第二节　天然免疫

一、天然免疫的识别

天然免疫的中心功能是快速识别潜在的有害物质，来自环境的如致病性细菌，或来自宿主的如肿瘤细胞。天然免疫也能感知组织损伤和感染的一些常见生化产物。

（一）模式识别

病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）是致病微生物的特征性标志，免疫系统迅速使其与自身组织相区别。PAMP不是宿主DNA产物。微生物相关分子模式（microbe-associated molecular pattern，MAMP）与PAMP的区别是有意义的，不是所有的被识别的相关模式都是与病原微生物相关的。危险相关分子模式（danger-associated molecular pattern，DAMP）不是病原内在的，而是宿主DNA的产物。识别模式特异方式的存在是天然免疫刺激的一个关键组成。一定数量的宿主编码的受体系统来识别模式分子，被称为模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR），认识最深入的为Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）。

人类有10种TLR，可识别45种外源分子和17种内生分子作为配体。所有的TLR为跨膜蛋白。不同的TLR被细胞外或细胞内环境的特异模式识别。TLR的微生物配体包括：脂阿拉伯甘露聚糖（lipoarabinomannan，LAM）（TLR1/2），真菌酵母聚糖（TLR2±6），双链 RNA（TLR3），细菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）和呼吸道合胞病毒融合蛋白（TLR4），细菌鞭毛蛋白（TLR5），支原体二酰脂肽（TLR6/2），病毒单链 RNA（TLR7和 TLR8），病毒或细菌DNA内的非甲基化的CpG岛（TLR9）。TLR配置导致的信号复杂，可诱导转录活化。核苷酸结合寡聚化结构域（nucleotide-binding oligomerization domain，NOD）家族也是重要的PRR。NOD2最广为人知，其突变见于克罗恩病（Crohn’s disease）和Blau综合征患儿。NOD2与细菌肽聚糖的胞壁酰二肽结合，识别细胞内细菌成分后可启动放大反应。

甲酰化肽受体结合甲酰化肽如N-甲酰甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸（N-formylmethionyl-leucyl-phenyl-alanine，fMLP）。fMLP是可识别的细菌代谢产物。fMLP的识别可作为表达这些受体的天然免疫细胞的趋化子，如中性粒细胞。自然细胞毒受体，Nkp44和Nkp46，可作为PRR与病毒血凝素结合。这些受体表达于NK细胞。可溶性蛋白也可作为PRR，如凝集素或胶原凝集素，经典例子为甘露聚糖结合凝集素（mannan-binding lectin，MBL），与微生物上的含有甘露聚糖的碳水化合物结合。MBL利用MBL相关丝氨酸蛋白酶（MBL-associated serine protease，MASP）活化补体。抗微生物肽类可与微生物病原结合，包括防御素、抗菌肽和富组蛋白。

（二）危险感知

生理性配体的表达可提示危险环境的存在。足够的配体被受体系统识别，超过一定的放大阈值可引起反应。有2种危险感知分类：可溶性免疫介质和危险配体/受体。可溶性免疫介质由生殖DNA编码，在特定应激环境下被诱导，经典例证是Ⅰ型干扰素。在危险情况下可表达一定数量的生殖编码的受体-配体配对，代表一种内在的应激预警，如B细胞感染EBV后表达CD48，是CD244（2B4）配体，后者是NK细胞持续表达的活化受体。感染的或肿瘤细胞应激下可表达MHC I链相关蛋白（MHC class-I-chain-related protein，MICA），被NK和T细胞上持续表达的NK细胞2D组（NK group 2D，NKG2D）受体识别，诱导天然免疫。

二、天然免疫的放大效应

（一）细胞内放大效应

放大效应经常包含一系列适配子分子和信号效应子如激酶、磷酸酶和泛素连接酶。用TLR系统来举例，所有TLR具有诱导转录机制导致新的蛋白产生，这些新合成的蛋白可放大天然免疫反应或作为天然免疫效应子。除了TLR3和TLR4，所有TLR需要信号适配子髓系分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）来诱导转录。TLR3和TLR4利用含有Toll/白介素1受体结构域的诱导干扰素β的适配子（Toll/IL-1 receptor domaincontaining adaptor-inducing IFN-b，TRIF）和 TRIF相关适配子分子（TRIF-related adaptor molecule，TRAM），这个MyD88非依赖的通路利用TANK结合激酶（TANK-binding kinase，TBK），诱导进一步下游事件。最后所有的放大通路导致激酶或激酶复合体的活化，或者诱导转录因子的活化/磷酸化。

对TLR来讲，最重要的转录因子是NF-κB。在细胞质内，NF-κB被抑制性的NF-κB抑制子（inhibitor of NF-κB，IκB）释放，移入细胞核，促进转录。IκB 被 IκB 激酶（IκB kinase，IKK）磷酸化后，通过泛素化被蛋白酶体降解。IKK由IKKα、β和NF-κB重要调节子（NF-κB essential modulator，NEMO/IKKγ）组成。大部分 TLR 以白介素 1受体相关激酶 4（interleukin-1 receptor-associated kinase 4，IRAK4）和 TRAF-6 依赖的方式活化 NF-κB。TLR3 利用受体相互作用蛋白 1（receptor interacting protein 1，RIP1）活化 NF-κB。

