呼吸道合胞病毒调控支气管哮喘的免疫学机制:围绕γδT细胞和IL-33/ST2信号通路的研究

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目的:支气管哮喘是以气道炎症和气道高反应性为特征表现的、一类复杂的呼吸道炎症性疾病,其发病机理复杂,与遗传、变应原刺激、空气污染和呼吸道病毒感染等因素有关。在引发呼吸道感染的诸多病毒中,呼吸道合胞病毒(respiratorysyncytial virus,RSV)既是引起婴幼儿和免疫缺陷人群下呼吸道感染最常见的病原体,也是诱发支气管哮喘或引起哮喘加重的常见原因。RSV感染调控支气管哮喘的机制尚不完全明确,推测可能与病毒感染影响肺组织局部免疫应答类型和强弱有关。通常认为Th1/Th2免疫应答失衡是介导支气管哮喘,特别是过敏性哮喘发生发展的关键的免疫学事件。利用卵清蛋白(ovalbumin,OVA)诱发的过敏性哮喘实验模型,本实验小组前期研究表明感染发生的时间点影响RSV对过敏性哮喘的调控作用:致敏前病毒感染(RSV+OVA)能够抑制实验鼠过敏性哮喘的发展,而致敏后病毒感染(OVA+RSV)无此抑制效应。具体地,致敏前病毒感染降低哮喘鼠气道高反应性,以及减少哮喘肺组织炎性细胞浸润。有趣的是,致敏前病毒感染明显减少了肺组织中γδT细胞的数量。由于在该实验模型中过继回输的γδT细胞能够明显增加炎性细胞特别是嗜酸性粒细胞肺组织浸润,我们推测肺组织中的γδT细胞发挥促哮喘效应,因而致敏前RSV感染抑制过敏性哮喘可能与减少肺组织中的发挥哮喘促进作用的γδ T细胞有关。不足的是,该研究并没有充分明确在此实验模型中γδT细胞是促进哮喘进展的免疫细胞,也没能揭示致敏前病毒感染减少肺组织γδT细胞的可能机制。RSV感染增加肺组织局部Th2型细胞因子的释放,引发Th2型优势应答的建立,这可能是RSV诱发支气管哮喘和引起哮喘加重的关键。RSV感染引起Th2型优势应答的机理尚不完全清楚,是否有近年来研究较热门的、具有Th2型免疫应答促进效应的白细胞介素(interleukin,IL)-33的参与呢?IL-33是一种在上皮细胞和内皮细胞的细胞核中组成性表达的“警惕素”,因此有较大可能在RSV感染的情形下从病毒损伤的这些细胞被动释放;另一方面,大量研究已证实IL-33与其受体ST2组成的信号通路(即IL-33/ST2信号通路)在介导Th2型优势应答建立和支气管哮喘发生发展中发挥的重要作用:IL-33/ST2信号通路活化引起下游Th2型细胞因子如IL-13的大量产生,促使Th2型优势应答在疾病的早期即建立;RSV病毒感染和感染诱发的Th2型优势应答与IL-33/ST2信号通路的关联性目前尚未见报道。本研究围绕γδ T细胞和IL-33/ST2信号通路探讨RSV感染调控支气管哮喘的免疫学机制。一方面,在OVA过敏性哮喘实验模型,我们通过过继回输实验进一步明确了γδ T细胞发挥的促Th2型免疫应答和促哮喘效应。随后,我们重点探究了在这一实验模型中致敏前病毒感染减少肺组织γδ T细胞的机制。我们发现致敏前RSV感染通过增加肺组织中γδ T细胞发生依赖FasL的细胞凋亡造成其数量减少,从而削弱其发挥的促哮喘效应,抑制了支气管哮喘的发展;另一方面,利用RSV病毒急性感染实验模型,我们探讨了RSV感染、Th2型优势免疫应答和IL-33/ST2信号通路之间的内在关联性,旨在为加深理解RSV调控肺组织局部免疫应答和支气管哮喘的发生发展提供新的思路。  