分枝杆菌感染中成纤维细胞作用的研究进展

林俊杰, 李阳, 林秀球, 欧敏, 颜韵灵, 王晓华

南方医科大学皮肤病医院皮肤科，广东 广州 510091

分枝杆菌是抗酸染色呈阳性的需氧菌，分为4类：结核分枝杆菌复合体、麻风分枝杆菌、缓慢生长的非结核分枝杆菌和快速生长的分枝杆菌[1]。它们都可引起慢性传染性疾病，导致人体皮肤、黏膜等组织器官，尤其是肺部的破坏。据统计，全球人口三分之一感染结核病，每年近160万人死于结核病，非结核分枝杆菌感染人数不断增加，但抗分枝杆菌的药物耐药性问题仍难以解决[2-3]。

成纤维细胞在人体中广泛分布，主要存在于结缔组织中。作为前哨细胞，成纤维细胞可识别病原体，释放细胞因子、抗菌肽等重要的分子物质参与免疫[4]，并与分枝杆菌肉芽肿的形成、发展密切相关。因此，本文对成纤维细胞在分枝杆菌感染中的作用研究进行综述，为分枝杆菌防治提供依据。

1 成纤维细胞的来源及分型

成纤维细胞在人体各组织器官中广泛存在，但不同的组织，甚至同一组织不同区域中的成纤维细胞的形态和功能各不相同[5]。目前，真皮中的成纤维细胞至少包括乳头成纤维细胞、网状成纤维细胞和与毛囊相关的成纤维细胞三种亚群[6]：①乳头成纤维细胞呈梭形，增殖快，驻留在浅表真皮乳头，表达高水平的成纤维细胞活化蛋白(fibroblasts activation protein,FAP) (FAP阳性CD90阳性)、CD36、CD39、Netrin1和Podoplanin[6]；②网状成纤维细胞较乳头成纤维细胞大，呈星状，增殖慢，驻留在真皮深处，表达基质Gla蛋白、谷氨酰胺转氨酶2、微纤维相关蛋白5、蛋白聚糖-4、CD26、CD36、CD90和α-平滑肌肌动蛋白等标记物[6]；③与毛囊有关的成纤维细胞：包括毛囊真皮乳头成纤维细胞和真皮鞘成纤维细胞周细胞。毛囊真皮乳头成纤维细胞在毛发发育和毛发周期的协调中起着核心作用；真皮鞘成纤维细胞周细胞可表达CD133和非特异性碱性磷酸酶等标记物，但根据毛发周期的阶段而变化[7]。

2 成纤维细胞在分枝杆菌中的作用

2.1 参与分枝杆菌免疫应答

一般情况下，成纤维细胞不表达主要组织相容性复合体(MHC)Ⅱ类(MHC-Ⅱ)，但有研究发现，成纤维细胞被IFN-γ激活后，MHC-Ⅱ的表达上调，由此向T细胞呈递分枝杆菌抗原，诱导T细胞的功能性应答[8]。当被结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis,Mtb)感染后，成纤维细胞减少了IFN依赖的MHC-Ⅱ膜的表达，这一作用可能是通过改变成纤维细胞中含有Mtb液泡的酸度，抑制参与处理不变链的酶的活性，从而抑制MHC-Ⅱ向成纤维细胞细胞膜的运输，而并非是通过抑制MHC-Ⅱ类基因的表达[8]。借此Mtb限制了它们呈递抗原的潜力[9]，这表明Mtb可以通过感染成纤维细胞逃避辅助T细胞的免疫监视[10]。因此成纤维细胞可能是Mtb的免疫豁免部位，并组成了潜伏性结核感染中的一个Mtb库[11]。相反，在活动性肺结核中，Mtb感染和TNF-α对成纤维细胞的毒性作用的协同效应致其坏死，故成纤维细胞不会被感染，也就不会成为Mtb逃逸免疫杀伤的对象[11]。

