水痘－帶狀皰疹病毒研究進(jìn)展

高睿迪 楊慧蘭 劉仲榮 樊建勇

·綜述·

水痘－帶狀皰疹病毒研究進(jìn)展

高睿迪 楊慧蘭 劉仲榮 樊建勇

水痘－帶狀皰疹病毒(VZV)可引起水痘及帶狀皰疹,幼年及老年較常見,目前對其分子機制、免疫機制以及疫苗研發(fā)的研究居多。本文針對近年來VZV致病情況、免疫機制及疫苗的相關(guān)研究作一綜述。

水痘－帶狀皰疹病毒； 水痘； 帶狀皰疹； 免疫

近年來帶狀皰疹發(fā)病率逐漸增高,部分患者在抗病毒治療的同時可能發(fā)生嚴(yán)重并發(fā)癥,復(fù)發(fā)性帶狀皰疹病例頻繁報道,1這些都與人類未能充分認(rèn)識帶狀皰疹的致病機制及免疫特點有關(guān),為設(shè)計更有效的抗病毒方案,指導(dǎo)疫苗研發(fā),現(xiàn)對水痘－帶狀皰疹病毒(VZV)致病機制、免疫特點等進(jìn)行綜述。

1 水痘－帶狀皰疹病毒的微觀生物學(xué)

水痘－帶狀皰疹病毒(varicella－zoster virus, VZV),為水痘、帶狀皰疹的病原體,目前認(rèn)為屬3型人類皰疹病毒(HHV3),是一種直徑150～200 nm的DNA病毒,中央為雙鏈DNA,表面為對稱的20面體,外面附一層包膜,具有親皮膚和神經(jīng)的特性。VZV基因組中包含70多種開放讀碼框(open reading frame, ORF),編碼不同蛋白質(zhì),目前對包膜糖蛋白gE(分子質(zhì)量最大,在包膜上含量最高)研究較為深入,gE由ORF68編碼,介導(dǎo)病毒的細(xì)胞黏附、穿入、融合及病毒在細(xì)胞間的傳導(dǎo),包含與中和相關(guān)的表位,是制備病毒亞單位疫苗和DNA疫苗的主要候選抗原。2VZV核酸DNA包含71個基因,約編碼67種蛋白質(zhì),按IE、E、L依次進(jìn)行表達(dá)。病毒侵入后首先轉(zhuǎn)錄IE基因,編碼主要的病毒轉(zhuǎn)錄因子；E基因的表達(dá),提供病毒基因組復(fù)制的絕大部分必要配件；DNA合成后,L基因開始編碼,表達(dá)主要病毒顆粒的結(jié)構(gòu)蛋白及糖蛋白。病毒在潛伏狀態(tài)時只表達(dá)IE、E和ORF63及0RF62蛋白,L基因不表達(dá),此時,病毒低水平復(fù)制,受到機體免疫系統(tǒng)控制。3

2 VZV的致病情況

2.1 帶狀皰疹的臨床現(xiàn)狀 VZV在初次感染或隱性感染后,會潛伏于脊髓后根神經(jīng)節(jié)中,受刺激再次激活引起帶狀皰疹。隨著糖皮質(zhì)激素及免疫調(diào)節(jié)類藥物的使用,帶狀皰疹的發(fā)生率逐年升高,并趨于年輕化,日本一項調(diào)查顯示,1998－2008年日本國內(nèi)平均帶狀皰疹發(fā)病率為4.15/(1000人·年),逐年升高。4在美國,約90%成人對帶狀皰疹易感,約30%的人一生中至少會患1次帶狀皰疹,5由此產(chǎn)生的醫(yī)療負(fù)擔(dān)也不容忽視,美國每年約有100萬帶狀皰疹新發(fā)病例,其中5～6萬患者需要住院治療。6

帶狀皰疹屬于不完全免疫,正常人僅有4%復(fù)發(fā)率,7但對于免疫功能異常的患者(紅斑狼瘡、癌癥、移植術(shù)后使用免疫抑制劑的患者),復(fù)發(fā)率會增高。移植術(shù)后患者固體器官帶狀皰疹的總發(fā)病率為8.6%,其中肝移植5.7%,腎移植7.4%、肺移植15.1%,心臟移植16.8%。8紅斑狼瘡患者帶狀皰疹總發(fā)病率為4.45%,年發(fā)病率6.4/(1000人·年)。9

