畜牧兽医学报  2022, Vol. 53 Issue (11): 4008-4018. DOI: 10.11843/j.issn.0366-6964.2022.11.026    PDF    
伯氏疟原虫ANKA株感染小鼠的T细胞、NK细胞及细胞因子变化
张义伟, 苏紫薇, 李其龙, 陈冉, 姜宁     
重要家畜疫病研究教育部重点实验室 沈阳农业大学动物科学与医学学院,沈阳 110866
摘要:旨在系统分析伯氏疟原虫感染引起宿主T细胞、NK细胞、Tim-3表达及细胞因子的变化。选取64只雌性C57BL/6小鼠随机分为8组,每组8只,分别于感染后0、4、7、9、11、13、16和19 d获取小鼠脾及外周血免疫细胞,利用流式细胞术检测小鼠主要免疫细胞亚群及免疫检查点分子Tim-3表达水平的变化;同时检测血清中细胞因子的变化。结果表明,感染疟原虫后,小鼠脾CD3+CD4+ T细胞、CD3+CD8+ T细胞及NK细胞的比例均逐渐降低(P<0.01),且伴随着3种细胞Tim-3表达量的升高(P<0.01)。小鼠外周血CD3+CD4+ T细胞的比例呈先降低后升高趋势,CD3+CD8+ T细胞的比例呈先升高后降低趋势(P<0.05);小鼠外周血CD3-NK1.1+细胞的比例呈先降低后升高趋势,但感染末期,其比例仍低于未感染组(P<0.05)。Tim-3分子在外周血CD3+CD4+ T细胞、CD3+CD8+ T细胞及CD3-NK1.1+细胞的表达均显著升高(P<0.05)。感染疟原虫后,小鼠血清中促炎细胞因子IL-2的分泌量均显著高于未感染组(P<0.05);促炎细胞因子IFN-γ、TNF-α和IL-6在血清中分泌均呈先升高后降低趋势(P<0.05);具有免疫抑制作用的细胞因子IL-10呈逐渐升高趋势,且感染后期急剧升高(P<0.001)。以上结果表明,感染疟原虫后,小鼠的特异性免疫反应发挥了一定的杀伤作用,但由于Tim-3免疫检查点分子及一些发挥免疫抑制作用的细胞因子(IL-10)的过度表达,有利于疟原虫逃避宿主的免疫捕杀作用。该研究提示了从宿主免疫抑制角度研究疟原虫感染的重要性。
关键词伯氏疟原虫    T细胞    NK细胞    Tim-3    细胞因子    
The Changes of T Cells, NK Cells and Cytokines in Mice Infected with Plasmodium berghei ANKA Strain
ZHANG Yiwei, SU Ziwei, LI Qilong, CHEN Ran, JIANG Ning     
College of Animal Science and Veterinary Medicine, Shenyang Agricultural University, Key Laboratory of Livestock Infectious Diseases, Ministry of Education, Shenyang 110866, China
Abstract: This study aims to systematically analyze the changes of hosts' T cells, NK cells, expression of Tim-3 and cytokines post infection with Plasmodium berghei (P. berghei) in mice. A total of 64 female C57BL/6 mice were selected and randomly divided into 8 groups, with 8 in each group. Mice spleen and peripheral blood immune cells were obtained on 0, 4, 7, 9, 11, 13, 16 and 19 days post infection, and flow cytometry was used to detect the changes of main immune cell subsets and the expression of immune checkpoint molecule Tim-3. Mice sera were collected to detect the changes in cytokine levels. Results showed that the proportions of CD3+CD4+ T cells, CD3+CD8+ T cells and NK cells in mice spleen were gradually reduced post infection with P. berghei (P < 0.01), and this was accompanied by an increase in the expression of Tim-3 on the surface of these three types of cells (P < 0.01). In mice peripheral blood, the proportion of CD3+CD4+ T cells decreased first and then increased, proportion of CD3+CD8+ T cells increased first and then decreased (P < 0.05). The proportion of circulatory CD3-NK1.1+ cells also decreased first and then increased, but at the end of infection time, its proportion was still lower than that of the uninfected group. The expression level of Tim-3 in peripheral blood of CD3+CD4+ T cells, CD3+CD8+ T cells and CD3-NK1.1+ cells all increased significantly (P < 0.05). Post infection with P. berghei, the secretion of pro-inflammatory cytokine IL-2 in mice serum was significantly higher than that in the uninfected group (P < 0.05); The secretion of pro-inflammatory cytokine IFN-γ, TNF-α and IL-6 in mice sera all increased first and then decreased, while the immunosuppressive cytokine IL-10 showed a gradual increase trend, and increased sharply in the later stage of infection (P < 0.001). The results of this study showed that post infection with Plasmodium, the specific immune response of mice played a certain killing effect, but due to the overexpression of immune checkpoint molecule (Tim-3 etc.) and some immunosuppressive cytokines (IL-10 etc.), which helps the malaria parasite to escape from the host's immune killing process. This work proposes the importance of studying Plasmodium infection from the perspective of host immunosuppression.
Key words: Plasmodium berghei    T cell    NK cell    Tim-3    cytokines    

