干擾素在促進(jìn)流感后細(xì)菌繼發(fā)感染中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

李靜云，白 玉，連朋敬，張子卉，喬 健

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，北京 100193)

流感(Influenza)是由流感病毒(Influenza virus)引起的急性呼吸道感染性疾病。歷史上4次流感大流行的暴發(fā)和每年季節(jié)性流感的傳播都嚴(yán)重威脅著人和動(dòng)物健康，并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)流感大流行和季節(jié)性流感的研究表明，流感發(fā)生后易繼發(fā)細(xì)菌感染，且主要為肺炎鏈球菌和金黃色葡萄球菌等細(xì)菌的感染，從而導(dǎo)致更高的發(fā)病率和病死率。例如，在1918年的流感大流行中，95%的重癥和死亡病人都存在細(xì)菌感染，而且主要為肺炎鏈球菌的感染[1]。在2009年H1N1流感流行時(shí)，則有25%～56%重癥患者存在金黃色葡萄球菌等細(xì)菌感染[2]。在季節(jié)性流感流行時(shí)，流感患者中也存在細(xì)菌的繼發(fā)感染[3]。因此，流感病毒感染后細(xì)菌的繼發(fā)感染具有重要的公共衛(wèi)生學(xué)意義，明確流感病毒引起機(jī)體易繼發(fā)細(xì)菌感染的機(jī)制，可更好地防治流感及伴隨的細(xì)菌感染。

干擾素(interferon,IFN)是病毒或其他干擾素誘生劑刺激細(xì)胞所分泌的一類細(xì)胞因子。根據(jù)其氨基酸序列和結(jié)合膜受體的不同，干擾素被分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，且都是通過與靶細(xì)胞上的膜受體結(jié)合來發(fā)揮相應(yīng)的抗病毒、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等多種生物學(xué)作用。流感病毒感染后可誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生這3種類型干擾素[4-6]。雖然干擾素(特別是Ⅰ型干擾素)具有抗病毒的作用，然而其既有助于抵抗某些細(xì)菌(如幽門螺桿菌)的感染，但也可以損害機(jī)體對(duì)另一些細(xì)菌(如結(jié)核分支桿菌)的清除。近些年的許多研究都表明流感病毒感染后誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生的這3種類型干擾素可通過多種機(jī)制，降低機(jī)體的先天免疫，從而促進(jìn)細(xì)菌的繼發(fā)感染。本文概述了流感病毒促進(jìn)細(xì)菌繼發(fā)感染的機(jī)制以及Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型干擾素在這一過程中分別所起的作用，以期為臨床防治提供一些參考。

1 流感病毒感染易導(dǎo)致細(xì)菌繼發(fā)感染機(jī)制

自1918年流感大流行后首次報(bào)道了關(guān)于流感病毒與細(xì)菌共感染的動(dòng)物研究后，近一個(gè)世紀(jì)以來，關(guān)于流感病毒感染后易導(dǎo)致細(xì)菌繼發(fā)感染的機(jī)制已有許多的研究報(bào)道。較多研究表明流感病毒感染可通過抑制機(jī)體的先天免疫等機(jī)制，從而有利于細(xì)菌在呼吸道的定植以及感染。

流感病毒感染后可降低呼吸道黏膜纖毛對(duì)入侵細(xì)菌的清除能力[7]，以及破壞呼吸道黏膜上皮表面，暴露隱藏的細(xì)菌黏附分子的結(jié)合受體，使得細(xì)菌容易附著于呼吸道上皮表面[8]，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)菌在呼吸道的定植。

先天性免疫是機(jī)體抵抗病原感染的第一道防線。肺部的先天免疫系統(tǒng)需要非特異性、協(xié)調(diào)良好的先天免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子等來有效地控制細(xì)菌感染。在細(xì)菌感染的早期，肺泡巨噬細(xì)胞可吞噬并清除少量的細(xì)菌；在感染后期，當(dāng)細(xì)菌增殖過多時(shí)，清除細(xì)菌主要依賴于從外周血液中招募到肺部的中性粒細(xì)胞[9]。而流感病毒感染后可通過多種途徑減少這些先天免疫細(xì)胞的數(shù)量，或是抑制其對(duì)細(xì)菌的清除功能，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)菌的繼發(fā)感染，而干擾素在這一過程中發(fā)揮了重要作用。

