燕紅梅, 巫燕琴, 鄭曉杰, 董光富
·綜述·
神經精神性紅斑狼瘡的免疫學機制及其常用動物模型研究進展*
燕紅梅1,4, 巫燕琴2, 鄭曉杰3, 董光富4△
(1華南理工大學醫(yī)學院,廣東 廣州 510006;2南方醫(yī)科大學,廣東 廣州 510515;3汕頭大學醫(yī)學院,廣東 汕頭 515041;4廣東省人民醫(yī)院,廣東省醫(yī)學科學院,廣東 廣州 510080)
神經精神性紅斑狼瘡;神經免疫界面;免疫效應細胞;炎癥介質;致病性自身抗體;動物模型
系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)是以系統(tǒng)性、慢性、復發(fā)-緩解交替為特征的自身免疫性疾病典型代表,主要臨床特點是血循環(huán)可檢出大量自身抗體及多器官受損,其中神經精神性紅斑狼瘡(neuropsychiatric systemic lupus erythematosus,NPSLE)是常見并發(fā)癥,患病率介于 37%~95% 之間,僅次于狼瘡性腎炎,已成為影響SLE患者預后的主要因素之一[1]。目前NPSLE發(fā)病機制仍有很多未明之處,診斷與治療仍面臨很多挑戰(zhàn)[2],加強NPSLE發(fā)病機制研究意義重大。本文將主要從神經免疫界面受損、免疫效應細胞、炎癥因子、致病性自身抗體在NPSLE中發(fā)病作用研究進展及NPSLE研究常用動物模型進行綜述,為闡明NPSLE發(fā)病機制和尋找研究靶點提供參考。
一直以來,中樞神經系統(tǒng)都被作免疫豁免器官,常規(guī)暴露于全身免疫反應介質的機會有限,而這一現(xiàn)象被歸因于中樞神經系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)之間形成的具有高度限制性和選擇性的神經免疫界面。其中,腦微血管內皮形成的血腦屏障(blood-brain barrier,BBB)、脈絡叢上皮及其毛細血管內皮形成的血腦脊液屏障(blood-cerebrospinal fluid barrier,BCSFB)和腦膜屏障是三大主要神經免疫界面,這些免疫界面的損傷可能是免疫介質進入中樞神經系統(tǒng)的主要渠道。此外,白細胞進出中樞神經系統(tǒng)的其他潛在途徑近年來也受到了關注,即類淋巴通路和硬膜內淋巴網絡等,但這些流體通道在NPSLE發(fā)病中的作用尚未探索。
1.1BBB該屏障是神經膠質細胞形成的膠質膜與腦毛細血管內皮構成的,介于血液和腦實質之間,能夠嚴格調控血液和腦組織之間離子、分子和細胞的移動,保護神經組織免受侵害,故其結構與功能受損是多種神經系統(tǒng)疾病發(fā)生和發(fā)展的重要基礎[3]。在NPSLE患者中,抗內皮細胞抗體引起的微血管病變、抗磷脂抗體誘導的細胞間黏附分子上調、抗膠質纖維蛋白抗體破壞星形膠質細胞以及C5a/C5aR補體系統(tǒng)通過不同的信號途徑誘導一氧化氮合酶和活性氧生成的增加等,都可能導致BBB結構及功能的破壞[4-5],此外,BBB局部浸潤的B細胞也可能通過產生原位自身抗體導致神經毒性[6]。而對于BBB有無損傷,目前主要通過檢測腦脊液/血清白蛋白商(cerebrospinal fluid/serum albumin quotient,Qalb)和鞘內合成IgG的指數來評估,尚缺乏金標準。
1.2BCSFB盡管大多數時候BBB受損被認為是自身抗體進入NPSLE患者中樞神經系統(tǒng)的主要途徑,但幾乎沒有直接證據證明這一過程。鑒于BBB研究的限制性及BCSFB在神經免疫病理學中的可能作用,近年來BCSFB在NPSLE發(fā)病中的作用也受到了研究者們的關注。BCSFB主要由具有選擇性的脈絡叢上皮細胞構成,而脈絡叢是產生腦脊液的主要部位,其部分結構伸向中樞神經系統(tǒng)深處,并處于腦脊液中,是免疫介質滲透到中樞神經系統(tǒng)的另一個潛在部位[7]。目前在小鼠模型中已獲得一些證據,例如自身免疫性腦脊髓炎小鼠模型中顯示BCSFB為T細胞侵襲腦組織的關鍵部位[8];狼瘡易感小鼠MRL/lpr脈絡叢處也存在以B細胞和T細胞為主的嚴重白細胞浸潤,且這種浸潤的程度與NPSLE的嚴重程度有關,而對MRL/lpr小鼠脈絡叢中各種粘附分子表達的評估也顯示確實存在炎癥變化,且這些變化不僅見于血管側,也見于上皮細胞的頂端表面,表明BCSFB受損可能在白細胞運輸中發(fā)揮作用[9]。
