寄生蟲感染與1型糖尿病(T1DM)的相關(guān)性研究進(jìn)展

張雅文(綜述) 楊葉虹(審校)

(復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院內(nèi)分泌科 上海 200040)

1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus,T1DM)是一種全球范圍內(nèi)流行的器官特異性自身免疫疾病,發(fā)病機制是由于胰腺β細(xì)胞破壞、數(shù)量減少或功能衰竭導(dǎo)致的胰島素分泌不足和糖代謝障礙[1-2]。1989年英國學(xué)者Strachan首次提出“衛(wèi)生假說”[3]的概念,認(rèn)為兒童時期較少接觸病原微生物會導(dǎo)致變態(tài)反應(yīng)疾病的發(fā)病率上升。近幾十年來,衛(wèi)生條件的改善與自身免疫疾病發(fā)病率的升高也提示我們“衛(wèi)生假說”的合理性。T1DM的發(fā)生發(fā)展是由遺傳和環(huán)境因素共同決定的。T1DM是一種多基因遺傳病,一般認(rèn)為其遺傳易感性主要與人類白細(xì)胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)Ⅱ類分子(主要是HLA-DR和HLA-DQ)有關(guān)[4-5],但同卵雙胞胎的發(fā)病一致率約為50%,這提示遺傳因素并不能完全解釋T1DM的發(fā)生,許多環(huán)境因素包括飲食、氣候、牛奶蛋白、維生素D缺乏、病原體接觸等可能參與T1DM的發(fā)生發(fā)展[6-7]。

目前T1DM的治療仍以外源性胰島素為主,新的治療策略尚無重大進(jìn)展。寄生蟲作為一種貫穿人類發(fā)展史的病原體,其調(diào)節(jié)宿主免疫應(yīng)答、營造抗炎微環(huán)境的能力可能為T1DM的防治提供新策略。本文對既往動物實驗的結(jié)果及機制進(jìn)行總結(jié)與探討,展望寄生蟲相關(guān)免疫療法的應(yīng)用前景。

寄生蟲的“免疫逃避”策略寄生蟲在與宿主的長期進(jìn)化斗爭中,在有免疫力的宿主體內(nèi)發(fā)育、增殖并長期存活的現(xiàn)象被稱為“免疫逃避”,其機制主要包括抗原變異、抗原偽裝、免疫抑制等。寄生蟲在這一過程中可通過多種機制調(diào)節(jié)宿主的免疫應(yīng)答,包括天然免疫和獲得性免疫。一般認(rèn)為T1DM是一種由輔助性T細(xì)胞1(helper T cell 1,Th1)介導(dǎo)的自身免疫疾病,而寄生蟲感染往往引發(fā)Th2的過度活動。而在免疫學(xué)中,兩種功能性細(xì)胞亞群(Th1和Th2)和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞亞群(regulatory T cell,Treg)之間可以依靠細(xì)胞因子相互聯(lián)系,共同調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)。理論上講,一些蠕蟲感染機體誘導(dǎo)免疫反應(yīng)向Th2方向極化的現(xiàn)象可以削弱Th1細(xì)胞的活動,從而阻止T1DM的發(fā)生。除此之外,一些固有免疫細(xì)胞如樹突狀細(xì)胞(dendritic cell,DC)、自然殺傷T細(xì)胞(natural killer T cell,NKT)[8]、替代性活化巨噬細(xì)胞(alternatively activated macrophage,AAMφ)[9]參與寄生蟲免疫調(diào)節(jié)的過程近年來也受到重視。

寄生蟲與實驗動物模型動物實驗及病例對照研究結(jié)果表明各類寄生蟲對T1DM的影響并不一致。目前使用較多的自發(fā)型和誘導(dǎo)型T1DM小鼠模型分別是非肥胖型糖尿病 (non-obese diabetic,NOD)小鼠模型和多次低劑量鏈脲佐菌素(multiple low-dose streptozotocin,MLDSTZ)誘導(dǎo)小鼠模型,各項動物實驗結(jié)果的差異可能與寄生蟲種類、小鼠模型種類、給藥方式和劑量等因素有關(guān)。

