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发表于 2008-12-16 14:49:49
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11-5-第五节 大脑结构与免疫功能及其病理学意义
由于血循环中的淋巴细胞不容易接近神经系统组织,因此,在相当长的一段时期内,一直把神经系统看成是体内的免疫豁免组织。神经系统内缺乏完整的淋巴引流系统,血-脑屏障(blood-brain barrier, BBB)阻止病原体、细胞和体液免疫因子进入大脑,中枢神经系统中MHC抗原表达量极微以及大脑对外来移植物的排斥反应较弱等等现象和事实,都支持神经系统是免疫豁免组织的观念。然而,随着研究进一步深入发现,神经系统和免疫系统已不再是两个相互独立的系统。诚然,由于正常情况下存在完整的BBB,进入大脑和脑脊液中的T淋巴细胞数量极少。但是,现在已经在大脑组织中发现了毛细淋巴管样结构,这就为大脑组织发生免疫反应开启了一扇大门。在病理生理情况下,比如中枢神经系统存在感染或罹患多发性硬化(multiple sclerosis, MS)时,发现脑组织中存在着包括 B和T淋巴细胞以及巨噬细胞在内的单核细胞浸润,并能在脑组织和脑脊液中检测到高浓度的免疫球蛋白。新近观察所获得的如下事实,更进一步地证明了大脑与免疫系统之间存在着密切的内在的联系:①两种组织拥有相同的细胞膜抗原;②大脑组织可以合成细胞因子,并且表达细胞因子的受体;③细胞因子除了既往已经描述的神经内分泌作用之外,对中枢神经系统也具有调节作用;④通过制造EAE模型,使对两大系统间的作用的认识更加透彻。
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. t3 o, O: c" N: Z R6 W T# b一、神经细胞与免疫细胞拥有相同的膜抗原 ) b6 T# Z$ t& K6 b. \
+ o: L: Y# ]2 q/ r3 }' F1 N9 c 脑细胞(包括神经元、少突神经胶质细胞、星形胶质细胞和小胶质细胞)不表达或只是微弱地表达主要组织相容性抗原(MHC) I型(H-2)和II型(Iα)。但是,在病毒感染或IFN-γ或IL-2等细胞因子的刺激下,上述膜抗原的表达量明显增加或作用放大。膜抗原Thy-1是免疫球蛋白超基因家族中的一员,其结构已经被弄清楚。这种表面抗原在小鼠的T淋巴细胞及其前体细胞、人类未成熟的B和T淋巴细胞膜上,均见有表达。大脑和自主神经系统细胞上也有Thy-1抗原表达。另一种表面抗原CD4,在T淋巴细胞的某些亚群,尤其是在T辅助细胞膜上表达。它属于另一种免疫球蛋白超基因家族成员,有识别 MHC-II型抗原和调节抗原递呈细胞与其靶细胞间相互作用的效应。CD4分子在脑组织多种结构或细胞的细胞膜和mRNA水平均有表达;其在中枢神经系统中的作用至今未明。但是,可以用CD4抗原的存在来解释患艾滋病时所发生的亚急性脑脊髓炎所表现出的神经紊乱机制。CD4分子是艾滋病病毒的受体,因此,艾滋病病毒不仅感染T淋巴细胞,而且还殃及大脑细胞。此外,单克隆抗体抗Leu-7可识别包括NK细胞在内的人类单核细胞亚群上的膜抗原,并且与神经系统组织中含量极微的髓磷脂成分相结合。大脑和免疫系统之间可形成上述各种成分的相互识别和交流,并可通过细胞粘附分子或整合素(integrin )加以补充和完善。其中,整合素是一种神经细胞粘附分子(neural cell-adhesion molecule, N-CAM ),是免疫球蛋白超基因家族的基础成员。 . m* ^# q' H0 |9 r
5 ]/ T0 z/ G9 m2 L. E二、中枢神经系统所分泌的细胞因子及其受体 # Y1 J- E+ V. F- j( }* d6 y
3 x. @' u! x0 `+ |8 z' I# O9 x) l 认识到脑组织具有识别和分泌各种细胞因子的功能,是新近才有的进展。用标记的细胞因子与大脑内的受体相结合后,通过组织化学技术就能确定细胞因子发挥作用部位的神经解剖位置。已经在神经系统中发现了细胞因子IL-1, IL-2, IL-3, IL-6, TNF和 IFN的受体,细胞因子参与调节大脑的活动。大脑内细胞因子的来源有:①从循环血液中通过转运系统,再透过血脑屏障;②脑组织中已经被激活的免疫细胞所分泌;③中枢神经系统自身所分泌。原位杂交技术揭示出,不仅胶质细胞(小胶质细胞和星形胶质细胞),而且神经元都存在各种细胞因子的mRNA。神经系统的细胞所产生的细胞因子,主要有 IL-1, IL-2, IL-3, IL-6, TNF, IFN和胸腺激素。. r3 S# p+ |9 ?1 p n% V
