结核肉芽肿的研究新进展

李佳，刘冰靥，王德成

(三峡大学医学院，湖北 宜昌 443002)

结核肉芽肿的研究新进展

李佳，刘冰靥，王德成

(三峡大学医学院，湖北 宜昌 443002)

结核病(TB)是结核分枝杆菌(M.tb)引起的一种危害严重的人兽共患传染病。机体感染M.tb后，感染的发展和转归是宿主的免疫系统和M.tb相互斗争的结果，这种斗争最基本和最主要的病理特征之一是形成肉芽肿。因此，阐明肉芽肿的形态特点及参与肉芽肿形成的因素，揭示肉芽肿形成的动态过程，对研究结核病的发生发展规律及研发新的抗结核药物具有重大意义。本文对结核肉芽肿的特点、功能以及参与结核肉芽肿形成的各种因素进行了综述。

结核分枝杆菌；肉芽肿；细胞因子；致病机制

结核病(tuberculosis，TB)是结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis，M.tb)引起的一种危害严重的人兽共患传染病。机体感染M.tb后，感染的发展和转归是宿主免疫系统和M.tb相互斗争的结果，这种斗争最基本和最主要的病理特征之一是形成肉芽肿。肉芽肿是结核病病理诊断上的特征性标志物。众多研究已经描述了经典干酪样肉芽肿的形态结构特点：干酪样坏死的中心，周围环绕着巨噬细胞、上皮样细胞、多核巨细胞和淋巴细胞，最外层是成纤维细胞及其胶原纤维等。近年来，随着分子生物学、免疫学等学科的发展及其相关技术的应用，我们对结核肉芽肿有了新的认识。

1 结核肉芽肿的结构特点

1.1 结核肉芽肿多种形态 早期病理学家对肉芽肿的描述是干酪样坏死的中央区，周围伴有增生的上皮样细胞和朗汉斯多核巨细胞(Langhans multinucleate giant cell)，并伴有淋巴细胞和成纤维细胞围绕。现已表明，除了经典的干酪样肉芽肿外，还有非坏死及纤维化的结构[1-2]。干酪样坏死肉芽肿在活动性结核和结核杆菌潜伏感染中都存在，非坏死肉芽肿主要在活动性结核患者多见，而纤维化肉芽肿主要在潜伏感染时形成。三种不同形态的肉芽肿如图1所示。

图1 肉芽肿的不同形态(引自Clifton E Barry 3rd,2009[1])

1.2 肉芽肿的结构多样性 最初研究发现，虽然分枝杆菌如M.tb或BCG等感染后，在人、猴、豚鼠、家兔、牛、猪及小鼠等均能形成肉芽肿样结构[3-4]，但其形态结构却有明显差异，主要表现为在小鼠上形成的肉芽肿结构异型性较大，其既无干酪样坏死，也不能形成钙化和空洞等；在猪、牛、家兔、猴、豚鼠等动物中能形成较明显的干酪样坏死及钙化的肉芽肿，且以家兔的典型性稍差[4-6]。由于M.tb及BCG对生物安全的要求较高，近年来，一些研究者把与M.tb同源性较高的海分枝杆菌(Mycobacterium marinum，M.m)作为研究结核分枝杆菌的模式菌株，海分枝杆菌与M.tb的基因和氨基酸同源性分别在99%和85%以上，其天然宿主是斑马鱼等[7]。研究发现，斑马鱼在感染M.m后能形成典型的干酪样坏死肉芽肿结构[3，8-11]。

1.3 肉芽肿的低氧特性 Via等[12]通过对小鼠、豚鼠、家兔及猴的肉芽肿结构的研究，发现在多种结核病模型中，其肉芽肿结构中能形成典型低氧微环境；Reece等[13]和Harper等[14]多个课题组分别发现肉芽肿低氧微环境对M.tb在宿主体内建立潜伏感染及抵御免疫效应细胞的免疫杀伤有重要作用。

