王建斌，李琦涵

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院/北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所， 云南省重大傳染病疫苗研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 昆明 650118

皮膚黏膜作為機(jī)體最大的器官，是隔離機(jī)體與外環(huán)境和防御病原微生物入侵的第一道防線，其以形成的物理、生化和免疫屏障來共同發(fā)揮防御作用[1]。皮膚黏膜免疫屏障的形成依賴一系列位于表皮和真皮中的樹突細(xì)胞(dendritic cell，DC)[2]。其中，朗格漢斯細(xì)胞(Langerhans cell，LC)屬于DC家族一員，位于皮膚分層鱗狀上皮和黏膜狀組織中，也是第1個被認(rèn)識的專職抗原呈遞細(xì)胞(antigen-presenting cell，APC)[3]。本文對LC在病毒感染中的作用進(jìn)行綜述。

1 LC

1868年，德國醫(yī)學(xué)家Paul Langerhans在研究人皮膚表層時首次報道了長樹突狀的細(xì)胞[4]，隨后人們將這種細(xì)胞命名為朗格漢斯細(xì)胞；但直到一個多世紀(jì)后，諾貝爾獎得主Ralph Steinman才證明它們是DC家族中的一個特異性亞群[5]。通過對人和小鼠LC進(jìn)行大量研究，發(fā)現(xiàn)機(jī)體在穩(wěn)定條件下，非成熟的LC是位于表皮中的唯一DC，占表皮細(xì)胞的1%～3%[6]。LC的直接前體細(xì)胞是一種高表達(dá)Gr-1分子的單核細(xì)胞，且集落刺激因子1受體(colony-stimulating factor 1 receptor，CSF-1R)在LC的遷移、發(fā)育過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。此外，LC的發(fā)生、發(fā)育還依賴生長轉(zhuǎn)化因子β(transforming growth factor β，TGF-β)、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)等一系列可溶性細(xì)胞因子[7-9]。有研究發(fā)現(xiàn)，表皮LC表達(dá)識別捕獲抗原的模式識別受體，如Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)1、2、3、6、7、8和C型凝集素受體(C-type lectin receptor，CLR)Langerin，但缺乏TLR-4、TLR-5、TLR-9。此外，LC還表達(dá)高水平的白細(xì)胞介素8(interleukin 8，IL-8)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)、CXC趨化因子配體10 [motif chemokine (C-X-C) ligand 10，CXCL10]，但幾乎不產(chǎn)生IL-1β、IL-6和IL-10[10-12]。LC表達(dá)的這些分子在其功能正常發(fā)揮中起重要作用。通常，LC的分離和鑒定是通過其表達(dá)的HLA-DR、CD1a及Langerin(CD207)來綜合確定。LC還具有一種特異性的名為伯貝克顆粒(Birbeck granule)呈網(wǎng)球拍狀的細(xì)胞器[13]，主要用來儲存合成Langerin和加工降解吞入胞內(nèi)的病原體[14]，也可以此來區(qū)分鑒定LC。

由于LC位于機(jī)體皮膚黏膜表層，而皮膚黏膜正是一些病毒如人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)、皰疹病毒包括單純皰疹病毒(herpes simplex virus，HSV)和水痘-帶狀皰疹病毒(varicella-zoster virus，VZV)、人乳頭瘤病毒(human papillomavirus，HPV)的侵入靶點(diǎn)，所以LC在皮膚黏膜的病毒感染中具有重要作用。LC能通過黏附分子E-鈣黏蛋白在彼此之間以及與周圍的角質(zhì)之間形成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以抵御和監(jiān)視病原微生物的入侵[7]。一旦有外來抗原和病原體突破機(jī)體的物理和生化屏障接觸到LC的樹突，LC將迅速走向成熟并伴隨一系列表型變化，如LC表面的主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex，MHC)Ⅰ和Ⅱ類分子，以及共刺激分子CD80、CD86、CD40表達(dá)上調(diào)；CD83的獲得性表達(dá)；細(xì)胞表面 Langerin 和E-鈣黏蛋白表達(dá)下調(diào)等[8]。淋巴細(xì)胞歸巢受體CCR7的上調(diào)表達(dá)介導(dǎo)LC通過輸入淋巴管向局部引流淋巴結(jié)遷移，并不斷走向成熟[2]，活化的LC分泌相應(yīng)的趨化因子、細(xì)胞因子，其抗原呈遞能力也不斷增強(qiáng)。因此，LC在防御病原微生物感染中不僅發(fā)揮“哨兵”細(xì)胞的作用，也是連接天然免疫與適應(yīng)性免疫的重要橋梁[15]。