2.2 VZV的潛伏與復(fù)發(fā) 皰疹病毒可在人體內(nèi)終生潛伏,外因影響下再次發(fā)作。VZV可以沿著人類神經(jīng)軸(顱神經(jīng)、脊神經(jīng)、自主神經(jīng)等)潛伏,其含量在30～3500拷貝/100 ng總神經(jīng)節(jié)DNA,含量的多少與初次感染(即水痘)的嚴(yán)重程度明顯相關(guān)。10與感染相關(guān)的潛伏基因包括21、29、62、63、66位基因,其中第63位基因是目前研究較多的基因,11其編碼的即刻早期蛋白63(IE63)是在潛伏感染的人類神經(jīng)節(jié)中最早檢測出的VZV蛋白,隨后檢測出第62、66以及第4、21、29基因編碼的蛋白。12

2.3 VZV的致病過程 水痘－帶狀皰疹病毒通過飛沫或空氣傳播,因此低免疫力人群(多數(shù)為兒童)可能僅因咳嗽或呼吸感染水痘。13初次感染后病毒進(jìn)入皮膚的感覺神經(jīng)末梢,沿著脊髓后根或三叉神經(jīng)節(jié)神經(jīng)纖維向中心移動,以一種持久潛伏的形式長期存在于脊神經(jīng)或顱神經(jīng)感覺神經(jīng)節(jié)中。當(dāng)人體免疫力低下或受到一些非特異性刺激(如:感冒、勞累、飲酒、患病、月經(jīng)等)后,病毒再次活動,生長繁殖,導(dǎo)致受侵犯的神經(jīng)節(jié)發(fā)炎或壞死,產(chǎn)生神經(jīng)痛,同時再活動的病毒從一個或數(shù)個相鄰的神經(jīng)節(jié)沿相應(yīng)的感覺神經(jīng)纖維傳播到皮膚,造成單側(cè)分布的紅斑基礎(chǔ)上的簇集性水皰(即帶狀皰疹)。

2.4 VZV DNA的檢測 由于檢測方法及檢測人群的不同,VZV的陽性率波動范圍很大(16%～100%),且在正常個體體內(nèi)也可以檢測到VZV DNA。13帶狀皰疹后遺神經(jīng)痛(PHN)患者體內(nèi)存在VZV DNA的陽性表達(dá),推測有較高水平的VZV存在于PHN患者的神經(jīng)節(jié)中,且會不斷的滲入外周血單個核細(xì)胞內(nèi)。14VZV DNA不僅存在于血液、皰液中,在患者的分泌液中也存在,在疾病早期,患者唾液中VZV DNA載量可能與疼痛程度有重要聯(lián)系。15Quinlivana等持續(xù)隨訪帶狀皰疹患者,發(fā)現(xiàn)在帶狀皰疹急性期后的第6個月,仍能在絕大多數(shù)患者的全血中檢測出VZV DNA,且含量高低與神經(jīng)癥狀恢復(fù)的時間長短有一定的相關(guān)性。16

2.5 VZV感染后并發(fā)癥 VZV初次感染(即水痘),并發(fā)癥較少,最嚴(yán)重的可出現(xiàn)病毒性腦膜炎,但發(fā)生率極低。當(dāng)病毒潛伏復(fù)發(fā)造成帶狀皰疹后,可出現(xiàn)PHN、病毒性血管病變、病毒性脊髓病變、病毒性視網(wǎng)膜壞死等。其中以PHN最為常見,60歲以上的帶狀皰疹患者約40%皮疹痊愈后會出現(xiàn)PHN。17PHN的病因及病理尚不十分清楚,可能因細(xì)胞及組織的破壞造成了受累神經(jīng)節(jié)瘢痕的形成,破壞傳入神經(jīng)纖維,尤其是C型傷害感受器。18也有學(xué)者在PHN患者血液中檢測到VZV DNA以及病毒蛋白,一些PHN患者使用抗病毒治療可以取得一定效果,19所以PHN也有可能是由于病毒造成輕度的神經(jīng)炎,從而引起神經(jīng)損害。其他的并發(fā)癥如血管病變、脊髓病變、視網(wǎng)膜壞死等發(fā)生率較低,且特異性不高。