2 Ⅰ型干擾素在促進(jìn)流感后細(xì)菌繼發(fā)感染中的作用

Ⅰ型干擾素包括IFN-α和IFN-β等，其受體為大多數(shù)細(xì)胞表面都存在的Ⅰ型干擾素受體(IFN-α receptor,IFNAR)。Ⅰ型干擾素通常被認(rèn)為具有抗病毒的作用，但已有越來越多的研究表明Ⅰ型干擾素也可促進(jìn)一部分細(xì)菌、真菌、寄生蟲甚至是病毒的感染[10]。在流感后細(xì)菌繼發(fā)感染中，Ⅰ型干擾素可通過抑制趨化因子產(chǎn)生等途徑來減少巨噬細(xì)胞或是中性粒細(xì)胞招募到肺部，從而減少這些先天免疫細(xì)胞對(duì)細(xì)菌的清除，促進(jìn)流感后細(xì)菌的繼發(fā)感染[11]。

2.1 抑制趨化因子的產(chǎn)生

免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞都可在細(xì)菌感染等的刺激下分泌趨化因子。趨化因子通過與其特異性受體結(jié)合，招募外周血液中的單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等進(jìn)入感染發(fā)生的部位，從而發(fā)揮清除病原的作用[12]。趨化因子分為4個(gè)亞族，分別為CC、CXC、C和CX3C(C為半胱氨酸，X為任意氨基酸)。大多數(shù)趨化因子屬于CC和CXC這2個(gè)亞族。其中CC亞族有28個(gè)成員，為CCL1-CCL28，主要對(duì)巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞(natural killer cells,NK cells)等具有強(qiáng)大趨化活性。CXC亞族有17個(gè)成員，為CXCL1-CXCL17，主要趨化中性粒細(xì)胞，比較重要的CXC亞族趨化因子為人體中的CXCL8和小鼠中的CXCL1和CXCL2。

Joyce E A等[13]研究發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌定植在上呼吸道可誘導(dǎo)IFN-β等Ⅰ型干擾素的表達(dá)。Nakamura S等[14]研究則表明流感病毒感染后可進(jìn)一步增加IFN-β的產(chǎn)生，而且IFN-β可使得上呼吸道感染肺炎鏈球菌后CCL2的產(chǎn)生減少，進(jìn)而損害巨噬細(xì)胞募集到上呼吸道，減少對(duì)細(xì)菌的清除，從而促進(jìn)肺炎鏈球菌在上呼吸道的定植。

Shahangian A等[15]研究則表明流感病毒感染后產(chǎn)生的Ⅰ型干擾素也可抑制趨化因子CXCL1和CXCL2的產(chǎn)生，從而抑制中性粒細(xì)胞的招募，減少對(duì)繼發(fā)感染的肺炎鏈球菌的清除，加重繼發(fā)細(xì)菌性肺炎。而用抗體阻斷IFNAR或是外源添加CXCL1和CXCL2都可提高小鼠對(duì)繼發(fā)感染肺炎鏈球菌的清除能力。類似地，Shirey K A等[16]研究發(fā)現(xiàn)IFN-β處理巨噬細(xì)胞后可抑制肺炎鏈球菌誘導(dǎo)的CXCL1和CXCL2的表達(dá)。Schliehe C等[17]進(jìn)一步的研究表明Ⅰ型干擾素對(duì)CXCL1的抑制作用是通過干擾素誘導(dǎo)蛋白Setdb2來實(shí)現(xiàn)的。Setdb2同時(shí)是一種賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，可與CXCL1基因的啟動(dòng)子結(jié)合，催化組蛋白H3K9的甲基化，從而抑制CXCL1的表達(dá)。因此流感病毒感染后產(chǎn)生的Ⅰ型干擾素可通過誘導(dǎo)Setdb2的表達(dá)來抑制CXCL1的產(chǎn)生，從而減少中性粒細(xì)胞募集到肺部的數(shù)量，促進(jìn)細(xì)菌的繼發(fā)感染。

