固有免疫和適應(yīng)性免疫在病毒性腦炎發(fā)病中的作用機(jī)制

彭偉濤 任玥 吳曉牧

病毒性腦炎(viral encephalitis，VE)是常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染性疾病之一，流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示，VE在我國平均年發(fā)病率為(4～5)/10萬，一年四季均可發(fā)病[1]。其臨床表現(xiàn)為發(fā)熱、頭痛、惡心嘔吐、全身乏力等病毒感染癥狀，伴或不伴有偏癱、失語、意識障礙等神經(jīng)功能缺損癥狀。目前研究發(fā)現(xiàn)，VE的發(fā)病機(jī)制除了病毒的直接侵犯以外，還涉及機(jī)體免疫功能的參與。其中固有免疫和適應(yīng)性免疫在中樞神經(jīng)系統(tǒng)病毒感染炎性反應(yīng)中發(fā)揮了非常重要的作用。適應(yīng)性免疫包括體液免疫和細(xì)胞免疫，均參與了中樞神經(jīng)系統(tǒng)病毒清除及炎性反應(yīng)控制。本文就固有免疫和適應(yīng)性免疫在VE中的作用機(jī)制研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 血-腦屏障功能受損及免疫細(xì)胞的入侵

血-腦屏障是外周血循環(huán)系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間的一個重要的物理屏障，能夠阻止血液中的毒性物質(zhì)、炎性因子、病原體進(jìn)入大腦，有利于維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。盡管存在這層物理屏障，病毒仍可通過周圍神經(jīng)軸突逆向遷移、跨內(nèi)皮細(xì)胞途徑、細(xì)胞旁途徑、感染外周血單核巨噬細(xì)胞途徑等多個途徑進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。當(dāng)病毒侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng)后，其表達(dá)的病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMPs)與小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞等中樞神經(jīng)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的病原體識別受體(pathogen-recognizing receptor，PRR)相結(jié)合。中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要的PRR包括Toll樣受體(toll-like receptors，TLRs)、視黃酸誘導(dǎo)基因1樣受體(retinoic acid-inducible gene 1 like receptors，RLRs)、核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors，NLRs)和胞質(zhì)DNA傳感器。隨后不同的信號通路及轉(zhuǎn)錄因子被激活，如核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor κB，NF-κB)和干擾素調(diào)節(jié)因子(interferon regulatory factor，IRF)家族。其中活化的NF-κB通過誘導(dǎo)抗凋亡基因和腫瘤壞死因子α(TNF-α)及白細(xì)胞介素1β(IL-1β)等促炎細(xì)胞因子表達(dá)發(fā)揮抑制病毒復(fù)制和增強(qiáng)炎性反應(yīng)的作用。IRF的激活可誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素(interferon-1，IFN-1)的表達(dá)，通過上調(diào)抗病毒蛋白、募集外周免疫細(xì)胞以及降低血-腦屏障通透性來限制病毒在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的傳播[2-3]。

2 固有免疫應(yīng)答在VE中的作用機(jī)制

2.1 小膠質(zhì)細(xì)胞小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最重要的先天性免疫細(xì)胞之一。在靜止情況下，小膠質(zhì)細(xì)胞分泌神經(jīng)生長因子、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子等神經(jīng)營養(yǎng)分子以營養(yǎng)神經(jīng)元及膠質(zhì)細(xì)胞，維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)；當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生感染時，小膠質(zhì)細(xì)胞立即被活化并上調(diào)MHC-Ⅰ類及MHC-Ⅱ類分子，從而將抗原提呈給T細(xì)胞并使其活化，參與抗原清除。研究發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞可被募集到感染部位并清除感染細(xì)胞，主要由P2Y12信號介導(dǎo)，其中P2Y12是P2Y受體家族成員之一，表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞表面[4]。此外，集落刺激因子1受體可正向調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的生成，參與抗病毒免疫反應(yīng)[5]。除具有抗原提呈作用外，小膠質(zhì)細(xì)胞還具有其他生物學(xué)功能。小膠質(zhì)細(xì)胞可通過經(jīng)典補(bǔ)體級聯(lián)反應(yīng)引起突觸前末梢喪失，導(dǎo)致神經(jīng)功能損傷[6]。Waltl等研究發(fā)現(xiàn)，泰勒氏鼠腦脊髓炎病毒感染后其小膠質(zhì)細(xì)胞的耗竭并不影響CD8+T細(xì)胞的募集，但可減少CD4+T細(xì)胞的募集[7]。在嗜神經(jīng)性冠狀病毒感染小鼠模型中，研究者發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞的耗竭減弱了CD4+T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答，這可能與腦中主要表達(dá)MHC-Ⅱ類分子的細(xì)胞減少以及浸潤的單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞中MHC-Ⅱ類分子表達(dá)的降低有關(guān)[8]。不僅如此，小膠質(zhì)細(xì)胞還可促進(jìn)病毒特異性CD8+T細(xì)胞增殖與活化，參與抗病毒免疫應(yīng)答[9]。

