1、共生菌與免疫,Vocabulary,SFB,Segmentedfilamentousbacteria分節(jié)絲狀菌polysaccharideA(PSA)多聚糖ApolysaccharideA(PSA)+Bacteroidesfragilis-產(chǎn)生多聚糖A的脆弱擬桿菌Clostridiumspp.clustersIVandXIVa，梭狀芽胞桿菌IVandXIVaSCFA,short-chainfattyacid,短鏈脂肪酸REGIII,regeneratingislet-derivedprotein3ILC3s,group3innatelymphoidcells，第三組固有淋巴樣細胞TSLP,th

2、ymicstromallymphopoietin，胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素MALT/MIS,Mucosa-associatedlymphoidtissue,粘膜相關(guān)淋巴組織,粘膜相關(guān)淋巴組織Mucosa-associatedlymphoidtissue,呼吸道，腸道，及泌尿生殖道黏膜固有層和上皮細胞下散在的無被膜淋巴組織，以及某些帶有生發(fā)中心的，器官化的淋巴組織，如扁桃體，小腸的派氏集合淋巴結(jié)（Peyerspatch)、闌尾等。,粘膜相關(guān)淋巴組織Mucosa-associatedlymphoidtissue,MALT(MIS)是保護粘膜的特有免疫系統(tǒng)。雖然淋巴樣組織或細胞分布在粘膜的不同部位，卻

3、有相似的結(jié)構(gòu)和功能。MALT是體內(nèi)最大的淋巴器官系統(tǒng)，在成人MALT的淋巴細胞占全身淋巴細胞總數(shù)的3/4。,(1)表面積大:(2)屏障薄且通透性強皮膚2m2(3)常暴露在外源性物質(zhì)之下(食物,花粉)肺部140m2(4)腸道寄生大量共生菌（1014）消化道400m2,EffectorSite,InductiveSite,器官化淋巴組織：-派氏集合淋巴結(jié)：小腸-孤立淋巴濾泡：小腸和大腸，直腸-腸系膜淋巴結(jié)：T細胞區(qū)和淋巴濾泡-闌尾彌散淋巴細胞：-上皮內(nèi)淋巴細胞（IEL）-固有層淋巴細胞（LPL）,GALT,GALTArchitecture,派氏集合淋巴結(jié)主要分布在小腸，類似結(jié)構(gòu)分布在闌尾與其余消化

4、道和呼吸道部位。,LaminaPropria,接觸抗原的特點,系統(tǒng)免疫系統(tǒng)主要是無菌環(huán)境，對微生物入侵發(fā)生強烈應(yīng)答。粘膜免疫系統(tǒng)常與外來抗原接觸無害抗原：低應(yīng)答，免疫耐受-共生菌(1x1014)-食物或其它無害抗原有害抗原（病原體）：有效免疫應(yīng)答,特有的攝取抗原方式-M細胞(microfoldcells),基底面向內(nèi)折疊，形成口袋狀口袋里包含有T細胞,B細胞,DC,以及巨噬細胞腔面的抗原由M細胞攝取，經(jīng)穿越細胞，轉(zhuǎn)運到基底面，釋放到細胞外APCs細胞攝取抗原并活化T細胞或遷移至腸系膜淋巴結(jié),粘膜免疫抗原攝取特點,M細胞缺乏微絨毛其表面無粘液覆蓋可直接與腸道抗原接觸也是某些病原體在GALT的入侵

5、途徑（如沙門氏均屬，志賀氏桿菌）,腸道粘膜M細胞攝取和轉(zhuǎn)運抗原,DC跨越上皮屏障攝取抗原,物理屏障功能,1.粘液層杯狀細胞產(chǎn)生粘液，形成覆蓋在消化道上皮細胞的一個厚凝膠狀的粘液層，使腸道微生物難以接近腸上皮細胞。-病原體被捕獲在粘液層中，隨蠕動或纖毛運動而被排除。-粘液層還是分泌型IgA貯存庫。,物理屏障功能,2.上皮細胞屏障：緊密連接-阻止病原體和大分子通過。,緊密連接,化學屏障功能-抗菌分子：,（1）轉(zhuǎn)鐵蛋白競爭性結(jié)合鐵，抑制細菌生長；（2）溶酶體酶水解革蘭氏陽性細菌的細胞壁；（3）防御素（defension,）30-40個氨基酸肽，破壞細菌和真菌細胞膜，導致溶菌。為AMP（抗菌肽）的一種

