弓形蟲(chóng)感染對(duì)神經(jīng)組織損傷及通過(guò)血腦屏障機(jī)制

楊 靖 苑文英

河北大學(xué)，保定，071000，中國(guó)

弓形蟲(chóng)是食源性機(jī)會(huì)性致病原蟲(chóng)，人群普遍易感，免疫機(jī)能正常者感染多為隱性，不引起明顯的臨床癥狀；但免疫力低下的小鼠感染弓形蟲(chóng)后表現(xiàn)為廣泛的全身癥狀：精神沉郁、食欲下降、顫抖、被毛凌亂等，研究發(fā)現(xiàn)慢性弓形蟲(chóng)感染小鼠腦部質(zhì)量下降，進(jìn)一步通過(guò)核磁共振成像也發(fā)現(xiàn)腦室擴(kuò)大。病理標(biāo)本顯示小鼠腦組織外觀充血、水腫、溝回變淺，部分有出血點(diǎn)，大腦皮質(zhì)空洞［1］。切片中神經(jīng)元變性、壞死，弓形蟲(chóng)包囊附近見(jiàn)噬神經(jīng)現(xiàn)象，大量嗜酸性細(xì)胞增生、集聚［2］。

1.弓形蟲(chóng)對(duì)中樞神經(jīng)細(xì)胞的損傷

1.1 損傷現(xiàn)象

弓形蟲(chóng)進(jìn)入機(jī)體后侵入腸細(xì)胞轉(zhuǎn)化成速殖子，速殖子通過(guò)單核細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)。通過(guò)血腦屏障后，弓形蟲(chóng)到達(dá)中樞神經(jīng)系統(tǒng)入侵某些細(xì)胞操縱細(xì)胞周期使速殖子在細(xì)胞內(nèi)的增殖，這些細(xì)胞被感染后就會(huì)進(jìn)入靜止的G0期而不能再分化。神經(jīng)元屬于脫離細(xì)胞周期的終末分化細(xì)胞，速殖子不能操縱宿主的細(xì)胞周期［3］。感染進(jìn)入到慢性期，蟲(chóng)體增殖速度減慢，速殖子轉(zhuǎn)化為緩殖子，分泌成囊物質(zhì)，形成包囊。由于缺乏MHC-Ⅰ類(lèi)，感染的神經(jīng)元不能被入侵的CD8+T 細(xì)胞識(shí)別，從而逃避宿主的免疫防御機(jī)制。包囊不是一個(gè)完全處于靜止?fàn)顟B(tài)的生命體，而是蟲(chóng)體為繁衍自身所采取的一種逃避宿主免疫的形式。一旦宿主免疫力出現(xiàn)明顯下降，包囊便會(huì)發(fā)生再活化，此時(shí)緩殖子重新轉(zhuǎn)變?yōu)榭鞆?fù)制的速殖子，破壞宿主細(xì)胞，引起急性弓形蟲(chóng)病，常表現(xiàn)為腦積水，腦鈣化和各種腦畸形等中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。

1.2 損傷機(jī)制

弓形蟲(chóng)可入侵所有有核細(xì)胞：蟲(chóng)體頂端與宿主細(xì)胞膜接觸，蟲(chóng)體內(nèi)的Ca2+水平升高，刺激貯存在頂端的微線體蛋白釋放，與宿主細(xì)胞受體相互作用后，識(shí)別、黏附宿主細(xì)胞；這時(shí)棒狀體釋放棒狀體蛋白，參與納蟲(chóng)泡形成；致密顆粒蛋白被分泌入納蟲(chóng)泡，最終參與形成納蟲(chóng)泡膜管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，蟲(chóng)體通過(guò)更新膜分泌及可溶蛋白分泌的形式修飾納蟲(chóng)泡結(jié)構(gòu)，使其得以在宿主細(xì)胞內(nèi)寄生并繁殖［4］。弓形蟲(chóng)早期依賴(lài)于自噬體的溶酶體來(lái)持續(xù)感染，抑制宿主細(xì)胞凋亡，促進(jìn)宿主細(xì)胞自噬，降解宿主細(xì)胞自身不重要的細(xì)胞器提供蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，利于弓形蟲(chóng)自身繁殖復(fù)制［5］；感染晚期自噬被過(guò)分的激活，宿主細(xì)胞體內(nèi)細(xì)胞器已嚴(yán)重?fù)p耗，就會(huì)誘發(fā)另一種程序性細(xì)胞死亡-細(xì)胞凋亡，最終導(dǎo)致宿主細(xì)胞裂解，促進(jìn)體內(nèi)弓形蟲(chóng)在宿主細(xì)胞中的增殖擴(kuò)散［6］。