2.2 星形膠質(zhì)細(xì)胞星形膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)數(shù)量最多的一類細(xì)胞，具有多種神經(jīng)保護(hù)功能，可為神經(jīng)元提供能量支持、離子穩(wěn)態(tài)、神經(jīng)遞質(zhì)的攝取與回收、抗氧化應(yīng)激等[10]，并維持血-腦屏障的穩(wěn)定性。當(dāng)發(fā)生中樞神經(jīng)系統(tǒng)病毒感染時，星形膠質(zhì)細(xì)胞可通過激活TLRs、RLR或干擾素α(IFN-α)受體途徑誘導(dǎo)產(chǎn)生IFN-1，從而抑制病毒復(fù)制[11-12]。星形膠質(zhì)細(xì)胞可通過分泌CXC趨化因子配體10(c-x-c motif chemokine ligand 10，CXCL10)介導(dǎo)CD8+T細(xì)胞進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)參與抗病毒免疫應(yīng)答[13]。然而，Schachtele等[14]通過對星形膠質(zhì)細(xì)胞與T細(xì)胞共培養(yǎng)的體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，星形膠質(zhì)細(xì)胞可通過激活程序死亡配體1(programmed death ligand 1，PD-L1)通路抑制CD8+T細(xì)胞活化。另外，星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的CXCL10可募集抗體分泌細(xì)胞進(jìn)入中樞系統(tǒng)，分泌病毒特異性抗體以清除病毒[15]。星形膠質(zhì)細(xì)胞可通過分泌BAFF(TNF家族的B細(xì)胞活化因子)及細(xì)胞間接觸促進(jìn)B細(xì)胞的增殖[16]。

3 適應(yīng)性免疫細(xì)胞在VE中的作用機(jī)制

CD4+T細(xì)胞亦稱為輔助性T細(xì)胞，主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)其他免疫細(xì)胞參與抗病原微生物的免疫應(yīng)答。根據(jù)其功能及分泌細(xì)胞因子主要分為Th1、Th2、Th17細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell，Treg)等。CD8+T細(xì)胞即細(xì)胞毒性T細(xì)胞，是適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的主要效應(yīng)細(xì)胞，主要負(fù)責(zé)清除被感染的細(xì)胞及病毒。B細(xì)胞是體液免疫的主要參與者，通過分泌病原特異性抗體參與機(jī)體免疫反應(yīng)。下面就幾種常見的T細(xì)胞亞群及B細(xì)胞在VE中的作用機(jī)制進(jìn)行介紹。