6、共生菌持續(xù)刺激黏膜免疫系統(tǒng)，可誘生共生菌特異性Th1和Th17細胞，通過產(chǎn)生IL-22而促進抗菌肽產(chǎn)生，限制共生菌穿越上皮屏障（見slide63:MIS對共生菌的低應(yīng)答）固有淋巴樣細胞ILC3也可以產(chǎn)生IL-22。,生物屏障功能-共生菌,100trillion（萬億）種共生菌，表達的基因數(shù)至少為宿主基因的十倍。生理作用：提供酶參與食物消化；吸收鈣、鎂、鐵等離子；降解毒素；產(chǎn)生機體所需輔助因子（如維生素K1、B1、B2、B6、B12、泛酸、葉酸和短鏈脂肪酸）；參與免疫系統(tǒng)發(fā)育和功能，并與免疫系統(tǒng)協(xié)同發(fā)揮作用。,菌群失調(diào)導致血性腹瀉,生物屏障功能-共生菌,100trillion（萬億）種共生菌，表

7、達的基因數(shù)至少為宿主基因的十倍。生理作用：提供酶參與食物消化；吸收鈣、鎂、鐵等離子；降解毒素；產(chǎn)生機體所需輔助因子（如維生素K1、B1、B2、B6、B12、泛酸、葉酸和短鏈脂肪酸）；參與免疫系統(tǒng)發(fā)育和功能，并與免疫系統(tǒng)協(xié)同發(fā)揮作用。,參與粘膜免疫的淋巴細胞,A型T細胞:傳統(tǒng)的abT細胞，包括CD4+T和CD8+T細胞，主要分布在粘膜固有層。B型T細胞:主要分布于上皮，與不同配體結(jié)合（如MIC-A,MIC-B）。-gdT細胞:CD8(aa)+，CD4-CD8-（少量）-abT細胞:CD8(aa)+，CD4-CD8-（少量）,上皮內(nèi)淋巴細胞（IEL）特征,彌散在大、小腸粘膜上皮細胞間，約1個IEL

8、/20個上皮細胞。80%T細胞是CD8+T細胞。A型和B型IEL幾乎各占一半。IEL的多樣性有限。其增殖和產(chǎn)生CK能力較弱，防止有害炎癥。B型IEL識別自身應(yīng)激抗原（MIC-A，MIC-B），誘導損傷上皮細胞凋亡。,上皮內(nèi)淋巴細胞的功能,為腸道第一防御線的免疫細胞主要為胞毒活性，殺傷感染上皮細胞（A型IEL）釋放細胞因子（IFN-g,TNF-a)，參與抗感染調(diào)節(jié)上皮細胞的動態(tài)更新，維持粘膜屏障完整性（B型IEL）免疫調(diào)節(jié)，參與口服耐受。,固有層淋巴細胞（LPL）的特征,LPL彌散在腸粘膜固有層（粘膜上皮細胞和粘膜肌層之間的一層結(jié)締組織）中。多數(shù)LPL為CD4+T細胞（A型），包括(95%CD4

9、5RO+，Th1,Th2,Th17,Treg)。其對絲裂原或特異性抗原的增殖能力有限。Th細胞可輔助B細胞產(chǎn)生IgA；Th17抵御胞外菌和真菌感染；Treg維持MIS對無害抗原的低應(yīng)答。CD8+T細胞：殺傷活性，產(chǎn)生CK，參與炎癥反應(yīng)和抵御病原體感染。,持續(xù)生理性炎癥狀態(tài),對大量無害抗原產(chǎn)生持續(xù)性和限制性低應(yīng)答；而局部占優(yōu)勢的負調(diào)控機制（耐受型DC,Treg)可阻止粘膜免疫應(yīng)答失控。,黏膜固有免疫細胞,黏膜上皮細胞：抗原提呈，產(chǎn)生多種細胞因子（促炎和免疫調(diào)節(jié)），分泌抗菌肽和溶菌酶。巨噬細胞：吞噬和殺傷，產(chǎn)生IL-10樹突狀細胞:抗原提呈和免疫耐受固有淋巴樣細胞(ILC):產(chǎn)生IL-22誘生防御