3 VZV免疫機制研究進(jìn)展

3.1 T細(xì)胞亞群 感染VZV后,丙種球蛋白缺乏癥的患兒僅表現(xiàn)出單純的水痘；而T細(xì)胞缺乏的患兒則合并嚴(yán)重并發(fā)癥,表明T細(xì)胞免疫在機體對抗VZV初次感染及再活化過程中發(fā)揮重要作用。20在人淋巴組織重建聯(lián)合免疫缺陷小鼠模型(SCID－h(huán)u mouse model)中,VZV對于人類CD4＋及CD8＋T細(xì)胞有嗜淋巴細(xì)胞特性,其致病機制與其他嗜淋巴及嗜神經(jīng)性的皰疹病毒類似。21研究發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞能識別多種蛋白(糖蛋白、病毒粒子的調(diào)節(jié)蛋白、結(jié)構(gòu)蛋白以及病毒復(fù)制所需的非結(jié)構(gòu)蛋白),且在VZV初次感染或疫苗接種后的數(shù)十年仍能持續(xù)存在。22在艾滋病患者中,VZV是在CD4＋T細(xì)胞下降后首發(fā)的機會性感染。23

T細(xì)胞數(shù)量和功能發(fā)生異常時,可使機體感染病毒的機會增加。曾有許多學(xué)者對帶狀皰疹患者進(jìn)行了外周血T細(xì)胞亞群的檢測,結(jié)果顯示,CD4＋、CD3＋T細(xì)胞顯著降低,CD8＋T細(xì)胞有升高趨勢,CD4/CD8比值下降,CD4＋T細(xì)胞改變早于CD3＋T細(xì)胞和CD8＋T細(xì)胞,推測CD4＋T細(xì)胞功能受抑制是長期潛伏于神經(jīng)后根的VZV再活化的主要原因,24同時CD4＋T細(xì)胞表面CD28表達(dá)率也顯著降低,說明帶狀皰疹患者不僅存在CD4＋T細(xì)胞數(shù)量進(jìn)行性減少,還存在活化功能障礙。25

3.2 細(xì)胞因子變化 由于VZV有許多ORF,分別編碼不同的病毒蛋白,在發(fā)病過程中發(fā)揮著不同的作用,因此評估VZV蛋白的特異性細(xì)胞免疫比較困難。故目前多數(shù)研究通過測定特異性免疫細(xì)胞及細(xì)胞因子的含量,間接推測患者機體的細(xì)胞免疫水平。這些細(xì)胞因子包括:IL－2、IL－10、TNF、P物質(zhì)等,同時許多研究也涉及到了基因表達(dá)方面,如對Toll樣受體2、4 mRNA的研究。

3.2.1 輔助性T細(xì)胞 在體外用VZV抗原刺激患者T細(xì)胞,可引起多種細(xì)胞因子的產(chǎn)生(包括IL－2、IFN－γ、TNF－α、IL－10、IL－12、IL－14、IL－5等),其含量的高低與Th1、Th2反應(yīng)一致。26患者血清IL－2水平在急性期明顯降低,IL－10升高,兩種細(xì)胞因子呈負(fù)相關(guān),IL－2/IL－10比值倒置,說明以Th2型細(xì)胞占優(yōu)勢狀態(tài),細(xì)胞免疫受抑制,機體抗病毒能力減弱,VZV在靶細(xì)胞內(nèi)大量復(fù)制、繁殖,引起帶狀皰疹?；謴?fù)期,血清IL－2水平逐漸升高,IL－10水平下降,機體抗病毒能力逐漸恢復(fù)。27

3.2.2 IL－2及IFN－γ T細(xì)胞識別病毒抗原后,特異性釋放lL－2與IFN－γ等細(xì)胞因子,使T細(xì)胞進(jìn)入激活狀態(tài),以利病毒的清除,帶狀皰疹患者血清中IFN－γ水平與正常人相比差異無顯著性,而與自身水皰中IFN－γ水平相比,水平降低,提示血清中IFN－γ可能不斷進(jìn)入局部組織。28

3.2.3 c－FLIP c－FLIP(Cellular FLICE－inhibitoryprotein)是含有死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域的凋亡抑制蛋白,可以抑制Caspase－8的結(jié)合,阻斷Fas或TRA IL介導(dǎo)的凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo),促進(jìn)細(xì)胞增殖,與T、B細(xì)胞的早期活化和活化后凋亡密切相關(guān)。29凋亡抑制蛋白c－FLIP在急性期帶狀皰疹患者外周血T細(xì)胞內(nèi)低表達(dá),恢復(fù)期則高表達(dá),且與T細(xì)胞數(shù)量明顯正相關(guān),表明其可能參與帶狀皰疹患者T細(xì)胞的增殖,在帶狀皰疹發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮一定的作用；c－FLIP在伴有惡性腫瘤的帶狀皰疹患者中表達(dá)更低,T細(xì)胞減少,機體清除VZV能力下降,故此類患者皮損往往泛發(fā)全身,病程長,疼痛重,并且易留有后遺神經(jīng)痛。27