1.3 腦膜屏障 該屏障由最外層的硬腦膜、中部蛛網膜和直接黏附在中樞神經系統(tǒng)實質的內層軟腦膜構成,是圍繞大腦和脊髓并包裹腦脊液的高度血管化組織。與相鄰的腦實質不同,腦膜中包含大量免疫細胞,且與其他組織相比,腦膜中的肥大細胞和先天淋巴細胞更普遍,是促進慢性中樞神經系統(tǒng)炎癥的可能途徑[10-11]。感染性腦膜炎引起的蛛網膜下腔炎癥可能導致腦膜屏障被破壞,從而使循環(huán)中的致病性自身抗體、白細胞和促炎細胞因子進入腦脊液[7]。而實驗性自身免疫性腦脊髓炎及多發(fā)性硬化的小鼠模型腦膜中建立的炎癥環(huán)境也顯示出浸潤的免疫細胞直接或間接造成了髓鞘、嗅鞘細胞和神經受損[11],但是其在NPSLE發(fā)病中發(fā)揮的作用還不清楚。
1.4腦類淋巴通路來自蛛網膜下腔的腦脊液被認為可以沿著BBB動脈及其周圍星形膠質細胞末端的鞘之間形成的空間滲透擴散到實質后與間質液混合,然后被收集到靜脈周圍空間后回到蛛網膜下腔,該流體途徑被稱為“腦類淋巴通路”[12]。顯示出以前未被充分認識到的白細胞進出中樞神經系統(tǒng)的潛在途徑,腦類淋巴通路的破壞在神經血管疾病、神經退行性疾病、神經炎癥疾病、腦損傷和腫瘤的發(fā)病機制中顯示出至關重要的作用,除此之外,硬膜內淋巴網絡似乎也是神經免疫相互作用的潛在部位[13-14]。
自狼瘡腦病易感小鼠模型和人NPSLE研究中已初步獲得證據,表明免疫效應細胞介導的炎癥參與了NPSLE發(fā)病。一方面,中樞神經系統(tǒng)中固有腦組織細胞的免疫性狀改變可能有助于SLE患者神經精神癥狀的發(fā)生發(fā)展;另一方面,外周浸潤到腦組織中的循環(huán)免疫細胞也會促使SLE患者中樞神經系統(tǒng)受損。
小膠質細胞作為中樞神經系統(tǒng)固有免疫細胞,其異常激活與狼瘡腦病易感小鼠模型和NPSLE患者神經精神性癥狀的發(fā)生發(fā)展有關。有研究顯示,MRL/lpr小鼠經腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)誘導后,其小膠質細胞活化增加,白細胞介素6(interleukin-6,IL-6)的分泌水平升高,小鼠表現(xiàn)出抑郁樣行為,且空間記憶能力下降,而通過1-磷酸鞘氨醇(sphingosine-1-phophate,S1P)受體調節(jié)劑治療后,其小膠質細胞促炎因子的分泌減少,空間記憶和抑郁樣行為也顯著改善[15-16]。此外,在抗-甲基-D-天冬氨酸受體(-methyl-D-aspartate receptor,NMDAR)肽免疫的狼瘡腦病小鼠中,通過集落刺激因子受體抑制劑誘導小膠質細胞耗竭可以保護神經元的完整性[17],表明小膠質細胞不僅可以通過分泌促炎因子介導神經癥狀,還可以影響神經元細胞的完整性。
