泡型棘球蚴感染中的DCs与IDO作用的研究进展

Research Progress on the Interaction between DCs and IDO in Alveolar Echinococcosis Infection

摘要: 当机体感染棘球蚴病时，其所发生的免疫耐受反应主要由集体的树突状细胞介导，它是机体内一种抗原提呈细胞，它对于机体的免疫耐受及免疫应答反应有着至关重要的作用，在机体固有免疫中发挥关键作用。而当机体处于异常状态时，机体的DCs表面抗原可高表达吲哚胺2,3-过氧化酶(indoleamine-2,3 dioxygenase, IDO)，其作为唯一可以催化色氨酸沿着犬鸟氨酸途径分解代谢的酶，直接对相应的靶器官产生免疫作用，并且在相关方面的免疫作用已有研究证实。因此本文旨在探究阐明调节DC诱导和维持IDO的机制，这可能会为新的临床干预措施的发展提供新思路，从不同层面来进行探究，以期发现其中的联系，对棘球蚴病新型疫苗的研发提供一定的理论依据。

Abstract: When the body is infected with echinococcosis, the immune tolerance is mainly mediated by den-dritic cells, DCs, which is a kind of antigen presenting cells, APC, which plays an important role in immune tolerance and immune response, and plays a key role in innate immunity. The DCs surface antigen of the body can highly express indoleamine 2-dioxygenase (indoleamine indoleam-ine-2-dioxygenase-3-dioxygenase). As the only enzyme that can catalyze the catabolism of trypto-phan along the canine ornithine pathway, it directly produces immunity to the corresponding tar-get organs, and the immune effect in tumor, inflammation, transplantation and so on has been con-firmed. Therefore, the purpose of this paper is to explore and clarify the mechanism of regulating the induction and maintenance of IDO by DC, which may provide new ideas for the development of new clinical interventions from different levels, in order to find the relationship between them, and provide a theoretical basis for the research and development of new vaccines for echinococcosis.

1. 引言

包虫病又称棘球蚴病(echinococcosis) [1]，其主要分布于高海拔游牧区，是一种非常严重的人畜共患蠕虫疾病 [2]，它在全世界范围内广泛流行，而我国也属于包虫感染高发地 [3]，尤其以青海、内蒙、新疆、西藏、四川等省份以游牧生活为主的高海拔地区为著 [4]，具有“感染率最高、病情最严重、防治最复杂”的特点 [5]。当机体感染寄生虫时，体内的树突状细胞(dendritic cells, DCs)主要介导机体免疫耐受反应，而它作为一种抗原提呈细胞(antigen-presenting cells, APC)，它能够在机体内发挥着重要的免疫应答及免疫耐受作用，并且在机体的固有免疫反应中也可以发挥关键作用 [6]。而当机体处于异常状态时，如：肿瘤，炎症，移植等状态时，机体的DCs表面抗原可高表达吲哚胺2,3-过氧化酶(indoleamine-2,3-dioxygenase, IDO)，它是色氨酸沿着犬氨酸分解代谢途径唯一的催化酶，直接对相应的靶器官产生免疫作用 [7]，并且在肿瘤、炎症、移植等方面的免疫作用已有相关研究证实。因此我们考虑在棘球蚴感染机体时，IDO是否也会存在某种作用，使机体发生免疫反应，从而获得免疫耐受或者免疫抑制的状态。

目前针对囊型棘球蚴病进行着多种研究，其中的机制已逐渐明了，但是关于泡型棘球蚴病免疫耐受机制尚未得到完全解析，现有的研究甚少，极大限制了泡型棘球蚴病免疫学防治方法的研究。因此本文将通过对DCs与IDO的作用机制的探究来反应二者之间存在的联系，我们考虑只有打破泡型棘球蚴病所诱导宿主免疫耐受的发生，诱导机体产生特异性免疫应答，这才是发展AE有效免疫学防治方法的根本策略，也是研制泡型棘球蚴病疫苗，进行免疫预防来控制泡型棘球蚴病传播的最为理想的办法 [8]。