2 LC與HIV感染

HIV作為一種性傳播病毒，感染機(jī)體后可損傷人體免疫系統(tǒng)，最終并發(fā)各種致死性的機(jī)會性感染和惡性腫瘤，其感染已成為全球重要的公共衛(wèi)生問題之一。大量研究表明，跨生殖器黏膜的性傳播是HIV最常見感染途徑，而黏膜組織中的DC亞群通過特定受體參與HIV傳遞[16-19]。LC存在于皮膚表皮和大多數(shù)黏膜分層上皮，如宮頸外膜、陰道和包皮等，且特征性地表達(dá)Langerin[18]及HIV結(jié)合受體CD4和CCR5[20]。很多研究發(fā)現(xiàn)，LC能被HIV感染，并有效將HIV傳遞給T細(xì)胞導(dǎo)致T細(xì)胞感染[21-23]，成為HIV通過性傳播途徑感染過程中遇到的第1個DC。

關(guān)于LC在HIV傳播過程中的具體作用存在爭議。de Witte及其同事認(rèn)為，表皮未成熟LC表達(dá)的Langerin是防御HIV傳播的自然保護(hù)性屏障[24]。LC的Langerin可有效捕獲HIV，導(dǎo)致HIV內(nèi)化進(jìn)入細(xì)胞，并隨后將HIV靶向運(yùn)輸至Birbeck顆粒進(jìn)行降解，因此LC抑制HIV感染和傳播。20世紀(jì)有科學(xué)家通過皮膚移植物[25-26]或表皮層與T細(xì)胞共培養(yǎng)模型[27]發(fā)現(xiàn)，LC可將HIV轉(zhuǎn)移至CD4+T細(xì)胞，并迅速提高HIV增殖和感染能力。2014年，Nasr及其同事使用膠原酶消化分離的人LC，對de Witte等的研究結(jié)果提出質(zhì)疑[28]。該研究表明，LC對HIV感染和傳播存在兩個階段的轉(zhuǎn)移：第一階段顯示LC在接觸HIV 2 h內(nèi)確實(shí)能通過Langerin將HIV轉(zhuǎn)移至T細(xì)胞，該階段的轉(zhuǎn)移可直接被中和Langerin的單克隆抗體阻斷，暗示了Langerin的作用，并且該觀察結(jié)果類似于來自單核細(xì)胞的DC[17]；第二階段的轉(zhuǎn)移可被阻斷HIV復(fù)制的藥物齊多夫定(zidovudine，AZT)抑制，表明該階段轉(zhuǎn)移的病毒是增殖后的病毒，即HIV進(jìn)入LC后增殖并將新生子代病毒轉(zhuǎn)移給了T細(xì)胞。Ganor等的研究結(jié)果[29]與Nasr等的一致，他們指出人類包皮LC結(jié)合HIV后可改變其分布，并在1 h內(nèi)轉(zhuǎn)移HIV給T細(xì)胞，陰道LC也有類似功能。最近，van den Berg等也證明Langerin促進(jìn)HIV轉(zhuǎn)移并引發(fā)LC及其他DC成熟，刺激CD8+T細(xì)胞的活化[30]。Harman等也發(fā)現(xiàn)，HIV激活LC后，足以使其成熟并從上皮組織遷移至黏膜下層或下游引流淋巴結(jié)，在那里L(fēng)C可有效地與CD4+T細(xì)胞相互作用并將病毒轉(zhuǎn)移至CD4+T細(xì)胞，但同時抑制其溶酶體功能以防止自身凋亡和降解[31]。