疟疾是由疟原虫引起的世界上危害最严重的疾病之一。据WHO报告统计,自青蒿素的普及以来,全球疟疾控制取得了前所未有的成功,但每年仍有超过40万人死于疟疾。一方面和最近几年出现的抗青蒿素虫株有关[1-3];另一方面,和疟原虫复杂且精密的免疫逃避方式有关。这表明,寻找有效的药物靶标及开发疟疾疫苗迫在眉睫。已有研究表明,针对抗疟原虫免疫反应方面设计的药物,可以有效地控制疟原虫在所有发育阶段的感染[4]。因此,研究疟原虫感染引起宿主的免疫反应过程尤为重要。

疟原虫在宿主体内寄生可引起强烈的免疫应答反应,免疫机制复杂多样。T细胞是清除机体疟原虫的重要组成部分[5-6],可通过直接产生如IFN-γ和TNF-α等促炎细胞因子,引发巨噬细胞和其他组分的抗寄生虫免疫应答[7],或激活产生抗疟原虫抗体的特异性B细胞从而介导间接的抗寄生虫免疫反应[8]。NK细胞可通过细胞毒性和产生促炎细胞因子来破坏受损、功能失调或被感染的宿主细胞,从而控制感染的进程[9]。在机体的免疫清除进程中,T细胞免疫球蛋白黏蛋白3(T-cell immunoglobulin and mucin-domain containing molecule 3, Tim-3)作为一种免疫检查点分子,对T细胞和NK均具有负性调节功能[10-12],在肿瘤以及一些病原体的免疫逃避进程中发挥着重要作用。

在所有人类疟原虫感染中,恶性疟原虫引起的疾病是导致死亡的主要因素,感染后常出现脑型疟的症状。而可以感染小鼠的伯氏疟原虫ANKA株是一种致命的强毒力虫株,已有的研究表明,在恶性疟原虫感染的患者和伯氏疟原虫ANKA株感染的C57BL/6小鼠的体内,关键免疫细胞表面Tim-3表达均升高[13],但整个感染进程中Tim-3的表达变化及相关细胞因子的变化还未可知。一项在昆明小鼠体内的研究显示:利用荧光定量PCR检测技术,发现感染伯氏疟原虫ANKA株后,小鼠脾Tim-3、IFN-γ、TNF-α、IL-4、IL-10和TGF-β的转录水平均升高[14],但这些仅是在转录水平上的变化情况,此外,不同品系小鼠感染疟原虫引起的病理和免疫反应也存在差异[15-16]。伯氏疟原虫ANKA株感染C57BL/6小鼠后也常会引起脑型疟发生,故已被广泛用作研究人类恶性疟疾疾病的试验模型。因此,本研究以伯氏疟原虫ANKA株和C57BL/6小鼠为试验材料,对疟原虫感染引起的宿主免疫应答特点进行了分析。

