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?综 述?
IDO、免疫耐受与过敏性哮喘
廖 伟,赵聪敏
(第三军医大学新桥医院儿科,重庆400037)
摘 要:吲哚胺2,3双加氧酶(indoleamine2,32dioxygenase,IDO)是一种免疫调节酶,可催化色氨酸沿犬尿酸途径进行分解代谢的限速酶。IDO的表达通过降解色氨酸,使局部组织中的色氨酸耗竭,抑制T细胞的增殖,以及通过其代谢产物犬尿氨酸等诱导T细胞凋亡等机制来诱导机体的免疫耐受,而免疫耐受机制缺陷可能是过敏性哮喘发生的始动因素。通过诱导机体免疫耐受可防治对外来抗原及自身抗原起反应的疾病,因此通过改变IDO的活性诱导哮喘的免疫耐受形成可能成为过敏性哮喘防治的新靶点。
关键词:吲哚胺2,3双加氧酶;免疫耐受;过敏性哮喘
中图分类号:R562.25文献标志码:A文章编号:167128194(2008)122036203
免疫耐受是机体免疫系统在接触抗原性物质后产生的对该抗原的特异性免疫无应答状态,它与各种非特异性的免疫抑制不同,后者无抗原特异性。免疫耐受在机体适应外界环境(如接触外界抗原)及对自身组织抗原的无应答性保护作用起着关键作用。研究发现通过诱导机体的免疫耐受可防治对外来抗原反应和自身抗原过度激活的疾病(如移植排斥反应、自身免疫性及过敏性疾病)。过敏性哮喘是机体对过敏原刺激产生的以气道高反应性为特征的变态反应性疾病,初始型(na2 ive)CD4+T细胞激活是其发病的始动因素,Th1/Th2细胞失衡被认为是哮喘发病机制中的关键环节。大量资料表明:机体免疫耐受机制缺乏或减弱可导致Th2反应增强导致气道过敏炎症疾病的发生,因此免疫耐受机制缺陷可能是过敏性哮喘发生的始动因素[1]。通过对人和鼠树突状细胞(dendritic cells, DC)表达吲哚胺2,3双加氧酶(indoleamine2,32dioxygenase, IDO)的研究发现:DC表达的IDO可通过不同机制诱导机体免疫耐受,因此有可能通过改变IDO的活性诱导哮喘的免疫耐受形成来防治过敏性哮喘,现将这方面综述如下:
1 过敏性哮喘与免疫耐受
正常人气道在反复吸入过敏原后,T淋巴细胞能对过敏原的刺激产生免疫耐受,不会导致抗原特异性T淋巴细胞活化始动发病过程。而过敏性哮喘发生时,由于免疫耐受机制缺陷,气道DC摄取过敏原后被激活,运动能力加强,经淋巴管进入纵隔淋巴器官或局部淋巴结的T细胞密集区,分化为成熟DC,高水平表达M HCⅡ类分子及协同刺激分子,提呈抗原,刺激初始型(naive)T细胞增殖,产生记忆的特异性CD4+T细胞,当机体再次接触该过敏源后,记忆的特异性CD4+T细胞活化,分化为Th2细胞,产生Th2类细胞因子,并刺激其他细胞释放炎性因子,始动哮喘的发生。研究显示在过敏性哮喘患者体内能检测到活化的T淋巴细胞凋亡不足,是该病频繁发生和慢性迁延的重要原因,这可能正是哮喘发病机制存在着免疫耐受机制缺陷的证据[1]。因此,哮喘发生的免疫应答中,如果能使激活的抗原特异性CD4+T细胞无反应性或者无能,诱导免疫耐受的形成,将可防治过敏性哮喘。
正常人气道在接触过敏原形成的免疫耐受机制中调节性T细胞(regulatory T cells,Treg)起着重要作用。Treg不同于Th1和Th2细胞,是具有免疫抑制功能的细胞群。研究显示哮喘发生时CD4+T细胞向Th2细胞偏移现象是因为Treg未形成所致,减少Treg数量或削弱Treg功能都可能导致哮喘的发生[2]。现认为这种Treg在健康人群及非过敏体质人中介导对环境过敏原的耐受起重要作用,同时在保护过敏原诱导的气道炎症反应及过敏性免疫反应起着重要作用[3]。长期暴露在多种非致病变应原的儿童哮喘发病率比处在卫生、干净的环境中儿童的发病率低(卫生假说)的一个重要原因是由于Treg的形成,形成了免疫耐受,已证实缺乏CD4+CD25+Treg的患者
