視神經(jīng)脊髓炎的免疫學(xué)研究進(jìn)展

楊亭亭 劉廣志

視神經(jīng)脊髓炎（NMO）是一種以視神經(jīng)及脊髓受累為主的中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）炎性脫髓鞘疾病，臨床癥狀嚴(yán)重，預(yù)后差。以往多認(rèn)為NMO系多發(fā)性硬化（MS）的一種臨床亞型，隨著對其認(rèn)識的不斷深入，現(xiàn)更多地傾向于該病是一種獨立的疾病。2004年，Lennon等［1］在NMO患者血清中發(fā)現(xiàn)了一種特異性抗體——NMO－免疫球蛋白（NMOIgG），其靶抗原隨后被證實為水通道蛋白4（AQP4）［2］，因而NMO－IgG亦被稱為AQP4 抗體。近年來研究發(fā)現(xiàn):除NMO外，在其他疾病如視神經(jīng)脊髓型 MS（OSMS）、復(fù)發(fā)性視神經(jīng)炎（ON）、縱向延伸的橫貫性脊髓炎（LETM）、合并脊髓炎或視神經(jīng)炎的干燥綜合征（Sj?gren syndrome，SS）和系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）患者血清中亦發(fā)現(xiàn)了 AQP4抗體（即 NMO－IgG）［3］，Wingerchuck等［4］據(jù)此將這些疾病統(tǒng)稱為NMO譜系疾病 （NMO spectrum disorders，NMOSD）。 自NMO－IgG發(fā)現(xiàn)以來，人們對于NMO發(fā)病機制的了解日益增多，本文就NMO的免疫學(xué)研究進(jìn)展作一綜述。

1 NMO－IgG

1.1 NMO特異性抗體 NMO－IgG 2004年，Lennon等于NMO患者血清中發(fā)現(xiàn)一種特異性IgG，主要結(jié)合于CNS軟膜、軟膜下和Virchow－Robin血管間隙，以及中腦、小腦和脊髓處的微血管等結(jié)構(gòu)，與NMO的發(fā)病部位一致［1］，因而認(rèn)為NMOIgG系對NMO具有致病效應(yīng)的抗體。2006年，Wingerchuck等［4］據(jù)此重新修訂NMO診斷標(biāo)準(zhǔn)，并將NMO－IgG列為診斷指標(biāo)之一。

1.2 NMO－IgG靶抗原AQP4的結(jié)構(gòu)特點及其功能效應(yīng) 2005年Lennon等［2］通過免疫熒光法等技術(shù)進(jìn)一步證實NMO－IgG的靶抗原為AQP4。AQP4作為一種N－末端和C－末端均位于胞內(nèi)的Ⅲ型跨膜蛋白，是人類和嚙齒類動物腦組織中的主要水通道蛋白。其廣泛存在于腦和脊髓，特別是腦實質(zhì)和主要體液腔室（major fluid compartments）的鄰接部位，包括星形膠質(zhì)細(xì)胞終足（血－腦）、膠質(zhì)界膜（腦－蛛網(wǎng)膜下腦脊液）及室管膜細(xì)胞和室管膜下星形膠質(zhì)細(xì)胞（血－腦室腦脊液），提示AQP4控制腦組織內(nèi)的水轉(zhuǎn)運［5］?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)AQP4有 M1和M23兩種亞型，M23在胞膜上形成高度有序的規(guī)則方形排列，稱正交排列顆粒（orthogonal－array particals，OAPs），M1亞型則不能形成 OAPs，但可與M23相互作用形成異源四聚體。

多項AQP4基因敲除研究的結(jié)果提示其參與腦水腫形成，如在水中毒、腦缺血和腦膜炎等細(xì)胞毒性水腫模型中，AQP4敲除鼠較野生型鼠預(yù)后好；與之相反，在腦腫瘤等血管源性水腫模型中，AQP4基因敲除鼠的腦水腫重于野生型鼠［6］，提示其可能參與介導(dǎo)了細(xì)胞毒性水腫，并有助于消除血管源性水腫。此外，近年來Miyamoto等［7］在實驗性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）模型中，利用實時－聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）對AQP4mRNA表達(dá)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其表達(dá)上調(diào)，提示AQP4可能參與了EAE的急性期炎性過程。