2 肉芽肿的形成对宿主和分枝杆菌谁有利？

肉芽肿是分枝杆菌感染过程中出现的一个由多种细胞聚集形成的慢性炎症性区域，一直以来，研究者认为肉芽肿是机体控制结核分枝杆菌感染的保护性结构，并且能限制细菌在体内播散。2009年，Davis等[9]利用斑马鱼胚胎感染模型，证实了肉芽肿的形成有利于细菌的早期生长和扩散。因此，传统对肉芽肿功能的界定比较简单，考虑到其形态结构的多样性及不同形成阶段，肉芽肿的形成到底是有利于保护宿主，还是更有利于细菌的潜伏和持续扩散，还需要进行更多的深入研究[15-17]。

3 参与肉芽肿形成的因子

肉芽肿的形成过程经历了一系列步骤，单核-巨噬细胞出现或聚集在感染部位，肉芽肿组织中的巨噬细胞逐渐转化成上皮样细胞等。在肉芽肿的形成和维持过程中，宿主和病原体因子的作用如何？目前，很多学者借助各种转基因技术和动物模型研究发现了多种参与肉芽肿形成的因子。

3.1 细菌中参与肉芽肿形成的因子 有报道表明，分枝杆菌的RD-1区域作为其毒力因子，能有有效促进肉芽肿的形成，而非致病性分枝杆菌或RD-1缺失株诱导肉芽肿形成的能力显著降低[8]。继而有研究证实了分枝杆菌细胞壁的糖脂成分——Lipomannan也能介导肉芽肿的形成[18]。鉴于分枝杆菌具有庞大的基因组，那么除了RD-1和Lipomannan外，是否还存在着其它能发挥类似效应的毒力成分，需要进一步的研究。

3.2 宿主方面参与肉芽肿形成的因子 虽然众多研究认为肉芽肿的形成对宿主限制分枝杆菌的传播有利，但具体宿主的哪些成分参与肉芽肿的形成最初并未引起研究者的关注。转基因动物的出现极大地推动了该方向的研究。

3.2.1 TNF-α在肉芽肿形成过程中的作用 研究表明，TNF-α在限制细菌播散和对宿主的免疫保护效应中发挥关键作用[19]。Kindler等[20]研究发现TNF-α对BCG感染后诱导肉芽肿的形成是必须的；后来，Keane等[21]和Flynn等[22]课题组分别通过TNF-α拮抗剂infliximab及TNF-α受体转基因小鼠，发现TNF-α对肉芽肿的形成具有重要意义。Fallahi-Sichani等[23]通过多因素模型计算模拟，进一步证实了TNF-α在肉芽肿形成中的重要作用。后来有学者用组织学、免疫组织化学和FCM等技术，发现拮抗TNF-α后能导致不规则肉芽肿结构的形成，表明TNF-α在肉芽肿形成过程中对保护肉芽肿的结构及免疫反应的调节方面具有重要作用[19]。de Noronha等[24]通过对HIV-TB共同感染及TB患者肉芽肿的研究表明，HIV-TB共感染患者不能形成规则的肉芽肿结构，且其肉芽肿的载菌量远高于TB患者；同时也发现TB患者结核肉芽肿中TNF-α的表达量远高于HIV-TB共感染患者。这些结果既直接证实了TNF-α对肉芽肿形成的重要性，也间接表明肉芽肿的形成在宿主限制分枝杆菌的播散中发挥重要作用。

3.2.2 参与肉芽肿形成的其他因子Yoshida等[25]发现用BCG感染IL-17A基因敲除小鼠后小鼠不仅表现为易感，且无法在其肺组织中形成肉芽肿，表明IL-17A对肉芽肿的形成不可或缺。Shrivastava等[26]发现IL-10能介导结核肉芽肿尤其是多核巨细胞的形成。Tekippe等[27]通过构建Nlrp3及Casp-1基因突变小鼠，发现NLRP3的接头蛋白PYCARD对肉芽肿的形成是必需的。