此外，流行病學(xué)研究表明，性傳播感染(sexually transmitted infection，STI)可直接和間接影響LC，從而增加HIV的易感性[32-35]。女性陰道和男性包皮生殖器黏膜組織中的LC不僅可與HIV相互作用，還受STI病原的影響。最新研究發(fā)現(xiàn)，一些STI病原與LC直接相互作用，與HIV競爭結(jié)合Langerin或降低Langerin表達(dá)量，從另一方面提高了LC進(jìn)入受體CD4和輔助性受體CCR5捕獲HIV的能力，還增強(qiáng)了LC的增殖性感染能力，從而促進(jìn)HIV傳播。HSV-2是最常見的STI病原體，預(yù)先感染了HSV-2的個體HIV易感概率比未感染HSV-2者提高3倍以上[36-38]。據(jù)估計，在某些地區(qū)如撒哈拉以南非洲，HSV-2感染可能與30%～50%的新發(fā)HIV感染有關(guān)[39]。STI誘導(dǎo)產(chǎn)生的促炎細(xì)胞因子也能影響LC對HIV傳播的易感性[40]，目前已證明TNF-α能通過激活核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)信號通路來增強(qiáng)HIV復(fù)制[41-42]。

總之，LC對HIV的感染和傳播受不同因素的影響。LC的激活狀態(tài)似乎是HIV易感性的重要決定因素，盡管未成熟的LC可形成對HIV感染的保護(hù)性屏障[24]，但活化的LC促進(jìn)HIV感染和傳播[28]。

3 LC與皰疹病毒的相互作用

HSV和VZV是能感染角質(zhì)形成細(xì)胞和LC的典型嗜上皮性病毒[43-44]，急性皮膚黏膜感染后可在感覺神經(jīng)節(jié)中建立終身潛伏感染。盡管表皮LC是與皰疹病毒相互作用的第1個DC，但直到最近皰疹病毒的免疫機(jī)制才逐漸被人們解開。

關(guān)于LC在抗HSV應(yīng)答中作用的最早研究之一表明，在HSV-1感染腳墊之前從小鼠皮膚消除LC可導(dǎo)致HSV-1毒力增加[45]。隨后又有報道表明，在小鼠皮下注射HSV-1后會引起LC在下游淋巴結(jié)中累積，其數(shù)量在感染后第3天達(dá)到峰值；結(jié)果還表明HSV-1免疫后小鼠淋巴結(jié)中的T細(xì)胞在體外對HSV-1抗原有免疫反應(yīng)，但這些反應(yīng)在預(yù)先從皮膚敲除LC后減弱[46]。這些研究表明，LC在誘導(dǎo)對HSV的細(xì)胞免疫中具有重要作用[47]。在人類復(fù)發(fā)性皰疹病變中，CD4+T細(xì)胞首先浸潤至病灶部位，然后行使殺傷功能并清除感染的CD8+T細(xì)胞[43,48]。小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，HSV可感染LC[49]，但這些LC并不是呈遞HSV抗原至淋巴結(jié)中T細(xì)胞的DC，相反，該功能是由真皮層DC來完成的[50]。此外，在小鼠研究中也發(fā)現(xiàn)，LC不是引發(fā)病毒特異性細(xì)胞毒性T細(xì)胞反應(yīng)的APC[51]。最近，Kim等使用人類包皮移植物等3種不同系統(tǒng)揭示了原因[52]。他們發(fā)現(xiàn)LC與HSV-2相互作用導(dǎo)致LC增殖性感染，最終誘導(dǎo)LC發(fā)生細(xì)胞凋亡并遷移至真皮層；在真皮層，CD141+DC和CD14+DC吞噬垂死的HSV感染的LC，并將抗原呈遞給淋巴結(jié)中的T細(xì)胞，啟動細(xì)胞免疫。由于CD141+DC屬于交叉呈遞細(xì)胞，可特異性地將抗原交叉呈遞給CD8+T細(xì)胞，這就解釋了為什么CD8+T細(xì)胞能被激活并隨后滲入皰疹病灶而清除感染，然后轉(zhuǎn)化為組織駐留記憶性T細(xì)胞[53]。因此，LC起呈遞HSV抗原給黏膜下DC的作用，這與HIV感染中LC的作用及最終命運(yùn)有所不同。