1 材料与方法 1.1 材料

1.1.1 实验动物与虫株   SPF级雌性C57BL/6小鼠(N型),鼠龄6~8周龄,体重20~22 g,购自辽宁本溪长生生物技术有限公司。

伯氏疟原虫ANKA株由沈阳农业大学动物科学与医学学院人畜共患病重点实验室保存。

1.1.2 抗体   Pacific BlueTM anti-mouse CD45 Antibody、APC anti-mouse CD3 Antibody、FITC anti-mouse CD8a Antibody、APC/FireTM 750 anti-mouse CD4 Antibody、FITC anti-mouse NK1.1 Antibody、PE anti-mouse CD366 (Tim-3) Antibody、Pacific BlueTM Rat IgG2b, κ Isotype Ctrl Antibody、APC/FireTM 750 Rat IgG2b, κ Isotype Ctrl Antibody、APC Rat IgG2b, κ Isotype Ctrl Antibody、FITC Rat IgG2a, κ Isotype Ctrl Antibody、PE Rat IgG2a, κ Isotype Ctrl Antibody、LEAFTM Purified anti-mouse CD16/32 Antibody、7-AAD Viability Staining Solution和Mouse Th Cytokine Panel (5-plex)细胞因子检测试剂盒购自北京达科为生物技术有限公司。

1.2 方法

1.2.1 试验设计   以感染伯氏疟原虫强毒株ANKA株的C57BL/6小鼠为研究对象,分别于感染后0、4、7、9、11、13、16和19 d采集小鼠脾及外周血免疫细胞,利用流式细胞术检测小鼠主要免疫细胞亚群及Tim-3的表达水平的变化,同时检测血清中细胞因子水平的变化(图 1)。

图 1 试验分组及试验流程 Fig. 1 Experimental group and process

1.2.2 虫株的准备   将伯氏疟原虫ANKA株从液氮罐中复苏,离心洗涤后将虫体迅速腹腔注射至C57BL/6小鼠体内。大约3 d后采取尾尖血制作血涂片,Giemsa染色检测染虫情况。约5 d后采集尾尖血至预冷的1×PBS中准备接种下一批小鼠,这批小鼠为第二代染虫小鼠。如此反复传三代,待虫株毒力稳定后,即可用于后续感染模型建立试验。

1.2.3 伯氏疟原虫ANKA株感染模型的建立   第三代染虫小鼠体内染虫率到达2%~3%时,取小鼠外周全血准备攻虫:64只雌性C57BL/6小鼠随机分为8组:0 d组、4 d组、7 d组、9 d组、11 d组、13 d组、16 d组和19 d组,每组8只。除8只健康小鼠(即0 d组)外,其余小鼠每只腹腔注射2×105个染虫红细胞,在相同的环境中饲养。

1.2.4 样本的采集   利用眼球采血的方法采集小鼠外周血,其中一部分放于抗凝管中用于免疫细胞的流式细胞术检测,一部分用于血清的分离。小鼠断颈处死,采取脾并称重。分离的血清置于-80 ℃冰箱保存,用于检测细胞因子。

1.2.5 脾单细胞悬液的制备   将脾放置于200目细胞筛,置于50 mL离心管上,边加PBS边用注射器尾部充分研磨;研磨好的细胞悬液转移至15 mL离心管中,1 500 r·min-1离心7 min,弃上清,根据沉淀体积加入3~10 mL的红细胞裂解液,充分震荡混匀,冰上孵育3~5 min;1 500 r·min-1离心7 min后弃掉上清,沉淀用10 mL的1×PBS重悬,重复2次。显微镜下计算细胞数量。

1.2.6 流式细胞术检测不同免疫细胞亚群   从每只小鼠采取的抗凝血中取出100 μL加入离心管中,之后加入相应的抗体组合,充分混匀;4 ℃避光孵育30 min后,加入红细胞裂解液裂解红细胞,冰上孵育3 min,1 500 r·min-1离心7 min后弃上清;加入1 mL 1×PBS重悬细胞,离心,弃上清;加入300 μL 1×PBS重悬细胞,将细胞悬液通过200目滤网,准备上机检测。

将脾细胞悬液调整每管细胞的终浓度为每100 μL含1×106个细胞;加入CD16/32抗体,冰上孵育10 min封闭Fc位点;将上述细胞每管取100 μL加入离心管中;加入相应的抗体组合,充分震荡混匀;4 ℃避光孵育30 min,离心,清洗3遍。最终,加入300 μL 1×PBS重悬细胞,细胞悬液通过200目滤网,上机检测。

1.2.7 血清中细胞因子(IFN-γ、TNF-α、IL-2、IL-6和IL-10)的检测   按照试剂盒说明书方法进行操作。

1.2.8 统计与分析   所有分析均使用GraphPad Prism 6进行。多组间比较时,采用双尾t检验或方差分析对结果进行分析。结果使用Excel进行计算,以“平均值±标准差(Mean±SD)”表示。P值小于0.05被认为具有统计学意义。