2. 棘球蚴感染中树突状细胞的作用

DCs是机体极其重要的免疫细胞，其可以通过分泌多种不同的免疫因子来发挥不同的作用，如：1) 抗原的摄取、处理和提呈，2) 激活效应细胞，如T细胞和NK细胞，3) 分泌细胞因子和其他免疫调节分子来指导免疫反应 [9]。这些分泌的免疫因子在不同程度上保证机体病原与宿主保持着免疫平衡状态，以维持机体的正常活动，如若这种免疫平衡状态被打破，机体则会产生相应的免疫耐受或者免疫应答等免疫状态。

DCs在机体的抗原提呈过程中，树突状细胞对T细胞功能的影响主要是通过3个信号通路来实现的：第一个信号通路是树突状细胞表面的组织相容复合物Ⅱ类分子(MHC-II)与来自机体的抗原相结合，从而影响T细胞的各种功能；第二个信号是T细胞表面的CD28与来自树突状细胞表面的共刺激分子CD1a、CD80、CD86，CD40等相结合，第三信号例如DCs可以产生大量IL-12，从而促进T细胞向Th1型细胞分化 [10] 等。它是决定T细胞分化的信号。而DCs表面可以高表达共刺激分子(CD80、CD86)，抗原呈递分子(MHC-II)等；当体内树突状细胞发育成熟后，它可以将接收到的抗原刺激信号传递给T细胞从而引起机体发生相应的免疫应答反应 [10]。并且能够根据功能不同，将机体内的树突状细胞主要分为成熟状态树突状细胞(mature dendritic cells, mDCs)和未成熟状态树突状细胞(immature dendritic cells, imDCs)，它们均是机体重要的免疫细胞 [11]。成熟的DCs主要涉及免疫应答，而未成熟的DCs主要涉及免疫耐受。mDC具有强大的抗原提呈能力，其表面高表达共刺激分子CD1a、CD80、CD86等，它能够直接刺激T细胞活化，诱导CD4⁺Th0分化为Th1型细胞介导细胞免疫应答而产生相应的免疫抑制作用；而imDCs表面则低表达组织相容复合物Ⅱ类分子(MHC-II)以及共刺激分子(CD80、CD86等，虽然imDCs抗原提呈能力相对较弱，但是其具有强大的抗原摄取和处理能力，由于imDC表面低表达或缺乏协同共刺激分子CD1a、CD80、CD86等 [12]，导致了T细胞无能状态的产生，使T细胞无法继续发生增殖，并且T细胞表面的相应程序性死亡受体也可以与imDCs表面的共抑制性分子表达的死亡配体相结合，从而对T细胞的增殖进行抑制，促使特异性T细胞发生凋亡，诱导CD4⁺Th0细胞分化为Th2型细胞，并介导免疫耐受的发生 [11] [13]。

除了上述这些功能外，树突状细胞还可以定性地影响免疫反应的类型，当机体处于炎症、肿瘤或者寄生虫感染等非正常免疫状态时，此时机体内的DCs可以产生大量IL-12及IFN-γ等，从而诱导激活TH1反应，在对抗病毒感染和其他细胞内的病原体时有着至关重要的作用 [14]。伴随着机体感染寄生虫的时间逐渐增长，机体的免疫应答逐渐从Th1型向Th2型发生转变，在这个过程中，机体表现出一种免疫调节的状态，这种状态一方面有利于保证机体内的寄生虫长时间存活，另一方面又可以诱导机体发生免疫耐受反应，从而避免机体发生严重的免疫损伤，因此，这也是寄生虫与宿主之间互利共生的关系 [10]。

由于树突状细胞的免疫耐受机制目前还未完全阐明，目前已知其免疫调节机制主要与树突状细胞表面分泌的细胞因子和表达的抗体及多种分子信号通路调控有关。DCs表面可以表达Toll样受体(Toll-like receptors, TLRs)，C型凝集素受体等。并且机体的先天免疫系统中Toll样受体广泛表达。并且可通过促进抗原提呈细胞(antigen presenting cells, APC)共刺激分子的表达从而间接导致T细胞活化，并可在没有APC的情况下直接调节T细胞的代谢和功能 [15]。研究发现，naïve小鼠的T细胞表面也可检测到多种TLRs，如：TLR1、TLR2、TLR3、TLR4、TLR5、TLR6、TLR7和TLR9等，这说明机体T细胞上的TLRs信号或许能够直接参与调控T细胞的免疫功能 [16] [17] [18] [19] [20]。此外，调节性T细胞(regulatory T cell, Treg)、免疫细胞的无能及凋亡等也参与着免疫调节的过程 [15]。