1.3 NMO－IgG與不同亞型AQP4的結(jié)合 研究者應(yīng)用免疫熒光法研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用M23亞型抗體檢測方法在確診NMO和臨床可疑NMO患者中的敏感性分別為97%和65%，均高于M1亞型抗體檢測方法；進(jìn)一步利用M1和M23突變改變OAPs的形成或破壞OAPs發(fā)現(xiàn)，該抗體結(jié)合兩種亞型的能力可能是由OAPs的形成而非有無N－末端序列的差異所致［8］。該研究中通過對二價NMO－IgG與其單價抗原結(jié)合片段（fragment antigen－binding，F(xiàn)ab）的比較分析發(fā)現(xiàn)，OAPs組裝使單個Fab結(jié)合位點的親和力更強，表明NMO－IgG優(yōu)先結(jié)合M23亞型是因為后者形成OAPs（而非結(jié)合位點多少）導(dǎo)致親和力更強所致，與上述研究結(jié)果一致［8］。

2 NMO－IgG在NMO和NMOSD中的臨床意義

Jarius等［9］檢測了NMO患者的血清抗體，發(fā)現(xiàn)無論是復(fù)發(fā)期還是緩解期以及治療與否，NMOIgG均可被測及，提示該抗體陽性與否不受疾病活動性或治療干預(yù)的影響；但復(fù)發(fā)期患者血清抗體滴度明顯高于緩解期，且在發(fā)作前抗體水平已有所增高。然而，目前尚未發(fā)現(xiàn)可預(yù)示臨床復(fù)發(fā)的NMOIgG閾值，推測抗體水平可能與個體間或個體內(nèi)存在明顯差異有關(guān)。

隨著NMOSD的提出，Bizzoco等［10］報道大多數(shù)疑診NMOSD患者血清NMO－IgG陰性，而抗體陽性則與確診患者的病程嚴(yán)重程度相關(guān)，即陽性者復(fù)發(fā)率更高，預(yù)后更差。何洋等［3］發(fā)現(xiàn)合并或不合并SS／SLE等非器官特異性自身免疫病的NMOSD患者血清NMO－IgG均可呈陽性，但無NMOSD的自身免疫性病者NMO－IgG均呈陰性，亦提示了NMO－IgG的特異性。

3 NMO－IgG的致病機制

目前普遍認(rèn)同NMO－IgG對NMO的特異性致病作用，但對該抗體如何引起NMO病變的機制仍不清楚，近年來體內(nèi)、外實驗結(jié)果均表明NMOIgG可引起NMO樣的組織損害，且自身反應(yīng)性T細(xì)胞可識別AQP4，并可能與抗體共同參與了上述腦損害的過程。

3.1 人類白細(xì)胞抗原（HLA）與NMO疾病易感性 目前對HLA與NMO的相關(guān)研究較少，以往研究發(fā)現(xiàn)法國NMO患者中HLA－DRB1＊03的頻率顯著增高［11］，HLA等位基因DPB1＊0501則與日本人群 OSMS的發(fā)病相關(guān)［12］。Matsushita等［13］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)特發(fā)性CNS脫髓鞘疾病，如OSMS、復(fù)發(fā)性O(shè)N或脊髓炎患者血清NMO－IgG陽性者HLA－DPB1＊0501頻率增高。還有研究發(fā)現(xiàn)，我國南方漢族NMO患者 HLA－DPB1＊0501與NMO－IgG陽性者NMO的易感性相關(guān)，但與HLA－DRB1無關(guān)［14］；高加索人 HLA－DPB1＊0501等位基因則與NMO無關(guān)聯(lián)［15］。以上研究提示NMO－IgG陽性與陰性患者可能具有不同的免疫遺傳學(xué)基礎(chǔ)，尚有待于今后按抗體血清學(xué)結(jié)果將患者分層后，進(jìn)一步研究予以驗證。