2 结果 2.1 感染伯氏疟原虫不同时期小鼠脾指数变化

图 2所示,感染伯氏疟原虫后小鼠的脾指数(脾指数=脾重量(mg)/体重(g)×10)在0~13 d逐渐升高(P<0.001);16~19 d小鼠脾指数不再继续升高,感染19 d小鼠与16 d小鼠相比,脾指数降低(P<0.05),但仍显著高于健康对照组(0 d组)(P<0.001)。

& . P < 0.05, ***. P < 0.001, *代表与0 d组进行比较;& 代表 19 d组与16 d组进行比较 & . P < 0.05, ***. P < 0.001, *indicates compared with the day 0 group, & indicates day 19 group compared with the day 16 group 图 2 小鼠感染伯氏疟原虫后脾指数的变化 Fig. 2 Spleen index of mice post infected with P. berghei
2.2 感染伯氏疟原虫不同时期小鼠脾中T细胞及T细胞表面Tim-3的表达情况

利用流式细胞术检测伯氏疟原虫ANKA株感染小鼠后脾T细胞主要亚群比例及Tim-3的表达情况的变化,图 3A为细胞圈门方案。与未感染组(0 d组)相比,感染4 d,小鼠脾CD3+CD4+ T细胞比例显著降低(P<0.001),且随感染时间的延长,除7 d外,脾CD3+CD4+ T细胞比例均显著低于0 d未感染组(图 3B)。与未感染组(0 d组)相比,小鼠脾CD3+CD8+ T细胞比例随感染时间的延长逐渐降低(P<0.001, 图 3C)。如图 3D图 3E所示,随感染时间延长,小鼠脾Tim-3+CD3+CD4+ T细胞和Tim-3+CD3+CD8+ T细胞比例逐渐升高(P<0.001)。为了进一步确认CD3+CD4+ T细胞和CD3+CD8+ T细胞表面Tim-3的表达情况,利用流式细胞术检测了这两种细胞表面Tim-3分子的平均荧光强度(median fluorescence intensity,MFI)。结果显示,Tim-3分子在CD3+CD4+ T细胞(图 3F) 和CD3+CD8+ T细胞(图 3G)表面的表达均逐渐增加。

A. 流式细胞圈门方案;B. CD3+CD4+ T细胞比例统计结果;C. CD3+CD8+ T细胞比例统计结果;D. Tim-3+CD3+CD4+ T细胞比例统计结果;E. Tim-3+CD3+CD8+ T细胞比例统计结果;F. Tim-3在CD3+CD4+ T细胞的表达变化;G. Tim-3在CD3+CD8+ T细胞的表达变化。*. P < 0.05, **. P < 0.01, ***. P < 0.001, *代表与0 d组进行比较。下图同 A. Flow cytometry gate strategy; B. Frequency of CD3+CD4+ T cells; C. Frequency of CD3+CD8+ T cells; D. Frequency of Tim-3+CD3+CD4+ T cells; E. Frequency of Tim-3+CD3+CD8+ T cells; F. Tim-3 expression on CD3+CD4+ T cells; G. Tim-3 expression on CD3+CD8+ T cells. *. P < 0.05, **. P < 0.01, ***. P < 0.001, * indicates compared with the day 0 group. The same as below 图 3 小鼠感染伯氏疟原虫后脾T细胞比例及其表面Tim-3表达变化 Fig. 3 The proportion of T cells and the expression of Tim-3 on the surface of certain cells in spleen of mice post infected with P. berghei
2.3 感染伯氏疟原虫不同时期小鼠外周血中T细胞及T细胞表面Tim-3的表达情况