2.2 成纤维细胞与巨噬细胞的相互作用

当分枝杆菌入侵人体，先天免疫系统随即启动，巨噬细胞等炎症细胞通过模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)识别分枝杆菌的病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)，激活多个信号通路产生炎症和抗炎细胞因子，进而抵御分枝杆菌的感染[12]。虽然成纤维细胞不被认为是炎症细胞，但它们含有识别PAMPs的PRRs[13]。在分枝杆菌感染中，成纤维细胞表达的PRRs主要为膜蛋白Toll样受体(TLRs)。当TLRs被分枝杆菌激活，成纤维细胞可合成抗菌肽、细胞因子、趋化因子以及生长因子等活性物质来参与免疫调节[2]。并且，在哺乳动物雷帕霉素靶蛋白介导下，成纤维细胞可转化为肌成纤维细胞，其抗菌能力得到进一步增强[13]。

巨噬细胞是抵御分枝杆菌感染的关键细胞。识别分枝杆菌后，成纤维细胞可通过分泌IL、TNF-α、CXCL等细胞因子直接对巨噬细胞产生作用，进而影响抗菌过程。

2.2.1 调节巨噬细胞抗菌能力 在Mtb感染中，成纤维细胞可释放促炎细胞因子而增强巨噬细胞杀伤能力。RelB是转录因子NF-κB/RelB家族的成员。通常情况下，成纤维细胞通过RelB抑制促炎因子IL-1α, IL-1β和TNF-α表达，但当Mtb的PAMPs刺激成纤维细胞，这种抑制即被减弱，这些促炎细胞因子的合成从而增加，其中TNF-α水平却没有明显变化，可能是由于成纤维细胞中TNF-α基因受到不可逆沉默[13]。成纤维细胞分泌的IL-1α和IL-1β参与增强自身诱导型一氧化氮合酶(iNOS)通路，可能加强巨噬细胞的杀菌能力，尤其当成纤维细胞受感染时，这一能力显著提升[13]。此外，成纤维细胞还可分泌趋化因子参与调节巨噬细胞的杀菌能力：CXCL-1起负向作用，而CXCL-8在起正向作用的同时，还能诱导Mtb的趋化作用[13]。

2.2.2 参与巨噬细胞的激活反应 除了影响巨噬细胞的抗菌能力，成纤维细胞还参与巨噬细胞的激活反应。一般情况下，Mtb可诱导幼稚巨噬细胞产生IL-6，而IL-6反过来抑制IFN-γ介导的其他幼稚巨噬细胞的激活反应[13]。但当成纤维细胞发挥作用时，被感染的幼稚巨噬细胞中IL-6水平下调，而IFN-γ激活的巨噬细胞中的IL-6上调[13]。这表明成纤维细胞可能提高受感染的幼稚巨噬细胞对IFN-γ的反应性，有助于巨噬细胞快速被激活，从而发挥免疫功能。

2.3 成纤维细胞通过细胞免疫、分泌活性物质参与免疫调节

原发性淋巴器官中的专业抗原提呈细胞(antigen presenting cell,APC)是呈递分枝杆菌抗原的主要细胞，而成纤维细胞这一方面的能力在初级T细胞反应启动中可能并未发挥重要作用。然而，组织中非专业APC的数量超过专业APC，作为非专业APC之一的成纤维细胞可能通过激活记忆T淋巴细胞来调节免疫应答传出期的强弱[8]。

在分枝杆菌感染中，成纤维细胞可通过产生小分子物质参与细胞免疫。有研究表明，过高的MCP-1会抑制巨噬细胞分泌IL-12，从而抑制Th1免疫的启动。而成纤维细胞下调MCP-1的水平，这有助于特异性免疫的产生[13]。还有研究发现，当IL-23缺乏时，成纤维细胞中的CXCL-13减少，导致从血管迁移到受感染部位的T细胞减少，T细胞被激活的效力也减弱，这提示成纤维细胞分泌的CXCL-13可加强细胞免疫[9]。