3.2 體液免疫學(xué) 以往數(shù)項病理學(xué)研究結(jié)果顯示:NMO患者病灶內(nèi)有巨噬細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、B細(xì)胞和少量CD3＋T細(xì)胞的浸潤；在早期活動性髓鞘破壞區(qū)，病灶血管周圍可見明顯的嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞浸潤以及免疫球蛋白IgG、補體C9新抗原（neo antigen，系補體激活的標(biāo)記）呈“環(huán)形”或“玫瑰花形”沉積［16］，提示體液免疫在NMO發(fā)病機制中具有重要作用。也有研究發(fā)現(xiàn)NMO患者的血清IgG（主要是IgG1）結(jié)合于脊髓、視神經(jīng)中郎飛節(jié)周圍星形膠質(zhì)細(xì)胞的AQP4胞外區(qū)，導(dǎo)致AQP4內(nèi)吞降解和補體激活，引起水腫或炎性反應(yīng)，導(dǎo)致該部位AQP4呈以血管為中心（vasculocentric）的選擇性缺失，進(jìn)而引起髓鞘脫失［3］。近期研究發(fā)現(xiàn)，NMO－IgG結(jié)合AQP4的不同亞型可以產(chǎn)生不同的結(jié)果:M1亞型完全內(nèi)吞降解，M23聚集為OAPs而更有效地激活補體，這可能是病灶病理表現(xiàn)存在差異的原因［17］。

然而，目前對于體液免疫的具體作用機制尚不清楚。數(shù)項研究發(fā)現(xiàn):（1）針對體外培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞，加入NMO－IgG和補體可致其細(xì)胞膜完整性破壞；當(dāng)僅加入NMO－IgG時可見AQP4被內(nèi)吞，但細(xì)胞膜仍保持完整［18］；（2）向鼠腦內(nèi)注入NMO－IgG和人補體可產(chǎn)生特征性NMO病灶，但NMO－IgG不激活鼠補體，且同時注射NMO－IgG和鼠補體并不引起CNS損傷，而將NMO－IgG與補體同時注入AQP4基因敲除鼠并未產(chǎn)生NMO樣病灶［19］。以上結(jié)果提示AQP4及其抗體、人類補體均為NMO病灶形成的必要條件。Hinson等［18］進(jìn)一步行體外研究發(fā)現(xiàn)，AQP4與興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運體（EAAT）－2共表達(dá)且以復(fù)合物形式存在，一旦NMO－IgG結(jié)合于AQP4，在導(dǎo)致水轉(zhuǎn)運障礙、AQP4缺失以及補體激活的同時，亦引起EAAT－2表達(dá)的下調(diào)，導(dǎo)致谷氨酸在細(xì)胞外蓄積，使少突膠質(zhì)細(xì)胞對抗體攻擊變得更為敏感。然而，另有學(xué)者通過分析比較MS和NMO患者的病理改變，發(fā)現(xiàn)NMO患者病理學(xué)特征并非AQP4表達(dá)的下調(diào)，而是早期星形膠質(zhì)細(xì)胞的完全破壞［20］，盡管其仍支持NMO－IgG結(jié)合AQP4激活補體進(jìn)而介導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞損傷的觀點，但認(rèn)為星形膠質(zhì)細(xì)胞早期的大量破壞亦可能是產(chǎn)生NMO－IgG的始動因素之一。不過，上述研究結(jié)果尚需要更多的證據(jù)予以明確。

3.3 細(xì)胞免疫學(xué) 雖然NMO－IgG的重要性已被明確，但有些研究表明NMO－IgG本身并不足以產(chǎn)生NMO的臨床和病理特征:（1）動物研究發(fā)現(xiàn)將NMO患者NMO－IgG被動轉(zhuǎn)移至誘導(dǎo)的EAE大鼠體內(nèi)，可產(chǎn)生類似NMO的病灶，而將該抗體注射至健康鼠體內(nèi)則并未產(chǎn)生類似病灶或臨床癥狀［21］；（2）抗體滴度水平與疾病活動度、復(fù)發(fā)并不完全相關(guān)［9］。Lucchinetti等［16］在對 NMO 患者的病理學(xué)研究中發(fā)現(xiàn):NMO病灶內(nèi)有趨化性細(xì)胞因子受體CCR3表達(dá)，該受體作為嗜酸性粒細(xì)胞趨化因子（Eo）的主要受體，主要由人類嗜酸性粒細(xì)胞表達(dá)，可選擇性表達(dá)于Ⅱ型輔助性T細(xì)胞（Th2），與Th2應(yīng)答有關(guān)，提示Th2可能參與了NMO的發(fā)病機制。此后，Nelson等［22］報道，在小鼠模型中針對AQP4的T細(xì)胞抗原決定簇位于AQP4蛋白的胞內(nèi)部分。上述研究均提示細(xì)胞免疫在NMO發(fā)病過程中發(fā)揮作用。之后，有動物研究發(fā)現(xiàn)，AQP4特異性T細(xì)胞可以誘導(dǎo)腦（特別是星形膠質(zhì)細(xì)胞膠質(zhì)界膜）產(chǎn)生炎性反應(yīng)，促進(jìn)NMO－IgG透過血－腦脊液屏障引起NMO樣病灶［23］。