2.2 抑制IL-17及相關(guān)細(xì)胞因子的產(chǎn)生

IL-17細(xì)胞因子家族是一類重要的促炎因子，通過與體內(nèi)多種細(xì)胞表達(dá)的膜受體IL-17R結(jié)合，誘導(dǎo)其他促炎因子和趨化因子CCL2、CXCL1等的分泌，招募中性粒細(xì)胞到感染部位從而抵抗病原感染。IL-17細(xì)胞因子家族目前有6個(gè)成員，分別為IL-17A、IL-17B、IL-17C、IL-17D、IL-17E和IL-17F(通常所說的IL-17即是IL-17A)[18]。其中研究較多的為IL-17A與IL-17F，其主要是由Th17細(xì)胞和γδ T細(xì)胞在IL-23的刺激下產(chǎn)生。

Th17細(xì)胞是一類有別于Th1、Th2細(xì)胞的CD4+T細(xì)胞亞型，主要產(chǎn)生促炎因子IL-17A、IL-17F和IL-22。Kudva A等[19]研究表明流感病毒感染后產(chǎn)生的IFN-β可抑制樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生IL-23，從而抑制Th17細(xì)胞產(chǎn)生IL-17和IL-22，使得對(duì)金黃色葡萄球菌的清除減少。通過在流感病毒感染后外源加入IL-23，可使得繼發(fā)感染金黃色葡萄球菌小鼠產(chǎn)生的IL-17和IL-22增多，對(duì)細(xì)菌的清除也增多。

Ⅰ型干擾素除了可抑制Th17細(xì)胞產(chǎn)生IL-17，同樣可抑制γδ T細(xì)胞產(chǎn)生IL-17，并減少中性粒細(xì)胞募集到肺部，從而促進(jìn)細(xì)菌感染[20]。γδ T細(xì)胞是一種特殊的先天性免疫T細(xì)胞，主要存在于皮膚和粘膜上皮，如消化道、肺臟等部位。Li W J等[21]研究發(fā)現(xiàn)在流感后繼發(fā)感染肺炎鏈球菌的IFNAR缺失小鼠中，IL-17的產(chǎn)生增多，中性粒細(xì)胞的募集和對(duì)細(xì)菌的清除都增加。而且IL-17的產(chǎn)生主要來自于肺部的γδ T細(xì)胞。將IFNAR缺失小鼠中的γδ T細(xì)胞過繼轉(zhuǎn)移到IFNAR未缺失小鼠的肺中，可提高IFNAR未缺失小鼠對(duì)繼發(fā)感染的肺炎鏈球菌的清除。因此，Ⅰ型干擾素可抑制Th17細(xì)胞和γδ T細(xì)胞產(chǎn)生IL-17，減少中性粒細(xì)胞招募到肺部以及對(duì)細(xì)菌的清除，使得流感后易繼發(fā)細(xì)菌感染。

此外，Tian X等[22]在小鼠中直接用聚肌胞苷酸(polyinosine-polycytidylic acid,poly I:C )來激活識(shí)別流感病毒RNA的Toll樣受體3(Toll-like receptors 3,TLR3)，再感染肺炎鏈球菌或是金黃色葡萄球菌，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)體對(duì)細(xì)菌清除能力受損，而且這是由IFN-α所介導(dǎo)的。以上都說明了流感感染后產(chǎn)生的Ⅰ型干擾素雖然有助于抵抗病毒感染，但可促進(jìn)細(xì)菌的定植和繼發(fā)感染。

3 Ⅱ型干擾素在促進(jìn)流感后細(xì)菌繼發(fā)感染中的作用

Ⅱ型干擾素只有IFN-γ這一亞型，主要由活化的NK細(xì)胞、自然殺傷T細(xì)胞(natural killer T cells,NKT)和T細(xì)胞產(chǎn)生，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能，在細(xì)胞內(nèi)病原體感染時(shí)起到激活免疫細(xì)胞的作用。然而，Rynda-Apple A等[23]研究發(fā)現(xiàn)流感病毒感染后機(jī)體對(duì)細(xì)菌繼發(fā)感染的易感性的增加與IFN-γ分泌的增多有關(guān)。而且，越來越多發(fā)研究表明流感病毒感染后產(chǎn)生的IFN-γ也可通過多種途徑促進(jìn)細(xì)菌的繼發(fā)感染。