近年来，基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)在肉芽肿的作用得到了研究者的重视[28-30]。MMPs几乎能降解ECM中的各种蛋白成分，能破坏宿主细胞的组织学屏障，在肿瘤侵袭转移中起关键性作用，被认为是该过程中主要的蛋白水解酶。由于宿主的很多细胞都能释放MMP-9，MMP-9与细菌的哪些因子发生作用及其作用方式尚不清楚。Volkman等[31]用微分干涉差显微镜（differential interference contrast microscope）技术和共聚焦显微镜等方法发现分枝杆菌的ESAT-6分泌蛋白能诱导被细菌感染的巨噬细胞周围的上皮细胞分泌MMP-9，且MMP-9分泌活化后能够募集更多的巨噬细胞参与肉芽肿的形成。同时，也有研究表明MMP-9可能与人对TB的易感性之间有一些内在关联[31-32]。Fayyazi等[33]通过原位杂交和免疫荧光等技术，发现肉芽肿的干酪样坏死与巨噬细胞和T淋巴细胞凋亡密切相关，证实肉芽肿的形成尤其是干酪样坏死与细胞凋亡有关。近来，有报道表明血红素加氧酶1(heme oxygenase，HO-1)对宿主抗分枝杆菌感染和肉芽肿形成具有重要作用，Regev等[34]通过HO-1(-/-)小鼠感染鸟分枝杆菌，发现与野生型小鼠相比，HO-1(-/-)小鼠肺组织中不能形成较规则的肉芽肿结构，且细菌载量较高。我们前期研究发现，巨噬细胞移动抑制因子(macrophage migration inhibitory factor，MIF)在小鼠等肉芽肿结构中尤其在多核巨细胞中显著表达，提示MIF参与肉芽肿的形成[35]。虽然研究者已从病原体和机体两方面对肉芽肿的形成过程与机制等开展研究，拓展了我们对肉芽肿的认识，但目前对于这一过程的很多环节仍所知有限。

4 展 望

分枝杆菌感染机体后能导致多种病理变化，其中最主要的病理特征之一是形成肉芽肿。肉芽肿的形成是病原体-宿主相互作用的结果，研究肉芽肿的形成及其机制对深入阐明TB的发生、发展规律具有重要意义。从细菌角度出发，分枝杆菌有超过4 000个编码基因的庞大基因组，因此，除了已报道的RD-1等因子外，鉴定其他参与肉芽肿形成的成分并解析其机制，对揭示分枝杆菌的毒力成分及其致病机理具有重要意义，尤其是对结核病的早期诊断试剂盒的研制与开发具有积极的意义。从宿主角度考虑，研究参与肉芽肿形成的细胞因子及其信号通路，对寻找并发现新的抗结核药物的靶点及其机制具有重要的促进作用。

总之，结核肉芽肿的形成是病原体和宿主相互作用的动态过程，肉芽肿在结核病的发生、发展和转归过程中扮演了双重角色。从一定程度上讲，肉芽肿的发展和转归决定着结核病的病程和感染的最终结果[16，27，36-38]。随着对结核肉芽肿的形成与发展机制的研究，一些细胞、分子及多层次多系统的创新性研究将推动我们对肉芽肿形成的意义与机制方面的深层次理解，拓展我们对结核病发病机制的认识。

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New progress in tuberculosis granuloma research.

LI Jia,LIU Bing-ye,WANG De-cheng.Medical College of China Three Gorges University,Yichang 443002,Hubei,CHINA

Tuberculosis,which caused by Mycobacterium tuberculosis(M.tb),is a serious zoonotic disease.After infected with M.tb,the development and consequence of infection is a dynamic process between the host immune system and M.tb.The outcome of this struggle was presented by granuloma formation.Therefore,the research about granuloma formation and function will benefit us from understanding tuberculosis pathogenesis,as the basic and characteristic pathology of tuberculosis.Moreover,the achievements of granuloma research can give us new perspectives on anti-tuberculosis drugs development.

Mycobacterium tuberculosis;Granuloma;Cytokine;Pathogenesis

R

A

1003—6350（2016）23—3893—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.23.035

2016-05-10)

国家自然科学基金面上项目(编号：31572485)；湖北省自然科学基金面上项目(编号：2014CFB674)；湖北省卫计委青年人才项目(编号：WJ2015Q035)；三峡大学人才启动经费(编号：KJ2014B023)。

王德成。E-mail：dcwang99@163.com