采用流式细胞术检测伯氏疟原虫ANKA株感染小鼠的外周血T细胞主要亚群比例及Tim-3的表达情况的变化。结果显示:与未感染组(0 d组)相比,感染4 d,小鼠外周血CD3+CD4+ T细胞比例显著升高(P<0.001),在感染第7和第9天又逐渐降低(P<0.001),在感染第16和第19天逐渐升高(P<0.01),整体呈先降低后升高的趋势(图 4A);与未感染组(0 d组)相比,感染4 d小鼠外周血CD3+CD8+ T细胞比例显著降低(P<0.001),在感染的第7和第9天又逐渐升高(P<0.001),在感染的第16和第19天均发生降低(P<0.05、P<0.001),整体呈先升高后降低的趋势(图 4B)。如图 4C图 4D所示,随感染时间的延长,小鼠外周血Tim-3+CD3+CD4+ T细胞和Tim-3+CD3+CD8+ T细胞比例均呈先升高后降低的趋势(P<0.01),但感染末期Tim-3+CD3+CD4+ T细胞和Tim-3+CD3+CD8+ T细胞的比例仍显著高于未感染组(0 d组)。利用流式细胞术检测的外周血中这两种细胞表面Tim-3分子的MFI,如图 4E图 4F所示:Tim-3分子在CD3+CD4+ T细胞和CD3+CD8+ T细胞表面的表达均呈先升高后降低的趋势,但感染末期Tim-3分子的表达量也均高于未感染组(0 d组)。

A. CD3+CD4+ T细胞比例统计结果;B. CD3+CD8+ T细胞比例统计结果;C. Tim-3+CD3+CD4+ T细胞比例统计结果;D. Tim-3+CD3+CD8+ T细胞比例统计结果;E. Tim-3在CD3+CD4+ T细胞的表达变化;F. Tim-3在CD3+CD8+ T细胞的表达变化 A. Frequency of CD3+CD4+ T cells; B. Frequency of CD3+CD8+ T cells; C. Frequency of Tim-3+CD3+CD4+ T cells; D. Frequency of Tim-3+CD3+CD8+ T cells; E. Tim-3 expression on CD3+CD4+ T cells; F. Tim-3 expression on CD3+CD8+ T cells 图 4 小鼠感染伯氏疟原虫后外周血T细胞比例及其表面Tim-3表达变化 Fig. 4 The proportion of T cells and the expression of Tim-3 on the surface of certain cells in peripheral blood of mice post infected with P. berghei
2.4 感染伯氏疟原虫不同时期小鼠脾中NK细胞及NK细胞表面Tim-3的表达情况

利用流式细胞术检测小鼠脾中NK细胞及NK细胞表面Tim-3的变化,图 5A为流式圈门方案。如图 5B所示:与未感染组(0 d组)相比,感染4 d,小鼠脾CD3-NK1.1+细胞比例显著降低(P<0.001),感染第11天比例降到最低(P<0.001),感染第13~19天逐渐升高,但CD3-NK1.1+细胞的比例仍显著低于未感染组(0 d组)。与未感染组(0 d组)相比,感染4 d,小鼠脾Tim-3+CD3-NK1.1+细胞的比例显著升高(P<0.01),感染的第11天比例升到最高(P<0.001),随后逐渐降低,但感染后期脾Tim-3+CD3-NK1.1+细胞仍显著高于未感染组(图 5C)。在感染疟原虫后,小鼠脾CD3-NK1.1+细胞细胞表面的Tim-3分子的表达量均显著高于未感染组(图 5D)。

A. 流式细胞圈门方案;B. CD3-NK1.1+细胞比例统计结果;C. Tim-3+CD3-NK1.1+细胞比例统计结果;D. Tim-3在CD3-NK1.1+细胞的表达变化。*. P < 0.05, **. P < 0.01, ###、***. P < 0.001, *.代表与0 d组进行比较,#.代表 19 d组与16 d组进行比较 A. Flow cytometry gate strategy; B. Frequency of CD3-NK1.1+ cells; C. Frequency of Tim-3+CD3-NK1.1+ cells; D. Tim-3 expression on CD3-NK1.1+ cells. *. P < 0.05, **. P < 0.01, ###, ***. P < 0.001, *. Indicates compared with the day 0 group, #. Indicates day 19 group compared with the day 16 group 图 5 小鼠感染伯氏疟原虫后脾NK细胞比例及其表面Tim-3表达变化 Fig. 5 The proportion of NK cells and the expression of Tim-3 on the surface of certain cells in spleen of mice post infected with P. berghei
2.5 感染伯氏疟原虫不同时期小鼠外周血中NK细胞及NK细胞表面Tim-3的表达情况