外周免疫細胞浸潤到腦組織也是誘導NPSLE發(fā)病的主要因素之一,MRL/lpr小鼠脈絡叢中可檢測到大量白細胞浸潤,包括表達Bcl-6并大量分泌干擾素γ(interferon-γ,IFN-γ)的激活的CD4+T細胞以及可能會在原位產生自身抗體的漿細胞,這也解釋了為什么BBB沒有受重大損傷時鞘內卻可以檢測到致病性自身抗體[9,18]。而人NPSLE患者腦脊液中B細胞活化因子(B-cell activating factor,BAFF)和APRIL (a proliferation-inducing ligand)水平升高,且拮抗APRIL和BAFF對緩解NPSLE患者病情有益[19]。此外,腦血管內的白細胞群中含有相當數量的雙陰性T細胞,這種T細胞亞群在SLE中很重要,但在NPSLE 發(fā)病中的作用尚未確定。中性粒細胞可以通過一種特殊的自發(fā)性細胞死亡形式形成中性粒細胞細胞外陷阱(neutrophil extracellular traps,NETs),使得自身中性粒細胞的DNA和組蛋白外化,是自身抗原的重要來源,可誘導SLE發(fā)病,但是在NPSLE患者中,血清內可檢測到NETs殘留物而腦脊液中卻又檢測不到中性粒細胞,所以其是否參與了NPSLE發(fā)病還存在爭論[20]。除此之外,主要發(fā)揮傷口愈合功能的血小板也可能通過調節(jié)神經前體細胞產生新神經元維持大腦可塑性,并在腦穩(wěn)態(tài)維持以及炎性細胞與腦組織細胞相互作用方面發(fā)揮作用[21]。
自身抗體是SLE患者的血清學特征,也是SLE患者診斷與療效評估的主要參考指標。在NPSLE發(fā)病機制的研究中,不少自身抗體也被認為是NPSLE診斷和預后中有用的免疫學標志物。下面就當前研究提示與NPSLE發(fā)病相關常見自身抗體進展進行簡述,參見表1。
表1 與NPSLE相關的自身抗體
aPL: anti-phospholipid; CSF: cerebrospinal fluid; ARPA: anti-ribosomal-P protein antibodies; NMDR:-methyl-D-aspartate receptor; MAP-2:microtubule-associated protein-2; AECA: anti-endothelial cell antibodies; AQP-4: aquaporin-4; SBSN: suprabasin; Sm: Smith; U1-RNP: U1-ribonucleoprotein; AGA: antiganglioside antibodies; GAPDH: glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase; GFAP: glial fibrillary acidic protein; TPI: triosephosphate isomerase; ANFA: anti-neurofilament antibodies; GABAR: gamma-aminobutyric acid receptor
3.1抗磷脂(anti-phospholipid,aPL)抗體aPL抗體是一組特異性不同的自身抗體譜,包括抗心磷脂抗體、抗β2-糖蛋白抗體、狼瘡抗凝物和抗磷脂酰絲氨酸抗體等。在SLE患者中,aPL抗體陽性患者發(fā)生神經精神癥狀的可能性大約是aPL抗體陰性患者的兩倍,約有25.4%~36.6%的NPSLE的患者可檢出aPL抗體[22]。這些抗體可以通過促血栓形成作用參與NPSLE發(fā)病,引發(fā)中風、舞蹈病、癲癇、認知障礙和抑郁等神經精神相關事件的發(fā)生[23]。此外,從NPSLE患者中分離出aPL-IgG注射到小鼠腦室,可誘導小鼠認知功能障礙,這一證據也表明aPL抗體對大腦具有致病作用[24]。
3.2抗核糖體P蛋白抗體(anti-ribosomal P protein antibodies,ARPA)ARPA可以識別真核細胞核糖體60S亞基上磷酸化蛋白P0、P1和P2羧基末端區(qū)域,被認為是SLE診斷中高度特異的生物標志物之一,存在于10%~47%的SLE患者中[25],且患者血清或腦脊液中ARPA水平與NPSLE發(fā)病之間存在關聯(lián),可能與抑郁、癲癇、昏迷、橫貫性脊髓病和無菌性腦膜炎等癥狀的發(fā)生有關[26]。此外,ARPA可以與神經元表面P抗原表位進行交叉反應,擾亂與海馬體記憶過程,誘導認知功能障礙[27],而給小鼠腦室內注射ARPR可誘導小鼠長期抑郁樣行為[28]。