3.4 其他免疫學(xué)機制 近來Zhang等［24］利用鼠脊髓薄片培養(yǎng)模型發(fā)現(xiàn)，NMO脊髓病灶的發(fā)展過程需要NMO－IgG、AQP4、補體（或 NK細(xì)胞）以及其他一些影響因素的參與，包括:（1）中性粒細(xì)胞:中性粒細(xì)胞存在于人類NMO病灶，體外研究發(fā)現(xiàn)在脊髓薄片培養(yǎng)中加入此細(xì)胞可加重病灶的嚴(yán)重程度［24］，加入巨噬細(xì)胞亦可促進(jìn)由IgG和補體所致病灶的嚴(yán)重程度，這可能與其激活了內(nèi)源性小膠質(zhì)細(xì)胞有關(guān)；（2）NK細(xì)胞:當(dāng)存在 NK細(xì)胞時，即使無補體，NMO－IgG亦可導(dǎo)致病灶形成，提示NMO病理機制中可能涉及抗體依賴性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用（ADCC）機制；（3）嗜酸性粒細(xì)胞:在NMO病灶的嗜酸性粒細(xì)胞浸潤較MS更為多見，可能與CCR3的作用有關(guān)，有研究報道Eo－2和Eo－3水平在NMO患者腦脊液中增高，可能通過其受體CCR3調(diào)節(jié)該細(xì)胞在炎性反應(yīng)部位的募集［25］；（4）細(xì)胞因子:Correale等［25］發(fā)現(xiàn) NMO 患者腦脊液中白細(xì)胞介素（IL）－5分泌細(xì)胞明顯增多，并與Eo－2和Eo－3水平相關(guān)；亦有研究發(fā)現(xiàn)IL－6可提高漿母細(xì)胞的生存，并促進(jìn)其分泌AQP4抗體（即NMO－IgG），在NMO患者CSF中被報道上調(diào)，體外阻斷IL－6受體則可降低該細(xì)胞的存活［26］；此外，亦有少數(shù)報道稱NMO患者腦脊液腫瘤壞死因子（TNF）α、IL－1b、干擾素（IFN）－γ以及B細(xì)胞活化因子（BAFF）的水平升高，這些炎性細(xì)胞因子可能參與疾病相關(guān)的正反饋環(huán)路，但其確切作用仍待今后更多的研究證實。

總之，對于NMO的發(fā)病機制，目前認(rèn)為是NMO－IgG與補體相互作用造成NMO樣的組織損害，而自身反應(yīng)性T細(xì)胞亦通過識別AQP4及其抗體共同參與了上述腦損害的過程。但隨之帶來的更多問題，如不同AQP4分布、亞型及其膜結(jié)構(gòu)是否影響其與NMO－IgG的結(jié)合程度從而影響致病性等，均須今后更多的研究來進(jìn)一步明確。

［1］Lennon VA，Wingerchuk DM，Kryzer TJ，et al.A serum autoantibody marker of neuromyelitis optica:distinction from multiple sclerosis［J］.Lancet，2004，364:2106－2112.

［2］Lennon VA，Kryzer TJ，Pittock SJ，et al.IgG marker of optic－spinal multiple sclerosis binds to the aquaporin－4water channel［J］.J Exp Med，2005，202:473－477.

［3］何洋，劉廣志，高旭光.水通道蛋白4抗體與神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫病［J］.中華內(nèi)科雜志，2011，50:264－266.

［4］Wingerchuk DM，Lennon VA，Pittock SJ，et al.Revised diagnostic criteria for neuromyelitis optica［J］.Neurology，2006，66:1485－1489.

［5］Tait MJ，Saadoun S，Bell BA，et al.Water movements in the brain:role of aquaporins［J］.Trends Neurosci，2008，31:37－43.

［6］Rash JE，Davidson KGV，Yasumura T，et al.Freeze－fracture and immunogold analysis of aquaporin－4 （AQP4）square arrays，with models of AQP4lattice assembly［J］.Neuroscience，2004，129:915－934.