10、素（抗菌肽）,黏膜固有免疫細胞-樹突狀細胞,（1）黏膜及淋巴組織內(nèi)的DC：黏膜下DC多為CD11b+CD8-并表達CCR6，靜止狀態(tài)下，此類DC攝取抗原后可產(chǎn)生IL-10，從而防止T細胞致敏并分化為炎性T細胞。致病菌感染時，覆蓋Peryer集合淋巴結(jié)的FAE（follicle-associatedepithelium）分泌CCL20（CCR6的配體）和CCL9（CCR1的配體)，可將DC募集至M細胞附近，后者將抗原轉(zhuǎn)遞給DC，裝載抗原的DC遷移至集合淋巴結(jié)T細胞區(qū)，將抗原提呈給特異性T細胞。,29,30,黏膜固有免疫細胞-樹突狀細胞,（2）黏膜固有層DC：多表達CD103,其功能為：攝取抗原后

11、即離開黏膜而遷移至系膜淋巴結(jié)T細胞區(qū)，誘導初始T細胞分化為效應(yīng)細胞，并獲得腸道歸巢能力；對炎性刺激低反應(yīng)，可產(chǎn)生IL-10、TGF-和視黃酸，促進Foxp3+iTreg細胞產(chǎn)生；來源于上皮細胞及基質(zhì)細胞的胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素（thymicstromallymphopoietin，TSLP）、視黃酸、TGF-、吲哚胺雙加氧酶（IDO）、PGE2等可促進CD103+DC的抑炎效應(yīng)，從而參與維持腸道黏膜免疫系統(tǒng)對食物和共生菌等無害抗原的耐受(見slide49)。,黏膜固有免疫細胞-固有淋巴樣細胞（ILC）,是來源于骨髓淋巴細胞前體、不表達特異抗原受體、具有固有免疫功能的淋巴細胞。有3組ILC，其中

12、第三組為淋巴組織誘導細胞(LTi)，主要分布于腸黏膜固有層，其生物學特征：表達RORt和NKp44；可產(chǎn)生大量IL-22和IL-17A，其中IL-22在維持上皮組織穩(wěn)態(tài)、誘生防御素及抗枸櫞酸桿菌感染中起重要作用。,共生菌VS免疫系統(tǒng),共生菌對免疫系統(tǒng)的影響（關(guān)鍵詞：低，穩(wěn)）MALT對共生菌的低應(yīng)答（關(guān)鍵詞：低，否）,RegulationoftheImmuneSystembytheResidentIntestinalBacteria,Gastroenterology2014;146:14771488,NobuhikoKamada,GabrielNez,Roleofthegutmicrobiota

13、inimmunityandinflammatorydiseaseNATUREREVIEWS|IMMUNOLOGYVOLUME13|MAY2013|321,Technicalapproachtocharacterizingboththecompositionandfunctionofthegutmicrobiome.,共生菌分類,Proteobacteria(變形菌門)：-變形菌：腸桿菌科(Enterobacteraceae)；-變形菌：螺桿菌屬(Helicobacter)；Firmicutes(厚壁菌門)：芽孢桿菌綱：腸球菌屬(Enterococcus)、乳桿菌屬(Lactobacillus)

14、和鏈球菌屬(Streptococcus)；-NKp46+ILC梭菌綱：梭菌屬(Clostridium),Clostridiumspp.clustersIVandXIVa-Treg；Bacteroidetes(擬桿菌門)：擬桿菌屬(Bacteroides),polysaccharideA(PSA)+Bacteroidesfragilis-TregSegmentedfilamentousbacteria(SFB)-Th17Fusobacria(梭桿菌門)：梭桿菌屬(Fusobacterium)*2011-2014熱門；Actinobacteria(放線菌門)：雙歧桿菌屬(Bifidobacteri

