第一节 抗细菌免疫

抗细菌免疫是指机体抵御细菌感染的能力。细菌侵入宿主机体后，机体的非特异性免疫首先对其发挥抵御作用，一般经7～10天，机体产生特异性免疫之后，先天免疫与特异性免疫相互配合，共同发挥抗菌免疫作用而杀灭病菌。

一、非特异性免疫

非特异性免疫又称固有免疫，是人类在长期的种系发育和进化过程中逐渐建立起来的一系列防御病原生物的天然防御功能。其特点为个体出生时就有、可以遗传、防御作用无针对性。非特异性免疫主要由屏障结构、吞噬细胞和免疫分子构成。

（一）屏障结构

1．皮肤和黏膜屏障人体的皮肤及与外界相通腔道的黏膜层是抗感染的第一道防线，可通过多种方式发挥作用。

（1）机械阻挡：皮肤由多层扁平细胞组成，完整的皮肤能阻挡病原菌的侵入。黏膜由单层柱状上皮细胞构成，屏障作用较弱，但其表面的附属结构和分泌液具有防御感染的作用，如呼吸道黏膜上皮细胞的纤毛运动可将附着于分泌液表面的微生物排出等。

（2）分泌杀菌物质：皮肤和黏膜可分泌许多种具有抗菌作用的化学物质，如皮肤的汗腺分泌的乳酸、皮脂腺分泌的脂肪酸等；不同部位的黏膜分泌的溶菌酶、胃酸和蛋白酶等。

（3）正常菌群的拮抗：正常菌群与机体之间保持动态性平衡，对病原菌有抑制作用。例如大肠埃希菌产生的大肠菌素能抑制志贺菌、金黄色葡萄球菌等；口腔中的唾液链球菌可产生等杀死脑膜炎奈瑟菌、白喉棒状杆菌等。

2．血-脑屏障  由软脑膜、脉络丛的脑毛细血管壁及包裹在壁外的星状胶质细胞形成的胶质膜组成。其结构致密，能阻挡病原微生物及其毒性产物进入脑组织或脑脊液，从而保护中枢神经系统。婴幼儿的血脑屏障尚未发育完善，因此易发生中枢神经系统感染。

3．血-胎屏障  由母体子宫内膜的基蜕膜和胎儿的绒毛膜滋养层细胞组成。可防止母体的病原微生物进入胎儿体内。妊娠3个月内，此屏障尚未完善，若母体中的病原微生物经胎盘进入胎儿体内，则可致胎儿畸形、流产或死胎。

（二）吞噬细胞（phagocyte）分为大吞噬细胞和小吞噬细胞两种。大吞噬细胞包括血中的单核细胞和组织中的巨噬细胞，两者组成单核吞噬细胞系统（mononucler phagocyte system）。小吞噬细胞为外周血中的中性粒细胞。当病原菌突破皮肤或黏膜屏障侵入组织中后，首先被聚集到病原菌所在部位的中性粒细胞吞噬消灭。一般只有数量多、毒力强的病原菌才有可能进一步侵入血流或其他器官，再由血液、肝、脾等处的吞噬细胞继续进行吞噬杀灭。

1．吞噬和杀菌过程一般可分为三个连续的阶段。

（1）识别与结合：细菌产物及细菌刺激宿主细胞产生的趋化因子（chemokine），如细菌的内毒素、多种细胞（吞噬细胞、内皮细胞、成纤维细胞等）产生的白细胞介素-8（interleukin-8，IL-8）、中性粒细胞激活蛋白-2（neutrophil activating protein-2，NAP-2）及巨噬细胞炎性蛋白（macrophage inflammatory protein，MIP）等，吸引中性粒细胞和单核吞噬细胞至感染部位。在吞噬细胞表面具有多种能直接或间接识别病原微生物的受体，可识别和结合病原微生物。直接识别受体如甘露糖受体（mannose-binding receptor，MBR），能与细菌表面的甘露糖基结合，籍此对病原微生物进行相对特异的识别。间接识别受体如吞噬细胞表面表达的CD14分子，可与结合革兰阴性菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）的血清中的脂多糖结合蛋白（lipopolysaccharide bindingprotein，LBP）结合，以及吞噬细胞表面的C3b、iC3b和IgGFc受体，可与结合病原微生物的C3b、iC3b和IgG分子结合，此种方式更有利于吞噬细胞捕获病原微生物。

（2）吞噬：吞噬细胞识别病原菌后，即启动吞噬过程。吞噬细胞接触病原菌部位的细胞膜内陷，伸出伪足将细菌包裹并摄入细胞质内，形成吞噬体（phagosome）。

（3）消化：吞噬细胞内的溶酶体（lysosome）与吞噬体融合，形成吞噬溶酶体（phagolysome）。在吞噬溶酶体中，溶酶体内的溶菌酶（lysozyme）、髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）、防御素（defensin）、活性氧中介物和活性氮中介物等发挥杀菌作用；蛋白酶、多糖酶、核酸酶和脂酶等起降解作用；不能降解的残渣则被排出吞噬细胞外（图10-1）

