纖溶系統(tǒng)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染性疾病中的作用機制研究進展

王月，李瑋

（1.鄭州大學(xué)人民醫(yī)院，河南 鄭州；2.河南省人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，河南 鄭州）

0 引言

細(xì)菌性腦膜炎（Bacterial Meningitis，BM）是由于各種病原體感染引起的中樞神經(jīng)嚴(yán)重性感染性疾病。病因因年齡和地域而異，成人及兒童患者居多。許多細(xì)菌能夠引起本病，包括腦膜炎球菌、流感桿菌、肺炎球菌、大腸桿菌、葡萄球菌、李斯特菌、結(jié)核桿菌、疏螺旋體等[1]。患者臨床表現(xiàn)不一，可有發(fā)熱、頭痛、嘔吐、頸部強直，病情進展迅速者可出現(xiàn)譫妄、昏迷甚至呼吸或循環(huán)衰竭[2,3]。因此BM是神經(jīng)科的急癥。其臨床癥狀、治療轉(zhuǎn)歸、預(yù)后除了取決于病原體的致病能力外，還取決于機體的防御能力[2,4]。因此對細(xì)菌性腦膜炎發(fā)病機制的研究就顯的尤為重要。

BBB作為神經(jīng)系統(tǒng)的基本組成部分，是免疫防御的第一道也是最關(guān)鍵的屏障。因此BBB的結(jié)構(gòu)和功能的完整性對于維持整個大腦微循環(huán)狀態(tài)至關(guān)重要[5]。血腦屏障與機體內(nèi)的其他的生理屏障不同，腦血管內(nèi)皮細(xì)胞間電阻極高[6]。因此BM發(fā)病的關(guān)鍵在于病原體能否突破血腦屏障[7]。BM的感染途徑主要包括：血行播散、特洛伊機制、神經(jīng)軸突的逆向轉(zhuǎn)運及其他的通道[8]。有人提出病原體能夠利用宿主的纖溶酶原系統(tǒng)形成有效的侵入，從而逃避宿主的固有免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)[9-11]。許多細(xì)胞可以通過暴露碳末端賴氨酸的纖溶酶原結(jié)合位點結(jié)合纖溶酶原和纖溶酶。本綜述的目的旨在闡述纖溶系統(tǒng)在不同的病原體中所起的作用及其中可能涉及的炎癥通路，從而為BM的發(fā)病機制和診療提供新的視角。

1 纖溶系統(tǒng)的構(gòu)成及其作用

1.1 纖溶酶原與纖溶酶

纖溶系統(tǒng)主要由纖溶酶原（Plasminogen，plg）及活化形式纖溶酶、纖溶酶原激活物等主要成分構(gòu)成。其中研究較多的是纖溶酶原。纖溶酶原是一種90KD的蛋白酶原，由5個Kringle結(jié)構(gòu)域、1個絲氨酸蛋白酶結(jié)合位點構(gòu)成，主要存在于血漿中。能夠被組織型纖溶酶原激活物（Tissue plasminogen activator,tpa）或尿激酶型纖溶酶原激活物(Urokinase-type plasminogen activator,upa)激活變成有活性的纖溶酶。二者之間的轉(zhuǎn)化需要激活碳端多肽[12]。纖溶酶是一種絲氨酸蛋白酶，是溶解纖維蛋白的關(guān)鍵酶，同時還能降解細(xì)胞外基質(zhì)。而眾所周知，哺乳動物的組織屏障的主要成分就是細(xì)胞外基質(zhì)。細(xì)胞外基質(zhì)主要由膠原蛋白、蛋白多糖、纖連蛋白、層粘連蛋白和其他糖蛋白組成。其中基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）家 族 中 的MMP2、MMP-9是 降 解ECM的主力軍[13]。可想而知血漿中高濃度的纖溶酶能夠為病原體穿透這些屏障提供了多大的便利[14]。

纖溶酶原還能夠調(diào)節(jié)腦代謝、保護神經(jīng)元[15]。研究發(fā)現(xiàn)，分別切除膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、無局灶性水腫的腦膜瘤、乳腺癌腦轉(zhuǎn)移患者的腫瘤組織后進行組織勻漿，upa-AG、upa-act、tpa-AG、tpa-act及血漿纖溶酶原激活抑制劑(plaminogen activator inhibitor,PAI)的含量變化。發(fā)現(xiàn)PAI-1-act在腦膜瘤中幾乎消耗殆盡，并且能夠完全阻斷tpa的作用，但不能完全遏制upa的作用。Upa能夠促進細(xì)胞增殖和組織重塑。Tpa在惡性腦腫瘤中的抗原性形式和活性形式相對較高[16]。

