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1 PCV2感染的免疫抑制特性
耐人寻味的是,虽然PCV2是病毒界中一个最小的病毒,其基因大小只有约疱疹病毒的1 %,但它已经成功地侵入猪群并稳定定植下来。虽然如此,断奶仔猪实验性地感染大多并不会导致疾病或发生持续感染,与此相关的一个事实是,在该领域报道的99 %的PWMS病例已被发现与协同感染,如与猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)、猪肺炎支原体、细菌性败血症和肺炎、流感和细小病毒。一个可能的解释是,这可能是PCV2感染的动物因产生免疫抑制的结果,对继发性感染的易感性增加,这一假说得到了来自不同学科的研究结果所支持(表1)。特别重要的是,PWMS患病猪的致病性研究表明,此类病猪的初级和次级淋巴组织总会出现严重的损伤。带有淋巴结构崩溃、淋巴细胞耗竭和巨噬细胞浸润的这些病变的特性将一定会导致严重的免疫应答抑制。
基于这些信息,研究人员研究了病毒与免疫系统之间如何交互作用。虽然PCV2很可能主要在上皮细胞和内皮细胞中复制,但它也可以感染免疫系统的细胞,包括巨噬细胞(MΦ)、树突状细胞(Dendritic Cell,DC)和活化的淋巴细胞。当PCV2病毒在MΦ和DC中出现低效率的复制时,PCV2能持续存在,并调节这些细胞的功能,从而在免疫系统的生理活动中发挥重要的影响作用。DC和MΦ探测到入侵的病原体,会介导先天性免疫反应,通过细胞因子、吞噬作用和活性氧和氮的释放,抑制病原体的复制。作为一种“专业”的抗原呈递细胞,DC不仅会引发获得性免疫应答反应,而且还会控制、并通过产生刺激性或抑制性细胞因子来控制并调节T细胞的活性。MΦ在吞噬作用解除、炎症反应和控制组织的平衡上发挥着更为重要的作用。
要了解PCV2如何调节免疫系统,最重要的是要指出,所有的免疫应答反应均以平衡免疫刺激和免疫抑制的触发的方式受到严密的监控。对于后者,免疫学家使用术语免疫调节来表示,并且越发明确的是,这对避免发生免疫介导的损害非常重要,如严重的不受控制的炎症反应、过敏或自身免疫性疾病。
图1 说明了在病毒感染和PCV2干扰期间这种免疫调节过程通常如何进行工作的。先天性免疫应答反应的第一阶段(第一阶段)受到感染后通过包括MΦ和DC细胞在内的先天性免疫系统细胞上的病原体识别受体对病毒结构的识别直接激发。这些细胞会产生抗病毒因子,如干扰素/β(IFN-α/β)、促炎细胞因子,如白介素(IL-1β、IL-6、IL-12),肿瘤坏死因子α(TNFα)以及趋化因子,以吸引更多的白细胞到达该感染部位。第一阶段不仅对限制早期的病原体复制极为重要,而且还会向免疫系统提供需要触发适应性反应的重要“危险信号。如果不加控制,这种炎症反应可以转化为“细胞因子风暴(cytokine storm)”,进而可能会导致组织广泛性损伤,甚至是致命的。因此,免疫系统会在第二阶段启动抗炎通道。包括T细胞和B细胞反应在内的获得性免疫反应仅能在先天性免疫反应的数天后检测到,这是第三阶段非常罕见的抗原特异性淋巴细胞进行长时间克隆扩增的结果。病原体消灭或受到控制后,获得性免疫应答在第四阶段逐渐进入稳定状态。这由病原体特异性淋巴细胞的凋亡及免疫系统调节细胞的激发引发。
最新的研究表明,PCV2会干扰免疫应答反应的所有四个阶段,因为??它在活化阶段发挥着抑制作用,在先天性和获得性免疫应答反应的平稳阶段发挥着的增进作用。
2 PCV2免疫应答反应的妥协机制
上文提出的概念是基于利用PCV2对细胞因子反应调控进行的体外和离体研究结果(图2)。需要注意的是,此反应具有细胞种类的特异性,同时也是对感染过程中免疫应答的特定阶段所特有的。此外,它还受与其他病原体协同感染的严重影响。
如上文所述,PCV2能够感染MΦ和DC,并在这些细胞内定植。基于这些细胞对淋巴组织的迁移功能(migratory Function),有人提出这种感染或许可表示PCV2对其偏爱位点的一种“特洛伊木马”。
PCV2可以抑制天然干扰素生成细胞(NIPC,也称为浆细胞DC)产生TNFα、IL-6、IL-12和INFα/β的能力。后者特别重要,因为NIPC是IFNα/β最重要的生产者,而IFNα/β在控制病毒感染中起着突出的作用。除了其直接的抗病毒作用外,IFNα/β与其它细胞因子一起还具有对通过DC成熟的诱导和促进细胞毒性 T细胞(CTL)应答和B细胞分化对获得性免疫应答的诱导产生强烈作用。还没有收到此类成熟信号的DC,不足以刺激效应和记忆性T细胞的反应,甚至可引发抗原的耐受性。