1.2.1 機(jī)械性損傷

弓形蟲(chóng)寄生在宿主的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)，蟲(chóng)體運(yùn)動(dòng)或形成包囊都會(huì)對(duì)神經(jīng)細(xì)胞、腦組織產(chǎn)生機(jī)械壓迫導(dǎo)致組織缺血、缺氧、壞死［7］。也可栓塞腦部小動(dòng)脈分支或動(dòng)靜脈交界處的微血管，引起出血或血管壁周?chē)难装Y反應(yīng)。包囊寄生于大腦組織的特殊部位時(shí)，可能會(huì)阻斷或干擾神經(jīng)元的功能從而引起神經(jīng)性退化，例如包囊選擇性地寄生在大腦皮層、海馬、嗅球、杏仁核、尾狀核和基底神經(jīng)節(jié)等會(huì)引起人相關(guān)的神經(jīng)癥狀［8］。

1.2.2 免疫反應(yīng)

隨著機(jī)體內(nèi)弓形蟲(chóng)感染時(shí)間的延長(zhǎng)，排泄分泌抗原含量逐漸增加，激活腦內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞，分泌大量細(xì)胞因子和趨化因子向免疫系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，吸引小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞大量聚集［9］。如：腫瘤壞死因子-γ（tumor necrosis factor-γ，TNF-γ）、白細(xì)胞介素-1（interleukin-1，IL-1）、IL-6。而這些細(xì)胞因子也會(huì)通過(guò)多種方式影響神經(jīng)遞質(zhì)，干擾多巴胺代謝的能力；在感染后的七到十天，大量CD4+T 細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞通過(guò)血腦屏障進(jìn)入CNS，刺激產(chǎn)生特異性細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞，CD8+T 細(xì)胞通過(guò)釋放穿孔素等細(xì)胞毒性物質(zhì)殺傷靶細(xì)胞［10-11］，最終共同表現(xiàn)為神經(jīng)系統(tǒng)的廣泛炎癥。

1.2.3 注入蛋白

弓形蟲(chóng)可將棒狀體蛋白注入宿主細(xì)胞內(nèi)，對(duì)宿主細(xì)胞基因表達(dá)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑進(jìn)行廣泛修飾［12］。棒狀體蛋白16（rhoptry protein 16，ROP16）經(jīng)頂端復(fù)合體釋放后進(jìn)入宿主細(xì)胞質(zhì)，借助自身的核定位結(jié)構(gòu)（nuclear localization sequence，NLS）轉(zhuǎn)運(yùn)到宿主細(xì)胞核，影響宿主基因的表達(dá)［13］。ROP16 具有酪氨酸激酶活性，可以減少宿主細(xì)胞內(nèi)NO 的生成，發(fā)揮免疫抑制作用。ROP18 與蟲(chóng)體毒力密切相關(guān)，具有蘇氨酸/絲氨酸蛋白激酶活性，起到免疫逃避，抑制炎癥信號(hào)通路、誘導(dǎo)機(jī)體免疫應(yīng)答功能退化的作用［14］。

1.2.4 突觸改變

突觸為大腦內(nèi)的交流提供了物理基礎(chǔ)，而突觸維持其完整性和功能對(duì)維持適當(dāng)?shù)腃NS 功能至關(guān)重要，分析表明慢性弓形蟲(chóng)感染通過(guò)觸發(fā)成熟突觸的突觸前和突觸后隔室蛋白表達(dá)，降低其突觸復(fù)雜性誘導(dǎo)突觸樹(shù)突棘數(shù)量和分布，形態(tài)的改變影響到神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)［15］。

