抗體相關腦炎的免疫致病機制

俞昊君，郝 勇，王 侃，管陽太

上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院神經(jīng)內科，上海 200127

抗體相關腦炎疾病的認識得益于中樞神經(jīng)自身抗體的發(fā)現(xiàn)。自1968年起，在腦炎患者中發(fā)現(xiàn)了許多與疾病相關的自身抗體，表現(xiàn)為2種不同的類型。其一是以抗Hu抗體為代表的細胞內抗原抗體，常伴發(fā)惡性腫瘤，對免疫治療不敏感，因此與該類抗體相關的神經(jīng)系統(tǒng)異常被稱為副腫瘤綜合征（paraneoplastic syndrome，PS）；其二是以抗N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR）抗體為代表的細胞表面抗原抗體，常見于年輕人，對免疫治療敏感，因此與該類抗體相關的疾病被稱為自身免疫性腦炎（autoimmune encephalitis，AE）。盡管這2類疾病的臨床表現(xiàn)相似，但是其致病機制、治療方法以及預后均存在較大差異。在PS中，抗體的出現(xiàn)是由于T淋巴細胞介導的細胞毒作用對神經(jīng)元細胞進行破壞后導致大量的細胞內抗原釋放的結果。然而，65%的腫瘤患者的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀早于腫瘤本身引發(fā)的臨床癥狀，因此檢測該類抗體有助于早期診斷腫瘤，改善預后。在AE中，大部分抗體的致病作用明確，因此早期檢出抗體以及早期實施免疫治療可以逆轉神經(jīng)系統(tǒng)的損害。

美國梅奧診所的流行病學調查結果顯示，2014年全美國的AE年發(fā)病率為13.7/100 000，與感染性腦炎的年發(fā)病率（11.6/100 000）相當；1995—2015年全美國的AE年死亡率為0.8/100 000，而感染性腦炎為1/100 000；AE患者的復發(fā)住院率高于感染性腦炎[1]。由此可見，AE已顯示出與感染性腦炎相當?shù)陌l(fā)病率和社會危害性。然而，目前還未形成針對AE的循證的規(guī)范化治療方案，因此亟待開展相關的臨床研究。

本文聚焦于抗體相關腦炎的免疫致病機制，探討起病的誘因、免疫耐受失敗、致病抗體的產(chǎn)生及其破壞作用以及血腦屏障的損害等，旨在促進對AE與PS致病機制及治療原則差異的認識，為AE治療方案的優(yōu)化提供參考依據(jù)。

1 抗體相關腦炎發(fā)病的誘因

1.1 腫瘤

隨著PS相關抗體的發(fā)現(xiàn)，也發(fā)現(xiàn)了抗體相關腦炎。隨著抗體譜的更新以及致病性抗體的發(fā)現(xiàn)，目前已認識到抗體相關腦炎并非與腫瘤相關。不同類型的抗體介導的抗體相關腦炎合并腫瘤的概率以及腫瘤的類型均呈現(xiàn)較大差異。據(jù)統(tǒng)計，抗α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異噁唑丙酸（alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid，AMPA）抗體腦炎并發(fā)腫瘤的概率為60%～70%，腫瘤類型主要為小細胞肺癌、乳腺癌和胸腺瘤[2]；抗NMDAR抗體腦炎并發(fā)腫瘤的概率為40%，腫瘤類型以卵巢畸胎瘤為主[3]；而另一些抗體相關腦炎與腫瘤的相關性較小，如抗富亮氨酸膠質瘤滅活蛋白1（leucine-rich glioma-inactivated protein 1，LGI1）抗體腦炎等[4]。

在抗細胞內抗體介導的PS中，腦炎損害由抗腫瘤免疫過程中產(chǎn)生的自身免疫性T細胞介導。研究表明，壞死的腫瘤細胞釋放的抗原在區(qū)域淋巴結中被抗原提呈細胞（antigen-presenting cell，APC）吞噬并加工提呈給免疫細胞，從而激活抗腫瘤免疫應答；細胞毒性T細胞通過顆粒酶和穿孔素等途徑攻擊具有相似抗原表位的中樞神經(jīng)細胞，引發(fā)神經(jīng)細胞死亡，而釋放的細胞內抗原又可經(jīng)體液免疫產(chǎn)生自身抗體，但這些抗體不具有直接的致病作用[5]。因此，PS患者體內檢出的抗體僅僅是細胞免疫反應激活體液免疫后的副產(chǎn)物，能夠可靠地提示發(fā)生了細胞免疫的紊亂，但自身并不是介導病理損傷的主要因素。充分認識細胞內抗體的特點對于指導PS患者的治療具有重要意義，檢出細胞內抗體可能預示腫瘤的發(fā)生，而及早進行腫瘤篩查能夠顯著地改善患者的預后。