虽然,PCV2能够抑制NIPC的功能,但据报道在体内和体外感染MΦ后,可以诱导促炎性细胞因子(TNFα、IL-1β)和趋化因子(IL-8和MΦ趋化蛋白1)的刺激。这些细胞因子可能会引发炎症反应,并破坏PWM患病猪的淋巴组织。此外,长期用此类细胞因子刺激免疫系统,还能够产生免疫复合物介导性疾病,如PDNS。
与这些炎症反应明显相反的是PWM患病猪白细胞的IL-10分泌。此细胞因子具有抗炎和耐受性的效果,因此具有双重作用。一方面它可以限制炎症反应,另一方面它可以抑制抗病毒的T细胞反应。
3 保护性免疫应答
尽管PCV2感染后会发生以上所介绍的免疫调节活动,但实验性感染PCV2的断奶仔猪发病率极低,并且似乎受到了机体免疫系统的控制。此外,可以成功应用预防PCVD的免疫接种计划。这些保护性免疫应答的性质还不清楚,不过多项研究对中和抗体的重要性进行了简要阐明,显示保护和抗体水平之间的相关性。然而,在感染或接种疫苗后,中和抗体在21 d前并不出现,且还不清楚这种相对缓慢的响应是否由PCV2的免疫抑制特性或较弱的免疫原性病毒中和表位引起的。有趣的是,由感染诱导产生的PCV2病毒特异性T细胞应答反应,也遵循这种缓慢的动力学,且普遍很弱。它们在保护上的作用尚不清楚。
4 总结
对PCVD进行的一项跨学科研究有力地表明,PCV2可介导免疫抑制。然而,该病毒对免疫功能会产生多种作用,作用范围从触发到抑制免疫应答反应。虽然这是令人费解的,但就基于调控系统内高特异性细胞类型相互作用的免疫系统功能而论,这并不奇怪。此外,免疫系统的一个最重要的特点是它的“双刃剑”特性,这需要严密地调节好刺激和调控元件之间的平衡。我们现在的理解是,PCV2通过偷偷侵入此系统以逃避免疫应答反应已经使自己得到进化。单独的PCV2感染似乎是无害的,但它的免疫调节活性,连同协同合感染和其他饲养因素的影响,会造就PCVD的破坏性影响。
原题名:The immunology of PCV2 diseases(英文)
原作者:Artur Summerfield兽医学博士(瑞士Mittelh?usern病毒学和免疫预防学研究所)
耐人寻味的是,虽然PCV2是病毒界中一个最小的病毒,其基因大小只有约疱疹病毒的1 %,但它已经成功地侵入猪群并稳定定植下来。虽然如此,断奶仔猪实验性地感染大多并不会导致疾病或发生持续感染,与此相关的一个事实是,在该领域报道的99 %的PWMS病例已被发现与协同感染,如与猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)、猪肺炎支原体、细菌性败血症和肺炎、流感和细小病毒。一个可能的解释是,这可能是PCV2感染的动物因产生免疫抑制的结果,对继发性感染的易感性增加,这一假说得到了来自不同学科的研究结果所支持(表1)。特别重要的是,PWMS患病猪的致病性研究表明,此类病猪的初级和次级淋巴组织总会出现严重的损伤。带有淋巴结构崩溃、淋巴细胞耗竭和巨噬细胞浸润的这些病变的特性将一定会导致严重的免疫应答抑制。
基于这些信息,研究人员研究了病毒与免疫系统之间如何交互作用。虽然PCV2很可能主要在上皮细胞和内皮细胞中复制,但它也可以感染免疫系统的细胞,包括巨噬细胞(MΦ)、树突状细胞(Dendritic Cell,DC)和活化的淋巴细胞。当PCV2病毒在MΦ和DC中出现低效率的复制时,PCV2能持续存在,并调节这些细胞的功能,从而在免疫系统的生理活动中发挥重要的影响作用。DC和MΦ探测到入侵的病原体,会介导先天性免疫反应,通过细胞因子、吞噬作用和活性氧和氮的释放,抑制病原体的复制。作为一种“专业”的抗原呈递细胞,DC不仅会引发获得性免疫应答反应,而且还会控制、并通过产生刺激性或抑制性细胞因子来控制并调节T细胞的活性。MΦ在吞噬作用解除、炎症反应和控制组织的平衡上发挥着更为重要的作用。
要了解PCV2如何调节免疫系统,最重要的是要指出,所有的免疫应答反应均以平衡免疫刺激和免疫抑制的触发的方式受到严密的监控。对于后者,免疫学家使用术语免疫调节来表示,并且越发明确的是,这对避免发生免疫介导的损害非常重要,如严重的不受控制的炎症反应、过敏或自身免疫性疾病。