会发展至重度湿疹、高IgE水平、高嗜酸性粒细胞变态反应性疾病及哮喘。Treg可分为Th3及Tr1两种亚型,分别通过分泌T GF2β及IL210降低气道高反应性及气道炎症,阻止哮喘的发生[4]。因此,哮喘发生时如果激活的抗原特异性CD4+T细胞向Treg形成偏移,而不是向Th2细胞偏移,诱导免疫耐受形成,可防止哮喘的发生。正常气道免疫耐受机制还涉及IL2 10的协同作用:IL210是公认的抑制性细胞因子,现证实IL210可抑制DC特异性成熟标志CD83的表达,IL210处理过的未成熟DC(immature DC,imDC),刺激CD4+T细胞反应的能力明显下降,能诱导CD4+T细胞形成Tr1(调节性T细胞的一种)。因此,IL210和Treg在气道对过敏原的免疫耐受中占重要地位。近年研究发现决定CD4+T细胞向Th2细胞或Treg 偏离还依赖于提呈抗原的不同DC亚群,小鼠脾来源CD8α+ DC系及人外周血单核细胞来源的CD123+CCR6+DC均能够在外周诱导和维持T细胞耐受,研究证实这两种DC亚群能大量分泌吲哚胺2,3双加氧酶(indoleamine2,3dioxygenase, IDO),体外可抑制T细胞增殖及介导T细胞凋亡,认为可能是CD8α+DC及CD123+CCR6+DC具有耐受的原因之一[5]。
2 IDO与免疫耐受
2.1 分子结构及基因表达 IDO是一种含铁血红素单体蛋白,主要由胎盘滋养层细胞和外周血单核/巨噬细胞分泌,广泛分布于人和其他哺乳动物除肝脏以外的组织中,在胎盘、肺和小肠组织中表达较高,是肝脏以外唯一可催化色氨酸沿犬尿酸途径进行分解代谢的限速酶,它可将色氨酸分解为L2犬尿酸、吡啶甲酸和喹啉酸等多种代谢物。人类IDO的相对分子质量约42KDa,由403个氨基酸残基组成,p I=6.9。小鼠IDO的相对分子质量是45639,由407个氨基酸残基组成,其氨基酸序列与人IDO有61%的同源性。人IDO基因位于第8号染色体上,长约15kb,包括10个外显子和9个内含子,为单拷贝基因。在许多细胞,IDO基因在转录水平的表达是受特异性炎性因子刺激诱导的,IFN2γ是这类炎性因子的代表,IDO基因启动子里含有ISRE及GAS元件分别识别IRF21因子及活化STA T2l元件。其他炎性因子,如IFN2α,IFN2β及L PS也可诱导IDO表达,但诱导效果不如IFN2γ。同样外周T细胞耐受的主要控制开关细胞毒性T淋巴细胞相关抗原(CTL A24)也可诱导DC表达IDO,其机制可能是独立于转录因子N F2κB 的。由于IDO的代谢底物色氨酸是细胞维持活化和增殖所必需的氨基酸,同时也是构成蛋白质必不可缺的重要成分,所以IDO活性对机体的病理生理过程有重要影响。
2.2 IDO与免疫耐受 研究发现IDO在机体免疫豁免器官大量表达,其在保护胎儿免遭母体排斥的妊娠过程、器官移植免疫耐受、肿瘤免疫耐受的作用已成为近年研究的热点,它是色氨酸沿犬尿酸途径分解代谢的限速酶,而色氨酸是T细胞活化增殖过程中合成蛋白质所必需的氨基酸。研究表明T细胞生长微环境中如果无外源色氨酸,被抗原提呈细胞提呈的抗原激活后,T细胞因不能合成足够的蛋白质而停滞于G1期,不能通过G1/S限制点而停止分化,且更易于经凋亡而死亡。Lee GK等人证实在小鼠体内表达IDO的A PC能在局部组织微环境中,通过阻断T细胞周期而使活化的T细胞凋亡,诱导抗原特异性T细胞耐受[6]。目前认为,CTL A24可能是体内外周T细胞耐受的主要控制开关,Munn等人发现CTL A24与DC上的共刺激分子B7结合,可诱导DC的IDO表达,并证明表达CTL A24的Treg诱导的免疫耐受机制是通过IDO分解代谢色氨酸抑制T细胞分化实现的[7]。而在鼠体内证实这种表达IDO的DC可通过CTL A24/B7结合机制诱导初始型(na2 ive)T细胞分化成具有调节功能的Treg[8]。因此IDO、Treg及免疫耐受存在着必然的联系。Bauer等[9]在体外对小鼠异基因移植进一步研究发现,IDO降解色氨酸的代谢产物犬尿氨酸、32羟基犬尿氨酸、32羟邻氨基苯甲酸等都可明显抑制同种异基因T细胞的增殖,并可诱导T细胞的凋亡。同时Fallari2 no F的研究也得出相似结论,认为由IDO诱导的色氨酸代谢产物L2犬尿酸在低浓度下就可诱导T细胞凋亡,其机制是并不依赖于凋亡基因Fas及Fas2L参与,而是与caspase28的激活和线粒体释放细胞色素C有关[10]。最近Thomas MB等发现IDO催化色氨酸降解的代谢产物犬尿酸、32羟基犬尿素不仅可抑制异源T细胞增殖,使T细胞凋亡,诱导宿主对外来移植物免疫耐受的形成,而且IDO活性表达导致的色氨酸代谢物介导的细胞增殖抑制具有选择性,它仅发生于正经历活化的细胞,静息细胞不受影响[11]。