一些合并腫瘤的AE的發(fā)病過程類似，但是免疫毒性作用偏向于由體液免疫產(chǎn)生的自身免疫性抗體所介導，并且對神經(jīng)元造成的損傷是功能性且可逆的[6]。對于合并畸胎瘤的抗NMDAR抗體腦炎，由于畸胎瘤組織常含有成熟或不成熟的神經(jīng)組織，因此畸胎瘤中的神經(jīng)細胞表面抗原在經(jīng)提呈后激活體液免疫應答所產(chǎn)生的抗體，同樣也可以介導腦組織的免疫損傷[7]。基于體內外抗細胞表面抗原抗體致病性研究的結果，認為AE的免疫病理狀態(tài)是由體內異常的自身反應性抗體所介導。早期切除腫瘤以及應用免疫治療可以改善患者的預后，而病情自行緩解少見。不同類型AE患者的病情緩解速度、后遺癥以及復發(fā)率不盡相同。一般而言，與腫瘤相關性較強的AE類型，尤其是存在T細胞介導的細胞毒作用，對免疫治療的反應較差。

AE與PS的發(fā)病機制存在差異，因此治療原則也存在差異。深入理解AE與PS的特點，有助于早期制定規(guī)范的個體化治療方案。

胸腺腫瘤通常與系統(tǒng)性自身免疫性疾病或神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病有關，這與胸腺作為免疫細胞成熟以及自身免疫耐受形成的器官存在關聯(lián)。胸腺髓質上皮細胞表達的自身免疫調節(jié)因子（autoimmune regulator，AIRE）基因缺失后，常產(chǎn)生多種與AE相關的抗體，如抗γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）B型受體和抗谷氨酸脫羧酶65（glutamic acid decarboxylase 65，GAD65）抗體[8]。因此，胸腺腫瘤作為發(fā)病誘因，因其可能干擾中樞系統(tǒng)的免疫耐受，具有獨特的復雜性。

1.2 病毒感染

研究發(fā)現(xiàn)，約25%的單純皰疹病毒性腦炎（herpes simplex virus encephalitis，HSE）患者體內可檢測出抗神經(jīng)細胞表面蛋白的抗體，主要是抗NMDAR抗體，提示中樞系統(tǒng)病毒感染與AE有關[9]，臨床上表現(xiàn)為在有效治療病毒感染數(shù)周后，患者又出現(xiàn)一系列精神神經(jīng)癥狀，兒童以手足徐動癥為主要表現(xiàn)，成人則以精神癥狀和認知障礙為主要表現(xiàn)[10]；此時從患者的血漿和腦脊液中主要檢測出抗NMDAR抗體[11]；抗病毒治療無效，但是免疫治療（糖皮質激素治療、血漿置換、靜脈輸注丙種球蛋白等）可以明顯改善精神神經(jīng)癥狀，并且無再次誘發(fā)病毒感染的證據(jù)[10]。此外，在部分抗NMDAR腦炎患者中，存在其他病原體感染的血清學依據(jù)，如水痘-帶狀皰疹病毒和支原體等[11]，提示除常見的單純皰疹病毒以外，感染另一些病原體也可能誘發(fā)AE。

上述發(fā)現(xiàn)揭示，在病毒介導的炎性損傷中，損傷導致細胞表面抗原的釋放，繼而誘導生成相應的自身免疫性抗體。相對親神經(jīng)的單純皰疹病毒損傷神經(jīng)細胞后導致抗原的釋放，呈遞抗原的APC與游離抗原隨腦脊液回流匯入外周免疫器官，進一步激活適應性免疫反應。然而，有研究指出，抗NMDAR抗體首先是從腦脊液中檢測出來的，并且腦脊液中的細胞能夠生成抗NMDAR抗體，由此提示可能存在抗體的鞘內合成[10,12]。由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)缺少負責抗原遞呈以及激活適應性免疫反應的細胞和組織，因此推測最初的適應性免疫反應的激活可能發(fā)生于中樞神經(jīng)系統(tǒng)之外，隨后發(fā)展至中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