小鼠外周血中CD3-NK1.1+细胞的比例在感染后第4天发生显著升高(P<0.05),随后降低,直至感染末期,且在感染的第9~19天,CD3-NK1.1+细胞的比例均显著低于未感染组(P < 0.001, 图 6A)。外周血Tim-3+CD3-NK1.1+细胞的比例在感染后显著升高(P<0.001,图 6B)。流式细胞术MFI结果显示:外周血中,CD3-NK1.1+细胞表面Tim-3分子的表达量呈不规则升高趋势,感染末期升至最高(图 6C)。

A. CD3-NK1.1+细胞比例统计结果;B. Tim-3+CD3-NK1.1+细胞比例统计结果;C. Tim-3在CD3-NK1.1+细胞的表达变化。*. P < 0.05, **. P < 0.01, ***. P < 0.001, *.代表与0 d组进行比较 A. Frequency of CD3-NK1.1+ cells; B. Frequency of Tim-3+CD3-NK1.1+ cells; C. Tim-3 expression on CD3-NK1.1+ cells. *. P < 0.05, **. P < 0.01, ***. P < 0.001, *. Indicates compared with the day 0 group 图 6 小鼠感染伯氏疟原虫后外周血NK细胞比例及其表面Tim-3表达变化 Fig. 6 The proportion of NK cells and the expression of Tim-3 on the surface of certain cells in peripheral blood of mice post infected with P. berghei
2.6 血清中细胞因子IFN-γ、TNF-α、IL-2、IL-6和IL-10的检测结果

利用细胞因子微球检测技术检测了小鼠血清中IFN-γ、TNF-α、IL-2、IL-6和IL-10的分泌情况。如图 7A图 7F,感染疟原虫后的第4天,血清中IFN-γ的分泌急剧增多,且差异极显著(P<0.001),之后逐渐降低,直至感染的第13~19天, IFN-γ的分泌量与未感染组几乎相同(P>0.05);图 7B图 7F为血清中IL-2的分泌情况,结果显示感染疟原虫后的第4~19天,血清中IL-2的分泌量均显著高于未感染组(P<0.05);如图 7C图 7D图 7F所示,感染疟原虫后,小鼠血清中IL-6和TNF-α的分泌均出现了先升高后降低的趋势(P<0.05)。血清中IL-10的含量在小鼠感染疟原虫后逐渐升高,且在感染末期达到最高(P<0.001, 图 7E图 7F)。

A~E. 血清中细胞因子IFN-γ、IL-2、IL-6、TNF-α和IL-10的检测结果统计;F. 对血清中IFN-γ、IL-2、IL-6、TNF-α和IL-10检测数据进行的热图分析结果。*. P < 0.05, **. P < 0.01, ***. P < 0.001, *.代表与0 d组进行比较 A-E. Secretion level statistics of IFN-γ, IL-2, IL-6, TNF-α and IL-10 in mice serum, respectively; F. Heat map analysis of IFN-γ, IL-2, IL-6, TNF-α and IL-10 in mice serum. *. P < 0.05, **. P < 0.01, ***. P < 0.001, *. Indicates compared with the day 0 group 图 7 小鼠感染伯氏疟原虫后血清中细胞因子的变化 Fig. 7 Changes of cytokines in serum of mice infected with P. berghei
3 讨论

脾是机体重要的免疫器官,在机体的造血和免疫监视功能中都起着非常重要的作用,脾肿大可能是严重疾病的第一个征兆[17]。本研究发现,在感染疟原虫第4天小鼠脾肿大非常明显,且随感染时间的延长,小鼠脾持续增大。脾的功能之一是清除异常红细胞,因此,这可能意味着在感染疟原虫的小鼠脾中存在更多的受感染红细胞。此外,本研究发现感染疟原虫小鼠脾非淋巴细胞亚群的细胞比例显著增多,而已有研究表明,脾肿大与非淋巴细胞(例如中性粒细胞)的脾浸润有关[17],这也可能是导致本研究中小鼠脾增大的原因之一。

