生命早期营养与抗感染免疫研究

　　营养免疫学论文（课题范文8篇）之第六篇

　　摘要：决定人类健康的两大重要因素是遗传 (基因) 和环境。基因表达的正确方式、部位和强度是个体健康的保证, 而环境是影响基因表达的重要因素。环境因素极为复杂, 其中营养在生命早期对基因表达的影响尤为重要。健康和疾病的发育起源 (developmental origins of health and disease, DOHaD) 或称为“Barker”理论指出:出生前后的营养失衡与很多健康问题, 如免疫性疾病、骨质疏松、糖尿病、原发性高血压、心脏病和脑卒中等相关[1,2]。流行病学资料证实, 营养不良是婴儿和儿童致死性感染的重要原因, 其作用机制迄今尚不完全清楚。营养素可能从两个方面影响个体的免疫功能:一方面作为构成免疫系统 (细胞、组织及生化分子) 的物质基础, 另一方面也是免疫反应的调节因子。

　　关键词：生命早期,营养与抗感染免疫,营养免疫学

　　1生命早期免疫功能的特点

　　围生期个体的免疫功能已经发育, 肠道抗原递呈细胞 (antigen-presenting cell, APC) 早在胎儿妊龄为14～16孕周既表达功能性标记, T细胞也呈现受体的帽状形成 (表明已经成熟) 。虽然新生儿免疫系统的生物学发育已经完成, 但胎儿处于母体宫内无菌环境中, 尚未接触过外来抗原刺激, 除自然杀伤 (natural killer, NK) 细胞数量和功能已达到, 甚至超过正常成年人水平外, 其他固有免疫防御功能均极为低下, 表现为新生儿局部 (黏膜和上皮系统) 抗感染功能低;肠淋巴组织不完善;缺乏适当的细胞因子和Toll样受体 (Toll-like receptors, TLR) 刺激, 致使巨噬细胞功能降低;血清补体浓度低;中性粒细胞趋化、吞噬和杀菌功能不足。新生儿适应性 (特异性) 免疫功能更差, 缺乏特异性记忆淋巴细胞, 抗感染细胞免疫功能低。新生儿在各种微生物肠道定植或入侵刺激后, 逐渐获得识别和消灭病原体并保护自身组织的免疫能力。

　　新生儿免疫功能的另一特点是辅助性T细胞 (helper T cell, Th) 的Th1/Th2免疫失衡, Th2免疫反应增强而Th1免疫反应低下。这是一种生理性保护作用, 可避免母婴排斥和有利于免疫系统对自身组织的耐受。Th1/Th2免疫反应失衡的机制可能为:胎盘因子的介导作用, 脐血单核细胞、巨噬细胞与树突状细胞抗原递呈、表达共刺激因子及TLR信息传递障碍, 导致细胞因子产生不足。胎儿的调节性T细胞 (regulatory T cell, Tr) 活化增强, 也是胎儿免疫功能处于抑制状态的原因[3]。

　　上述新生儿免疫功能低下的特点, 导致新生儿期易于感染;一旦感染, 则易于扩散;Th2功能亢进, 使新生儿处于过敏状态, 容易发生变态反应性疾病。个体在此阶段, 除反复接受各种微生物刺激以促进免疫功能外, 适当的营养素供给 (喂养) 是保证其免疫功能正常发育的重要保证。