納入本研究的61例對象均完成研究,其中男29例,女32例,2組之間眼壓、等效球鏡度、中央角膜厚度、角膜曲率、裸眼視力、矯正視力等指標差異均無統(tǒng)計學意義,見表1。
3.3抗NMDAR抗體NMDAR主要由兩個NR1亞基和兩個NR2亞基組成,是一種四聚體跨膜離子通道型谷氨酸受體。在約25%~33%的SLE患者以及約60%的NPSLE患者的血清和腦脊液中可檢測到抗NMDAR抗體[29]。盡管抗NMDAR抗體的血清水平與NPSLE活動性并不一致,且不少非NPSLE患者血液中亦可檢出抗NMDAR抗體,但在具有彌漫性神經癥狀的NPSLE患者腦脊液中抗NMDAR抗體的滴度顯著高于局灶性NPSLE或其他中樞系統(tǒng)疾病患者腦脊液中的滴度[22-23],或許該自身抗體在彌漫性神經癥狀的發(fā)生中發(fā)揮作用。此外,將SLE患者含有抗NMDAR抗體的血清注射到健康BALB/c小鼠體內,會誘導出NPSLE樣表現(xiàn),而且,通過脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)協(xié)同誘導會導致抗NMDAR抗體在小鼠海馬體內定位,誘導認知障礙;而給予腎上腺素協(xié)同刺激后會導致抗NMDAR抗體定位于小鼠杏仁核,造成情感障礙[23]。
3.4抗微管相關蛋白2(microtubule-associated protein-2,MAP-2)抗體MAP-2是一種僅存在于神經元中的細胞骨架成分,主要調節(jié)微管的成核和穩(wěn)定。SLE患者血清和腦脊液中抗MAP-2抗體檢出率約17%,NPSLE患者血清和腦脊液中抗MAP-2抗體陽性率約33.3%[30]。NPSLE患者不一定存在抗MAP-2抗體,但抗MAP-2抗體陽性的SLE患者出現(xiàn)神經精神性癥狀的頻率更高,且當NPSLE患者腦脊液中存在MAP-2抗體時,NPSLE患者往往出現(xiàn)急性混亂狀態(tài)[31]。
3.5抗內皮細胞抗體(anti-endothelial cell antibodies,AECA)AECA是一組異質性抗體,在超過60%的NPSLE患者中檢測到,可以誘導內皮細胞上細胞黏附分子表達,使白細胞對血管壁的黏附增強,還可以刺激內皮細胞分泌IL-1和IL-8等細胞因子[23],導致腦血管病變,誘發(fā)神經精神癥狀。但是AECA缺乏標準化檢測方法以及小部分健康人體內天然存在AECA,所以其作為NPSLE診斷和預后標志物的應用受到了限制[32]。
3.6抗水通道蛋白4(aquaporin-4,AQP-4)抗體 AQP-4表達在血管周圍的星形膠質細胞足突上,控制進出大腦的水流,是中樞神經系統(tǒng)中主要膜水通道??笰QP-4抗體可誘導星形膠質細胞毒性作用,被認為是視神經脊髓炎的發(fā)病基礎,而視神經脊髓炎和SLE的診斷在一定程度上是重疊的,一些視神經脊髓炎患者最終可能發(fā)展為SLE,少數SLE患者也可能會發(fā)展為視神經脊髓炎[33]。在約3%的NPSLE患者中可以檢測到抗AQP-4抗體,但是在一些非NPSLE患者中也可以檢測出抗AQP-4抗體,且有些SLE患者多年保持抗AQP4抗體陽性,并沒有出現(xiàn)任何神經系統(tǒng)癥狀[34],所以抗AQP-4抗體作為NPSLE診斷標志物敏感性高,但特異性低。
3.7抗suprabasin(SBSN)抗體SBSN是一種表皮分化標志蛋白,已有證據表明SBSN與癌癥和自身免疫性疾病等有關[35]。而將NPSLE患者的腦脊液與非NPSLE患者、多發(fā)性硬化癥患者及壓力腦積水患者的腦脊液進行比較,顯示NPSLE 患者的抗SBSN抗體滴度高于其他組,且無神經精神性癥狀的SLE患者的腦脊液中抗SBSN抗體均為陰性,表明抗SBSN抗體可以用作評估可疑NPSLE的新型自身抗體[36]。
