提取自成团泛菌（IP-PA1）的脂多糖（LPS）激活巨噬细胞调节 Th1/Th2 免疫系统平衡从而改善过敏性皮炎

摘要

近来特别是在发达国家，过敏性疾病的发病率不断上升。这些过敏性疾病的病因被认为是由于生活环境改变破坏了免疫系统的平衡。过敏性疾病的发病率与童年时期传染病数量的减少呈负相关。有学者指出缓解过敏的关键是通过暴露于脂多糖（LPS）等微生物成分来激活先天免疫。先天免疫的激活有望能使 1 型和 2 型辅助性 T 细胞（Th1/Th2）免疫系统平衡恢复正常，并抑制 Th2 型反应的过度应答以免造成免疫球蛋白（Ig）E 依赖性变态反应。巨噬细胞在天然免疫力中十分重要，我们的研究将阐述巨噬细胞被成团泛菌中提取的 LPS 激活后对 1 型超敏反应的抑制作用以及对过敏性皮炎的改善。在文章中我们还将提出假设即通过利用 LPS 刺激巨噬细胞从而调节免疫系统平衡可能将成为预防和改善过敏性皮炎中的重要步骤。

关键词：脂多糖，巨噬细胞，成团泛菌，天然免疫力，过敏性皮炎

近来特别是在发达国家，过敏性皮炎例如特应性皮炎的发病率出现显著增长。学者认为出现过敏性皮炎症状的原因是遗传和环境因素的综合作用。环境变化（环境因污染而恶化）以及生活方式改变（卫生条件改善）被认为是造成这一疾病发病增加的两大原因。发达国家中环境的现代化可能将导致人体中免疫系统平衡的破坏。这一因素如今被视作近来高发过敏性疾病的主要因素。

人体的免疫系统由获得性免疫和天然免疫系统构成；前者仅在脊椎动物中出现，而后者是所有多细胞生物共有的自我防御系统。在获得性免疫系统中 T 细胞和 B 细胞具有重要的功能。这些细胞能识别异源物质（非自身）的抗原的分子结构并记忆、产生特异性的抗体或受体。在先天免疫中巨噬细胞具有相应受体识别异源物质，因此在免疫中十分关键。迄今为止免疫研究更多是聚焦于获得性免疫。这是因为这种免疫具有特异性，这一性质在许多应用领域具有重要意义，例如通过疫苗预防感染等等。然而参与先天免疫的细胞对于启动获得性免疫机制是不可或缺的。例如先天免疫细胞呈现抗体是开始生成抗体的必要前提。因此如今人们愈加认识到天然免疫的重要性。先天免疫系统具有直接清除异源物质的功能，例如入侵的病原体或除去无用的组织细胞，因此它在生物防御中起关键作用。先天免疫还支持了机体整体的免疫系统并维持内环境稳态。从这一角度来看，我们认为先天免疫系统，特别是巨噬细胞，是改善或预防免疫系统被破坏导致的过敏性皮炎的关键。

在这篇论文中，我们将总结脂多糖（LPS）对 1 型过敏反应的抑制效应，过敏性皮炎的改善，以及在过敏性皮炎中由LPS介导通过激活先天免疫系统从而调节免疫平衡的作用。LPS提取自我们发现的一种可食用的革兰氏阴性细菌。

巨噬细胞维持内环境稳态的作用

巨噬细胞的重要功能在于它们是天然免疫系统的第一线应答细胞。在大脑中它们被称作小神经胶质细胞，在肝脏被称作库普弗细胞，在肺中被称作肺泡巨噬细胞，而在肠中被称作肠巨噬细胞。在血液中还存在着巨噬细胞的前体单核细胞。综上，以不同形态存在的巨噬细胞能保护机体整体的健康。巨噬细胞的主要功能包括清除异源物质或死亡的细胞，呈现抗原以及通过产生细胞因子调节其他免疫细胞。通过这些功能巨噬细胞在预防生物感染，代谢及其调节还有伤口愈合中发挥作用（1）。例如当神经元细胞在大脑受损后死亡时，脑组织中的小神经胶质细胞能清除死亡的细胞。据报道被激活的巨噬细胞能促进吞噬作用，这是神经细胞的再生的必要前提（2，3）。这表明，组织巨噬细胞对维持身体正常状态起重要作用。同时这也表明适当地激活巨噬细胞可能使受损的身体功能恢复正常。