　　2生命早期营养特点与抗感染免疫

　　母乳可满足6个月内婴儿除维生素D和铁外的所有营养需要, 为婴儿营养的金标准。母乳中的抗感染物质[4]包括淋巴细胞、吞噬细胞、分泌型IgA和IgM、补体、乳铁蛋白、溶菌酶、防御素、可溶性CD14、抗病毒脂质和补体成分, 可对抗肠道致病微生物, 下调肠道炎症反应, 减少黏膜损伤。母乳中的一些细胞因子[5]和生长因子可直接作用于黏膜上皮细胞, 参与免疫调控;而母乳中的另一些因子具有间接免疫调节作用, 如白细胞介素 (interleukin, IL) -7对胸腺的调节, 寡糖 (益生元) 可促进肠道益生菌生长, 免疫调节剂可促进对无害抗原的耐受。母乳中的抗炎物质包括抗氧剂, 如维生素A和C、蛋白酶抑制剂和抗炎性细胞因子。这些因子覆盖于黏膜表面, 独立于黏膜免疫系统, 具有广泛抗微生物效应, 可避免肠道感染和抑制黏膜异常免疫反应, 促进成熟免疫系统的建立。近年发现母乳与人体其他体液一样, 存在微小RNA (miRNA) , 可通过表观遗传方式, 调控基因表达, 从而调节机体免疫功能[6]。

　　流行病学资料显示, 母乳喂养能降低婴儿死亡率, 减少腹泻, 呼吸道、泌尿道感染和中耳炎发病率[7]。母乳喂养对个体几乎无禁忌证, WHO提出母乳喂养应至少持续至生后6个月[8]。哺乳期母体的营养甚为重要, 母乳中一些微量营养素, 如维生素B, A和碘直接与母体水平有关。母体缺乏将影响母乳的营养成分, 导致婴儿微量营养素缺乏和免疫功能低下[9]。

　　胎儿肠道处于无菌状态, 出生后即刻发生以母体肠道菌群为主的细菌定植。婴儿肠道细菌定植受分娩方式和婴儿喂养的影响。剖宫产使新生儿不能接触母体肠道菌群, 母乳喂养婴儿肠道的优势菌群为益生菌分歧杆菌和乳酸杆菌, 配方奶喂养的婴儿则主要为肠拟杆菌, 甚至肠道致病菌[10]。母乳中含高浓度寡糖 (益生元) , 在肠道内发酵可促进肠分歧杆菌生长;其他具有益生元功能的成分包括酪蛋白、α乳白蛋白、乳铁蛋白及核苷酸[11]。益生菌抗感染的机制为与致病菌竞争结合上皮细胞, 影响上皮细胞间的紧密结合处。肠道菌群与TLR结合以决定免疫反应的方式 (Th1或Th2反应) 和强度[12]。乳酸杆菌作用于树突状细胞, 可促进Tr细胞诱导对非致病性细菌的耐受。肠道菌群失调可发生变态反应性疾病[13]。添加益生元和益生菌有利于肠道维持正常菌群:增强分歧杆菌, 减少致病菌。文献报道, 益生菌可减少和缩短腹泻病程[14], 降低下呼吸道感染发生率[15], 但其效果并未确认。益生菌是否能改善变态反应性疾病亦尚存争议。供给母体益生菌可改变婴儿肠道菌群和母乳的免疫调节功能, 但对婴儿免疫功能的影响较小。研究发现, 益生元较益生菌更能促进产生分泌型IgA, 降低消化道和反复上呼吸道感染的发病率[16]。给予母体益生元可改善其肠道菌群, 但并不改变新生儿肠道菌群和脐血的免疫指标。

　　蛋白质-热能营养不良可引起黏膜屏障功能降低, 导致病菌易于进入宿主;使补体活化、巨噬细胞、树突状细胞和抗体反应也低下, 外周血T细胞数和活性标记低下, 记忆性T细胞降低, IL-12分泌减少[17]和胸腺变小伴CD8T/NK细胞增高。这些免疫障碍可持续至个体出生后1年以上, 并增加腹泻和肺炎的发病率和病死率。营养不良和感染互为因果, 形成恶性循环, 感染可进一步加重营养不良和生长延迟, 并与个体成年期感染和炎症的发生率和病死率相关。母体孕期蛋白质营养不良可导致低出生体重儿发生率升高, 增加婴儿感染率[18], 并可致个体永久性免疫缺陷, 而且不受生后营养素供给的影响。不仅如此, 母体营养不良不但可引起子代免疫缺陷, 还可能引起再下一代的免疫障碍。这种隔代影响的机制可能与表观遗传有关[19]。