3. 树突状细胞的信号通路

树突状细胞表面存在多种信号通路，研究表明，HMGB1/TLR4信号通路，JAK/STAT信号转导途径 [21]；此外，DCs还可以通过自分泌或旁分泌的形式分泌转化生长因子β (TGF-β)等参与机体的免疫调节机制 [22]。

高迁移率族蛋白B1 (high mobility group protein box-1, HMGB1)，主要是体内发生炎症反应时，起到了炎症早期启动者，晚期促进者的角色。其主要与TLR4密切相关，是TLR4的特异性配体。王涵磊等人 [23] 研究通过Western blot法检测，RT-qPCR法检测，流式细胞仪检测SD大鼠的树突状细胞分离纯化后，mDCs表面的MyD88、NF-κB P65 mRNA，IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α及共刺激分子CD80、CD86表达情况，来说明HMGB1刺激mDCs后，MyD88、NF-κB P65基因与蛋白的表达水平增高，细胞因子IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α分泌增多，表面共刺激分子CD80、CD86表达上调。而TLRs下游处于中枢地位的核转录调控分子NF-κB P65，它可释放炎性细胞因子和趋化因子，这说明HMGB1通过mDCs的TLR4发挥作用，可介导mDCs成熟、活化，调控炎症介质的分泌，从而起到调控DCs成熟和免疫应答的作用。而阿卜杜萨拉木·艾尼等人 [24] 的研究证实，TLR2、TLR4参与了泡型棘球蚴的免疫应答过程，他们通过ELISA检测；提取外周血单核细胞(peripheral blood mononuclear cells, PBMC)和肝组织标本中的总mRNA；qRT-PCR检测TLR2、TLR4 mRNA的表达量等方法。检测IFN-γ、IL-5、IL-23、IL-10及TLR2、TLR4 mRNA的水平，并且发现IL-23在蠕虫感染性疾病中的重要作用 [25] [26]，认为其同时可以起到保护性和病理性的双向作用 [27]。并且TLR2 mRNA和IL-23的高表达，均可证明这与棘球蚴感染后，寄生虫产生免疫逃避，侵润性生长及产生免疫耐受有关。

DCs的成熟与活化，也受到NF-κB信号通路的调节 [28] [29] [30]，NF-κB作为能够决定DCs功能状态的关键因子 [31]，其能够参与细胞的成熟，活化，增殖，黏附，迁移等过程 [32] [33]，并且可以通过使T细胞发生活化，从而诱导免疫反应的发生 [34]。又有研究证实，通过分别测定感染细粒棘球蚴原发患者和复发患者外周血血浆中NF⁃κB、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、TNF-α和NO表达水平，发现原发性患者中iNOS和NF-κB高表达，而复发患者低表达，且与血浆中低水平TNF⁃α和NO有关，表明复发患者NF-κB通路被抑制，从而促进机体免疫耐受产生，通过作用于NF-κB信号通路，不仅可以中断树突状细胞的抗原呈递能力，并且抑制T细胞所发生的免疫应答来起到有效的作用 [11]。这说明NF-κB信号通路可能对机体的免疫调节存在双重作用 [34]。因此，我们可以通过抑制NF-κB信号通路，起到诱导机体的免疫耐受的作用。