3.1 抑制MARCO的表達(dá)

流感病毒感染后產(chǎn)生的IFN-γ雖然有助于機(jī)體對(duì)流感病毒的適應(yīng)性免疫以及減輕炎癥反應(yīng)和肺損傷[24]，但Sun K等[9]研究表明，在肺炎鏈球菌繼發(fā)感染的早期，流感病毒感染產(chǎn)生的IFN-γ可下調(diào)由肺泡巨噬細(xì)胞表達(dá)的具有膠原結(jié)構(gòu)的巨噬細(xì)胞受體(macrophage receptor with collagenous structure,MARCO)，從而抑制肺泡巨噬細(xì)胞對(duì)肺炎鏈球菌的吞噬。同樣，Hang D T T等[25]研究表明流感病毒感染后產(chǎn)生的IFN-γ也可抑制肺泡巨噬細(xì)胞對(duì)金黃色葡萄球菌的吞噬。因此，流感病毒感染后產(chǎn)生的IFN-γ可通過降低MARCO的表達(dá)抑制細(xì)菌感染早期肺泡巨噬細(xì)胞對(duì)細(xì)菌的吞噬，從而促進(jìn)細(xì)菌繼發(fā)感染。

3.2 抑制趨化因子的產(chǎn)生

IFN-γ除了可抑制巨噬細(xì)胞表面的清除受體MARCO的表達(dá)，還可抑制巨噬細(xì)胞活化后CXCL1和CXCL2的產(chǎn)生，從而減少中性粒細(xì)胞的募集。Hoeksema M A等[26]研究表明無論是在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)處理之前或是同時(shí)或是之后加入IFN-γ都可抑制LPS誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生CXCL1和CXCL2。當(dāng)IFN-γ與LPS一同腹腔注射到小鼠中，小鼠腹腔中的CXCL1含量和中性粒細(xì)胞數(shù)量也都減少，表明IFN-γ可通過抑制巨噬細(xì)胞活化后CXCL1和CXCL2的產(chǎn)生來抑制中性粒細(xì)胞的募集。

而Didierlaurent A等[27]研究表明，在流感病毒感染后，肺泡巨噬細(xì)胞表現(xiàn)為對(duì)TLR配體如LPS刺激的低反應(yīng)性，CXCL1和CXCL2產(chǎn)生以及中性粒細(xì)胞募集都減少，導(dǎo)致細(xì)菌繼發(fā)感染后期肺部對(duì)細(xì)菌的清除減少。因此，可以推測(cè)流感病毒感染后巨噬細(xì)胞產(chǎn)生CXCL1和CXCL2以及中性粒細(xì)胞招募到感染肺部的減少可能部分是由IFN-γ所介導(dǎo)的。

3.3 抑制IL-17及相關(guān)細(xì)胞因子的產(chǎn)生

上文已經(jīng)闡述了流感病毒感染后產(chǎn)生的Ⅰ型干擾素對(duì)IL-17及相關(guān)細(xì)胞因子產(chǎn)生的抑制。Podsiad A等[28]研究表明流感病毒感染后產(chǎn)生的IFN-γ也可抑制IL-23和IL-17的產(chǎn)生，并且是通過上調(diào)microRNA-155的表達(dá)來介導(dǎo)的，從而增加了機(jī)體對(duì)金黃色葡萄球菌繼發(fā)感染的易感性。在繼發(fā)金黃色葡萄球菌感染前用microRNA-155抑制劑或是IL-23處理小鼠，可提高IL-17的產(chǎn)生以及機(jī)體對(duì)細(xì)菌的清除和感染后的存活率。這表明IFN-γ使得流感發(fā)生后機(jī)體對(duì)繼發(fā)感染細(xì)菌的清除受損和存活率的減少是由microRNA-155介導(dǎo)的，并且與IL-17及相關(guān)細(xì)胞因子產(chǎn)生的減少有關(guān)。