方法:通过酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测Mock、OVA、RSV+OVA和OVA+RSV组别鼠(过继与非过继回输γδT细胞)肺组织中Th1型细胞因子干扰素γ(interferon-γ,IFN-γ)、Th2型细胞因子IL-4和Th17型细胞因子IL-17A水平;通过ELISA检测哮喘鼠血清中总免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)E、OVA-IgE、OVA-IgG1和OVA-IgG2a水平;流式细胞术分析哮喘鼠肺组织和脾脏中γδT细胞表面Fas配体即FasL的表达;流式细胞术分选哮喘鼠肺组织中γδ T细胞,体外培养24小时后FITCAnnexinⅤ和PI双染法测定其凋亡发生;利用qRT-PCR和ELISA分别在转录水平和翻译水平测定RSV感染后不同时间点肺组织中细胞因子IL-33、IL-13、IL-5、IL-4、IFN-γ和IL-17A的产生;通过qRT-PCR检测RSV感染肺组织中ST2的转录水平;流式细胞术检测病毒感染肺组织中CD45+ST2+细胞浸润,并分析γδ T细胞、嗜酸性粒细胞和CD3+CD4+细胞表面IL-33受体ST2的表达;苏木素-伊红染色(hematoxylin eosin staining,H&E)分析病毒感染后肺组织病理改变;瑞士吉姆萨(Wright-Giemsa)“染色”支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF)中炎性细胞,并根据各类细胞组织学形态行炎性细胞分类计数;测定RSV感染后不同时间点肺组织病毒滴度,表示为半数组织细胞感染量(tissue culture infective dose,TCID50);ST2单克隆抗体阻断IL-33/ST2信号通路,利用上述实验方法检测细胞因子产生、肺组织病理、BALF炎性细胞和肺组织RSV病毒滴度的改变;流式细胞术分析IL-33/ST2信号通路阻断后病毒感染鼠肺组织中ST2+嗜酸性粒细胞和ST2+CD3+CD4+数量变化。  结果:⑴致敏前RSV感染减少IL-4和IL-17A的分泌,同时增加IFN-γ的产生。⑵过继回输γδ T细胞增加IL-4的产生,抑制IFN-γ的分泌,但对IL-17A无明显影响。⑶致敏前RSV感染明显减少总IgE和OVA-IgE的产生,而过继回输γδT细胞增加了哮喘鼠血清中总IgE和OVA-IgG1水平。⑷致敏前RSV感染明显增加哮喘鼠肺组织中FasL+γδ T细胞数量,但在脾脏无此发现。⑸致敏前RSV感染增加肺组织γδ T细胞发生依赖FasL的细胞凋亡。⑹RSV急性感染增加肺组织中IL-33和ST2表达,并增加CD45+ST2+细胞肺组织浸润。⑺RSV感染增加肺组织中ST2+γδ T细胞、ST2+嗜酸性粒细胞和ST2+CD3+CD4+细胞的浸润。⑻RSV急性感染增加IL-4、IL-5、IL-13和IL-17A的表达,而阻断IL-33/ST2信号通路明显减少IL-13表达,但对IL-4和IFN-γ无明显影响。⑼阻断IL-33/ST2信号通路明显减轻RSV感染诱发的肺组织病理改变,并减少了感染鼠肺组织中ST2+嗜酸性粒细胞和ST2+CD3+CD4+细胞。⑽阻断IL-33/ST2信号通路对RSV病毒的增殖和清除无明显影响。  结论:①在OVA过敏性哮喘模型,γδT细胞增强Th2型免疫应答,发挥促哮喘效应,而致敏前RSV感染明显增加肺组织中γδT细胞发生FasL介导的细胞凋亡,从而削弱了其发挥的哮喘促进效应,减轻了哮喘发展。②IL-33/ST2信号通路参与了RSV感染诱发的Th2型应答和肺组织炎症的建立,并且IL-33反应性的CD45+ST2+细胞,包括ST2+γδ T细胞、ST2+嗜酸性粒细胞和ST2+CD3+CD4+细胞可能是RSV感染模型中Th2型细胞因子如IL-13的来源细胞。③RSV通过影响肺组织γδT细胞以及活化IL-33/ST2信号通路左右局部免疫应答平衡,调控支气管哮喘的发展。
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