3.8抗 Sm 抗體抗Sm抗體屬于抗核抗體的一種,在SLE患者中,約5%~30%的患者血清中可檢測到抗Sm抗體,而在NPSLE患者中,抗Sm抗體的檢測率介于18%~48%。與SLE患者相比,NPSLE患者腦脊液和血清中的抗Sm水平更高;與非急性意識模糊狀態(tài)的NPSLE患者相比,急性意識模糊狀態(tài)的NPSLE患者腦脊液抗Sm抗體顯著升高,但二者血清抗Sm抗體水平沒有顯著差異[30,37]。此外,NPSLE患者腦脊液中抗Sm抗體水平的升高往往伴隨著Qalb及血清抗Sm抗體水平的升高,即BBB受損可能在抗Sm抗體介導的SLE神經損傷方面發(fā)揮重要作用[38-39]。
3.9抗U1-核糖核蛋白(U1-ribonucleoprotein,U1-RNP)抗體抗U1-RNP抗體可以與U1-RNA相關的蛋白質發(fā)生反應,在約25%~47%的SLE患者中可檢測到[40],而在NPSLE患者腦脊液中,抗U1-RNP的檢出率及抗U1-RNP抗體的指數更高[41],但目前還未有研究顯示其與特定NPSLE神經癥狀相關聯(lián)。
3.10抗神經節(jié)苷脂抗體(antiganglioside antibodies,AGA)約在15.5%~29.4%的NPSLE患者中可檢測到AGA,且患者主要表現(xiàn)出癡呆、偏頭痛以及周圍神經病變等癥狀[22],此外,腦脊液中的IgG-AGA和血清中的IgM-AGA與SLE患者的神經精神表現(xiàn)之間存在很強的關聯(lián),二者水平的升高往往伴隨著NPSLE的發(fā)生[37]。
3.11抗3-磷酸甘油醛脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)抗體在SLE患者及NPSLE患者血清中,抗GAPDH抗體水平均升高[42],但與無神經精神癥狀的SLE患者相比,NPSLE患者血清中抗GAPDH抗體的水平更高,且有研究顯示SLE患者血清抗GAPDH抗體水平與認知功能障礙之間存在顯著正相關[43]。
3.12抗膠質細胞原纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)抗體GFAP是星形膠質細胞胞內的一種絲狀蛋白,通過與質膜和核膜的相互作用穩(wěn)定細胞骨架,維持星形膠質細胞的形態(tài),與人類中樞神經系統(tǒng)的嚴重病變有關[44]。在NPSLE患者腦脊液中也顯示抗GFAP抗體水平升高[37],但SLE患者血清中抗GFAP抗體陽性似乎與SLE患者神經精神癥狀并無顯著相關性[45],即目前關于抗GFAP抗體與NPSLE發(fā)病的關系仍存在爭議。
3.13抗丙糖磷酸異構酶(triosephosphate isomerase,TPI)抗體TPI是神經元細胞和紅細胞中重要的糖酵解酶,能夠催化磷酸二羥基丙酮和D型甘油醛-3-磷酸之間的可逆轉換,缺乏TPI會引發(fā)溶血性貧血和神經系統(tǒng)性疾?。?1]。有研究者觀察了抗TPI抗體與人NPSLE患者臨床特征之間的關系,結果在31名NPSLE患者中有10名患者可檢測到抗TPI抗體,且抗TPI抗體陽性NPSLE患者與抗TPI抗體陰性患者相比,無菌性腦膜炎的發(fā)生率更高[46],但與其他NPSLE相關癥狀之間的關系還不清楚。
3.14抗神經絲抗體(anti-neurofilament antibodies,ANFA)神經絲是一種細胞骨架蛋白,在約41%的NPSLE患者的血清和腦脊液中可檢測到靶向神經絲的ANFA[47],且ANFA陽性的NPSLE患者主要表現(xiàn)出彌漫性神經癥狀[37]。
3.15抗γ-氨基丁酸受體(gamma-aminobutyric acid receptor,GABAR)抗體γ-氨基丁酸是一種抑制性神經遞質,其受體在大腦和脊髓中廣泛表達,可介導焦慮、認知、信息辨別和感覺運動等事件[48]。在約61.5%的NPSLE患者腦脊液中可檢測到抗GABAR抗體,且抗GABAR抗體滴度與NPSLE的活動度呈正相關[49]。