15、um)-Tr1；,SpecificmicrobiotainducesdevelopmentofTcells,Thegutmicrobiota-mediateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem,1.參與免疫系統(tǒng)發(fā)育,無菌小鼠特征-外周淋巴器官（包括黏膜免疫器官）體積縮小、缺乏生發(fā)中心；-血清免疫球蛋白水平降低，所有類型的免疫應(yīng)答均減弱（尤其是Th1和Th17細胞應(yīng)答）；-腸道Peyer集合淋巴結(jié)發(fā)育受阻，孤立淋巴濾泡缺如，固有層和上皮內(nèi)T細胞數(shù)明顯減少,-分泌IgA的漿細胞減少；某些調(diào)節(jié)局部免疫的介質(zhì)（如抗菌肽、IL-7、IL-25、IL-33和TSL

16、P）產(chǎn)生缺陷,DC,IFN-,T細胞分化,Treg,IL-4IL-5IL-13,IL-17AIL-17FIL-22,IL-10TGF-IL-35,免疫耐受,IL-12,IL-4,IL-6+TGF-,IL-2+TGF-,胞內(nèi)病原感染,寄生蟲感染,胞外病原以及真菌感染,2.參與固有免疫,（1）參與維持上皮細胞正常屏障功能：共生菌直接作用于上皮細胞，控制其增殖并調(diào)節(jié)上皮細胞的緊密連接，促進上皮屏障完整性。共生菌可促進杯狀細胞分泌黏液，形成黏液層屏障。（2）干擾病原體入侵：共生菌可與病原體競爭營養(yǎng)和定居空間，并可產(chǎn)生抗菌肽殺傷病原菌，或直接抑制病原體刺激上皮細胞產(chǎn)生的促炎信號，后者為病原體入侵所必需。

17、,Thegutmicrobiota-mediateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem,3.參與適應(yīng)性免疫,共生菌不同組分誘導特定的免疫細胞亞群分化共生菌脆弱類桿菌的多糖（polysaccharideA,PSA）可誘導Treg細胞分化；分節(jié)絲狀菌（SFB）可刺激Th1、Th17分化，若共生菌中缺失這種菌，則如同無菌動物；共生菌DNA可通過TLR9促進Th17細胞分化,Segmentedfilamentousbacteria(SFB)intheterminalileumofan8-weekoldTaconicB6mouse,Thegutmicrobiot

18、a-mediateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem,4.維持黏膜局部免疫平衡,（1）共生菌調(diào)控黏膜局部DC功能狀態(tài)：靜止狀態(tài)下，共生菌可誘導腸上皮細胞和基質(zhì)細胞產(chǎn)生TSLP、TGF-和PGE2，抑制DC,并誘導Treg細胞產(chǎn)生，使腸黏膜微環(huán)境呈現(xiàn)免疫負調(diào)節(jié)狀態(tài)，從而對無害抗原不應(yīng)答或低應(yīng)答（見slide31)。一旦病原體入侵，黏膜DC通過PRR識別病原體PAMP或受炎性因子刺激而被激活，從而有效啟動針對病原體的免疫應(yīng)答。,4.維持黏膜局部免疫平衡,（2）共生菌誘導“生理性炎癥”：即在無感染情況下，腸道黏膜含大量效應(yīng)淋巴細胞及慢性炎癥相關(guān)的白細胞。機

19、制：共生菌（及其產(chǎn)物）與黏膜免疫系統(tǒng)密切接觸并持續(xù)刺激，導致大量Th17細胞、Th1細胞和分泌IgA的漿細胞存在；上述效應(yīng)細胞受共生菌誘生的Treg細胞嚴密控制，維持一種“活化-靜止”及不完全應(yīng)答的平衡，呈現(xiàn)低度慢性炎癥。意義：保證黏膜免疫系統(tǒng)高度戒備共生菌的潛在威脅，并及時對入侵的病原體產(chǎn)生有效的保護性應(yīng)答。,Thegutmicrobiota-mediateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem,共生菌下調(diào)粘膜免疫應(yīng)答,共生菌存在下，腸上皮細胞和間質(zhì)細胞產(chǎn)生TGF-b,IL-10，抑制DC成熟，并誘導Treg細胞；共生菌抑制病原體誘導上皮細胞NF-kB