图10-1

图10-1吞噬细胞吞噬杀菌过程示意图

2．吞噬细胞杀菌机制吞噬细胞的杀菌机制分为依氧和非依氧两类。

（1）依氧杀菌机制：可通过三种方式发挥杀菌作用：①呼吸爆发（respiratory burst）：吞噬细胞在吞噬病原菌后，出现有氧代谢活跃、氧耗急剧增加，通过氧的部分还原作用产生一组高反应性的杀菌物质的过程，称为呼吸爆发。在呼吸爆发过程中激活细胞膜上的还原型辅酶Ⅱ（NADPH氧化酶），使分子氧活化，生成活性氧中间物（reactive oxygen intermediate，ROI），ROI包括超氧阴离子（O₂^-）、单态氧（¹O₂）、游离羟基（OH^-）、H₂O₂、次氯酸（HOCl）和氯胺（NH₂Cl）等。这些物质具有强氧化作用或细胞毒作用，可有效地杀伤病原微生物; ②过氧化氢—髓过氧化物酶-卤化物杀菌系统：中性粒细胞和单核细胞含有MPO，作用于H₂O₂和氯化物，使菌体蛋白卤素化而死亡。但组织中的巨噬细胞无MPO，不能通过此机制杀菌；③一氧化氮（nitric oxide，NO）系统：吞噬细胞活化后可产生诱导型一氧化氮合成酶（inducible NO synthase，iNOS）。iNOS可催化L-精氨酸与氧分子反应，生成瓜氨酸和NO。NO与O₂^-结合后再进一步氧化成NO₂^-和NO₃^-。NO、NO₂^-和NO₃^-等共同构成具有杀菌活性的活性氮中介物（reactive nitrogen intermediate，RNI）。

（2）非依氧杀菌机制：是通过吞噬溶酶体内的酸性产物和吞噬细胞颗粒释出的某些杀菌物质，在无氧条件下，发挥杀菌作用。吞噬溶酶体形成后，糖酵解作用增强，当乳酸累积使pH降至4.0以下时，病原菌难以存活。从颗粒中释放出的杀菌物质主要有溶菌酶、防御素、乳铁蛋白和弹性蛋白酶等。

（三）非特异性免疫分子  

在正常体液和组织中存在有多种具有杀伤或抑制病原菌作用的可溶性分子，主要的有：

1．补体（complement）  是最为重要的非特异性免疫分子。补体系统的三条激活途径均参与对病原菌的识别和攻击。

2．溶菌酶（lysozyme）  主要来源于吞噬细胞，广泛存在于血清、唾液、泪液、尿液、乳汁和肠液等体液中。通过作用于革兰阳性菌胞壁肽聚糖而使细菌溶解。革兰阴性菌的肽聚糖外因有脂蛋白等包绕，故对溶菌酶不敏感。

3．急性期蛋白（acutephase protein）是一组血清蛋白，当细菌感染后，在细菌脂多糖及巨噬细胞产生的IL-6的刺激下，由肝细胞迅速合成。急性期蛋白包括脂多糖结合蛋白（LPS-binding protein，LBP）、甘露糖结合凝集素（monnital- binding lectin，MBL）、C-反应蛋白（C-reactiveprotein，CRP）等。它们均能与细菌表面特有的多糖等物质结合，由此激活补体或辅助吞噬细胞识别入侵的病原菌。如CRP（因早期发现它能与肺炎链球菌C多糖结合而得名）可与细菌表面多糖及磷脂胆碱结合。

抗细菌感染的早期天然免疫应答是由非特异免疫各因素共同参与下完成的，起到杀灭细菌、诱导炎症反应及启动特异性免疫应答的作用。炎症反应主要是由巨噬细胞产生和释放的大量细胞因子（如IL-1、IL-6、IL-8和肿瘤坏死因子等）引起。炎症反应可增强抗感染免疫能力，促进对病原菌的清除。

二、特异性免疫

根据病原菌与宿主细胞的关系，可将病原菌分为胞外菌（extracellular bacteria）和胞内菌（intracellular bacteria）。抗胞外菌和胞内菌的获得性免疫的作用方式有所不同，对胞外菌感染多以体液免疫为主，对胞内菌感染则主要是由细胞免疫发挥作用。