以上所述是當前NPSLE發(fā)病研究中日益受到關注的自身抗體譜,但這些抗體是否參與NPSLE發(fā)病和活動或參與NPSLE發(fā)病和活動的具體機制還需要進行更多的探索和驗證,目前尚沒有公認的自身抗體可以作為NPSLE診斷標志物。
在SLE的發(fā)生發(fā)展過程中,炎癥因子發(fā)揮重要作用,并與其疾病活動度相關[50-51],但其在NPSLE發(fā)生發(fā)展中的作用及機制研究尚處于初級階段。
IFN-α被認為是SLE發(fā)病機制的主要效應物,在NPSLE發(fā)病的早期研究中檢測到NPSLE患者腦脊液中IFN-α水平也升高,并且有證據表明NPSLE患者中樞神經系統(tǒng)內產生IFN-α可誘導抑郁、意識模糊和癲癇發(fā)作等癥狀[52]。此外,與非NPSLE相比,NPSLE患者腦脊液中IL-6和IL-8水平也顯著升高,但是敗血性腦膜炎患者和脫髓鞘性神經系統(tǒng)性患者腦脊液中二者水平也出現(xiàn)類似升高,即IL-6和IL-8不是NPSLE特異性指標[53]。而在MRL/lpr 小鼠模型中,早期神經精神表現(xiàn)的發(fā)生也伴隨著多種血清細胞因子水平的升高,包括IL-10、IFN-γ、CXCL10、CCL2等[54]。
此外,補體激活作用似乎是NPSLE研究中另一個值得關注的領域,雖然現(xiàn)有研究關于NPSLE患者補體活性是否增加的結果相互矛盾,但針對重癥抗磷脂綜合征和復發(fā)性視神經脊髓炎患者的補體靶向療法已表現(xiàn)出潛在療效。
當前,在進行NPSLE發(fā)病機制的探索及其治療效果評估研究中,由于難以獲得人腦組織標本,所以相關研究通常選用NPSLE小鼠模型作為研究對象。目前常用的NPSLE小鼠模型主要分為人工誘導型和自發(fā)型,以下將對目前NPSLE研究中常用幾種小鼠模型的構建方法、臨床特點等進行概述,為NPSLE 發(fā)病機制研究以及治療效果評估選擇合適的模型提供參考,見表2。
表2 NPSLE常用小鼠模型及其特點
5.1MRL/lpr小鼠模型該模型是由LG/J、AKR/J、C3H/Di以及C57BL/6J小鼠經復雜的交配計劃產生,其基因發(fā)生凋亡相關突變,即淋巴增殖基因自發(fā)突變后培育成的純合子小鼠。該品系小鼠巨噬細胞、T細胞和B細胞凋亡缺陷,誘發(fā)全身淋巴結腫大以及關節(jié)炎、皮膚病、肺炎和免疫復合物腎小球腎病等自身免疫疾?。?5],被認為是可用的自發(fā)NPSLE小鼠模型。雌鼠發(fā)病時間遠早于雄鼠,雌鼠在5~6周大時就開始出現(xiàn)抑郁、學習和記憶受損等神經或精神性表現(xiàn),而雄性小鼠約在12~16周大時才出現(xiàn)類似癥狀[19]。該小鼠血清中TNF-α、IL-1和IL-6水平升高,海馬區(qū)表達IFN-γ、IL-1、IL-6和IL-10的編碼基因上調,大腦中腫瘤壞死因子及其受體的表達也增加[54]。此外,相比于遺傳性腦異常發(fā)生率較高的NZB/W F1和 BXSB小鼠模型,MRL/lpr小鼠在研究SLE腦病及行為異常方面具有更可控的優(yōu)勢,且與人工誘導的具有腦病的狼瘡小鼠模型相比,其具有發(fā)病快,病程短的優(yōu)點。
5.2NZB/W F1小鼠模型該模型是NZB小鼠和NZW小鼠雜交子代,NZB小鼠和NZW小鼠都表現(xiàn)出有限的自身免疫性,但是二者的雜交子代NZB/W F1具有嚴重狼瘡樣表型。其脾腫大,血清中抗核抗體水平升高,IL-6、IFN-γ和TNF-α增加[23],腦血管、脈絡叢以及海馬體血管中可見單核細胞浸潤,胼胝體中的小膠質細胞、星形膠質細胞和神經元前體細胞的數量增加,出現(xiàn)溶血性貧血以及蛋白尿并患有腎小球腎炎和輕微血管炎,雌性小鼠在5個月大左右出現(xiàn)明顯的腎臟受累,10月大左右開始出現(xiàn)學習及記憶受損等神經精神相關表現(xiàn)[55],具有與人類NPSLE患者發(fā)病特點高度一致的優(yōu)點,但是疾病出現(xiàn)較晚且進展緩慢。