20、活化。核因子NF-B與其抑制物IB結(jié)合而存在于細胞漿，細胞受刺激（如LPS）后，IKK激酶活化，使IB磷酸化，泛素化被降解，NF-B釋放入核，與其靶基因結(jié)合并促進基因表達。共生菌抑炎作用的機制：通過活化核受體PPAR而促進NF-B出核；或抑制IB降解，使NF-B滯留于胞漿而不能入核發(fā)揮作用。,腸道黏膜DC耐受共生菌但對致病菌產(chǎn)生應(yīng)答,共生菌抑制病原體誘導上皮細胞NF-kB活化,5.下調(diào)腸道炎癥應(yīng)答,正常情況下，核因子NF-B與其抑制物IB結(jié)合而存在于細胞漿，細胞受刺激（如LPS）后，IKK激酶活化，使IB磷酸化，泛素化被降解，NF-B釋放入核，與其靶基因結(jié)合并促進基因表達。共生菌抑炎作用的機制

21、為：通過活化核受體PPAR而促進NF-B出核；或抑制IB降解，使NF-B滯留于胞漿而不能入核發(fā)揮作用。,Thegutmicrobiota-mediateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem,Directandindirectresistanceofthemicrobiotatocolonizationbyentericpathogens.,IL-22的作用,IL22可由TH1,Th17產(chǎn)生，也可由RORrt+ILC3產(chǎn)生，可刺激上皮細胞產(chǎn)生防御素REGIII。,58,共生菌VS免疫系統(tǒng),共生菌對免疫系統(tǒng)的影響MALT對共生菌的低應(yīng)答,1.共生菌侵襲能力

22、低下-忽視,共生菌不產(chǎn)生可介導穿透黏液層與完整上皮屏障并侵入機體的毒力因子；可識別共生菌PAMP的PRR分布于黏膜上皮細胞胞內(nèi)（如NLR）及基底膜面(如TLR5)，腸腔面僅低表達；少量共生菌即使跨越黏膜屏障，但由于缺少毒力因子，不能抵抗吞噬細胞攝取和殺傷，被快速殺滅。,粘膜上皮腸腔面不表達PRR，而僅在上皮細胞內(nèi)體、胞漿內(nèi)及其基底面表達PRR。故MIS忽視共生菌；而侵襲力強的病原體則可被相應(yīng)的PRR識別。,MIS忽視共生菌,2.MALT使系統(tǒng)免疫系統(tǒng)與共生菌隔絕,由于腸道黏膜屏障、黏液屏障及黏膜免疫系統(tǒng)將共生菌（及其產(chǎn)物）與系統(tǒng)免疫次級淋巴器官隔絕，從而使系統(tǒng)免疫忽視共生菌而無應(yīng)答。共生菌一旦

23、通過損傷的黏膜屏障進入機體，則可誘導保護性免疫應(yīng)答。,3.黏膜免疫系統(tǒng)對共生菌應(yīng)答能力低下,共生菌持續(xù)刺激黏膜免疫系統(tǒng)，可誘生共生菌特異性Th1和Th17細胞，通過產(chǎn)生IL-22而促進抗菌肽產(chǎn)生，限制共生菌穿越上皮屏障(見slide18:黏膜免疫化學屏障功能-防御素)；黏膜免疫系統(tǒng)產(chǎn)生高水平抗共生菌IgA抗體，可限制共生菌黏附及定居，并阻止其穿越上皮屏障；共生菌可刺激腸上皮細胞與基質(zhì)細胞組成性產(chǎn)生TGF-、TSLP和PGE2，維持局部DC處于不成熟狀態(tài)，并誘生Treg細胞，繼而限制共生菌穿越上皮屏障，并阻止共生菌特異性Th1和Th17效應(yīng)細胞的致炎作用。,Thegutmicrobiota-me

24、diateddevelopmentoftheintestinalimmunesystem,共生菌可被IgA與粘液和粘膜屏障滯留在腸腔；其侵襲能力弱。病原體有毒力因子(粘附分子,毒素)，故有很強的侵襲性。,粘膜屏障和IgA滯留共生菌在腸腔,Multiplefirewallslimitimmuneresponsesagainstresidentintestinalbacteria.,Regulationoftheresidentintestinalbacteriabytheimmunesystem,李蘭娟（LanjuanLi）中國工程院院士、浙江大學醫(yī)學院傳染病診治國家重點實驗室主任“我們使用宏基