研究發(fā)現(xiàn)在造血干細(xì)胞移植術(shù)后,VZV細(xì)胞免疫被抑制,靜脈注射γ球蛋白后VZV抗體維持原水平,但在這種情況下依然會發(fā)生帶狀皰疹,24推測體液免疫在機體抵抗病毒的過程中并不起重要作用。30

4 水痘、帶狀皰疹疫苗的研究進(jìn)展

自水痘疫苗研發(fā)上市以來,水痘總發(fā)病率約降低了85%,中重度水痘的發(fā)病率降低了95%～100%,31,32但帶狀皰疹的患病率并未明顯下降,故后續(xù)研究一直致力于帶狀皰疹疫苗的研發(fā)。2006年美國FDA批準(zhǔn)了在60歲以上VZV血清反應(yīng)陽性的人群中應(yīng)用帶狀皰疹疫苗,結(jié)果顯示,帶狀皰疹患病率降低51.3%,PHN患病率降低66.5%,未見明顯的不良反應(yīng)。312010年對于VARIVAX(2003年于歐洲獲準(zhǔn)上市的帶狀皰疹減毒活疫苗)的5年跟蹤性研究也證實了疫苗的安全性及有效性。33雖然對于疫苗的研究不斷發(fā)展,但目前還沒有被批準(zhǔn)用于免疫缺陷個體,全球每年仍有近50萬的帶狀皰疹病例,且其中大約20萬會發(fā)展成PHN、中風(fēng)、視力缺失、脊髓病變等。

1李志瑜.復(fù)發(fā)性帶狀皰疹26例臨床分析.中國熱帶醫(yī)學(xué), 2009,9(12):2347－2348.

2 Berarducci B,Rajamani J,Zerboni L,et al.Functions of the unique N－terminal region of glycoprotein E in the pathogenesis of varicella－zoster virus infection.Proc Natl Acad Sci USA,2010, 107(1):282－287.

3Dendouga N,Fochesato M,Lockman L,et al.Cell－mediated immune responses to a varicella－zoster virus glycoprotein E vaccine using both a TLR agonist and QS21 in mice.Vaccine, 2012,30(20):3126－3135.

4 Toyama N,ShirakiK.Epidemiology ofherpes zoster and its relationship to varicella in Japan:A 10－year survey of 48,388 herpes zoster cases in Miyazaki prefecture.JMed Virol,2009,81 (12):2053－2058.

5Gnann JJ,Whitley RJ.Clinical practice.Herpes zoster.N Engl J Med,2002,347(5):340－346.

6Harpaz R,Ortega－Sanchez IR,Seward JF.Prevention of herpes zoster:recommendations of the Advisory Committee on Immunization Practices(ACIP).MMWR Recomm Rep,2008,57(RR－5):1－30.

7 Insinga RP,Itzler RF,Pellissier JM,et al.The incidence of herpes zoster in a United States administrative database.JGen Intern Med,2005,20(8):748－753.

8Gourishankar S,Mcdermid JC,JhangriGS,et al.Herpes zoster infection following solid organ transplantation:incidence,risk factors and outcomes in the current immunosuppressive era.Am JTransplant,2004,4(1):108－115.

9 Borba EF,Ribeiro AC,Martin P,et al.Incidence,risk factors, and outcome of Herpes zoster in systemic lupus erythematosus.J Clin Rheumatol,2010,16(3):119－122.

10 Cohrs RJ,Laguardia JJ,Gilden D.Distribution of latentherpes simplex virus type－1 and varicella zoster virus DNA in human trigeminal Ganglia.Virus Genes,2005,31(2):223－227.

11 Cohrs RJ,Gilden DH.Prevalence and abundance of latently transcribed varicella－zoster virus genes in human ganglia.J Virol,2007,81(6):2950－2956.

12Grinfeld E,Kennedy PG.Translation of varicella－zoster virus genes during human ganglionic latency.Virus Genes,2004,29 (3):317－319.

13Weaver BA.Herpes zoster overview:natural history and incidence.JAm Osteopath Assoc,2009,109(6 Suppl 2):S2－S6.

14 Archuleta S.Neurologic comp lications of varicella－zoster virus reactivation in a person with HIV/AIDS.AIDS Read,2007,17 (2):58,64－66.

15Mehta SK,Tyring SK,Gilden DH,et al.Varicella－zoster virus in the saliva of patients with herpes zoster.J Infect Dis, 2008,197(5):654－657.

16Quinlivan ML,Ayres KL,Kelly PJ,et al.Persistence of varicella－zoster virus viraemia in patientswith herpes zoster.JClin Virol,2011,50(2):130－135.