3.1 Th細(xì)胞Th1細(xì)胞可分泌IL-2、IFN-γ、TNF-β等細(xì)胞因子，介導(dǎo)與細(xì)胞毒作用和局部炎性反應(yīng)有關(guān)的免疫應(yīng)答，其中IFN-γ作為一種由Th1細(xì)胞分泌的特征性細(xì)胞因子，具有諸多生物學(xué)活性。IFN-γ能抑制病毒復(fù)制，增加細(xì)胞對病毒感染的抵抗力，而針對日本腦炎病毒感染小鼠的研究發(fā)現(xiàn)IFN-γ并不能明顯影響病毒復(fù)制[17]，表明IFN-γ是否抑制病毒復(fù)制可能取決于病毒種類。IFN-γ通過下調(diào)緊密連接蛋白、密封蛋白-5、閉合蛋白及閉鎖小帶-1增加血-腦屏障通透性[17]。IFN-γ可促進(jìn)浸潤的巨噬細(xì)胞向M1型轉(zhuǎn)變并分泌促炎細(xì)胞因子及活性氧發(fā)揮細(xì)胞毒性作用[18]。另外，IFN-γ還可促進(jìn)CD8+T細(xì)胞遷移至感染部位以輔助其清除病毒[19]。

Th2細(xì)胞是一類主要分泌IL-4、IL-5、IL-10和IL-13等細(xì)胞因子的T細(xì)胞亞群。其中IL-10作為負(fù)向調(diào)節(jié)因子在VE中發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。Martin等[20]研究發(fā)現(xiàn)，與重組甲病毒感染的小鼠相比，IL-10缺陷的感染小鼠腦中Th1細(xì)胞及其細(xì)胞因子水平升高，Th17細(xì)胞無明顯變化，而Th2細(xì)胞及其細(xì)胞因子、先天性2型淋巴樣細(xì)胞、Treg和B細(xì)胞水平降低，且這種改變與其體重減輕、病毒復(fù)制增多及死亡率增高密切相關(guān)。然而，另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)IL-10缺陷的甲病毒感染的小鼠腦中Th17細(xì)胞水平升高[21]。因此，有關(guān)IL-10對Th17細(xì)胞的確切作用仍需進(jìn)一步探索。

Th17細(xì)胞是一類誘導(dǎo)和維持機(jī)體免疫應(yīng)答的淋巴細(xì)胞，主要分泌IL-17、IL-21、IL-22和粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)等細(xì)胞因子，其中IL-17是Th17細(xì)胞分泌的特征性細(xì)胞因子。目前已有研究發(fā)現(xiàn)IL-17、IL-22等細(xì)胞因子參與VE的免疫病理損傷。IL-17和IL-22可促進(jìn)腦內(nèi)皮細(xì)胞分泌IL-6、CC類趨化因子配體2(c-c motif chemokine ligand 2，CCL2)、CXCL1、CXCL2和IL-8，引起血-腦屏障通透性增高，導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性反應(yīng)[22]。此外IL-17及IL-22可促進(jìn)嗜中性粒細(xì)胞等遷移至中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其中IL-17可通過誘導(dǎo)CCL2和CXCL1趨化因子的分泌促進(jìn)中性粒細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)[23]，IL-22可通過調(diào)節(jié)CXCR2-CXCL1軸促進(jìn)嗜中性白細(xì)胞遷移至中樞神經(jīng)系統(tǒng)[24]。然而在IL-17A對西尼羅河病毒感染小鼠作用的研究中發(fā)現(xiàn)，IL-17A可下調(diào)CCL5的表達(dá)，抑制白細(xì)胞向中樞神經(jīng)系統(tǒng)浸潤[25]。因此，IL-17是否有助于外周免疫細(xì)胞遷移至中樞神經(jīng)系統(tǒng)仍需進(jìn)一步研究。此外，IL-17A可促進(jìn)病原特異性CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用，而不影響B(tài)細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫[25]。

