日本血吸蟲與曼氏血吸蟲的致病差異

陳舒心，秦銘，周方斌，何興

海軍軍醫(yī)大學熱帶病學教研室，上海 200433

血吸蟲病仍是一種危害嚴重但被忽視的熱帶傳染病，全球感染人數(shù)超過2億，重病患者超過2000萬，每年的死亡人數(shù)估計在24 000至200 000之間[1-3]。寄生人體的血吸蟲主要有五種，包括曼氏血吸蟲(Schistosomamansoni)(主要流行于非洲、南美、加勒比和中東地區(qū))、埃及血吸蟲(Schistosomahaematobium)(主要流行于非洲和中東地區(qū))、間插血吸蟲(Schistosomaintercalatum)(局限流行于少數(shù)中非國家)、湄公血吸蟲(Schistosomamekongi)(主要流行于湄公河三角洲地區(qū))和日本血吸蟲(Schistosomajaponicum)(主要流行于包括中國的遠東國家)。在這些蟲種中，埃及血吸蟲是泌尿系統(tǒng)血吸蟲病的唯一病原體，其余的蟲種則引起腸道血吸蟲病。曼氏血吸蟲和日本血吸蟲是引起全球腸道血吸蟲病的主要病原體，且研究認為兩者基本發(fā)病機制相似。然而，兩種血吸蟲的產(chǎn)卵方式以及肉芽腫的組成細胞等方面存在明顯差異。目前，我國的血吸蟲病研究主要以日本血吸蟲病為對象，而國外主要以曼氏血吸蟲病為對象，介紹兩種血吸蟲致病差異的綜述較少。本文對日本血吸蟲和曼氏血吸蟲的致病差異進行了綜述，以期為開展有關防治研究工作提供參考。

1 基因組和進化路徑

從進化的角度來看，曼氏血吸蟲和日本血吸蟲之間存在地理隔離，且有著不同的螺類中間宿主，兩者的基因組應存在較大差異。自對兩種物種進行了全基因組測序以來，細胞核與線粒體基因組的聯(lián)合測序進一步闡明了這種分化。比較兩種血吸蟲的基因組，在100 kb的分辨率時，兩者基因組中大概四分之一到三分之一是同源同義的(日本血吸蟲中為101.17 Mb，曼氏血吸蟲中為112.93 Mb[4])，極有可能代表兩者來源于同一祖先。目前普遍公認的假說是“走出亞洲(out of Asia)”學說，即認為血吸蟲起源于亞洲。中亞與東南亞的血吸蟲蟲種(日本血吸蟲)是原始的，在1200萬～1900萬年前隨著哺乳動物的廣泛遷徙，血吸蟲隨之進入非洲，并在100萬～400萬年前非洲血吸蟲產(chǎn)生了曼氏血吸蟲和埃及血吸蟲兩個分支。亞洲和非洲物種線粒體基因組的比較表明，兩者之間存在大量的基因順序重排，這也與亞洲和非洲進化枝之間性染色體的顯著差異相吻合[5]。

2 幼蟲遷移

曼氏血吸蟲和日本血吸蟲尾蚴均是通過皮膚侵入宿主，之后通過血液或淋巴系統(tǒng)到達肺部，但是兩者在遷移速度上存在明顯差異。人體皮膚培養(yǎng)實驗[6-7]發(fā)現(xiàn)，90%的曼氏血吸蟲在感染24 h后仍位于表皮，48 h后遷移到真皮，72 h后到達真皮血管；而90%的日本血吸蟲在感染后24 h內已經(jīng)到達真皮，且僅在2 h后就可以在真皮血管中發(fā)現(xiàn)血吸蟲。在肺部，曼氏血吸蟲的數(shù)量在5～7 d后達到峰值[8]，而日本血吸蟲的數(shù)量在3 d后就已經(jīng)達到峰值[6-7]?？梢娙毡狙x在宿主體內的遷移速度更快。日本血吸蟲快速遷移的機制與它們擁有更強的能夠穿透宿主皮膚組織的酶類有關。這也可以部分解釋為什么日本血吸蟲可以在40多個已知的哺乳動物宿主中寄生，而曼氏血吸蟲卻表現(xiàn)出有限的宿主特異性[9]。

3 成蟲寄生位置及產(chǎn)卵方式

曼氏血吸蟲和日本血吸蟲的成蟲在人體內寄生于不同的位置，日本血吸蟲更多地寄生于腸系膜上靜脈[10]，而曼氏血吸蟲更多地寄生于腸系膜下靜脈[11]。雖然曼氏血吸蟲和日本血吸蟲的成蟲主要占據(jù)腸周圍的腸系膜靜脈，但兩種寄生蟲都沒有被限制在一個位置，反而還能通過腸系膜靜脈移動相當長的距離。門靜脈系統(tǒng)中的日本血吸蟲成蟲經(jīng)常是多對成蟲聚集在一起[12]，從而在相應腸段周圍形成大片集中的病理區(qū)域，而鄰近區(qū)域相對沒有蟲卵沉積[13]。與日本血吸蟲這種簇狀的、聚集的或“巢式”的分布模式相比，曼氏血吸蟲的分布模式顯得更為分散[14]。更為重要的是，它們在產(chǎn)卵數(shù)量和方式上存在顯著差異：每條曼氏血吸蟲雌蟲每天約產(chǎn)800枚蟲卵，產(chǎn)卵方式為單個蟲卵排出；而每條日本血吸蟲雌蟲每天可生產(chǎn)多達3 000枚蟲卵，產(chǎn)卵多為成簇排出，單次排卵可多達50枚[15-16]。日本血吸蟲成蟲這種多蟲聚集寄生和產(chǎn)卵模式可能與疾病嚴重程度有關。