在结核病晚期，成纤维细胞表达的IL-17A受体可被T细胞分泌的IL-17A刺激，IL-17A似乎在此时的肺微环境中发挥主要作用[14]，它通过激活复杂的信号级联促进中性粒细胞募集，这与适应性T细胞反应的启动密切相关[15]。有研究表明，在小鼠胚胎成纤维细胞中，IL-17通过调节趋化因子和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-3、-9、-13的表达而招募中性粒细胞和单核细胞[16]。

成纤维细胞不仅可以通过分泌小分子物质参与免疫调节，还能释放抗菌肽、生长因子等大分子物质对控制感染发挥重要作用。

抗菌肽是宿主先天免疫应答的重要组成部分。抗菌肽家族包括α-防御素和β-防御素(hBD1-hBD4)、肾上腺髓质素、组蛋白和抗菌肽(LL-37)。当成纤维细胞被分枝杆菌刺激时，可产生抗菌肽而发挥重要作用。有研究表明，角膜边缘成纤维细胞被分枝杆菌刺激可产生hBD-1和LL-37，与细胞因子共同控制感染[2]。

成纤维细胞还能产生巨噬细胞集落刺激因子和粒细胞集落刺激因子等生长因子，招募炎性细胞对微生物作出反应，并诱导细胞增殖[2]，可能影响分枝杆菌的感染。

3 成纤维细胞在分枝杆菌肉芽肿中的作用

肉芽肿是应对分枝杆菌感染而产生的一个相对密闭的结构，可阻止分枝杆菌感染继续播散。成纤维细胞不仅在肉芽肿结构中发挥免疫调节的功能以控制杆菌感染，还在肉芽肿发展的最终阶段发挥着关键作用。若其不断增殖活化，肉芽肿则不断纤维化，最终钙化或宿主进入无症状潜伏状态[17]。纤维性肉芽肿分为外周纤维型和中央纤维型，均与成纤维细胞有着密切的关系，但两者有着明显的区别(表1)。

表1 两种纤维性肉芽肿的区别Table 1 Differences between two kinds of fibrous granuloma

纤维性肉芽肿并不是稳定的结构。有研究表明，在过量TNF-α的微环境中，Mtb感染的小鼠成纤维细胞通过RIP1K和pMLKL依赖机制发生坏死，分枝杆菌则有可能通过这种机制破坏纤维性肉芽肿的结构而逃逸，导致感染播散和复发。故靶向成纤维细胞的坏死途径可能保护其免受Mtb和TNF-α的毒性作用，防止坏死组织损伤，抑制空洞形成并增强组织重塑[11]。

4 成纤维细胞与分枝杆菌感染治疗

在针对分枝杆菌感染的传统药物使用下，出现耐药性的情况逐渐增加，且传统方案的疗程长，解决这些问题需要开发新型治疗药物。成纤维细胞在分枝杆菌感染中发挥了重要的作用，进一步研究有望为治疗提供新的方案。针对成纤维细胞分泌的活性物质及信号通路，目前已有相关研究表明其治疗价值(表2)。在抗分枝杆菌感染的过程中，成纤维细胞通过激活各个通路，释放各种活性物质参与免疫，并且有助于分枝杆菌逃逸免疫，这些均有可能成为治疗的靶点。

表2 成纤维细胞与分枝杆菌感染治疗Table 2 Fibroblasts and the treatment of mycobacterial infection

5 结语

成纤维细胞通过多种途径作用参与分枝杆菌感染中的免疫调节，为巨噬细胞等抗感染细胞创造了免疫环境，但这些作用并不都对人体有益。成纤维细胞可能参与分枝杆菌的免疫逃逸，并影响MMP在感染环境中的平衡，从而对组织器官造成损害。目前，成纤维细胞相关研究在肿瘤等学科成果颇丰，但在分枝杆菌感染中的作用研究仍然欠缺。因此，需要大量针对分枝杆菌感染中成纤维细胞作用的原始研究来进一步阐明其临床价值。