3.2 Treg細(xì)胞Treg細(xì)胞作為維持自身耐受的關(guān)鍵細(xì)胞而廣泛受到關(guān)注。Treg細(xì)胞能抑制效應(yīng)T細(xì)胞反應(yīng)，使其在不引起組織損傷的情況下更有效地清除病毒。Prasad等[26]對巨細(xì)胞病毒感染小鼠Treg的調(diào)節(jié)作用進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，Treg細(xì)胞的耗竭可引起病毒特異性的CD4+T和CD8+T細(xì)胞活化與擴(kuò)增，Treg細(xì)胞的耗竭可抑制組織駐留記憶T細(xì)胞的產(chǎn)生。Lokensgard等[27]研究結(jié)果顯示，與巨細(xì)胞病毒感染的野生型小鼠相比，Treg細(xì)胞缺陷的感染小鼠腦中炎性細(xì)胞數(shù)量明顯增加，小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量及活性增加，星形膠質(zhì)細(xì)胞活性增加，并且這種炎性環(huán)境與小鼠空間學(xué)習(xí)及記憶力下降密切相關(guān)。此外，Treg細(xì)胞可調(diào)控記憶性T細(xì)胞抗病毒作用。Graham等[28]通過對西尼羅河病毒感染的Treg細(xì)胞耗竭的小鼠研究發(fā)現(xiàn)，Treg細(xì)胞可通過誘導(dǎo)TNF-β的表達(dá)導(dǎo)致CD8+T細(xì)胞上CD103的表達(dá)增加，從而調(diào)節(jié)記憶性T細(xì)胞對病毒的反應(yīng)。

3.3 CD8+T細(xì)胞眾所周知，CD8+T細(xì)胞亦稱為細(xì)胞毒性T細(xì)胞，在抗病毒免疫反應(yīng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。CD8+T細(xì)胞可通過穿孔素、顆粒酶及Fas-FasL途徑直接誘導(dǎo)病毒感染的細(xì)胞凋亡，或通過產(chǎn)生TNF-α和IFN-γ等細(xì)胞因子介導(dǎo)非溶細(xì)胞途徑來清除神經(jīng)元內(nèi)病毒。盡管CD8+T細(xì)胞的產(chǎn)生對于病毒清除至關(guān)重要，然而過量的CD8+T細(xì)胞會造成自身組織免疫損傷，因此通過免疫調(diào)節(jié)機(jī)制維持正常的CD8+T細(xì)胞細(xì)胞毒性作用尤為重要。Trandem等研究發(fā)現(xiàn)，在冠狀病毒感染的小鼠腦中，過度活化的病毒特異性CD8+T細(xì)胞在炎性反應(yīng)高峰期通過激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)及p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK)通路瞬時表達(dá)IL-10，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)CD8+T細(xì)胞產(chǎn)生的IL-10可降低冠狀病毒誘發(fā)的急性腦炎小鼠的疾病嚴(yán)重程度，表明CD8+T細(xì)胞可通過自我調(diào)節(jié)最大程度降低免疫病理損傷[29]。

3.4 B細(xì)胞B細(xì)胞是機(jī)體體液免疫的主要參與者，在抗病毒免疫應(yīng)答中至關(guān)重要?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞通過IFN-γ信號通路增強(qiáng)B細(xì)胞趨化因子CXCL9、CXCL10和CXCL13的表達(dá)，促進(jìn)B細(xì)胞募集至中樞神經(jīng)系統(tǒng)[30]。進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的B細(xì)胞可通過分泌特異性抗體在抑制病毒復(fù)制中起至關(guān)重要的作用。

綜上所述，VE是一種常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染性疾病，當(dāng)病毒進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)后，其表達(dá)的PAMPs可被腦實(shí)質(zhì)細(xì)胞表面的PRR識別，通過激活NF-κB及IRF等信號通路募集外周免疫細(xì)胞進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。外周免疫細(xì)胞可分泌多種細(xì)胞因子、趨化因子及特異性抗體介導(dǎo)機(jī)體抗病毒免疫應(yīng)答。其中Th1、Th2、CD8+T細(xì)胞及B細(xì)胞被認(rèn)為是VE中的主要效應(yīng)細(xì)胞，參與病毒的清除與炎性反應(yīng)。Treg細(xì)胞可通過抑制效應(yīng)T細(xì)胞反應(yīng)，在不引起組織損傷的基礎(chǔ)上有效控制炎性反應(yīng)，而Th17細(xì)胞在VE中可發(fā)揮有益或有害的作用。目前，固有免疫細(xì)胞與適應(yīng)性免疫細(xì)胞之間的相互作用尚未完全闡明，需進(jìn)一步深入研究，為了解免疫細(xì)胞各亞群在VE中的作用機(jī)制提供理論支持。