5.3BXSB小鼠模型該模型是C57BL/6雌鼠和SB/Le雄鼠雜交后培育的重組近交系,其Y染色體上的連鎖自身免疫加速位點 (Y-linked autoimmune accelerator locus,Yaa)是X染色體上假常染色體區(qū)域附近的片段復制到Y染色體上的結果。BXSB是重癥SLE模型鼠,其淋巴結及脾腫大,具有溶血性貧血、免疫復合物腎小球腎炎和高丙球蛋白血癥[56],且隨著年齡的增長,BXSB雄性小鼠血清抗核抗體水平顯著升高,空間學習能力減弱,但就彌漫性神經精神癥狀而言,BXSB品系小鼠不如MRL/lpr品系小鼠與人類相似[57]。
5.4降植烷誘導的狼瘡(pristane-induced lupus,PIL)小鼠模型該模型可由多種品系的小鼠經腹腔一次性注射0.5 mL姥鮫烷(pristane)制備,其中C57BL/6(H-2b)和BALB/c(H-2d)小鼠的應用最常見[58]。姥鮫烷是類異戊二烯烷烴類化合物,可以和細胞膜結合,導致細胞凋亡以及自身抗原的產生,從而打破機體免疫耐受,誘導自身免疫性疾病的發(fā)生。PIL模型小鼠抗核抗體和促炎細胞因子水平升高,具有蛋白尿、漿膜炎、關節(jié)炎、腎小球腎炎、肺毛細血管炎和貧血癥狀,表現(xiàn)出學習和記憶障礙,且姥鮫烷協(xié)同LPS誘導可使小鼠短期記憶下降更明顯、持續(xù)時間更久[59-60]。與自發(fā)模型NZB/W F1和MRL/lpr相比,PIL模型小鼠制作技術簡便、價格低廉,能更好地模擬出人類的疾病表現(xiàn),但缺點是病程進展緩慢,6~8個月才表現(xiàn)出狼瘡性腎炎,耗時長[61]。
5.5自身抗體誘導的小鼠模型一些自身反應性抗體也可以用來誘導中樞神經炎癥,引發(fā)癲癇、認知障礙、精神病等NPSLE相關癥狀[22,41]。例如,BALB/c小鼠靜脈注射ARPA/抗NMDAR IgG后腹腔注射LPS進行協(xié)同誘導,或直接將ARPA/抗NMDAR抗體注射到腦室,可導致小鼠記憶受損及學習能力減退[28]。
以上是NPSLE研究中常用的小鼠模型,目前還沒有一個小鼠模型可以模擬出NPSLE疾病的全部臨床特征,不同的小鼠實驗模型會模擬人不同NPSLE樣癥狀。
綜上所述,目前NPSLE發(fā)病機制研究主要聚焦于神經免疫屏障障礙以及免疫效應細胞、致病性自身抗體、炎癥因子異常表達等,但其中許多重要的問題仍未得到解決。BBB受損一直被認為是NPSLE發(fā)病機制的核心,但尚沒有直接證據證明,且神經免疫病理學研究顯示其他神經免疫界面存在異常亦可能參與NPSLE發(fā)病過程,提示處于NPSLE發(fā)病核心的可能并不只有BBB障礙,其它神經免疫屏障如BCSFB障礙、腦膜屏障和腦類淋巴通路受損等在NPSLE發(fā)病中的作用也不容忽視。另外,致病性自身抗體作為NPSLE發(fā)病中的主要介質,其在NPSLE發(fā)病機制中的作用和地位、進入中樞神經系統(tǒng)的路徑及其損害神經系統(tǒng)的具體機制以及特定自身抗體與NPSLE不同臨床表型之間的相關性均需要進一步闡明;至于免疫效應細胞及其相關致炎因子在NPSLE發(fā)病中作用及其機制當前仍缺乏突破性結論??傊斍癗PSLE的發(fā)病機制研究進展較快但未知數仍較多,需要進行更深入的探索。
[1] Carrion-Barbera I,Salman-Monte TC,Vilchez-Oya F,et al. Neuropsychiatric involvement in systemic lupus erythematosus: a review[J]. Autoimmun Rev,2021,20(4):102780.