　　微量营养素也是影响个体免疫功能的重要因素, 若缺乏将导致免疫功能低下:铁缺乏可损伤中性粒细胞、NK细胞杀伤功能及T细胞增殖反应, 并趋向于Th2型免疫反应。然而, 此时是否给予婴儿和儿童补充铁剂尚存争议, 因为细菌繁殖也需铁。例如, 肠道乳铁蛋白的抗菌作用, 即为结合肠腔内铁, 造成缺铁环境, 轻度缺铁有抗疟疾作用。WHO主张对营养不良儿童应在使用广谱抗菌药物和食欲恢复正常后, 才开始补充铁。母孕期患缺铁性贫血, 虽可持续将铁转运给胎儿, 但婴儿在6～9个月时发生铁缺乏的危险增大[20]。婴儿期最佳铁补充的方案尚待研究。

　　锌缺乏可引起淋巴细胞增殖和功能损伤, 包括细胞免疫反应异常向Th2反应偏移和胸腺萎缩。适当补充锌可纠正这些免疫功能障碍。个体锌缺乏非常常见, 累及全球1/3人群, 特别是蛋白质营养不良儿童。新近的系统研究发现, 对腹泻儿童补充锌, 可明显缩短病程[21]。WHO将此作为腹泻的常规处理。然而, 对不足6个月的婴儿, 补充锌的效果并不清楚, 甚至有延长腹泻的报道。补充锌辅助治疗肺炎的效果, 文献报道亦不一致, 2项研究显示可加速个体康复, 多数报道则显示无效, 而有报道认为对严重肺炎患儿甚或有害。虽然对1岁内婴儿常规补锌可减少感染发生率, 但并不能改善其病死率。锌在婴儿体内的代谢受胎龄、出生体重和喂养方式等影响, 目前精确评估个体体内锌的状况尚困难。

　　维生素A可维持黏膜完整性, 若缺乏, 则易发生呼吸道、胃肠道和眼部感染。维生素A缺乏影响吞噬细胞、NK细胞及Th1, 特别是Th2的功能。临床研究表明, 常规供给维生素A可减轻麻疹和腹泻患儿的病情[22], 降低疟疾发病率, 但补充维生素A对呼吸系统疾病的影响尚无定论。对于小于6个月婴儿常规供给维生素A或许可提高其存活率, 但也有认为无效, 甚至有增高呼吸道感染发生率的文献报道。

　　维生素D可促进Th2和Tr的信息传递, 增强单核细胞和巨噬细胞抗分枝杆菌能力。维生素D亚临床缺乏 (无佝偻病表现) 可致肺炎发病率增高[23]。单剂维生素D可明显提高固有免疫系统抗分枝杆菌能力。亚临床维生素D缺乏广泛存在于全球范围人群中, 特别是婴儿中。胎儿维生素D储存量主要依赖于母体, 母乳中维生素D含量低。至今临床尚无最佳的维生素D补充方案。

　　其他微量营养素也对个体免疫系统发育有影响, 如硒缺乏常伴发变态反应性疾病, 是因细胞免疫反应低下而易导致个体病毒感染之故[24]。我国婴幼儿爆发性心肌炎 (克山病) 可能是地区性硒缺乏伴发病毒性心肌炎之故[25]。铜、镁、抗氧剂维生素C/E和其他微量营养素均可影响个体的免疫功能。