1.3 其他誘因

事實上，部分AE的發(fā)病誘因仍不明確，既未合并腫瘤，也無近期病毒感染史，提示可能存在其他未知誘因。AE患者體內檢測出其他自身抗體如抗核抗體（antinuclear antibody，ANA）的概率高于一般人群，提示此類患者對自身免疫性疾病的易感性[13]，因此有必要開展抗體相關腦炎與其他自身免疫性疾病共病的研究。研究發(fā)現(xiàn)，抗NMDAR抗體腦炎、抗LGI1抗體腦炎和抗IgLON家族成員5（IgLON family member 5，IgLON5）抗體腦炎與特定的人類白細胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）存在相關性[14-16]。不僅如此，抗NMDAR抗體腦炎小鼠模型顯示，長期處于應激狀態(tài)下，血清抗NMDA谷氨酸受體NR1亞單位抗體IgA水平增加[17]，提示AE的發(fā)生還可能與生活方式有關。

2 免疫耐受失敗

自身免疫性疾病的發(fā)生起始于免疫自穩(wěn)狀態(tài)的破壞。當機體免疫功能正常時，免疫系統(tǒng)能夠及時清除體內受傷、衰老和變性的細胞以及外來抗原，并對自身成分保持免疫耐受，即接觸抗原性物質時表現(xiàn)出特異性的無應答狀態(tài)。如果發(fā)生感染或腫瘤時，固有免疫細胞可以通過細胞表面的受體結合病原體的外來病原相關分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）或損傷細胞分泌的損傷相關分子模式（damageassociated molecular pattern，DAMP），其中自然殺傷細胞可以通過結合細胞表面異常的主要組織相容性復合體抗原Ⅰ類分子等，及時識別病原體或受損細胞。一方面，通過固有免疫終止病理進程；另一方面，必要時由APC將抗原提呈至適應性免疫細胞，作為適應性免疫應答的起始環(huán)節(jié)。自身免疫性疾病通常由自身反應性T細胞以及自身反應性抗體所介導，故適應性免疫耐受的終止和破壞是導致自身免疫性疾病發(fā)生的根本原因。

在炎癥或腫瘤等誘因的作用下，原有的適應性免疫耐受機制受到挑戰(zhàn)，少部分的外周自身反應性淋巴細胞異常激活，破壞了適應性免疫耐受。例如，壞死細胞釋放的隱蔽抗原或抗原表位擴展暴露的非優(yōu)勢抗原可能與自身反應性T細胞和B細胞發(fā)生接觸，產(chǎn)生有效的免疫應答；同時，輔助活化信號增多，APC在局部炎癥細胞因子的協(xié)同刺激作用下，能夠活化自身反應性T細胞和B細胞；此外，通過分子模擬等途徑產(chǎn)生的經(jīng)修飾的自身抗原和交叉抗原也能夠提供激活新T細胞克隆的活性基團，取代本已耐受的T細胞克隆，通過旁路輔助T細胞，有效地輔助活化自身反應性B細胞。除此之外，活化誘導的細胞死亡（activation-induced cell death，AICD）機制障礙、多克隆激活以及免疫調節(jié)紊亂，都可能是抗體相關腦炎發(fā)病的潛在免疫病理基礎。

3 抗體分類及其生成

抗細胞膜表面抗原抗體大多與AE相關，抗細胞內抗原抗體大多與PS相關。PS患者的臨床癥狀被認為由細胞免疫紊亂主導，而AE則是由體液免疫異常產(chǎn)生的自身抗體所介導的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷。在PS中，細胞免疫紊亂是抗腫瘤免疫效應的副產(chǎn)物，自身抗體的產(chǎn)生繼發(fā)于細胞免疫紊亂，因此抗體僅具診斷價值?；诖嗽恚槍S患者的治療重點不在于緩解異常的自身免疫反應。然而，在AE中，體液免疫產(chǎn)生的自身抗體具有明確的致病作用，因此免疫治療的療效顯著。

當適應性免疫耐受失敗后，自身免疫性B淋巴細胞得到活化，在局部淋巴結或中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴濾泡中進行克隆性增殖，最終轉化為成熟的漿細胞，繼而生成抗體，可根據(jù)重鏈恒定區(qū)氨基酸組成的排列順序分為IgM（μ型重鏈）、IgD（δ型重鏈）、IgG（1～4）（γ1～4型重鏈）、IgA（1～2）（α1～2型重鏈）和IgE（ε型重鏈）等。