T细胞是清除红内期疟原虫的重要组成部分[5],可产生如IFN-γ和TNF-α等促炎细胞因子,从而引发巨噬细胞和其他组分的抗寄生虫免疫应答[7]。本研究显示, 外周血T细胞,尤其是CD3+CD8+ T细胞在感染前期显著升高,而血清中的IFN-γ的分泌量也在此时达到最高。除T细胞外,IFN-γ也可由NK细胞产生,是NK细胞清除疟原虫所必需的细胞因子[18],NK细胞通过细胞毒性和产生促炎细胞因子来破坏受损、功能失调或被感染的宿主细胞,从而控制疟原虫感染的进程[9]。本研究发现,感染早期外周血NK细胞的比例也达到了最高。具有抗虫活性的TNF-α也可通过活化的巨噬细胞分泌[19-20]。IL-2也是一种促炎细胞因子,因其具有促进T细胞体外增殖和分化的能力而被命名为T细胞生长因子(T cell growth factor,TCGF)。IL-2主要由活化的T细胞产生,尤其是活化的CD4+T细胞[21]。IL-6主要由单核巨噬细胞、Th2细胞、血管内皮细胞、成纤维细胞等产生,可与IL-1一起协同促进T细胞增殖,它还可促使B细胞分化。疟原虫红内期感染期间,IL-6可以促进CD4+ T细胞活化和B细胞应答反应及分化,刺激早期疟原虫特异性IgM的产生,是疟原虫感染期间免疫应答的重要组成部分[22]。在本研究中,血清IFN-γ、IL-2、IL-6和TNF-α的分泌在感染疟原虫后显著升高,在感染后4、7或9 d达到最高水平,表明机体此时在进行积极的抗虫免疫反应。

然而,疟原虫感染会引起T细胞的耗竭[23]。已有研究表明,在疟原虫感染中,表达Tim-3的T细胞亚群比例升高,而阻断Tim-3可增强宿主介导的细胞免疫应答反应[13]。Tim-3作为一种免疫抑制分子,在包括T细胞、NK细胞、巨噬细胞和单核细胞等多种免疫细胞上均有表达。在对荷瘤小鼠的研究中发现,抗Tim-3抗体可减弱小鼠对抗PD-1治疗产生耐药性[24]。也有研究表明,给感染日本血吸虫的小鼠注射Tim-3-Fc融合蛋白,表达IFN-γ的CD4+ T细胞的比例会增加,表明Tim-3抑制了机体的Th1型免疫反应[11]。本研究发现,在感染疟原虫后小鼠脾和外周血T细胞和NK细胞表达的Tim-3的水平均出现升高趋势,虽然Tim-3分子在外周血CD3+CD4+ T细胞和CD3+CD8+ T细胞表面的表达均呈现了先升高后降低的趋势,但感染末期Tim-3分子的表达量仍高于未感染小鼠。有研究表明,Tim-3在抑制细胞因子(如TNF和INF-γ)的表达方面也发挥着关键作用[25]。在多发性硬化和结肠直肠癌的小鼠模型中,Tim-3和IL-10的升高伴随着IFN-γ和TNF-α表达的减少[26]。此外,由Th2细胞产生的IL-10也可抑制IL-2、IL-12和IFN-γ的分泌,并降低树突状细胞的抗原提呈和MHC Ⅱ类分子表达[27]。也有研究发现,在约氏疟原虫感染的小鼠中,IL-10和TGF-β的产生与高寄生虫血症和严重贫血有关[28]。在本研究中,Tim-3分子的持续升高表达以及血清中IL-10的急剧持续升高可能是引起IFN-γ、TNF-α和IL-6在感染中期和后期逐渐降低的原因之一。表明感染后期,机体的免疫抑制过程加剧,这也可能是机体免疫反应最终未能成功杀灭疟原虫的原因之一。

4 结论

综上,本研究结果表明,感染疟原虫后,小鼠的T细胞与NK细胞介导的免疫应答反应发挥了一定的杀伤作用,在感染前期有一些促炎细胞因子如IFN-γ、TNF-α、IL-2和IL-6参与了抗疟原虫免疫,但由于Tim-3免疫检查点分子及一些发挥免疫抑制作用的细胞因子(IL-10)的过度表达,推测这可能导致小鼠在感染后期处于过度的免疫抑制状态,从而有利于疟原虫逃避宿主的免疫捕杀作用。这提示从宿主免疫抑制角度出发,针对抗疟原虫免疫反应方面设计药物具有重要意义。

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(编辑   范子娟)