　　中低收入国家的一般婴儿饮食常发生多种微量营养素缺乏, 此时补充单一微量营养素难以改善个体的免疫功能。此外, 单一微量营养素缺乏或过量, 将影响个体对其他微量营养素的吸收和生物利用度。这给研究单一微量营养素对免疫功能的影响带来极大的困难, 因而更多考虑平衡与多种微量营养素的供给, 特别应注重孕期的多种微量营养素平衡[26]。妊娠妇女的代谢和营养负担明显增加, 特别在发展中国家是一个亟待解决的问题;胎儿对微量营养素缺乏极为敏感, 可导致低出生体重儿 (有别于蛋白质营养不良所致的低出生体重) 的发生。孕期补充微量营养素的效果迄今尚无定论, 近期的系统回顾性研究发现:与单一补充铁和叶酸比较, 孕期补充多种微量营养素并不能降低低出生体重儿发生率及其围生期病死率, 但也有可降低低出生体重发生率和改进新生儿体质的文献报道[27]。

　　饮食中的脂质具有免疫调节作用。n-3多不饱和脂肪酸 (polyun-saturated fatty acid, PUFA) 对免疫活性的调节作用引起临床广泛关注[28]。补充n-3 PUFA可影响免疫功能的动物实验和临床观察结果并不一致, 多数为下调免疫反应, 包括抑制NK细胞、T细胞 (特别是Th1) 功能和延迟变态反应, 也有相反结果。对花生四烯酸代谢产物的竞争性拮抗作用和形成抗炎症因子“消退素” ("resolvin") 或许参与免疫下调[29]。临床关注n-3 PUFA与儿童变态反应性疾病的发病率和严重度的关系, 补充n-3 PUFA可降低个体18个月时的喘息发作[30], 但并不影响儿童哮喘发生率。母体孕期补充n-3 PUFA可降低婴儿变态反应性疾病的发生率[31]。母体患变态反应性疾病, 其母乳中的n-3/n-6 PUFAs发生变异, 可使婴儿变态反应性疾病发生率升高。对哺乳期母体或婴儿补充n-3 PUFA, 可增加淋巴细胞体外产生干扰素 (interferon, IFN) , 该作用可持续达2年, 而明显降低个体的感染发生率。由于n-3 PUFA的免疫下调作用, 可能减轻个体脓毒血症的严重程度[32]。n-6/n-3 PUFA失衡 (>30∶1) 可能导致感染性免疫病理性损伤, 补充n-3 PUFA或许可减轻因感染引起的疾病过程。

　　3小结

　　出生前、后的营养状况将明显影响婴儿的抗感染免疫功能。母乳喂养是最佳的营养选择, 给予哺乳期和孕妇适当营养素补充, 可加强个体婴儿期免疫功能, 但其效果和潜在危害尚有待研究。婴儿营养不良 (包括蛋白质营养、多种微量营养素和脂质营养不良) 影响抗感染免疫功能的机制, 迄今尚不完全清楚。观察临床营养素干预前、后一系列复杂的生物学标记物 (基因表达产物) 变化, 有助于了解其机制。进一步研究还应涉及营养素补充剂量与代谢储存的关系, 营养素从母体向胎儿的转运状态等。若无这些研究资料, 则很难回答补充营养素的最佳剂量、营养素合理搭配和制定营养常规方案等问题。研究提示, 并非简单的单一营养素补充能逆转个体的抗感染免疫功能, 应继续研究产前和婴儿营养不良对抗感染免疫功能的影响, 以便进一步建立接近平衡, 而且相对合理的营养素干预方案, 保证婴儿健康成长。

　　参考文献
　　[1]Barker JD, Osmond C.Infant mortality, childhood nutrition, and ischaemic heart diseases in England and Wales[J].Lancet, 1968, 1 (8489) :1077-1081.
　　[2]Barker JD.The origins of the developmental origins theory[J].J Intern Med, 2007, 261 (5) :412-417.
　　[3]Michae¨lsson J, Mold JE, McCune JM, et al.Regulation of T cell responses in the developing human fetus[J].J Immunol, 2006, 176:5741-5748.
　　[4]Castellote C, Casillas R, Ramírez-Santana C.Premature delivery influences the immunological composition of colostrum and transitional and mature human milk[J].J Nutr, 2011, 141 (6) :1181-1187.