从这一角度来看，我们认为可以通过激活巨噬细胞的适当调节来维持体内平衡，从而支持或恢复健康状态。根据这一点，我们寻找了经过口服或皮肤摄入能恰当地激活巨噬细胞的物质。

功能性脂多糖 IP-PA1 的特性

我们倾向于寻找一种可以通过非侵入式方式摄入的巨噬细胞激活物质，例如口服或透过皮肤摄入。因此,我们以人类长久以来摄取的食物为切入点寻找具有巨噬细胞激活功能的食物提取物。于1991年我们在小麦粉的水提取液中发现一种能显著激活巨噬细胞的物质4。在分析其主要激活物质之后，我们发现一种取自小麦共生革兰氏阴性菌成团泛菌的 LPS。我们将这种 LPS 命名为 IP-PA1, 其含义是来自成团泛菌 1（P. agglomerans 1）的免疫增强剂（immune potentiator）。这一种共生菌以在许多植物中固定氮和磷促进生长而为人们所熟知。在欧洲，活的成团泛菌作为一种生防作用物用于预防霉菌导致的水果腐烂5-7。此外成团泛菌还是黑麦酸面团发酵过程中的必要成分，因为它能产生叶酸提供给乳杆菌8。对 IP-PA1 的结构分析表明尽管其类脂 A 有部分与大肠杆菌或沙门菌等细菌 LPS 相同，IP-PA1 的糖链的组成（鼠李糖与葡萄糖单位）以及分子质量（5 kDa）与其他细菌 LPS 仍有差别4。

据报道 IP-PA1 可通过 Toll样受体-4（TLR4）激活巨噬细胞9。激活的巨噬细胞的初始修复机制可能作用于皮肤分泌细胞因子，例如β-成纤维细胞生长因子（β-FGF），血管内皮生长因子（VEGF）或粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）10,11。由于在体内稳态中由 IP-PA1 激活巨噬细胞受反馈机制调控以避免过度激活，持续周期性使用 IP-PA1 可能可以预防皮肤问题。这是因为 IP-PA1 的功能机制与一般免疫抑制药物如类固醇或消炎药剂完全不同。

IP-PA1的抗过敏作用

研究表明经皮吸收 IP-PA1 能改善烧伤、褥疮和过敏性皮炎（12）。抗过敏作用是IP-PA1对皮肤病最显著和最典型的作用。

给小鼠注射抗二硝基苯酚 IgE 单克隆抗体（1 μg/只小鼠）后，在小鼠耳上涂以含 0.25% 的二硝基氟苯的丙酮－橄榄油（1:4）溶液作为抗原，此时小鼠耳朵肿胀（这是 IgE 依赖性过敏反应的动物模型之一）。如果在施加抗原之前皮内注射 IP-PA1 则耳朵肿胀被抑制到与未给予 IgE 抗体的阴性对照组小鼠相同的程度（13）。IP-PA1 还在临床实验中展现其疗效（12）。在获得知情同意后，对五名患有严重的特应性皮炎的患者进行了检测。在口服 IP-PA1（10 μg/ml/50% 的丙三醇溶液，1～3 ml/日）两到三天后即可观察到其疗效，两个月后四名患者的特应性皮炎得到改善。此外含有 IP-PA1 的护肤品也展现了相同的作用。在100名患有轻微的特应性皮炎的患者中我们研究了在两周内使用含有 IP-PA1 的保湿霜对症状的改善作用。尽管实验结果是来自患者的主观数据，但是症状改善的患者的数量出现显著提升（12）。此外，我们使用含有 IP-PA1 的沐浴剂（最终浓度为 0.1 μg/ml）进行双盲实验（每组50人）（12）。与使用无 IP-PA1 沐浴剂的对照组相比，实验组在所有测量的参数上都得到更高的评分（保温、背痛、脚气、皮肤粗糙和特应性皮炎）。

IP-PA1 的抗过敏作用表明 LPS 能通过某种未知的抗炎机制抑制过敏反应。这种 LPS 可以在抑制特应性皮炎症状的新产品中得到应用。

受LPS刺激的巨噬细胞使皮肤中 Th1/Th2 免疫平衡正常化

最近，有关 LPS 对过敏反应的抑制作用的研究成果日益增加。例如：有流行病学调查研究了在德国、奥地利和瑞士 812 名生活在农民或其他职业家庭的 6～13 岁儿童。研究指出儿童床垫中 LPS 的含量和他们对抗原、花粉病、特应性哮喘的敏感程度呈负相关（14）。这些结果表明，儿童对 LPS 暴露程度越高，则他们患过敏性疾病的可能性越小。接触 LPS 能激活先天免疫，这对过敏性疾病的出现有重要的控制作用。还有研究表明与结核菌素试验阴性的儿童相比，检测阳性的儿童（12～13岁）中哮喘、过敏性鼻炎、湿疹的患病率和过敏反应程度更低（总 IgE 值）（15）。另一个研究指出，两岁前口服抗生素的病史是过敏性疾病的一个危险因素（16）。由此 Shirakawa 等人提出“卫生假说”，即近年来过敏性疾病的增加与由于卫生条件的改善、饮食的改变和抗生素的过度使用而导致的儿童传染病的减少有关。