图1 说明了在病毒感染和PCV2干扰期间这种免疫调节过程通常如何进行工作的。先天性免疫应答反应的第一阶段(第一阶段)受到感染后通过包括MΦ和DC细胞在内的先天性免疫系统细胞上的病原体识别受体对病毒结构的识别直接激发。这些细胞会产生抗病毒因子,如干扰素/β(IFN-α/β)、促炎细胞因子,如白介素(IL-1β、IL-6、IL-12),肿瘤坏死因子α(TNFα)以及趋化因子,以吸引更多的白细胞到达该感染部位。第一阶段不仅对限制早期的病原体复制极为重要,而且还会向免疫系统提供需要触发适应性反应的重要“危险信号。如果不加控制,这种炎症反应可以转化为“细胞因子风暴(cytokine storm)”,进而可能会导致组织广泛性损伤,甚至是致命的。因此,免疫系统会在第二阶段启动抗炎通道。包括T细胞和B细胞反应在内的获得性免疫反应仅能在先天性免疫反应的数天后检测到,这是第三阶段非常罕见的抗原特异性淋巴细胞进行长时间克隆扩增的结果。病原体消灭或受到控制后,获得性免疫应答在第四阶段逐渐进入稳定状态。这由病原体特异性淋巴细胞的凋亡及免疫系统调节细胞的激发引发。
最新的研究表明,PCV2会干扰免疫应答反应的所有四个阶段,因为??它在活化阶段发挥着抑制作用,在先天性和获得性免疫应答反应的平稳阶段发挥着的增进作用。
2 PCV2免疫应答反应的妥协机制
上文提出的概念是基于利用PCV2对细胞因子反应调控进行的体外和离体研究结果(图2)。需要注意的是,此反应具有细胞种类的特异性,同时也是对感染过程中免疫应答的特定阶段所特有的。此外,它还受与其他病原体协同感染的严重影响。
如上文所述,PCV2能够感染MΦ和DC,并在这些细胞内定植。基于这些细胞对淋巴组织的迁移功能(migratory Function),有人提出这种感染或许可表示PCV2对其偏爱位点的一种“特洛伊木马”。
PCV2可以抑制天然干扰素生成细胞(NIPC,也称为浆细胞DC)产生TNFα、IL-6、IL-12和INFα/β的能力。后者特别重要,因为NIPC是IFNα/β最重要的生产者,而IFNα/β在控制病毒感染中起着突出的作用。除了其直接的抗病毒作用外,IFNα/β与其它细胞因子一起还具有对通过DC成熟的诱导和促进细胞毒性 T细胞(CTL)应答和B细胞分化对获得性免疫应答的诱导产生强烈作用。还没有收到此类成熟信号的DC,不足以刺激效应和记忆性T细胞的反应,甚至可引发抗原的耐受性。
虽然,PCV2能够抑制NIPC的功能,但据报道在体内和体外感染MΦ后,可以诱导促炎性细胞因子(TNFα、IL-1β)和趋化因子(IL-8和MΦ趋化蛋白1)的刺激。这些细胞因子可能会引发炎症反应,并破坏PWM患病猪的淋巴组织。此外,长期用此类细胞因子刺激免疫系统,还能够产生免疫复合物介导性疾病,如PDNS。
与这些炎症反应明显相反的是PWM患病猪白细胞的IL-10分泌。此细胞因子具有抗炎和耐受性的效果,因此具有双重作用。一方面它可以限制炎症反应,另一方面它可以抑制抗病毒的T细胞反应。
3 保护性免疫应答
尽管PCV2感染后会发生以上所介绍的免疫调节活动,但实验性感染PCV2的断奶仔猪发病率极低,并且似乎受到了机体免疫系统的控制。此外,可以成功应用预防PCVD的免疫接种计划。这些保护性免疫应答的性质还不清楚,不过多项研究对中和抗体的重要性进行了简要阐明,显示保护和抗体水平之间的相关性。然而,在感染或接种疫苗后,中和抗体在21 d前并不出现,且还不清楚这种相对缓慢的响应是否由PCV2的免疫抑制特性或较弱的免疫原性病毒中和表位引起的。有趣的是,由感染诱导产生的PCV2病毒特异性T细胞应答反应,也遵循这种缓慢的动力学,且普遍很弱。它们在保护上的作用尚不清楚。
4 总结
对PCVD进行的一项跨学科研究有力地表明,PCV2可介导免疫抑制。然而,该病毒对免疫功能会产生多种作用,作用范围从触发到抑制免疫应答反应。虽然这是令人费解的,但就基于调控系统内高特异性细胞类型相互作用的免疫系统功能而论,这并不奇怪。此外,免疫系统的一个最重要的特点是它的“双刃剑”特性,这需要严密地调节好刺激和调控元件之间的平衡。我们现在的理解是,PCV2通过偷偷侵入此系统以逃避免疫应答反应已经使自己得到进化。单独的PCV2感染似乎是无害的,但它的免疫调节活性,连同协同合感染和其他饲养因素的影响,会造就PCVD的破坏性影响。
原题名:The immunology of PCV2 diseases(英文)
原作者:Artur Summerfield兽医学博士(瑞士Mittelh?usern病毒学和免疫预防学研究所)