1.2 纖溶酶原的激活物

纖溶酶原激活物包括tpa和upa。二者都能夠激活plg進行纖溶級聯(lián)反應(yīng)，但作用的細(xì)胞和部位不同。Tpa發(fā)揮激活作用后主要將纖維蛋白凝塊分解從而恢復(fù)血管的通暢性，而upa主要是在細(xì)胞表面起作用，促進纖溶酶原及纖溶酶對細(xì)胞外基質(zhì)進行降解從而實現(xiàn)細(xì)胞間的遷移、細(xì)胞因子的傳遞[17,18]。

Upa系統(tǒng)的成分主要包括upa、upa抑制劑、upa受體。Ajay K.Bindal等發(fā)現(xiàn)，upa在高級別惡性腫瘤中過表達(dá)通常預(yù)示著疾病的不良預(yù)后[19]。而在急性缺血性腦卒中，tpa能夠從突觸前區(qū)室快速釋放從而保護突觸免受缺血性損傷的有害影響。但到了機體的恢復(fù)階段，upa及其受體（upaR）的結(jié)合能夠修復(fù)損傷的突觸[20]。令人驚喜的是，人們發(fā)現(xiàn)upa與upaR的結(jié)合并不通過常規(guī)認(rèn)為的纖維蛋白溶酶的級聯(lián)反應(yīng)，而是通過低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1激活β1-整合素誘導(dǎo)軸突再生[21]。纖溶酶原能夠利用upa促進星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)促炎因子，其活化途徑包括纖溶酶原受體、α-烯醇酶、upaR，只要阻斷plg活化過程中的任一成分就可能導(dǎo)致后續(xù)的信號傳導(dǎo)的中斷，因此upa系統(tǒng)的成分可能與神經(jīng)炎癥密切相關(guān)[22]。UpaR是一種糖基磷脂酰肌醇錨定受體。它能提高uPA對plg的催化效率，并且能夠與跨膜蛋白結(jié)合形成一種信號受體復(fù)合物。最終以一種非蛋白水解的方式，在細(xì)胞的黏附、分化、增殖和遷移等中起作用[23]。

1.3 纖溶酶（原）抑制劑

為保證機體的生理狀態(tài)，凝血與纖溶系統(tǒng)必須保持一定的動態(tài)平衡，以免出現(xiàn)纖溶不足或亢進[24]。因此PAI的存在就很有必要了。它主要包括α2-抗纖溶酶、ε-氨基己酸、氨甲環(huán)酸、抑肽酶、血漿纖溶酶原激活抑制劑PAI-1和PAI-2[12,25]。α2-抗纖溶酶主要通過結(jié)合絲氨酸的殘基使纖溶酶失活而發(fā)揮抑制作用。ε-氨基己酸是一種賴氨酸類似物。主要通過促進纖溶酶快速解離，從而抑制纖溶酶原的活化以及后續(xù)的纖維蛋白溶解。據(jù)報道ε-氨基己酸還能抑制plg結(jié)合至活化的血小板以及補體系統(tǒng)的第一組分，結(jié)合并滅活羧肽酶B[26]。抑肽酶和ε-氨基己酸的作用機理之間存在相當(dāng)大的差異。抑肽酶使游離的纖溶酶失活，但對結(jié)合的纖溶酶影響很小。PAI-1和PAI-2是絲氨酸蛋白酶抑制劑家族成員之一,是upa和tpa的特異性生理抑制劑[27]。主要存在于血漿中，能夠與玻連蛋白結(jié)合穩(wěn)定抑制劑的活性構(gòu)象。有研究發(fā)現(xiàn)PAI-1的存在能夠終止腫瘤細(xì)胞的生長，與惡性腦瘤患者的預(yù)后相關(guān)[13]。

2 腦炎致病與纖溶系統(tǒng)相關(guān)

CNS中BBB的屏障功能主要取決于內(nèi)皮細(xì)胞的完整性，疾病狀態(tài)下內(nèi)皮細(xì)胞往往最易受到各種病原體的影響。影響內(nèi)皮細(xì)胞完整性的因素多種多樣，包括細(xì)菌的直接破壞、炎癥細(xì)胞高表達(dá)細(xì)胞因子、趨化因子[28]等等，這些因素都能改變BBB的屏障功能。例如李斯特菌感染人體后，固有免疫及適應(yīng)性免疫反應(yīng)快速啟動，T輔助細(xì)胞產(chǎn)生白細(xì)胞介素-2、干擾素-γ等介導(dǎo)細(xì)胞的免疫促炎功能[29]。有報道稱纖溶酶原能夠與李斯特菌結(jié)合跨人體的腸道屏障，但至今具體的機制仍待研究[30]。在過去的幾十年間里，人們通過各種各樣的方法發(fā)現(xiàn)了纖溶酶原的許多受體。數(shù)量多少不等，但與結(jié)合的細(xì)胞類型相互匹配，包括α-烯醇酶、GAPDH、兩性蛋白、神經(jīng)節(jié)苷脂及糖胺聚糖等[31]。至今研究較多的是烯醇酶、GAPDH。細(xì)菌利用自身表面的受體與機體的纖溶酶原，破壞細(xì)胞外基質(zhì)成功跨越機體的生理屏障，在組織損傷、抗腫瘤、激活炎癥和終止炎癥方面也發(fā)揮著重要作用[32,33]。