（二）细胞外放大效应

可溶性介质介导的细胞外放大效应的经典例证是补体的固定和活化。另一个例子是TLR配置后NF-κB活化导致的可溶性介质的转录、翻译和释放。细胞外放大效应也可通过细胞-细胞接触的方式实现，如树突状细胞针对TLR配置反应诱导IL-15细胞表面表达，导致NK细胞内放大和NK细胞活化。树突状细胞分泌IL-12到NK细胞，NK细胞放大信号分泌IFN-γ到树突状细胞。

三、天然免疫的效应阶段

天然免疫反应的特征为效应功能，包括对生理和局部组织的作用、直接的天然效应机制、与获得性免疫沟通。

（一）局部效应

大量的天然免疫介质的释放如前列腺素、白三烯、TNF、IL-1、IL-6和IL-12，导致炎症反应出现。

（二）直接的天然效应子

可溶性效应蛋白具有直接的效应功能如抗微生物肽和补体。与获得性免疫共享的效应机制包括穿孔素依赖的细胞毒、接触依赖的细胞毒。特定天然免疫细胞固有的效应机制包括吞噬和反应性氧中间代谢物的产生和反应性氮中间代谢物的产生。当有机物被补体或抗体调理或配置一个特异的PRR，导致吞噬出现。

（三）与获得性免疫相关

天然免疫细胞产生的细胞因子可促进获得性免疫细胞的发生，进一步使获得性免疫细胞功能上特化为特异细胞亚群。IL-12产生可促进Th1细胞的发生。抗原呈递细胞处理蛋白并将肽链通过MHC呈递给T细胞。天然免疫是趋化因子和趋化活性分子的重要来源。当抗原存在时，天然免疫可促进获得性免疫细胞的黏附和募集，如NK细胞产生的CCL22可募集T细胞到肿瘤微环境。天然免疫也以接触依赖的方式与获得性免疫相关，如树突状细胞通过TLR识别模式诱导CD86表达，CD86又被T细胞表达的CD28识别。

四、天然免疫细胞

（一）中性粒细胞

中性粒细胞也被称为多形核白细胞，是免疫系统的主要吞噬细胞。在IL-3、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）、粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF）作用下，发生自骨髓内CD34⁺造血干细胞。血液循环内半衰期约6小时，组织内半衰期约24小时。可依据细胞表面表达的CD67（CD66b）来区分。CD67参与中性粒细胞的聚集。中性粒细胞也表达受体促进吞噬，包括Fc受体和补体受体CR1和CR3，通过与调理的抗体和补体结合促进吞噬。中性粒细胞在宿主防御中的重要功能是吞入和破坏病原。中性粒细胞通过趋化的机制被吸引到危险部位。通过细胞表面表达的选择素和整合素进行滚动和紧密黏附至靶位置。吞入的病原以氧依赖的和氧非依赖的方式被破坏。中性粒细胞颗粒是用于宿主防御特异分布的效应单元，具有4种形式：嗜天青颗粒（嗜苯胺蓝颗粒）、特异颗粒、明胶酶颗粒和分泌颗粒。

（二）单核/巨噬细胞

单核/巨噬细胞与中性粒细胞的重叠功能为吞噬和分泌，与树突状细胞的重叠功能为抗原呈递。单核细胞在血液循环中的半衰期为70小时。当移入组织，单核细胞转变为巨噬细胞并存在数年。GATA2突变所致的MonoMAC综合征：除了单核细胞减少和分枝杆菌感染，也具有明显的NK和B淋巴细胞减少，以及循环内树突状细胞缺陷。

（三）树突状细胞

树突状细胞是天然免疫与获得性免疫间的关键桥梁。作为专业的抗原呈递细胞，通过MHCⅡ将肽链呈递给T细胞，促进T细胞活化或诱导无能。树突状细胞分化或微环境特异情况可驱动T细胞向极化的功能表型发展。在淋巴滤泡的生发中心，树突状细胞与获得性免疫相互作用参与抗体反应的产生。

树突状细胞在组织内静止时是不成熟的，具有高的抗原摄取能力。活化后变成熟，抗原摄取能力下降，MHC表达升高，移入淋巴器官促进与获得性免疫反应的相互作用。

有4种树突状细胞亚群：髓样、浆细胞样（淋巴样）、朗格汉斯和间质的树突状细胞。

（四）嗜酸性粒细胞、肥大细胞和嗜碱性粒细胞

这些细胞的主要进化目的是对抗大的细胞外的寄生虫，如蠕虫。所有这些细胞可对IgE反应。IgE是抗蠕虫反应的一个特征性部分。这些细胞可释放大量可溶性介质，直接参与天然免疫反应，具有抗微生物功能。

（五）自然杀伤细胞

自然杀伤（natural killer，NK）细胞被一定数量的识别危险配体的受体活化，如NKG2D识别MICA，也被自身的模式识别受体所诱导，如NK细胞受体1（NK cell receptor 1，NCR1，在人类被称为NKp46）识别病毒血凝素。NK细胞也通过免疫球蛋白的可结晶片段（Fc）受体被IgG的Fc活化，因此可识别调理的颗粒。

NK细胞被一定数量的识别自身的受体所抑制，如杀伤细胞免疫球蛋白样受体（killer immunoglobulin-like receptors，KIR）识别MHC I。活化的NK细胞具有细胞毒功能、细胞因子产生和共刺激作用。细胞毒功能在清除病毒感染细胞和造血的肿瘤细胞中起重要作用。NK细胞分泌IFN-γ可促进巨噬细胞和树突状细胞的功能，并能提高天然免疫功能。NK细胞分泌IFN-γ可直接扩大获得性免疫功能。