第二章 免疫学概述
长期的流行病学研究显示，虽然结核分枝杆菌感染人数众多，但只有5%～10%的感染者最终发展为活动性结核病，机体的免疫系统在结核病的发病和发展中起了关键作用。抗结核免疫包括固有免疫和适应性免疫，固有免疫主要是巨噬细胞、树突状细胞、γδT细胞、NK细胞等，适应性免疫有CD4+ T细胞、CD8+ T细胞、CD1限制性T细胞等，均发挥重要作用。
在结核分枝杆菌初次感染时，固有免疫细胞通过吞噬、分泌IFN-γ等细胞因子、NK细胞的细胞毒性作用等，发挥了重要的抗结核免疫功能。在结核分枝杆菌感染建立后，随着抗结核适应性免疫的产生，CD4+ T细胞通过分泌细胞因子及免疫调节作用，CD8+ T细胞主要通过细胞毒性作用，直接杀死寄生在宿主细胞内的结核分枝杆菌，控制结核分枝杆菌的扩散，导致病灶局限于感染灶部位。
抗结核免疫通常并不能将感染的结核分枝杆菌从人体完全清除，只是控制感染不扩散、不发病，这就是所谓结核菌潜伏感染（latent tuberculosis infectim）状况，被感染者中90%以上均处于这种状态，它可以保持终身而不发生结核病。结核菌潜伏感染不完全代表宿主已经获得保护性免疫，它是一个动态的过程，在机体保护性免疫功能降低时，可以发展为活动性结核病。
一、固有免疫在抗结核免疫中的作用
人体初次感染结核分枝杆菌时，没有结核特异性的适应性免疫，抗结核免疫主要依赖于固有免疫。
1.巨噬细胞 虽然理论上结核分枝杆菌可以通过几乎所有的组织器官感染人体，但绝大多数情况下还是通过呼吸道感染，并通过肺部向其他组织、器官播散。含有结核分枝杆菌的微小气溶胶悬浮颗粒通过呼吸道进入肺后，可以穿越上皮，进入肺组织，导致吞噬细胞的聚集。嗜中性粒细胞是最早聚集于感染组织的细胞之一；体外研究显示，其可以被结核分枝杆菌激活，产生抗菌物质，抑制结核分枝杆菌的增殖。
结核分枝杆菌主要被巨噬细胞吞噬。巨噬细胞的甘露糖受体，清道夫受体，补体受体CR1、CR3、CR4等在结核分枝杆菌的吞噬中发挥重要作用。结核分枝杆菌菌体成分可以结合Toll样受体（toll-like receptor，TLR），激活巨噬细胞的信号通路，产生细胞因子，导致炎症反应。巨噬细胞释放的炎性细胞因子，如IL-12，能征集免疫细胞到感染局部聚集。
与大多数其他细菌不同，结核分枝杆菌具有抵抗巨噬细胞杀灭的作用。结核分枝杆菌被巨噬细胞吞噬后，存在于吞噬小体中。研究证明，结核分枝杆菌可以改变吞噬小体的成熟过程，阻止吞噬小体与吞噬溶酶体的融合及吞噬小体的酸化，因此得以在巨噬细胞内存活与增殖，成为其宿主细胞，并随血液淋巴系统播散。
巨噬细胞可以被IFN-γ等细胞因子激活，具有更强的抗菌活性。IFN-γ通过Jak-STAT信号通路，促进iNOS合成酶（inducible nitric oxide synthase）的表达及NO（nitric oxide）等杀菌物质的产生，杀死巨噬细胞内寄生的结核分枝杆菌。
自噬（autophagy）是真核细胞广泛存在的一种依赖溶酶体的自降解途径，通过降解受损的细胞器等来维持细胞内的微环境和功能。近年的研究显示，自噬是机体的重要防御机制，在胞内细菌感染的清除上起重要作用。结核分枝杆菌感染巨噬细胞后导致细胞自噬能力的降低，逃避巨噬细胞通过自噬途径的免疫清除。