17 Bowsher D.The effects of pre－emptive treatmentof postherpetic neuralgia with amitriptyline:a random ized,double－blind,placebo－controlled trial.JPain Symptom Manage,1997,13(6): 327－331.

18Coen PG,Scott F,Leedham－Green M,et al.Predicting and preventing post－h(huán)erpetic neuralgia:are current risk factors useful in clinical practice?Eur JPain,2006,10(8):695－700.

19 Quan D,Hammack BN,Kittelson J,et al.Improvement of postherpetic neuralgia after treatmentwith intravenous acyclovir followed by oral valacyclovir.Arch Neurol,2006,63(7):940－942.

21 Oxman MN.Zoster vaccine:currentstatus and future prospects. Clin Infect Dis,2010,51(2):197－213.

20Haberthur K,Engelmann F,Park B,etal.CD4 T cell immunity is critical for the control of simian varicella virus infection in a nonhuman primatemodel of VZV infection.PLoSPathog, 2011,7(11):e1002367.

21Moffat JF,Stein MD,Kaneshima H,etal.Tropism of varicella－zoster virus for human CD4＋and CD8＋T lymphocytes and epidermal cells in SCID－h(huán)u mice.J Virol,1995,69(9):5236－5242.

22 Jones L,Black AP,Malavige GN,et al.Persistent high frequencies of varicella－zoster virus ORF4 protein－specific CD4＋T cells after primary infection.J Virol,2006,80(19):9772－9778.

23 Levin MJ,Smith JG,Kaufhold RM,et al.Decline in varicella－zoster virus(VZV)－specific cell－mediated immunity with increasing age and boosting with a high－dose VZV vaccine.J Infect Dis,2003,188(9):1336－1344.

24馬學(xué)良,張美芳,惠海英,等.帶狀皰疹患者外周血CD4＋T細(xì)胞表面CD28的表達(dá).中國皮膚性病學(xué)雜志,2009,23(10): 629－631.

25段西凌,董巍,邱練芬,等.帶狀皰疹患者免疫功能測定.臨床皮膚科雜志,2003,32(9):520.

26江文,劉冬先,鄒耘,等.帶狀皰疹患者外周血IL－2與IL－10水平及臨床意義.中國皮膚性病學(xué)雜志,2004,18(3):142－146.

27Misra RS,Russell JQ,Koenig A,et al.Caspase－8 and c－FLIPL associate in lipid rafts with NF－kappaB adaptors during T cell activation.JBiol Chem,2007,282(27):19365－19374.

28 Patterson－Bartlett J,Levin MJ,Lang N,et al.Phenotypic and functional characterization of ex vivo T cell responses to the live attenuated herpes zoster vaccine.Vaccine,2007,25(41):7087－7093.

29陶娟,董婧,李延,等.凋亡抑制蛋白c－FLIP在帶狀皰疹患者細(xì)胞免疫中作用的研究.中國皮膚性病學(xué)雜志,2008,22 (4):207－210.

30張美芳,馬靜,楊勵,等.帶狀皰疹患者CD4＋T淋巴細(xì)胞亞群的檢測.中國皮膚性病學(xué)雜志,2009,23(4):205－206.

31Oxman MN,Levin MJ,Johnson GR,et al.A vaccine to preventherpes zoster and postherpetic neuralgia in older adults.N Engl JMed,2005,352(22):2271－2284.

32 Takahashi M.Effectiveness of live varicella vaccine.Expert Opin Biol Ther,2004,4(2):199－216.

33Goulleret N,Mauvisseau E,Essevaz－Roulet M,et al.Safety profile of live varicella virus vaccine(Oka/Merck):five－year results of the European Varicella Zoster Virus Identification Program(EU VZVIP).Vaccine,2010,28(36):5878－5882.

(收稿:2013－04－11 修回:2013－08－13)

Advances in Varicella－zoster virus

GAO Rui-di,YANGHui-lan,LIU Zhong-rong,et al.Department ofDermatology,General Hospital ofGuangzhou Military Command,Guangzhou,510010

Varicella and herpes zoster were caused by varicella－zoster virus(VZV),which usually occurred in childhood and elddly.Recently many researches have focused on themolecularmechanism,immunemechanism and vaccine developmentof VZV.In this paperwe summarize the nosogenesis,immunologicalmechanisms and vaccine developmentof VZV.

varicella－zoster virus；varicella；herpes zoster；immunity

國家自然科學(xué)基金(編號:81171511)

廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院皮膚科,廣東廣州,510010