血管內(nèi)寄生蟲——曼氏血吸蟲與日本血吸蟲 多項研究表明曼氏血吸蟲對T1DM小鼠有很好的防治作用。Cooke等[10]分別用曼氏血吸蟲尾蚴和蟲卵注射NOD小鼠,結(jié)果阻止了NOD小鼠T1DM的發(fā)生。在曼氏血吸蟲感染小鼠5周后,由幼蟲引起的初始Th1細(xì)胞應(yīng)答被由蟲卵誘導(dǎo)的Th2細(xì)胞應(yīng)答替代,這一過程伴有IFN-γ、IL-2下調(diào)以及IL-4、IL-5、IL-10升高。感染小鼠血清中的抗胰島素抗體類型大多為免疫球蛋白M(immunoglobulin M,IgM),提示其預(yù)防T1DM發(fā)病的機制可能與抗體類型未能向免疫球蛋白G(immunoglobulin G,IgG)轉(zhuǎn)化有關(guān)。 Zaccone等[11]用曼氏血吸蟲的可溶性成蟲抗原(soluble worm antigen,SWA)、可溶性蟲卵抗原(soluble egg antigen,SEA)分別感染4周齡NOD小鼠也能阻止NOD小鼠發(fā)病。但該保護(hù)作用僅限于早期,給予8周齡NOD小鼠蟲卵免疫則觀察不到該結(jié)果。SEA分泌的主要成分為omega-1和IPSE (α-1)。近年來有研究證實omega-1為主要的Th2誘導(dǎo)成分,其作用幾乎與整個SEA等效[12]。IPSE又稱為α-1,是SEA分泌的主要糖蛋白之一。IPSE (α-1)可通過刺激嗜堿性粒細(xì)胞釋放IL-4[13],誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性B細(xì)胞(regulatory B cell,Breg)增殖并釋放IL-10[14],誘導(dǎo) AAMφ增殖[15]等方式,使細(xì)胞免疫應(yīng)答向Th2方向極化。

日本血吸蟲和曼氏血吸蟲的感染過程類似。鄒玖明等[16]用MLDSTZ法分別在小鼠感染日本血吸蟲1 周和9周時誘導(dǎo)T1DM,相比于對照組,日本血吸蟲早期感染對糖尿病小鼠血糖沒有明顯影響;而在感染慢性期,小鼠血糖顯著降低,IL-4水平顯著升高,且與對照組80%的胰島淋巴細(xì)胞浸潤相比,感染組的浸潤率不足40%,這提示日本血吸蟲的慢性感染能顯著預(yù)防胰島損傷。急慢性期感染的結(jié)果差異可能是由于感染初期的免疫反應(yīng)以成蟲抗原誘導(dǎo)為主,而在慢性期,隨著蟲卵的孵化與肉芽腫的形成,反應(yīng)逐漸向Th2 方向極化。

淋巴管內(nèi)寄生蟲——絲蟲 流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示慢性絲蟲感染率與糖尿病發(fā)病率呈負(fù)相關(guān)[17]。Amdare等[18]用馬來絲蟲(Brugiamalayi)成蟲可溶性抗原、微絲蚴(Brugiamalayi)可溶性抗原和分泌/排泄抗原分別免疫STZ小鼠,其中57.5%～62.5%的小鼠不發(fā)病,62.5%～71.5%的已發(fā)病小鼠轉(zhuǎn)化為非糖尿病狀態(tài)。感染組小鼠的脾細(xì)胞上清液中可測得腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和IFN-γ減少,IL-10增加,抗胰島素抗體的類型出現(xiàn)了從IgG2a到IgG1亞型的轉(zhuǎn)變?？贵w的產(chǎn)生和Ig類別的轉(zhuǎn)換依賴于T細(xì)胞活化分泌的細(xì)胞因子,IgG2a到IgG1亞型的轉(zhuǎn)變是由于IL-4和IL-10優(yōu)先激活B細(xì)胞產(chǎn)生IgG1抗體類型(Th2型),而IFN-γ則刺激產(chǎn)生IgG2a抗體類型(Th1型)[19]。為進(jìn)一步明確調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的作用分子,該團(tuán)隊又用重組的馬來絲蟲幼蟲轉(zhuǎn)錄蛋白(Brugiamalayirecombinant abundant larval protein transcript 2,rBmALT-2)治療已發(fā)病的STZ小鼠,結(jié)果顯示在rBmALT-2干預(yù)的第2周末,28%的小鼠血糖恢復(fù)正常,到第5周末小鼠血糖均達(dá)到正常水平[20],同時測得IFN-γ水平降低,IL-4、IL-10和IgG4水平升高,均提示免疫反應(yīng)向Th2方向極化。由此可見,絲蟲蛋白可能對T1DM有較強的預(yù)防和緩解作用。

消化道內(nèi)寄生蟲——帶絳蟲 Espinoza-Jiménez等[21]發(fā)現(xiàn)肥頭絳蟲(Taeniacrassiceps)能降低血糖、緩解胰島炎癥、降低小鼠T1DM發(fā)病率,用肥頭絳蟲可溶性抗原(TcS)和排泄/分泌抗原(TcES)分別在不同時期用不同劑量處理STZ小鼠并分析治療效果[9]。結(jié)果顯示,用TcS預(yù)處理過的小鼠不能發(fā)生T1DM,而在T1DM發(fā)病早期接受TcES干預(yù)的小鼠胰腺炎和高血糖得到顯著緩解,AAMφ和骨髓源抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cell,MDSC)升高,因此認(rèn)為肥頭絳蟲的衍生分子與其他蠕蟲相比具有更強的抗炎活性,而且這種保護(hù)作用高度依賴于AAMφ,故推測肥頭絳蟲感染能通過招募AAMφ來發(fā)揮作用。