而过敏性哮喘是记忆性的特异性CD4+T细胞活化始动炎症发生的过程,如外源的IDO使肺部活化的CD4+T细胞凋亡,阻断哮喘的发病过程,而对肺部其他静息细胞无影响,因此如IDO来诱导哮喘的免疫耐受的形成时还可避免对其他细胞损伤的副作用。在正常气道的免疫耐受机制中,IL210具有重要的作用,Tan P H等人将异源T细胞与转染IDO基因的imDC共培养一段时间,用DC再次刺激T细胞时发现,培养上清液中IL210分泌增多,T细胞停止分化,凋亡T细胞数目增多,剩下T细胞高表达P27KIP1(无能T细胞的一种表型),在异源DC刺激下更易导致无能状态[12]。因此IDO、IL210与免疫耐受可能存在着一定的联系。以上研究说明表达IDO的DC可能通过以下机制诱导外周免疫耐受: (1)IDO通过分解代谢局部微环境中的色氨酸而抑制激活T 细胞分化、增殖,导致T细胞无能(Treg样反应);(2)通过IDO 催化色氨酸分解代谢的产物,诱导T细胞凋亡,从而清除活化的抗原特异性T细胞克隆;(3)可能通过IL210的抑制作用,还需进一步证实。
3 IDO与过敏性哮喘
正常人气道在接触过敏原形成的免疫耐受机制中Treg起着重要作用,有趣的是Treg细胞表面表达的CTL A4与DC表面的B7结合后可上调小鼠DC表面IDO的表达[13]。很可能DC提呈自身抗原至Treg细胞时,如果通过CTL A4(而不是CD28)接受信号,Treg细胞就可能被赋予了无应答表型和抑制功能,而这种抑制功能是通过IDO的表达实现的。Vacca C 等人证实了这一点,在实验中他们用可溶性CTL A4可诱导人成熟DC表面表达IDO,IDO表达增加可使色氨酸分解代谢增加,从而抑制T细胞克隆增殖,导致T细胞无能(Treg样反应);如果用IDO抑制剂12M T抑制IDO酶的活性,T细胞可恢复免疫应答[14]。因此从某种意义上讲,Treg细胞的形成通过某些机制使DC表达IDO发挥IDO诱导免疫耐受作用。反之,IDO的表达又可诱导Treg细胞的形成,IDO与Treg二者的作用互为因果。而过敏性哮喘发生时CD4+T细胞向Th2细胞偏移现象是因为Treg未形成所致,如果在过敏性哮喘发生的免疫反应中,通过诱导IDO的表达或直接应用IDO,诱导Treg形成,从而有可能诱导哮喘的免疫耐受形成,防治过敏性哮喘。Tomoko H等采取用ISS2ODN腹部注射实验性哮喘小鼠,发现哮喘小鼠的气道高反应性降低,并明显减轻哮喘小鼠
气道的Th2反应,通过对照试验发现,这种减轻哮喘小鼠症状是通过增强肺部DC的IDO表达来实现的[15]。Hayashi T通过实验也证实色氨酸被IDO代谢的产物32羟基222氨基苯甲酸可抑制PD K1活化并通过诱导T细胞凋亡来抑制哮喘的发生[16]。最近Taher等[17]证实在以Th2反应为主的过敏性哮喘动物实验中,给予IDO的抑制物12甲基12DL2色氨酸,可升高气道嗜酸性细胞及Th2细胞因子水平,增强气道炎症反应,并且证实IDO的代谢产物犬尿酸、32羟基犬尿酸及黄尿烯酸,可诱导免疫耐受的形成,减轻气道的炎症反应。在气道的免疫耐受机制中,IL210起着重要作用,有趣的是Maneechotesuwan K[18]证实在哮喘患者中使用皮质激素发挥抗炎症效应时,其痰液中IDO的活性增高同时伴随巨噬细胞分泌的IL210增高。因此皮质激素在治疗哮喘发挥抗炎症效应时,是否通过免疫耐受机制减轻对过敏原的反应,还需进一步研究证实。
4 展 望
综上述,过敏性哮喘是由于免疫耐受机制缺陷,气道树突状细胞提呈抗原引起T细胞偏离Th2反应,而免疫耐受可有效防治由于对外来抗原和自身抗原过度激活的过敏性疾病中, IDO可通过不同机制诱导免疫耐受,已有实验研究证实IDO 介导的免疫抑制反应可使胶原介导的实验性关节炎形成,降低移植的免疫排斥,改善实验性结肠炎以及实验性自身免疫性脑炎。因此除了IDO在妊娠、移植及自身免疫疾病中的研究热点外,通过改变IDO的活性诱导哮喘的免疫耐受形成可能成为过敏性哮喘治疗的新靶点。
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