4 AE致病抗體的作用

4.1 阻斷細胞表面受體或離子通道功能

GABAB受體是抑制性神經(jīng)遞質GABAB的一類G蛋白偶聯(lián)受體，研究提示抗GABAB受體的抗體結合于GABAB1亞基的細胞外結構域，能夠阻斷受體功能，導致合并嚴重癲癇的邊緣葉腦炎。體外實驗發(fā)現(xiàn)，在未改變受體密度的前提下，抗體能夠拮抗GABAB受體激動劑對于電生理的抑制作用，提示抗體對受體可能存在直接的阻斷作用[18-19]。

4.2 調節(jié)受體內吞

IgG1與抗原結合可導致抗原交聯(lián)，抗原抗體復合物被內化或吞噬，最終在細胞內被降解。例如，在抗NMDAR腦炎中，抗體可以促進NMDAR的內吞，降低突觸后膜受體的密度，引發(fā)以神經(jīng)精神癥狀、癲癇和肌張力障礙為主要臨床表現(xiàn)的腦炎。NMDAR是一類碘化谷氨酸受體，其抗體主要靶向GluN1亞基。體內外實驗均觀察到抗體能夠選擇性地可逆性減少突觸表面NMDAR的密度[20]，而抗體的受體交聯(lián)作用可能是導致NMDAR內化的原因，并且抗體與GluN1亞基的特異性結合改變了EphB2受體與NMDAR在細胞表面正常的相互作用，使其在NMDAR內化之前，從突觸位點移至突觸外位點[21-23]。除此之外，其他類型抗體的體外實驗也發(fā)現(xiàn)了突觸受體數(shù)量的減少，包括AMPA受體[24]、GABAA受體[25]、IgLON5[26]、神經(jīng)連接蛋白3α[27]、二肽氨基肽酶樣蛋白（dipeptidyl aminopeptidase-like protein，DPPX）6[28]、多巴胺受體2（dopamine receptor 2，DR2）[29]、抗代謝型谷氨酸受體5（metabotropic glutamate receptor 5，mGluR5）[30]和甘氨酸受體（glycine receptor，GlyR）抗體[31]。

4.3 補體激活與炎癥反應

抗原抗體復合物（特別是IgG1和IgG3）的形成可以激活補體系統(tǒng)，促進巨噬細胞的趨化和吞噬作用，并且在細胞膜上形成膜攻擊復合物（membrane attack complex，MAC）誘發(fā)細胞溶解[32]。在抗體靶向AMPA受體GluA3亞基的Rasmussen腦炎中，發(fā)現(xiàn)補體激活的經(jīng)典途徑具有致病作用[33-34]。然而，也有研究者并不認可針對GluA3亞基抗體的致病作用，認為是細胞免疫主導了該類腦炎的損傷病變[35]。此外，體外實驗發(fā)現(xiàn)，在進行性腦脊髓炎中導致強直及肌陣攣的抗GlyR抗體與補體C3b組分存在共定位[36]；尸檢發(fā)現(xiàn)，在抗接觸蛋白相關樣蛋白2（contactinassociated protein-like 2，CASPR2）抗體腦炎患者的腦組織中，抗電壓門控鉀通道蛋白LGI1呈現(xiàn)補體沉積[37-38]，提示補體可能在病灶部位與抗原抗體復合物相結合，繼而破壞神經(jīng)元細胞膜，并且活化固有免疫介導的炎癥損傷。

4.4 破壞相關蛋白的功能

盡管檢測到的抗體大多為IgG1，但也有以IgG4為主。與IgG1不同的是，IgG4無法結合補體，誘導受體交聯(lián)及內化的能力也較差，因此IgG4大多通過影響正常蛋白之間的相互作用以及干擾蛋白的功能來介導自身免疫性疾病的病理損傷。在抗LGI1抗體介導的邊緣性腦炎中，體內實驗和體外電生理實驗均發(fā)現(xiàn)抗LGI1抗體與LGI1蛋白的不同抗原表位相結合，干擾其與突觸前蛋白ADAM23和突觸后蛋白ADAM22的相互作用，降低突觸后AMPA受體密度，改變突觸前鉀離子通道功能，導致神經(jīng)元興奮性增加[39]。在雙載蛋白抗體相關副腫瘤性僵人綜合征或伴有強直和肌陣孿的進展性腦脊髓炎中，抗體也具有特殊的蛋白功能阻斷作用。雙載蛋白參與網(wǎng)格蛋白介導的突觸前膜囊泡的內吞和循環(huán)。體內外實驗均發(fā)現(xiàn)抗體與雙載蛋白SH3結構域的結合阻斷了其與動力蛋白及其他細胞內蛋白的相互作用，導致無法進行囊泡內吞，致使突觸前膜釋放的神經(jīng)遞質囊泡減少，從而影響突觸功能[40]。