肌肉組織寄生蟲——旋毛蟲 Saunders等[22]發(fā)現(xiàn)用旋毛蟲感染6～8周齡NOD小鼠時可阻止NOD小鼠胰島的緩慢破壞,從而有效阻止T1DM的發(fā)生。張紫芳等[23]用旋毛蟲感染STZ小鼠,在急性期(感染后1周)和慢性期(感染后7周)觀察血糖水平及胰島病理變化,發(fā)現(xiàn)宿主血糖在感染急性期明顯下降,在慢性期卻無此改變,且無論在急性期或慢性期,小鼠胰島病理變化均無明顯好轉(zhuǎn)。Wu等[24]發(fā)現(xiàn),旋毛蟲感染組的血糖在感染急性期顯著下降,在感染后2周達(dá)最低值,慢性期又逐漸恢復(fù)至正常水平。故推測感染急性期血糖水平的顯著降低可能與旋毛蟲幼蟲侵入肌肉后消耗糖原有關(guān)。實驗結(jié)果的差異也可能與STZ小鼠與NOD小鼠模型的特點不同有關(guān),NOD小鼠的胰腺破壞緩慢平和,旋毛蟲尚能發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用;而STZ(尤其是劑量高時)對胰島細(xì)胞的破壞作用迅速強烈,可能導(dǎo)致旋毛蟲的免疫抑制作用無法阻止胰島損傷。

細(xì)胞內(nèi)寄生蟲——弓形蟲 有研究結(jié)果表明弓形蟲感染率與糖尿病發(fā)病率呈正相關(guān)[25-27]。Beshavy等[26]分別進(jìn)行了病例對照研究(104例)和實驗研究。病例對照研究發(fā)現(xiàn),T1DM組中弓形蟲IgG的血清陽性率(86.37%)明顯高于T2D組(66.67%)和對照組(60%)。用Me49無毒株弓形蟲感染小鼠(分為急性感染和慢性感染),慢性感染組小鼠血糖明顯升高,小鼠胰腺組織中有大量CD8+T淋巴細(xì)胞浸潤。剛地弓形蟲是一種專性細(xì)胞內(nèi)寄生原蟲,能在包括胰腺細(xì)胞在內(nèi)的任何有核細(xì)胞內(nèi)感染和復(fù)制。這可能使得CD8+T淋巴細(xì)胞識別靶細(xì)胞并殺傷及清除的過程中破壞了胰腺β細(xì)胞[28-29],也可能是潛伏在胰腺中的弓形蟲在大量增殖過程中損傷了胰島β細(xì)胞[30],引起胰島素嚴(yán)重分泌不足,從而發(fā)生T1DM。同時,弓形蟲又是機會致病性細(xì)胞內(nèi)寄生蟲,在宿主體內(nèi)通常處于隱性感染狀態(tài),但當(dāng)宿主免疫功能受累時可出現(xiàn)異常增殖且致病力增強。糖尿病患者常有不同程度免疫功能下降,這可能又為弓形蟲大量增殖創(chuàng)造了條件。故推測,細(xì)胞內(nèi)寄生蟲(如剛地弓形蟲)的細(xì)胞破壞作用遠(yuǎn)大于免疫調(diào)節(jié)作用,免疫反應(yīng)向Th1方向極化,胰島β細(xì)胞的破壞增加,從而加重T1DM的發(fā)生發(fā)展。

結(jié)語T1DM的發(fā)病率在全球范圍內(nèi)不斷增加,患者往往需終生依賴外源性胰島素治療,給社會和家庭帶來沉重的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。目前在T1DM的新治療策略方面仍無重大進(jìn)展,寄生蟲相關(guān)免疫療法可作為有待探索的選擇之一。

有證據(jù)顯示寄生蟲感染在一定程度上會抑制宿主的免疫應(yīng)答[31],降低疫苗接種的效果[32],升高腫瘤發(fā)病率[33],加上活體寄生蟲的存在會引起機體組織損傷,在倫理上也難以被接受,因此活體應(yīng)用不納入臨床應(yīng)用的考慮范圍。目前關(guān)于寄生蟲活體和粗提物的實驗研究很多,但純化分子研究卻很少。寄生蟲的抗原是一類復(fù)雜的生物大分子,粗提物中成分復(fù)雜,使用純化產(chǎn)品未必會產(chǎn)生類似于完整寄生蟲抗原在宿主體內(nèi)引起的免疫調(diào)節(jié)作用,可能達(dá)不到理想效果。理想目標(biāo)是進(jìn)一步確定粗提物中起作用的具體分子及其分子機制,進(jìn)一步設(shè)計并重組協(xié)調(diào)不同通路的分子作用的免疫調(diào)節(jié)劑,以取代天然寄生蟲蛋白。目前多數(shù)實驗僅針對動物模型,從動物實驗到尋找合適的寄生蟲衍生分子或重組蛋白并真正應(yīng)用于臨床還需要進(jìn)一步探索。