2.1 革蘭氏陽性菌與纖溶系統(tǒng)的作用

2.1.1 肺炎鏈球菌

神經(jīng)系統(tǒng)的特殊性，使得機體一旦被病原體感染，即使在能夠得到及時有效的抗生素的干預(yù)下，患者仍具有較高的死亡率。通過測定肺炎鏈球菌腦膜炎、格林巴利患者及對照組患者的腦脊液和血清中upa、upaR和PAI-1的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，BM患者的腦脊液中的upaR顯著增多，二者相比差別有統(tǒng)計學(xué)意義。同時縱向的與血液中的upa、upaR相比，腦脊液中的這些成分明顯增多。由于upaR的受體可由神經(jīng)系統(tǒng)的常駐細(xì)胞和浸潤細(xì)胞[23]。因此推測觀察到的upaR部分由神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞分泌，并且促進了細(xì)菌性腦膜炎的疾病進展[34]。類似的，通過比較臨床疑似腦炎患者入院時腦脊液中的可溶性upaR（Soluble Urokinase Receptor，suPAR）的水平來判斷upa系統(tǒng)與BM患者的預(yù)后相關(guān)性。發(fā)現(xiàn)CNS感染組患者的CSF suPAR水平顯著升高。腦脊液中的suPAR的水平與化膿性腦膜炎患者的死亡率顯著相關(guān)[35]。因此認(rèn)為suPAR或許能夠作為預(yù)測BM預(yù)后的指標(biāo)。

在一項研究中，人們發(fā)現(xiàn)與肺炎鏈球菌D39細(xì)胞外表面結(jié)合的纖溶酶原能夠以時間和細(xì)胞數(shù)量依賴的方式被uPA和tPA激活。同時該研究還明確了肺炎鏈球菌表面的烯醇化酶可以作為細(xì)胞外基質(zhì)降解的標(biāo)志。在另外一項實驗中膽堿結(jié)合蛋白E被發(fā)現(xiàn)，通過配體重疊印跡分析、固相結(jié)合分析和表面等離子體共振實驗證明了膽堿結(jié)合蛋白E也是纖溶酶原的受體，從而揭示了肺炎鏈球菌從鼻腔定殖到組織侵襲表型轉(zhuǎn)化的毒力機制。同樣的，在B組鏈球菌中也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，GBS與宿主纖溶酶原系統(tǒng)的相互作用最終引起了BBB遷移和CNS的侵入。用氨基己酸對孕鼠的飲水進行處理后發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，實驗組小鼠的后代感染GBS幾率大大降低[36]。

2.1.2 新型隱球菌

新型隱球菌是一種機會性病原體，分布廣泛。對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有著特殊的嗜性。研究證明人類大腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞對細(xì)胞外入侵的反應(yīng)包括膜重排、細(xì)胞內(nèi)信號通路和細(xì)胞骨架的激活[37]。它能夠通過多個獨立的機制靶向BBB[38]。

使用三種血清行新型隱球菌C23、B3501A和JEC21菌株檢測plg在靶向BBB中的作用，發(fā)現(xiàn)C23菌株與B3501A菌株這兩株菌表現(xiàn)出強大的纖溶酶依賴性浸潤能力?？傊w溶酶原的活性形式增強了隱球菌入侵BBB的能力[39]。隱球菌利用纖溶酶干擾人腦血管內(nèi)皮細(xì)胞，促進纖溶酶依賴的隱球菌以細(xì)胞旁途徑侵入CNS。其中值得注意的是，隱球菌還能產(chǎn)生尿素酶，尿素酶起作用后產(chǎn)生的氨也能夠破壞細(xì)胞外基質(zhì)。