Th1/Th2免疫系统平衡的变化是解释“卫生假说”的一种方式。获得性免疫系统中的 T 细胞根据细胞因子产生的差异被分为辅助 T 细胞 1 型（Th1）系统和 Th2 系统。Th1 系统的免疫应答能产生诸如干扰素-γ（IFN-γ）和白细胞介素 12（IL-12）的细胞因子，它们又能诱导激活天然杀伤（NK）细胞和细胞毒性 T 淋巴细胞（CTL）。与之相比，Th2 系统的免疫应答将产生 IL-4 和 IL-5 等细胞因子从而促进肥大细胞和 B 细胞的成熟，它们又分别可以产生组胺和抗体，在过敏反应中发挥核心作用。学者认为，当肥大细胞和 B 细胞被激活后，免疫系统倾向于 Th2 型反应，从而引起过敏性疾病如过敏性皮炎。事实上，据报道在结核菌素试验阴性与阳性的儿童相比，前者的 Th2 系统的细胞因子水平，包括 IL-4，IL-13，IL-10 更高而 Th1 系统的细胞因子水平如 IFN-γ更低（15）。此外，生活在农户家庭的儿童中其血液内 CD14 和 TLR2 的基因表达水平显著高于其他非农户家庭的儿童；这一事实表明先天免疫力被激活，并为支持卫生假说提供了强有力的证据（17）。

LPS的另一特性是其作用受巨噬细胞介导。朗格尔汉斯细胞是存在于表皮中的类巨噬细胞。它们能吞噬抗原并将后者呈现给树突细胞（18）。最近有研究表明，树突细胞能伸出伪足并接收外界信息（19）。还有研究称，郎格尔汉斯细胞在接受抗原后从表皮移动至淋巴结（12）。这些结果表明，应用于皮肤上的 LPS 能被表皮中的郎格尔汉斯细胞接受。之后这些细胞将移动至真皮层，并将信息传递给组织细胞。我们发现，在激活的巨噬细胞的膜表面表达的肿瘤坏死因子-α（TNF-α）为邻近的巨噬细胞提供了信息。同时，与膜结合的 TNF-α 也与受体同时发挥作用，可以双向地传递信息。我们假设存在一种机制，使各个组织内的巨噬细胞能传递和联系与外界刺激相关的信息。我们将这一机制命名为“巨噬细胞网络”。我们认为，在局部皮肤内郎格尔汉斯细胞能接受和传递信息，从而在清除异物和死亡细胞以及皮肤组织再生过程中发挥重要作用。

如上所述，IP-PA1 带来的改善效果被认为是由于免疫系统平衡发生转移的结果。在表皮上通过 LPS 适当地激活巨噬细胞使免疫平衡从 Th2 型转化为 Th1 型。接着巨噬细胞被诱导产生 Th1 型细胞因子，例如 IL-12 和 TNF（12）。

总结

LPS是一种能介导激活巨噬细胞的全新物质，它在先天免疫中起着核心作用。最近有研究表明，LPS 通过 TLR4 的信号转导，在维持肠道内环境稳态中发挥重要作用（20）。这说明哺乳动物能有效地利用 LPS 作为调节体内稳态的有利分子，并提示IP-PA1也可能用于维持皮肤的健康状态。IP-PA1被认为可以通过使免疫系统平衡正常化从而改善过敏性皮炎。利用皮肤中激活的巨噬细胞维持环境稳态，能促进皮肤组织的再生，同时这也可能改善其他各类皮炎疾病。目前针对 TLR4 的过敏治疗药正在研发过程中（21）。这说明，当下激活先天免疫力从而改善过敏反应的方式受广泛关注。我们相信 LPS 作为透过皮肤激活巨噬细胞的新物质蕴含巨大潜能。此外，这一物质还可能通过巨噬细胞网络将其有利作用扩展到全身。

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