4 局部組織病理

蟲卵是血吸蟲的主要致病因子，蟲卵引起的肉芽腫是血吸蟲致病的基本病理反應。動物實驗結果[17]顯示，日本血吸蟲單個蟲卵誘導的肉芽腫比聚集的多個蟲卵誘導的肉芽腫體積小。單個曼氏血吸蟲蟲卵誘導的肉芽腫比單個日本血吸蟲蟲卵誘導的肉芽腫體積大[18-19]，但是日本血吸蟲感染個體的肝臟腫大更為明顯，肝實質損傷和炎癥程度也更高[20]。即使在蟲卵沉積水平相當?shù)那闆r下，日本血吸蟲感染所引起的組織炎癥反應和損傷也比曼氏血吸蟲感染更嚴重[14]。如上文所述，日本血吸蟲單條雌蟲每日產(chǎn)卵數(shù)明顯多于曼氏血吸蟲雌蟲，因此，在成蟲對數(shù)相同或相近的情況下，日本血吸蟲對感染個體的損傷更大，造成的炎癥程度更高。

5 肉芽腫的形成機制

曼氏血吸蟲肉芽腫形成機制已得到深入研究，目前已基本明確肉芽腫是一種Th2型病理反應。曼氏血吸蟲感染初期，宿主的免疫反應主要為Th1型免疫應答，以產(chǎn)生IL-1、IL-12、TNF-α和IFN-γ等細胞因子為特征[21]；隨著蟲卵開始沉積，宿主的反應逐漸轉變?yōu)門h2型免疫反應，其特征是IL-4、IL-5、IL-13表達的增加和免疫球蛋白E的產(chǎn)生[22]?；诨蚯贸∈蟮膶嶒瀃23]證實，IL-4和IL-13是肉芽腫的主要效應分子，而IL-13是主要的促纖維化細胞因子；IL-4和IL-13均通過IL-4受體發(fā)揮作用，IL-4受體介導的信號通路在整個曼氏血吸蟲引起的病理中發(fā)揮核心調控作用；而Th1類細胞因子對肉芽腫和纖維化過程發(fā)揮負性調控作用。血吸蟲蟲卵抗原是目前已知的最強的誘導Th2型免疫應答的抗原之一[24]，但血吸蟲誘導Th2型免疫應答的機制仍不是很清楚。日本血吸蟲感染后宿主呈現(xiàn)出類似的Th1型免疫反應向Th2型極化過程，但日本血吸蟲肉芽腫形成機制研究遠不如曼氏血吸蟲研究充分和深入，其機制主要為引用曼氏血吸蟲的研究結論。值得指出的是，雖然日本血吸蟲感染后宿主呈現(xiàn)出類似的免疫應答模式，但兩者引起的宿主免疫過程依然存在明顯差異。如切除小鼠胸腺，曼氏血吸蟲感染后肉芽腫完全不能形成，宿主疾病程度降低；而日本血吸蟲感染后肉芽腫依然能形成，盡管肉芽腫體積減小、纖維化程度減輕[25-26]。

6 肉芽腫的細胞組成

兩種血吸蟲感染導致的蟲卵肉芽腫的細胞種類基本相同，主要包括中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、巨噬細胞、淋巴細胞和肌成纖維細胞等[27]。然而，兩種血吸蟲蟲卵肉芽腫的細胞比例存在明顯差異。早期的動物實驗證實，曼氏血吸蟲蟲卵肉芽腫的主要細胞類型為嗜酸性粒細胞，其比例高達50%～70%[28-30]；而日本血吸蟲肉芽腫的主要細胞類型為中性粒細胞[14,19,31]，并有明顯的炎癥表現(xiàn)。曼氏血吸蟲蟲卵肉芽腫通常較大，多由單個蟲卵誘發(fā)，并有一個以嗜酸性粒細胞為主的核心；日本血吸蟲肉芽腫可在一簇蟲卵周圍形成，以中性粒細胞為主。