2.2 革蘭氏陰性菌與纖溶系統(tǒng)的作用

2.2.1 鼠疫桿菌

與其他的細(xì)菌不同，鼠疫桿菌不表達(dá)任何Plg或Pln受體，它主要依靠纖溶酶原激活物凝固酶基因 （omptin家族的一個重要成員），從而能夠發(fā)揮類似upa和tpa的作用。據(jù)報道，該基因與鼠疫桿菌的外膜蛋白有關(guān)，主要負(fù)責(zé)降解質(zhì)粒編碼的外膜蛋白[40]。它能夠降解補體蛋白、增加與宿主的黏附性、實現(xiàn)細(xì)菌的內(nèi)化作用從而形成在宿主環(huán)境內(nèi)較為精準(zhǔn)的位移，最終完成在機體內(nèi)的定殖和傳播[41]。

2.3 其他病原體

2.3.1 結(jié)核分枝桿菌

結(jié)合和激活人纖溶酶原產(chǎn)生蛋白水解酶纖溶酶的過程與多種細(xì)菌的入侵相關(guān)。有證據(jù)表明能通過間接途徑激活基質(zhì)金屬蛋白酶家族及其他蛋白成分而發(fā)揮作用[42]。MMP是鋅依賴性細(xì)胞外基質(zhì)重塑內(nèi)肽酶，其中比較重要的一類是IV膠原酶，又稱MMP-9，它的失調(diào)與疾病狀態(tài)緊密相關(guān)。它能夠裂解各種基質(zhì)蛋白質(zhì)，例如膠原蛋白，彈性蛋白，明膠和酪蛋白[43]。Wendy Xolalpa等運用蛋白質(zhì)組學(xué)分析和配體印跡分析確定了結(jié)核分枝桿菌H37Rv菌株可溶性提取物和培養(yǎng)濾液中的幾個主要的plg結(jié)合成分。后進行質(zhì)譜分析，分析了不同蛋白的同源性，包括DnaK、GroES、GlnA1、Ag85復(fù)合物、Mpt51、Mpt64、PrcB、MetK、SahH、Lpd、Icl、Fba和EF-Tu等。同時通過抑制劑ε-氨基己酸說明作用機制涉及賴氨酸殘基的變化[44]。

2.3.2 伯氏螺旋體

萊姆病是一種以蜱為媒介的螺旋體感染性疾病，是由伯氏疏螺旋體所致的自然疫源性疾病，最常累及CNS，出現(xiàn)以腦膜炎、腦炎、顱神經(jīng)炎、運動和感覺神經(jīng)炎損害為主的表現(xiàn)。在感染過程中，細(xì)菌通過組織遷移，到達(dá)CNS[45]。

通過制備I型膠原晶格進行實驗發(fā)現(xiàn)，與其他的細(xì)菌不同，伯氏螺旋體的作用途徑并不是通過纖溶酶原系統(tǒng)途徑，而是通過黏附在特定的蛋白質(zhì)和蛋白多糖-主要是I型膠原蛋白上促進plg發(fā)揮活性[46]。值得注意的，由于不同菌株伯氏螺旋體的基因型及致病性的差異性可能會導(dǎo)致不同的實驗結(jié)果。一項關(guān)于plg作用的研究發(fā)現(xiàn)，與野生型plg(plg+/+)小鼠相比，缺陷型plg（plg-/-）小鼠病原體對大腦、心臟和腎臟的入侵延遲。從這些結(jié)果可以看出，Plg在螺旋體侵入大腦及腎臟中發(fā)揮了積極的作用，促進了組織屏障的侵襲[47]。需要注意的是，在這項研究過程中，他們還發(fā)現(xiàn)在感染的第二天，plg+/+與plg-/-小鼠相比侵入大腦的量無差別。因為考慮到MMP在降解細(xì)胞外基質(zhì)中作用[13]，所以他們認(rèn)為雖然plg伯氏疏螺旋體在顱內(nèi)的傳播和增殖起著不可忽視的作用，但是可能還存在著其他作用途徑。另外人乳鐵蛋白作為一種乳糖蛋白，被發(fā)現(xiàn)能夠與纖溶酶原的kringle5結(jié)合阻斷纖溶酶原的活化，從而阻斷腫瘤細(xì)胞的侵襲和促進強力細(xì)菌如疏螺旋體、鏈球菌穿透宿主屏障[48]。

3 結(jié)語

大量的文獻顯示了多種病原體能夠利用纖溶酶原促進細(xì)胞遷移、觸發(fā)信號傳導(dǎo)，同時它還能產(chǎn)生活性氧及細(xì)胞因子促進炎癥反應(yīng)。只是目前對于細(xì)菌能否通過其他的機制利用宿主的纖溶系統(tǒng)以及其中是否有著特異性的炎性機制還不得而知。但是隨著對纖溶系統(tǒng)越來越細(xì)化的研究，以及向相關(guān)疾病領(lǐng)域的延伸，相信人們一定能得到最終的答案。