4 Ⅲ型干擾素在促進(jìn)流感后細(xì)菌繼發(fā)感染中的作用

Ⅲ型干擾素目前只發(fā)現(xiàn)了IFN-λ(IL-28/29)，又分為IFN-λ1(IL-29)、IFN-λ2(IL-28A)、IFN-λ3(IL-28B)這3個(gè)亞型[29]。其通過與細(xì)胞表面受體[包含IFNLR1(IL-28Rα)和IL-10R2]結(jié)合，發(fā)揮與Ⅰ型干擾素相似的生物學(xué)作用[30]。

Planet P J等[31]研究表明，IL28R缺失小鼠感染流感病毒7 d后再感染耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(methicillin-resistantStaphylococcusaureus,MRSA)，鼻腔和肺部對(duì)MRSA的清除都增多，表明流感病毒感染后產(chǎn)生的Ⅲ型干擾素可促進(jìn)金黃色葡萄球菌在上呼吸道的定植以及進(jìn)入下呼吸道導(dǎo)致感染。Ge C等[32]研究則表明中性粒細(xì)胞在防止金黃色葡萄球菌從上呼吸道進(jìn)入下呼吸道中起了重要作用。因此，Ⅲ型干擾素也有可能通過抑制中性粒細(xì)胞的功能來促進(jìn)細(xì)菌進(jìn)入下呼吸道引發(fā)感染。Rich H等[33]研究表明在流感病毒感染后給予小鼠IFN-λ可減少中性粒細(xì)胞對(duì)MRSA和肺炎鏈球菌的吞噬，從而減少對(duì)細(xì)菌的清除。

5 展望

對(duì)感染性疾病的大多數(shù)研究都集中在單一病原的感染。然而，一些病原的感染經(jīng)常是在已經(jīng)存在其他病原感染的情況下發(fā)生的。在臨床上，常見的有人類免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus,HIV)感染損害機(jī)體免疫功能，使得機(jī)體容易繼發(fā)細(xì)菌甚至其他病毒的感染。流感病毒感染之后也容易使機(jī)體繼發(fā)肺炎鏈球菌和金黃色葡萄球菌等細(xì)菌的感染，導(dǎo)致更高的發(fā)病率和病死率。而干擾素在流感后促進(jìn)細(xì)菌繼發(fā)感染這一過程中發(fā)揮了一定作用。

在細(xì)菌定植于上呼吸道的過程中，流感病毒感染后產(chǎn)生的Ⅰ型干擾素和Ⅲ型干擾素都可促進(jìn)細(xì)菌在上呼吸道的定植，同時(shí)也就增加了細(xì)菌進(jìn)入到下呼吸道導(dǎo)致肺炎的可能性。在下呼吸道細(xì)菌感染過程中，在細(xì)菌感染的早期，清除細(xì)菌主要依賴于肺泡巨噬細(xì)胞，而流感病毒感染后產(chǎn)生的Ⅱ型干擾素可下調(diào)肺泡巨噬細(xì)胞表達(dá)的清除受體MARCO，從而抑制感染早期肺泡巨噬細(xì)胞對(duì)細(xì)菌的清除。在細(xì)菌感染的后期，清除細(xì)菌主要依賴于中性粒細(xì)胞，流感病毒感染后產(chǎn)生的Ⅰ型和Ⅱ型干擾素都可抑制趨化因子CXCL1和CXCL2的產(chǎn)生或是抑制IL-17及相關(guān)細(xì)胞因子的產(chǎn)生，從而減少中性粒細(xì)胞的募集或是抑制其清除細(xì)菌的功能，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)菌繼發(fā)感染。

現(xiàn)在臨床上已有IFN-α、IFN-β和IFN-γ的重組細(xì)胞因子藥物用于治療感染性疾病以及其他如哮喘等疾病[34-35]。鑒于干擾素可以促進(jìn)流感后細(xì)菌的繼發(fā)感染，所以在使用干擾素進(jìn)行治療時(shí)需要充分考慮。干擾素促進(jìn)流感后細(xì)菌繼發(fā)感染更具體的分子機(jī)制還需進(jìn)一步的試驗(yàn)闡明(例如Ⅰ型和Ⅱ型干擾素有可能通過改變細(xì)胞代謝來有利于細(xì)菌的復(fù)制等[36])，以期更好地應(yīng)對(duì)季節(jié)性流感和下一次的流感大流行以及伴隨的細(xì)菌繼發(fā)感染。