目前研究表明，一些寄生虫抗原成分可以诱导宿主DCs表面吲哚胺2,3-双加氧酶高表达(indoleamine-2,3-dioxygenase, IDO) [7]。在早期吲哚胺-2,3-双加氧酶(indoleamine-2,3-dioxygenase, IDO)的免疫抑制活性第一次被推测为仅是由于环境中色氨酸的物理消耗 [9]，从而使T细胞或其他效应细胞“挨饿”，而色氨酸饥饿又可以通过激活GCN₂激酶被细胞感知，使GCN₂直接与未带电的tRNA结合。研究发现，色氨酸耗竭导致GCN₂途径激活，CD8+T细胞中CD3 Zeta链下调 [35] [36]，并抑制TH17细胞分化 [37]。在IDO高的环境中，GCN₂激活也有助于产生调节性T细胞(regulatory T cell, Treg) [36]，从而促进DC细胞耐受，耐受性DC可扩增免疫抑制性T细胞(T-regs)，其功能是抑制效应T细胞的增殖和激活，事实上，与未成熟的DC细胞相比，成熟的DC表达更高水平的IDO并更有效地分解色氨酸。因此，IDO的表达最初可能会限制细菌的生长，但当色氨酸耗尽达到临界阈值时，可能会随后影响宿主免疫。在这种情况下，IDO介导的抗菌功能与抑制宿主免疫之间的适当平衡可能决定宿主的最终结果。

4. IDO的生理基础功能

近期研究发现，吲哚胺-2,3-双加氧酶不仅是肝脏外沿犬尿氨酸(kynurine, Kyn)途径催化色氨(tryptophan, Trp)分解代谢的唯一限速酶 [38]，而且还可以作用于色氨酸的代谢产物，通过色氨酸代谢产物直接对相应的靶器官产生直接作用。IDO将L-色氨酸转化为L-犬尿氨酸(Kyn)和下游Kyn分解代谢产物。并且通过产生Kyn，与芳烃受体(AhR)的配体结合，从而通过IDO实现了免疫抑制效应，并且通过在局部微环境中去除L-色氨酸，IDO能够引起GCN₂激酶 [35] 和mTOR [39] 的代谢应激，最终抑制反应T细胞的功能，促进发生T细胞无能 [40] [41]。如：犬尿氨酸衍生物和O₂自由基，可以调节T细胞的增殖和存活，色氨酸在组织微环境或培养基中耗尽则会导致T细胞增殖减少和凋亡增加 [42]，由于细胞增殖分裂G1中期存在一个对色氨酸缺乏敏感的调控点即G1s限制点，因此当细胞微环境中色氨酸耗竭而导致无法合成足够的蛋白质进而使T细胞增殖停滞于G1期，故当机体内存在大量IDO时，T细胞的增殖将受到抑制 [43]。同时，在2010年Mezrich等人经过研究证实，T细胞中的AhR与机体内犬尿氨酸存在相互作用，并导致它们极化为Treg细胞，并且从这个方面进而解释了IDO代谢物如何直接调节免疫抑制环境。IDO在机体感染寄生虫后的免疫耐受，免疫逃避等机制中起着重要作用 [38]，在寄生虫感染中，体内的DCs免疫调节作用主要由Trp分解代谢途径来实现。

5. IDO与免疫反应之间的关系

IDO主要通过耗竭Trp和促进Tregs细胞表达两种方式抑制Ｔ细胞的功能，抑制局部Ｔ细胞对外源性寄生虫性抗原的反应来抑制T细胞的增殖，从而抑制机体正常的免疫反应，诱导机体的免疫耐受反应的产生 [44] [45]。而DC表达的IDO，色氨酸分解代谢物和Treg细胞在调节炎症反应和产生免疫耐受之间存在微妙平衡。产生炎症反应是保护机体所必需的，尤其是在病原体侵入机体的早期阶段，而免疫耐受则是下调长期炎症反应所必需的。在既往文献报道中，在肝癌合并感染乙肝患者的外周血的Tregs细胞和DCs中发现，IDO的增长与Tregs细胞的增长呈正相关，而DCs表面的相关受体在与Tregs细胞结合后，它们可以共同作用并且可以促进IDO在DCs中呈现出高表达的状态 [46]。有文献报道T细胞对Trp的浓度非常敏感，当IDO过度增殖，导致Trp缺乏，浓度降低，致使T细胞增殖受到抑制，造成T细胞缺乏，进而诱导机体免疫抑制的发生。也有学者称Tregs可通过自身表面表达的CTLA4与DC表面的B7-1/B7-2结合，使Tregs表现为无应答或免疫抑制。不仅如此，Treg细胞还可以通过刺激产生IFN-γ促进IDO的表达，从而诱导效应T细胞凋亡，维持免疫耐受状态 [9] [47]。而极少量的Treg细胞通过与T细胞直接接触的方式或产生某些抑制性细胞因子来抑制T细胞增殖 甚至诱导T细胞凋亡，进而产生强烈的免疫抑制 [48]，从而导致机体免疫逃逸反应的发生 [49]。同时目前已有实验证实IDO可诱导Th1型细胞发生细胞凋亡 [50]，同时IDO的表达水平增加还可抑制Th1细胞的增殖。这说明IDO水平与Th1型细胞也存在密不可分的关系，这值得我们去深究探索。