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三、细胞因子的神经调节作用
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免疫反应被激活时释放大量的细胞因子。目前已经发现神经细胞也具有分泌细胞因子的功能。这些细胞因子除了作用于神经内分泌环路之外,还起到多方面的神经调节作用。首先,细胞因子具有促进神经细胞生长的作用。IL-1, IL-2 , IL-3 , IL-6 ,TNF和 IFN等细胞因子可调节神经细胞的增殖与分化。细胞因子的促神经细胞生长作用,不仅表现在大脑发育成熟过程中的婴幼儿期,在成年期当大脑受到炎症损害时,细胞因子同样能起到促进大脑修复的作用。其次,研究发现,IL-1和 IFN等细胞因子有多种特异性的神经调节作用。第三,IL-1,IL-6,TNF和 IFN等细胞因子在外周或脑室内给药均可引起发热。推测其引起发热的机制是由于它作用于下丘脑,使前列腺素的合成增加所致。在生理应激时,也能通过 IL-6等细胞因子分泌增加,使体温上升。第四,细胞因子有促进睡眠作用。患感染性疾病时,常伴睡眠增加,这与细胞因子分泌增多有关,此作用有利于机体功能的恢复。无论外周或中枢给药,IL-1,TNF和IFN-γ等细胞因子均有增加睡眠的作用。此外,在急性或慢性病理过程中,常常伴随食欲下降。IL-1,IL-6,TNF等细胞因子通过直接作用于下丘脑的摄食中枢,或抑制胃肠的蠕动,或调节胰升糖素和胰岛素等激素分泌量和睡眠增加等机制,从而改变进食量的多少。( O7 |$ q: _/ ?6 ]
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四、大脑免疫反应的病理生理学意义 2 p9 Z" a3 b# I' _9 b7 h
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通过对EAE(实验性急性脑脊髓炎)不同方面的研究,大大地加深和提高了对大脑和免疫系统之间密切关系的认识。EAE是一种中枢神经系统自身免疫病,已在多种动物中制造出该疾病的模型,并且已作为研究多发性硬化(MS)病理生理的主要动物模型。根据动物模型的敏感性、基因背景和不同年龄,可模拟出单时相、急性或自发性复发-缓解等疾病各种表现类型。EAE模型通常由注射髓磷脂碱性蛋白(myelin basic protein, MBP)获得。注射MBP后,MHC-II抗原相关的CD4+T淋巴细胞就能识别MBP抗原,并被MBP抗原致敏。要弄清楚已经被 MBP致敏的T淋巴细胞系是如何导致正常动物脑组织损坏的机制,需要解决如下两方面的问题: ①T淋巴细胞是怎样离开血管,透过血脑屏障,而后造成脑组织损坏的;②是何种细胞表达了MBP,并具有识别MHC- II型抗原的功能,随后激活中枢神经系统内的T淋巴细胞,启动自身免疫反应。对上述第一个问题的回答是:所有被激活了的T淋巴细胞而非静息的T淋巴细胞,都具有非特异性地吸附到血脑屏障内皮细胞的功能,随后穿透内皮细胞屏障进入到中枢神经系统。细胞因子IL-1可增强淋巴细胞的粘附功能,IFN-γ能诱导内皮细胞表达MHC-II型抗原。这些都有助于淋巴细胞进入到中枢神经系统。激活后的T淋巴细胞分泌内糖苷酶(endoglycosidase),也能起到加速淋巴细胞穿透 BBB的作用。对上述第二个问题的回答是:星形胶质细胞和小胶质细胞具有抗原递呈细胞的功能。其中星形胶质细胞可能起到主要作用。因为:①细胞因子IFN-γ能诱导星形胶质细胞表达MHC-II型抗体。一旦表达成功,就能合成和分泌 IL-1和前列腺素。②星形胶质细胞可特异性地激活T淋巴细胞系。③病理性脑组织中的T淋巴细胞系具有识别星形胶质细胞上 MBP抗原的功能,随后以MHC限制性的和抗原特异性的方式溶解神经细胞。脑组织中的T淋巴细胞一旦被激活,就能释放细胞因子IL-2,而IL-2不但有激活其他T淋巴细胞和增加分泌 IFN-γ的作用,还可增强巨噬细胞的功能,促进其他细胞因子的分泌,造成脑组织的损伤和神经细胞的脱髓鞘病变。某些细胞因子如IL-2,能促进受损神经细胞的再髓鞘化和星形胶质细胞疤痕的形成;IL-1能促进星形胶质细胞的生长;T淋巴细胞所分泌的细胞因子 IL-3和颗粒巨噬细胞所分泌的细胞因CSF(集落细胞刺激因子)具有使其他细胞趋化集中到病变部位的作用;星形胶质细胞所分泌的前列腺素等免疫抑制物质以及细胞因子对下丘脑-垂体-肾上腺皮质的刺激,使具有抗炎效应的糖皮质激素分泌增加,这是疾病得以恢复的重要因素。 |
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