凋亡（apoptosis）即细胞的程序性死亡（programmed cell death），是依赖于半胱天冬氨酸蛋白酶（caspase）级联反应，细胞成分有序降解的过程。细胞坏死（necrosis）一般认为是细胞非程序性的被动死亡。结核分枝杆菌感染巨噬细胞后，细胞出现凋亡还是死亡，与结核病的发生和发展密切相关。研究显示，结核分枝杆菌感染巨噬细胞如果发生凋亡，则有利于结核分枝杆菌的清除，并促进细胞的抗原提呈功能，诱导T细胞免疫应答；如果发生坏死，则有利于结核分枝杆菌释放到组织中并感染新的细胞，导致感染的扩散。
2.树突状细胞 树突状细胞（dendritic cell，DC）是机体主要的抗原提呈细胞，广泛分布于皮肤及黏膜组织，在诱导适应性免疫中起了关键作用。树突状细胞可以分为未成熟和成熟DC两种。未成熟DC主要分布在外周组织，具有很强的抗原摄取和加工处理能力，但对淋巴细胞的免疫刺激能力弱。未成熟DC经刺激后，逐渐转变为成熟DC，并向淋巴器官迁移。成熟DC刺激淋巴细胞的能力强，但抗原摄取能力下降。
在结核感染中，树突状细胞也是结核分枝杆菌感染的主要细胞之一。有研究显示，树突状细胞具有非常强的刺激结核抗原特异性CD4 T细胞的功能。但在结核分枝杆菌感染后，树突状细胞激活CD4 T细胞等能力显著降低，Ⅱ型MHC抗原提呈作用也受到抑制。
3.γδT细胞 常规CD4和CD8 T细胞的T细胞受体（T cell receptor，TCR）由α和β链组成，而γδ T细胞TCR由γ和δ链组成。γδ T细胞的激活不需要抗原提呈，也不受MHC限制，其受体变化有限，类似于模式识别受体。例如Vγ9/Vδ2 T细胞可以在短时间内迅速对微生物产物产生免疫应答。由于以上原因，γδ T细胞通常被认为是固有免疫的一部分。
γδ T细胞在抗结核免疫中发挥了重要作用。在感染早期，γδ T细胞可通过细胞毒性作用和细胞因子的分泌，控制结核分枝杆菌的感染，促进适应性免疫的产生。
4.NK细胞 NK细胞（natural killer cell）能非特异杀伤靶细胞，不受MHC限制，也不需要抗原特异性的识别。根据NK细胞表面标志CD3、CD56和CD16，可将NK细胞分为CD3-CD56highCD16+/-和CD3-CD56dimCD16+两个亚群，前者一般认为主要通过产生细胞因子发挥作用，后者以细胞毒性为主。近年来的研究发现，CD3-CD56dimCD16+NK细胞不仅具有细胞毒作用，还可分泌IFN-γ。
在结核感染的早期，NK细胞大量聚集于感染的组织，通过细胞毒性作用和细胞因子的产生，控制结核感染。
二、适应性免疫在抗结核免疫中的作用
固有免疫和适应性免疫是紧密相连的。固有免疫细胞如巨噬细胞、树突状细胞等通过抗原提呈，在诱导适应性免疫中发挥了关键作用。
（一）细胞免疫
1.CD4 T细胞 结核分枝杆菌感染后，抗原提呈细胞对T细胞的刺激主要发生在回流的淋巴结内。相对于其他感染，结核抗原特异性T细胞免疫应答发生的时间明显延迟，大约在感染10天后。根据抗原特异性CD4 T细胞在抗原刺激后产生细胞因子的情况及功能，可将CD4 T细胞分为多个亚群，在抗结核免疫中发挥不同作用。在艾滋病患者，随着CD4 T细胞数量的减少，结核病的发病率显著增高，说明CD4 T细胞是抗结核保护性免疫的重要组成部分。CD4 T细胞免疫应答受MHC Ⅱ类分子限制。
Th1细胞是CD4 T细胞亚群之一，表达转录因子T-bet，主要产生IFN-γ、IL-2、TNF-α等细胞因子，是其鉴定的重要依据。结核抗原特异性Th1细胞在结核抗原刺激下产生IFN-γ，能通过激活巨噬细胞，杀死寄生的结核分枝杆菌，控制结核感染。在抗TNF-α抗体治疗的自身免疫性疾病患者，结核的发病率显著增高，说明TNF-α在抗结核性免疫中发挥重要作用。IL-2具有促进T细胞增殖的功能。因此，Th1细胞免疫水平与结核病的发生、发展和转归密切相关。