目前大多數(shù)有關抗體相關腦炎致病機制的研究不夠深入，需要進一步研究和驗證。除此之外，對另一些抗體的致病作用仍知之甚少。在IgLON5抗體腦炎中，患者表現(xiàn)出睡眠中呼吸暫停和異常活動，尸檢發(fā)現(xiàn)腦組織中存在神經(jīng)元纖維纏結以及高度磷酸化tau蛋白的沉積[26]，由此提示其與神經(jīng)退行性疾病的潛在關聯(lián)。然而，目前尚不明確究竟是tau蛋白沉積后引發(fā)的免疫學改變，還是自身免疫性疾病導致的tau蛋白沉積。

5 血腦屏障的破壞

血腦屏障由毛細血管內皮細胞、基底膜、周細胞和星形膠質細胞足突組成，能夠限制大分子和細胞進入腦實質。血腦屏障在毛細血管處最為緊密，能夠控制體液彌散，但在毛細血管后微靜脈處則較為薄弱，成為招募免疫細胞的入口[41]。血腦屏障未受損時，抗體可以通過跨細胞分泌或細胞旁途徑等形式進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)[42]。然而，盡管外周與中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的抗體存在動態(tài)交換，但是一些由抗外周及中樞神經(jīng)系統(tǒng)共存靶抗原的抗體介導的周圍神經(jīng)疾病，如抗電壓門控鈣通道抗體介導的蘭伯特-伊頓肌無力綜合征（Lambert-Eaton myasthenic syndrome，LEMS），并不伴有中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害。與之類似，采用肽鏈誘導小鼠NMDAR抗體的生成并不會導致出現(xiàn)腦損傷的臨床表現(xiàn)和影像學表現(xiàn)，而進一步使用脂多糖破壞血腦屏障后，可以觀察到抗體的致病作用[42-43]，因此血腦屏障的破壞可能是外周抗體進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)引發(fā)疾病的必要條件。在HSE等感染后引發(fā)的抗NMDAR腦炎中，抗體可以在鞘內合成。APC經(jīng)由血腦屏障薄弱處進入腦實質后與抗原結合，然后返回外周激活適應性免疫反應，此后再次進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，并且分化成漿細胞而生成抗體。值得注意的是，血腦屏障各個部位通透性或破壞程度的差異可能是導致抗體相關中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷區(qū)域存在差異的原因之一。因此，導致血腦屏障破壞的因素可能提示了損傷的區(qū)域特征?？贵w進入腦實質的部位不同，決定了同一種抗體腦炎患者可能出現(xiàn)不同的神經(jīng)精神癥狀[44]。

6 總結

抗體相關腦炎的診斷是以血清或腦脊液中檢出自身反應性抗體為依據(jù)，而根據(jù)靶向抗原位置的不同，可將抗體相關腦炎分成PS與AE這2類致病機制和治療原則截然不同的疾病。

相較于AE，PS繼發(fā)于抗腫瘤細胞的免疫反應，因此在對PS進行治療時需考慮各類原發(fā)腫瘤的實際情況，免疫治療不完全適用。

AE是以體液免疫介導為主的自身免疫性疾病，研究其致病機制有助于理解原發(fā)免疫耐受失敗的關鍵環(huán)節(jié)，探索干預的方法，實現(xiàn)對因治療。表1總結了AE的致病抗體類型。已有證據(jù)表明，腫瘤和病毒感染所致的抗原表位暴露是AE的潛在誘因，但仍有相當一部分抗體類型的產(chǎn)生原因尚不明確。體液免疫起始階段的固有免疫系統(tǒng)與細胞免疫的輔助性角色，是潛在靶向藥物研究的方向。同時，研究血腦屏障在AE致病環(huán)節(jié)中的作用有助于探究阻斷抗體進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的預防途徑。目前，尚缺乏規(guī)范化的AE治療方案，并且鑒于患者的抗體異質性較大，對免疫治療的反應存在差異，因此有必要開展進一步的研究，基于各類抗體的致病特征，制定個體化的治療方案。

表1 抗體相關腦炎的致病抗體類型