中性粒細胞是初始炎癥浸潤的主要細胞類型，可以通過多種機制對病原體作出反應，包括脫顆粒、吞噬作用以及產(chǎn)生中性粒細胞胞外陷阱等[32]。研究[33]表明，中性粒細胞是日本血吸蟲感染急性期肝損傷和壞死的主要原因，也是日本血吸蟲蟲卵沉積后肝纖維化的啟動細胞。中性粒細胞主要位于日本血吸蟲蟲卵肉芽腫中心區(qū)域，能夠表達多種促炎因子和趨化因子，包括IL-1α、IL-1β、IL-6、TNF-α、CCL3和CXCL1等，這些因子可引起蟲卵沉積區(qū)域的組織損傷[34]；位于肉芽腫外周的中性粒細胞則被發(fā)現(xiàn)可以降解膠原蛋白[35]。此外，研究[33,36]發(fā)現(xiàn)去除中性粒細胞后，感染日本血吸蟲的CBA小鼠的肉芽腫反應及Th2免疫應答均增強；日本血吸蟲蟲卵蛋白SjE16.7可在體內特異地募集中性粒細胞到蟲卵沉積位點。這些研究說明中性粒細胞在日本血吸蟲肉芽腫的形成和相關病理中起著至關重要的作用。在曼氏血吸蟲肉芽腫中，中性粒細胞的數(shù)量很少，也不會對疾病產(chǎn)生決定性作用。

嗜酸性粒細胞是曼氏血吸蟲肉芽腫的主要組成細胞，所以曼氏血吸蟲肉芽腫有“嗜酸性膿腫”之稱。然而，嗜酸性粒細胞在血吸蟲病中的作用仍不完全清楚。目前推測，嗜酸性粒細胞有可能是抗寄生蟲的主要效應細胞，抑或是寄生蟲感染后組織穩(wěn)態(tài)的維持者，或者僅是感染后組織重塑和碎片清除的促進者[37]。體外實驗[38-40]表明，嗜酸性粒細胞可以通過激活抗體依賴的細胞毒性作用而對曼氏血吸蟲造成傷害。在有關嗜酸性粒細胞趨化因子的實驗[40-43]中，感染曼氏血吸蟲的CCL3缺陷小鼠的肉芽腫體積減小、肝纖維化程度降低，嗜酸性粒細胞過氧化物酶活性降低；利用中和抗體阻斷CCL17和CCL22的作用后，感染曼氏血吸蟲的小鼠的肉芽腫體積縮小、嗜酸性粒細胞減少。此外，利用IL-5中和抗體去除嗜酸性粒細胞后，對曼氏血吸蟲蟲卵肉芽腫的大小和纖維化影響甚微[44]；利用兩種不同的嗜酸性粒細胞缺陷小鼠感染曼氏血吸蟲，其肝纖維化程度、蟲卵肉芽腫大小或數(shù)量與野生型小鼠比較均沒有明顯差異[45]。有證據(jù)[46]表明，嗜酸性粒細胞的活性與人曼氏血吸蟲感染病變的局限化有關，這種人和小鼠的差異可能是由于小鼠嗜酸性粒細胞中缺乏高親和力IgE受體。總體來說，嗜酸性粒細胞參與了曼氏血吸蟲(以及一定程度的日本血吸蟲)感染引起的蟲卵肉芽腫形成和病理進展，但其具體功能尚不完全清楚，仍需要進一步的研究。

巨噬細胞是另一種蟲卵肉芽腫的主要組成細胞，在曼氏血吸蟲肝蟲卵肉芽腫中占比可達30%[47]。研究證實，巨噬細胞可通過分化成不同的表型在整個曼氏血吸蟲感染過程中發(fā)揮核心作用。巨噬細胞在Th1免疫微環(huán)境下可分化為M1型巨噬細胞，該類巨噬細胞具有促進炎癥、加重組織損傷和抑制纖維化的作用；而在Th2免疫微環(huán)境下可分化為M2型巨噬細胞，該類巨噬細胞具有抑制炎癥、促進組織損傷修復和促進纖維化的作用。目前認為，通過調控巨噬細胞的比例，有可能將血吸蟲感染導致的組織損傷、炎癥反應、纖維化病理控制在一個合理水平[47-48]。巨噬細胞在日本血吸蟲感染中可能具有類似的作用，但研究不是很深入。

7 結 語

本文綜述了曼氏血吸蟲和日本血吸蟲感染致病性的差異。日本血吸蟲尾蚴侵入宿主皮膚能力更強，幼蟲在宿主體內遷移速度更快，雌蟲單日產(chǎn)卵量更多，且多為成簇排出；曼氏血吸蟲的蟲卵體積更大，呈單枚排出。雖然曼氏血吸蟲單個蟲卵誘導宿主產(chǎn)生的肉芽腫體積更大，但在蟲卵沉積水平相當時，日本血吸蟲會引起更強的組織炎癥反應和損傷。曼氏血吸蟲肉芽腫以嗜酸性粒細胞為主，日本血吸蟲肉芽腫以中性粒細胞為主，但嗜酸性粒細胞及中性粒細胞在肉芽腫形成和病理中的作用仍不是很明確。目前認為，血吸蟲病是一種Th2型病理反應，但該結論主要是基于動物實驗，且具體機制仍不明確。從公共衛(wèi)生角度看，血吸蟲病仍是當今世界上最重要的寄生蟲病之一，其中又以曼氏血吸蟲病和日本血吸蟲病危害最為嚴重。因此，更深入地理解兩種血吸蟲的致病差異，對于開發(fā)新型治療策略和研發(fā)新型疫苗至關重要。