Th2细胞产生的细胞因子包括IL-4、IL-10等，受转录因子γ-3调控，IL-4可以抑制Th1细胞的分化。因此Th2一般认为具有抑制抗结核Th1细胞免疫应答的作用。Th2通过辅助B细胞，参与体液免疫应答。
Th17细胞也是CD4 T细胞亚群之一，受转录因子ROR-γt调控，以分泌IL-17为特征，是其鉴定的主要标识物。虽然对Th17在抗结核免疫中的功能还需要深入研究，但现有研究显示，Th17细胞在抗结核免疫中也发挥比较重要的作用，与结核病的严重程度及疾病转归相关。
调节性T细胞（regulatory T cells，Treg）是具有免疫抑制作用的T细胞，主要为CD4阳性细胞。Treg细胞表达Foxp3，是其鉴定主要标志物。研究证明，活动性结核病患者外周血及感染局部Treg细胞数量显著增高，具有抑制结核抗原特异性CD4和CD8 T细胞免疫的作用。
2.CD8 T细胞 CD8 T细胞通过TCR特异识别抗原，其免疫应答受MHC Ⅰ类分子限制。
近年来，CD8 T细胞在抗结核免疫中的作用受到重视。CD8 T细胞的细胞毒性作用主要有2个途径，第一是通过Fas-FasL通路，第二是通过分泌穿孔素和颗粒酶。细胞毒性作用不仅能杀伤宿主细胞，还能杀死胞内的结核分枝杆菌。结核抗原特异性的CD8 T细胞也分泌细胞因子，包括IFN-γ和TNF-α。
在CD4 T细胞缺陷小鼠的研究显示，虽然在BCG免疫后3周内小鼠抗结核免疫功能存在缺陷，但在免疫6周后小鼠具有抵抗结核分枝杆菌感染的免疫保护作用，这一作用主要依赖于CD8 T细胞。在CD8 T细胞缺陷的小鼠，即使在CD4 T细胞存在的情况下，其抗结核免疫功能也显著降低。将BCG免疫小鼠的CD8 T细胞转移至未免疫小鼠，也可提供抗结核免疫保护效果。以上研究证明，CD8 T细胞在抗结核免疫中也起了重要作用。
3.CD1限制性T细胞 CD4和CD8 T细胞主要识别多肽抗原，而CD1限制性T细胞识别脂质抗原。由于结核分枝杆菌胞壁脂质含量超过50%，脂质成分在结核病致病中起了重要作用，因此CD1限制性T细胞在抗结核免疫中发挥独特的作用。
人CD1有4个异构体，分别是CD1a、CD1b、CD1c和CD1d，主要表达于职业抗原提呈细胞，如树突状细胞、B细胞等，只有CD1d表达更为广泛。
最早发现的CD1限制性T细胞识别抗原是结核分枝杆菌的分枝菌酸（mycolic acid）。研究显示，CD1a、CD1b、CD1c限制性T细胞可以杀死结核分枝杆菌感染的树突状细胞。在自然感染的结核病患者，CD1限制性T细胞可以在抗原刺激下产生IFN-γ，并产生记忆细胞。动物实验显示，以结核脂质抗原免疫动物可诱导保护性免疫，表现为细菌载量的减少和病变的减轻。综上所述，CD1限制性T细胞在抗结核免疫中起了重要作用。
（二）体液免疫
B细胞通过产生抗体，发挥体液免疫的功能。由于结核分枝杆菌在体内主要存在于宿主细胞内，抗结核免疫主要以细胞免疫为主。以往认为抗体在抗结核免疫中的效果非常有限，但随着研究的不断深入，抗体的作用也受到重视。研究显示，结核抗原特异性单克隆抗体治疗可显著延长结核分枝杆菌感染小鼠的存活时间、减少肺细菌载量，说明抗体也是抗结核保护性免疫的重要组成部分。
（程小星）