通常，机体内的IDO在DCs呈低表达状态，但当机体处于炎症，肿瘤，寄生虫感染时，IDO会呈现高表达状态，其中，IL-L及IFN-γ作用最强 [14]。研究表明，分解代谢增强的IDO可以通过Trp/Kyn途径，完成对机体免疫机制的调节 [51]。

目前，已有多数研究证实，多种诱导免疫抑制或耐受的分子能够通过IDO调节其活性，IDO的调控与DCs之间有很大的关系，比如：将DCs上的B7分子与Treg细胞上表达的共同抑制分子CTLA-4连接，则可以诱导DCs中IDO的高表达；胚胎产生的最早的信号分子之一是人绒毛膜促性腺激素(HCG) [52]，它也被发现在DC中诱导IDO的表达，虽然目前已经知道有多种机制可以从不同方面来诱导IDO的增殖与激活，但IDO所起到的功能是大致相同的，均是通过对机体整体的免疫抑制，以及控制一些感染性病原体。在机体炎症反应过程中，IDO起到免疫调节剂的作用，来抑制促炎信号的发生。虽然IDO对于维持免疫耐受很重要，但并不是机体所必不可少的，如同IDO-/-小鼠不会死于自身免疫一般。

6. 讨论

21世纪的今天，世界上仍有大部分地区人民饱受着寄生虫病的困扰，成为人类的健康和公共卫生事业发展的巨大阻碍，其中棘球蚴病更为严重多发。棘球蚴病在漫长的演变过程中，进化出了多种的免疫调节机制，来躲避宿主免疫系统的攻击。我们在研究棘球蚴病的过程中发现，DCs细胞与IDO之间存在密不可分的关系，而DCs与IDO又分别与机体的免疫调节机制有着紧密联系，目前针对囊型棘球蚴病已有相关研究进行，并且其中的相关机制已逐渐明了，而我们称之为“虫癌”的泡型棘球蚴病，针对其的研究甚少，其中的免疫机制仍不明确。DCs是机体极其重要的免疫细胞，其可以通过分泌多种不同的免疫因子来发挥不同的作用。而IDO在机体感染寄生虫后的免疫耐受、免疫逃避等机制中起着重要作用，其主要通过耗竭色氨酸，使其从组织微环境或培养基中耗尽则导致T细胞增殖减少和凋亡增加，从而参与机体–寄生虫免疫耐受、免疫逃避反应。因此从DC-IDO入手，观察机体感染泡型棘球蚴后，是如何发生免疫耐受、免疫逃逸的，对我们进一步研究泡型棘球蚴病的发生发展机制以及预防治疗方案起着至关重要的作用。目前我们在面对泡型棘球蚴病时，无法做到有效的预防，并且仍未提出有效的治疗方案。因此，这仍然需要我们做进一步的研究，本课题组将继续深入研究，通过探索IDO-/-的小鼠与正常野生小鼠分别感染棘球蚴相对比，进一步阐明调节DC诱导和维持IDO的机制，可能会为新的临床干预措施的发展提供新思路，从不同层面来进行探究，以期发现其中的联系，对棘球蚴病新型疫苗的研发提供一定的理论依据。

伦理批准和患者知情同意

本研究不涉及伦理批准和患者知情同意。

出版授权

作者同意以纸质版和网络版的形式同时出版。

利益冲突声明

所有作者均声明不存在利益冲突。

NOTES

^*通讯作者。