研究表明，呼吸道黏膜DC可能是VZV初次感染期間遇到的第1批細(xì)胞，且能將病毒轉(zhuǎn)運(yùn)至人類扁桃體CD4+T細(xì)胞，這些T細(xì)胞表達(dá)皮膚歸巢標(biāo)記，可在原發(fā)病毒血癥期間直接從淋巴結(jié)向皮膚轉(zhuǎn)運(yùn)VZV[54-55]。病毒一旦到達(dá)皮膚，會感染皮膚上皮細(xì)胞，導(dǎo)致獨(dú)特的膿包性病變[56-58]。此外，最近有研究報道了患有水痘或帶狀皰疹的人類皮膚中DC亞群類型和分布發(fā)生的變化，并與單純皰疹病變進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在HSV、VZV感染病變皮膚中DC-SIGN+DC的比例沒有顯著改變，但與HSV感染不同的是，表皮LC顯著減少；存在于LC中的VZV結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)蛋白與復(fù)制病毒一致，表明這些細(xì)胞在體內(nèi)被感染； VZV感染期間表皮LC顯著減少不是LC的標(biāo)記CD1a和Langerin在皮膚LC中表達(dá)減少導(dǎo)致的，VZV感染的LC也沒有發(fā)生顯著的細(xì)胞凋亡[59]。因此，皮膚和呼吸道黏膜中的LC可能參與VZV感染的早期階段[55]?？傊?，通過以上研究可推測，存在于呼吸道黏膜中的LC可能是最早感染VZV并傳播VZV到淋巴結(jié)的細(xì)胞，然后VZV感染淋巴結(jié)T細(xì)胞，感染的T細(xì)胞作為炎癥浸潤的一部分遷移到皮膚[59-61]，因此LC是負(fù)責(zé)將VZV擴(kuò)散到皮膚細(xì)胞的細(xì)胞。在皮膚病灶VZV又可感染表皮內(nèi)LC，感染的表皮內(nèi)LC作為專職APC可遷移到下游引流淋巴結(jié)感染另外的T細(xì)胞，新感染的T細(xì)胞又作為炎癥浸潤的一部分遷移回皮膚，引起額外的皮膚損傷。

4 LC在麻疹病毒(measles virus， MV)感染中的作用

MV是一種高度傳染性的嗜淋巴細(xì)胞和骨髓細(xì)胞病毒，通過呼吸道傳播。因此，病毒入侵的最初靶點(diǎn)必須存在于呼吸道黏膜表面，而表達(dá)Langerin的LC大量存在于上呼吸道上皮中[62-64]。目前，有關(guān)LC在MV感染中的作用報道較少。van der Vlist及其團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)人LC能通過Langerin捕獲MV抗原，且未成熟和成熟的LC均能通過HLA-Ⅱ類分子將MV抗原呈遞給特異性CD4+T細(xì)胞。MV不能在未成熟的LC中完成其增殖性感染，因此細(xì)胞不存在通過HLA-Ⅰ類分子呈遞內(nèi)源性MV抗原；相反，MV能在成熟的LC中完成其增殖性感染，細(xì)胞可將新合成的病毒抗原呈遞給MV特異性CD8+T細(xì)胞。他們還發(fā)現(xiàn)，未成熟和成熟的LC均不能交叉呈遞外源紫外線滅活的MV或MV感染后的凋亡細(xì)胞至淋巴細(xì)胞。通過這些結(jié)果推測，人LC的免疫激活似乎是LC中的MV增殖性感染和通過內(nèi)源性抗原呈遞途徑啟動CD8+T細(xì)胞的先決條件[65]。

5 結(jié)語

LC是機(jī)體免疫系統(tǒng)的重要組成部分，其作為DC家族中的一種獨(dú)特類型成員，已成為病毒通過皮膚黏膜初次感染機(jī)體和維持機(jī)體自身穩(wěn)定的研究重點(diǎn)，尤其是其在病毒感染中作為專職APC攝取、加工處理和呈遞病毒抗原及誘導(dǎo) T 細(xì)胞反應(yīng)等方面。