（一）抗胞外菌感染免疫  

感染机体后，主要寄居于宿主细胞外的血液、淋巴液和组织液中的病原菌，称为胞外菌。其致病机制主要是产生内、外毒素等毒性物质和引起炎症反应。感染人类的大多数病原菌为胞外菌，如各种化脓性球菌、白喉棒状杆菌、破伤风梭菌、百日咳杆菌、致病性大肠埃希菌和霍乱弧菌等。抗胞外菌感染的主要机制有：

1．黏膜免疫系统的作用  黏膜免疫系统（mucosal immune system，MIS）即黏膜相关淋巴组织（mucosa-associated lymphoid tissue，MALT），是广泛分布于黏膜固有层的淋巴组织，由集合黏膜淋巴组织和弥散的相关淋巴组织组成。MIS是产生分泌型IgA（sIigA）的主要淋巴组织，对黏膜感染的防御具有十分重要的作用。MIS中的M细胞（membranouscell/microfold cell）在运输病原菌，启动免疫应答中发挥作用。

  2．抗体的作用  抗胞外菌感染的主要保护性免疫机制是以特异性抗体的作用为中心的防御过程。胞外菌的胞壁和荚膜等的多糖抗原属胸腺非依赖性抗原（thymus independent antigen，TI-Ag），能直接激发B细胞产生IgM抗体应答。胞外菌的大多数蛋白抗原属于胸腺依赖性抗原（thymus dependent antigen，TD-Ag），需抗原提呈细胞（antigen presenting cell，APC）和Th2细胞的辅助，先产生IgM，后转变以产生IgG为主，并产生IgA或IgE。黏膜免疫系统产生的抗体主要是sIgA。抗体通过抵抗细菌侵入、抑制细菌生长繁殖、杀灭破坏菌细胞及中和细菌毒素的作用，最终清除病原菌及其毒素。

细胞免疫在某些胞外菌感染的防御中也起一定作用。对胞外菌发生免疫作用的主要是CD4⁺T细胞，其通过分泌细胞因子辅助B细胞产生抗体﹑诱导局部炎症反应以及激活巨噬细胞的吞噬杀菌功能。如IL-4﹑IL-5和IL-6能促进B细胞产生抗体﹑肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）和干扰素（interferon-γ，IFN-γ）是激活巨噬细胞和诱导炎症的主要细胞因子。

（二）抗胞内菌感染免疫  

感染机体后，主要寄居于细胞内的细菌称为胞内菌。根据胞内菌的寄居特征，又可分为兼性胞内菌（facultative intracellularbacteria）和专性胞内菌（obligate intracellularbacteria）。兼性胞内菌并非一定需在细胞内生存，在体外无活细胞的适宜条件下也可生长、繁殖。对人致病的主要有结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌、伤寒沙门菌、布鲁菌、嗜肺军团菌和产单核细胞李斯特菌等。专性胞内菌不论在体内外，都只能在细胞内生存和繁殖，立克次体、衣原体等属之。胞内菌感染的特征是细胞内寄生、低毒性、呈慢性过程、往往有肉芽肿形成，并多伴有迟发型超敏反应。由于抗体不能进入细胞内发挥作用及胞内菌能抵抗吞噬细胞的胞内杀菌作用，因此抗胞内菌感染的获得性免疫机制主要是靠细胞免疫。

1．CD4⁺T细胞的作用  胞内菌主要寄居在单核吞噬细胞中，易于通过MHCⅡ类分子的抗原提呈途径发生免疫应答，因此在抗胞内菌感染中CD4⁺T细胞起主要作用。CD4⁺T细胞按其分泌的细胞因子不同，分为具有不同功能的Th1和Th2细胞。前者主要分泌IL-2、IFN-γ和TNF-β等，促进细胞介导的免疫应答；后者主要分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-10和IL-13，增强抗体介导的免疫应答。介导细胞免疫的主要是Th1细胞。Th1细胞通过分泌IFN-γ、TNF-β等细胞因子活化巨噬细胞和细胞毒性T细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL），有助于杀伤胞内菌。IFN-γ是巨噬细胞最强的激活剂，可使巨噬细胞的吞噬和杀伤活性明显增强。Th1细胞分泌的细胞因子亦可引起迟发型超敏反应，这也有利于对胞内菌的清除。

2．CD8⁺T细胞的作用  CD8⁺T细胞被胞内菌抗原活化需受MHCⅠ类分子制约。在产单核李斯特菌感染小鼠实验中，病原菌进入宿主细胞后，可离开吞噬体进入细胞质，其肽段被MHCⅠ类分子提呈到细胞表面，可诱导CD8⁺ T细胞活化。CTL通过释放穿孔素（perforin）和颗粒酶（granzyme）杀伤和破坏胞内菌感染细胞，使细菌散出，再经抗体或补体的调理作用被吞噬细胞消灭。

• 抗感染免疫的类型及其机制