［7］Miyamoto K，Nagaosa N，Motoyama M，et al.Upregulation of water channel aquaporin－4in experimental autoimmune encephalomyeritis［J］.J Neurol Sci，2009，276:103－107.

［8］Crane JM，Lam C，Rossiet A，et al.Binding affinity and specificity of neuromyelitis optica autoantibodies to aquaporin－4 M1／M23isoforms and orthogonal arrays［J］.J Biol Chem，2011，286:16516－16524.

［9］Jarius S，Aboul－Enein F，Waters P，et al.Antibody to aquaporin－4in the long－term course of neuromyelitis optica［J］.Brain，2008，131:3072－3080.

［10］Bizzoco E，Lolli F，Repice AM，et al.Prevalence of neuromyelitis optica spectrum disorder and phenotype distribution［J］.J Neurol，2009，256:1891－1898.

［11］Deschamps R，Paturel L，Jeannin S，et al.Different HLA class II（DRB1and DQB1）alleles determine either susceptibility or resistance to NMO and multiple sclerosis among the French Afro－Caribbean population［J］.Mult Scler，2011，17:24－31.

［12］Yamasaki K，Horiuchi I，Minohara M，et al.HLA－DPB1＊0501－associated opticospinal multiple sclerosis:clinical，neuroimaging and immunogenetic studies［J］.Brain，1999，122（Pt9）:1689－1696.

［13］Matsushita T，Matsuoka T，Isobe N，et al.Association of the HLA－DPB1＊0501allele with anti－aquaporin－4antibody positivity in Japanese patients with idiopathic central nervous system demyelinating disorders［J］.Tissue Antigens，2009，73:171－176.

［14］Wang H，Dai Y，Qiu W，et al.HLA－DPB10501is associated with susceptibility to anti－aquaporin－4antibodies positive neuromyelitis optica in southern Han Chinese［J］.J Neuroimmunol，2011，233:181－184.

［15］Zephir H，F(xiàn)ajardy I，Outteryck O，et al.Is neuromyelitis optica associated with human leukocyte antigen？［J］.Mult Scler，2009，15:571－579.

［16］Lucchinetti CF，Mandler RN，McGavern D，et al.A role for humoral mechanisms in the pathogenesis of Devic’s neuromyelitis optica［J］.Brain，2002，125（Pt7）:1450－1461.

［17］Hinson SR，Romero MF，Popescuc BF，et al.Molecular outcomes of neuromyelitis optica （NMO）－IgG binding to aquaporin－4in astrocytes［J］.PNAS，2012，109:1245－1250.

［18］Hinson SR，Roemer SF，Lucchinetti CF，et al.Aquaporin－4－binding autoantibodies in patients with neuromyelitis optica impair glutamate transport by down－regulating EAAT2［J］.J Exp Med，2008，205:2473－2481.

［19］Saadoun S，Waters P，Bell BA，et al.Intra－cerebral injection of neuromyelitis optica immunoglobin G and human complement produces neuromyelitis optica lesions in mice［J］.Brain，2010，133（Pt2）:349－361.

［20］Parratt JD，Prineas JW.Neuromyelitis optica:a demyelinating disease characterized by acute destruction and regeneration of perivascular astrocytes［J］.Mult Scler，2010，16:1156－1172.

［21］Bradl M，Misu T，Takahashi T，et al.Neuromyelitis optica:pathogenicity of patient immunoglobulin in vivo［J］.Ann Neurol，2009，66:630－643.

［22］Nelson PA，Khodadoust M，Prodhomme T，et al.Immunodominant T cell determinants of aquaporin－4，the autoantigen associated with neuromyelitis optica［J］.PLoS One，2010，5:e15050.

［23］Pohl M，F(xiàn)ischer MT，Mader S，et al.Pathogenic T cell responses against aquaporin 4［J］.Acta Neuropathol，2011，122:21－34.

［24］Zhang H，Bennett JL，Verkman AS.Ex vivo spinal cord slice model of neuromyelitis optica reveals novel immunopathogenic mechanisms［J］.Ann Neurol，2011，70:943－954.

［25］Correale J，F(xiàn)iol M.Activation of humoral immunity and eosinophils in neuromyelitis optica［J］.Neurology，2004，63:2363－2370.

［26］Chihara N，Aranamia T，Sato W，et al.Interleukin 6signaling promotes anti－aquaporin 4autoantibody production from plasmablasts in neuromyelitis optica［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2011，108:3701－3706.