25、因組學和宏轉(zhuǎn)錄組學工具，來闡明微生物在肝病進程中的作用，構(gòu)建肝病進程中的微生物互作網(wǎng)絡(luò)。這些研究可以幫助我們提出新策略，對肝硬化等疾病進行診斷、治療和預(yù)防。今年我們希望闡明抗生素和益生素（probiotic）對肝臟的影響。我們已經(jīng)跟進了八十名肝硬化患者半年時間，以闡明益生素（乳果糖等）對疾病進程的影響和作用機制。為了研究患者腸道微生物組的改變，我們還跟蹤了四十名肝功能衰竭患者的情況，每周進行樣本收集，現(xiàn)在已經(jīng)持續(xù)了一個月。我們希望找到可以治療肝病的新益生素。在新的一年里，我還希望為我的團隊創(chuàng)造更多的機會，與其他國家的人進行交流和協(xié)作?！?WangJ,LiF,SunR,GaoX,WeiH,LiL

26、J,TianZ.Bacterialcolonizationdampensinfluenza-mediatedacutelunginjuryviainductionofM2alveolarmacrophages.NatCommun.2013;4:2106.LvLX,LiYD,HuXJ,ShiHY,LiLJ.Whole-genomesequenceassemblyofPediococcuspentosaceusLI05(CGMCC7049)fromthehumangastrointestinaltractandcomparativeanalysiswithrepresentativesequenc

27、esfromthreefood-bornestrains.GutPathog.2014Aug30;6:36,SFB（Segmentedfilamentousbacteria，分節(jié)絲狀菌）,SegmentedFilamentousBacteriaAntigensPresentedbyIntestinalDendriticCellsDriveMucosalTh17CellDifferentiationImmunity，2014；InductionofintestinalTh17cellsbysegmentedfilamentousbacteriaCell，2009；TheKeyRoleofSegm

28、entedFilamentousBacteriaintheCoordinatedMaturationofGutHelperTCellResponsesImmunity，2009；,擬桿菌屬(Bacteroides),Stat3ActivationinMurineColitisInducedbyEnterotoxigenicBacteroidesfragilisInflammBowelDis，2014；EnterotoxigenicBacteroidesfragilis(ETBF)-mediatedcolitisinMin(Apc+_-)mice_ahumancommensal-basedmur

29、inemodelofcoloncarcinogenesis.CellCycle.2010；Ahumancoloniccommensal(ETBF)promotescolontumorigenesisviaactivationofThelpertype17TcellresponsesNatureMed，2009；,MicrobesandInflammationinColorectal（CancerCancerImmunolRes-2013）,共生菌與疾病,機體對共生菌應(yīng)答的調(diào)控機制異常共生菌在體內(nèi)異位存在共生菌的組成譜,1.機體對共生菌應(yīng)答的調(diào)控機制異常,如IL-10和TGF-b缺陷，則共生菌可

30、激發(fā)系統(tǒng)免疫應(yīng)答，并介導黏膜部位強烈的炎癥反應(yīng)，微環(huán)境產(chǎn)生大量炎性細胞因子（如IL-23、TNF-、IL-12等），從而引發(fā)腸道炎性疾?。ㄈ鏑rohns病）。,2.共生菌在體內(nèi)異位存在,黏膜屏障受損（如腸上皮完整性遭破壞）時（創(chuàng)傷、感染、內(nèi)毒素性休克、重癥肝炎等），大量正常無害的共生菌（如大腸桿菌）跨越上皮屏障而進入血流，可引起致命性全身感染，并激發(fā)系統(tǒng)免疫應(yīng)答。,3.共生菌的組成譜-與糖尿病,高能量飲食可改變腸道共生菌組成，并導致糖尿病發(fā)生，其機制：共生菌組成譜改變（擬桿菌減少；壁厚菌增加），可選擇性增加雙歧桿菌，使革蘭陰性菌/陽性菌比例及循環(huán)LPS水平增高，誘導多種促炎細胞因子產(chǎn)生，引起糖耐量降低和胰島素抵抗。反之，低能量飲食可恢復(fù)擬