引发NF-kB的活化，因此阻止炎症细胞因子如 IL-1b的产生。但是不能排除RSV在胞液中活化其他的通路来影响这些细胞因子的 产量，可能是因为腺病毒感染产生的而不是香烟烟雾。 五五五五、、、、结论结论结论结论 香烟中含有的焦油，尼古丁等物质，会引起树突状细胞的迁移，引起肺部树 突状细胞数量变化和成熟作用，削弱其提呈抗原的能力，减少促炎性细胞因子如 IL-1β，IL-10，IL-12， TNF-α，IFN-α等的释放，促进炎症趋化因子CXCL2， CCL3等的释放，趋化因子受体表达增加，降低诱导T细胞分化增殖的能力。 参考文献 [1] j de Heer HJ．Hammad H，Koll M，et a1．Dendritic eell subsets and immame regulation in the lung．Semin hnnmnol，2005，17(4)：295-303． [2] Steiman RM,Cohn ZA . 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