1.2.5 神經(jīng)遞質(zhì)

在弓形蟲(chóng)的基因組中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)基因，其作用是編碼多巴胺合成的限速分子。感染時(shí)產(chǎn)生的炎癥因子和細(xì)胞因子也會(huì)加重對(duì)多巴胺的影響。吲哚胺2，3-雙加氧酶（indoleamine 2，3-dioxygenase 1，IDO）的活化：表達(dá)增加引起色氨酸的降解，MARK 途徑可減少多巴胺的回收；四氫葉酸（tetrahydrobiopterin，BH4）參與單胺神經(jīng)遞質(zhì)血清素、多巴胺和去甲腎上腺素的合成。經(jīng)感染后的細(xì)胞釋放的多巴胺量增加了三倍。而過(guò)量的多巴胺可能干擾關(guān)鍵的腦活動(dòng)，影響宿主的行為［16］。

2.弓形蟲(chóng)通過(guò)血腦屏障的機(jī)制

血腦屏障（blood brain barrier，BBB）是腦組織與外界進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交流的系統(tǒng)，是存在于腦和脊髓內(nèi)的毛細(xì)血管與神經(jīng)組織之間的一個(gè)調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞屏障，由毛細(xì)血管內(nèi)皮、基膜、嵌入其中的周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞相互作用。

大腦中的血管內(nèi)皮比周?chē)奈⒀芫o密50～100倍，內(nèi)皮細(xì)胞具有合成、分泌及代謝等功能。其表面可以表達(dá)許多黏附分子，主要包括細(xì)胞間黏附分子-1、血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子等。內(nèi)皮細(xì)胞被周細(xì)胞覆蓋。周細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞間有緊密連接，可收縮，調(diào)節(jié)毛細(xì)血管直徑，阻止大分子進(jìn)入細(xì)胞。星形膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)響應(yīng)神經(jīng)活動(dòng)的變化來(lái)調(diào)節(jié)周細(xì)胞或血管內(nèi)皮細(xì)胞的功能，進(jìn)而調(diào)節(jié)血管收縮或舒張和BBB 的通透。基膜是血腦屏障重要的組成部分，主要由Ⅳ型膠原、層連蛋白、內(nèi)肌動(dòng)蛋白、纖維連接蛋白以及一些糖蛋白等多種細(xì)胞外基質(zhì)分子構(gòu)成。小膠質(zhì)細(xì)胞屬于單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)，可分泌生長(zhǎng)因子，促進(jìn)組織修復(fù)，可分泌蛋白酶，活性氧中間體，活性氮中間體，導(dǎo)致繼發(fā)性腦損傷。

弓形蟲(chóng)寄生在感染的單核細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞，促使感染細(xì)胞活性基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）分泌增加，以MMP-9為主，降解細(xì)胞外基質(zhì)成分中的類(lèi)肝素硫酸蛋白多糖，破壞血腦屏障完整性［17］，弓形蟲(chóng)通過(guò)基膜后，表達(dá)表面抗原，被小膠質(zhì)細(xì)胞所識(shí)別，吞噬，誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化，釋放大量炎癥因子（IL-1β、IL-6、TNF-α），增加誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inclucible nitric oxide synthase，iNOS）表達(dá)。IL-1β和 TNF-α也可以作用于星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放VEGF 激活血管內(nèi)皮細(xì)胞，使部分緊密連接蛋白表達(dá)下調(diào)，BBB 通透性增大?；罨男切文z質(zhì)細(xì)胞通過(guò)釋放因子又可以進(jìn)一步活化小膠質(zhì)細(xì)胞［18］。

2.1 胞外的細(xì)胞旁途徑

弓形蟲(chóng)缺乏纖毛和鞭毛，但能夠使用肌動(dòng)蛋白-肌球蛋白產(chǎn)生“滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)”通過(guò)小腸上皮，腸上皮屏障與BBB 有許多共同特征，包括緊密連接，細(xì)胞旁連接，屏障特性調(diào)節(jié)和免疫屏障?？梢酝ㄟ^(guò)內(nèi)皮細(xì)胞層的緊密連接。體外模擬BBB 和腸上皮屏障，寄生蟲(chóng)能夠穿過(guò)偏振細(xì)胞單層和細(xì)胞外機(jī)制，跨越體外轉(zhuǎn)移穿過(guò)腸上皮［19］。

2.2 跨細(xì)胞遷移

血中游離的弓形蟲(chóng)速殖子能夠黏附到CNS 內(nèi)皮細(xì)胞，侵入，復(fù)制，然后從內(nèi)皮細(xì)胞的基地外側(cè)流出（溶解細(xì)胞）穿過(guò)血腦屏障。弓形蟲(chóng)同樣通過(guò)跨細(xì)胞遷移腸道固有層［20］。急性感染小鼠的分析顯示血液中有大量的游離寄生蟲(chóng)，腦血管系統(tǒng)中感染的內(nèi)皮細(xì)胞的存在，無(wú)論感染途徑如何，內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)存在復(fù)制寄生蟲(chóng)。內(nèi)皮細(xì)胞的復(fù)制和裂解先于侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng)［21］。

2.3 特洛伊木馬

弓形蟲(chóng)在感染激活巨噬細(xì)胞的過(guò)程中，約50%蟲(chóng)體能夠分泌磷脂酰絲氨酸到納蟲(chóng)泡膜上。帶有磷脂酰絲氨酸的速殖子能主動(dòng)侵入巨噬細(xì)胞，抑制抗弓形蟲(chóng)基因的表達(dá)，改變表面抗原，逃避宿主免疫，不被單核巨噬細(xì)胞所識(shí)別，逃避血腦屏障的抗蟲(chóng)免疫反應(yīng)從毛細(xì)血管滲入大腦［22］。此過(guò)程是一個(gè)精密調(diào)節(jié)的序貫過(guò)程：被感染的免疫細(xì)胞的滾動(dòng)，停滯，爬行運(yùn)動(dòng)性增強(qiáng)并能經(jīng)內(nèi)皮細(xì)胞跨越血腦屏障，滲入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，之后從單核細(xì)胞中流出并進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)［23］。這就是感染后形成的通過(guò)“特洛伊木馬機(jī)制”穿過(guò)血腦屏障，到達(dá)中樞系統(tǒng)。

單核細(xì)胞在弓形蟲(chóng)感染中樞神經(jīng)系統(tǒng)的過(guò)程中發(fā)揮重要作用，實(shí)驗(yàn)中，與靜脈內(nèi)感染相比，弓形蟲(chóng)感染的單核細(xì)胞的小鼠大腦中的寄生蟲(chóng)積累更快。弓形蟲(chóng)感染的單核細(xì)胞穿越細(xì)胞屏障的能力增強(qiáng)。將標(biāo)記過(guò)的感染弓形蟲(chóng)的單核細(xì)胞轉(zhuǎn)移到小鼠中，24 h 到48 h后，感染的單核細(xì)胞完全存在于血管腔內(nèi)。一些體外模型表明感染的免疫細(xì)胞具有增加弓形蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)性并且能跨越內(nèi)皮屏障［24］。

綜上所述，弓形蟲(chóng)寄生于宿主，進(jìn)入血液循環(huán)，穿過(guò)血腦屏障，在腦內(nèi)的的重要部位播散引起了宿主神經(jīng)系統(tǒng)的病變。血腦屏障與神經(jīng)系統(tǒng)疾病進(jìn)程密切相關(guān)，參與疾病的發(fā)生和發(fā)展，并影響治療預(yù)后。因而研究弓形蟲(chóng)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的損傷機(jī)制和通過(guò)血腦屏障的方式為弓形蟲(chóng)感染的防治，神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床治療和預(yù)后提供理論依據(jù)。現(xiàn)有文獻(xiàn)中，大多是有關(guān)流行病學(xué)調(diào)查，免疫診斷等報(bào)道，損傷機(jī)制的研究仍處于探索階段，多種機(jī)制共同作用，是否有一種占主導(dǎo)地位？還有那些機(jī)制參其中？這些問(wèn)題的答案將會(huì)進(jìn)一步完善對(duì)弓形蟲(chóng)的研究。