[2] Zhang Y,Han H,Chu L. Neuropsychiatric lupus erythematosus: future directions and challenges; a systematic review and survey[J]. Clin Sao Paulo Braz,2020,75:e1515.
[3] Daneman R,Prat A. The blood-brain barrier[J]. Cold Spring Harb Perspect Biol,2015,7(1):a020412.
[4] Sharif Y,Jumah F,Coplan L,et al. Blood brain barrier: a review of its anatomy and physiology in health and disease[J]. Clin Anat,2018,31(6):812-823.
[5] Sakuma Y,Nagai T,Yoshio T,et al. Differential activation mechanisms of serum C5a in lupus nephritis and neuropsychiatric systemic lupus erythematosus[J]. Mod Rheumatol,2017,27(2):292-297.
[6] Bortoluzzi A,Scire CA,Bombardieri S,et al. Development and validation of a new algorithm for attribution of neuropsychiatric events in systemic lupus erythematosus[J]. Rheumatol Oxf,2015,54(5):891-898.
[7] Stock AD,Gelb S,Pasternak O,et al. The blood brain barrier and neuropsychiatric lupus: new perspectives in light of advances in understanding the neuroimmune interface[J]. Autoimmun Rev,2017,16(6):612-619.
[8] Llovera G,Benakis C,Enzmann G,et al. The choroid plexus is a key cerebral invasion route for T cells after stroke[J]. Acta Neuropathol,2017,134(6):851-868.
[9] Gelb S,Stock AD,Anzi S,et al. Mechanisms of neuropsychiatric lupus: the relative roles of the blood-cerebrospinal fluid barrier versus blood-brain barrier[J]. J Autoimmun,2018,91:34-44.
[10] Alves de Lima K,Rustenhoven J,Kipnis J. Meningeal immunity and its function in maintenance of the central nervous system in health and disease[J]. Annu Rev Immunol,2020,38:597-620.
[11] Brown MA,Weinberg RB. Mast cells and innate lymphoid cells: underappreciated players in CNS autoimmune demyelinating disease[J]. Front Immunol,2018,9:514-527.
[12] Louveau A,Smirnov I,Keyes TJ,et al. Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels[J]. Nature,2015,523(7560):337-341.
[13] Natale G,Limanaqi F,Busceti CL,et al. Glymphatic system as a gateway to connect neurodegeneration from periphery to CNS[J]. Front Neurosci,2021,15:639140.
[14] Rasmussen MK,Mestre H,Nedergaard M. The glymphatic pathway in neurological disorders[J]. Lancet Neurol,2018,17(11):1016-1024.
[15] Kong X,Zhang Z,F(xiàn)u T,et al. TNF-α regulates microglial activation via the NF-κB signaling pathway in systemic lupus erythematosus with depression[J]. Int J Biol Macromol,2019,125:892-900.
[16] Mike EV,Makinde HM,Der E,et al. Neuropsychiatric systemic lupus erythematosus is dependent on sphingosine-1-phosphate signaling[J]. Front Immunol,2018,9:2189.
[17] Nestor J,Arinuma Y,Huerta TS,et al. Lupus antibodies induce behavioral changes mediated by microglia and blocked by ACE inhibitors[J]. J Exp Med,2018,215(10):2554-2566.
[18] Jain S,Stock A,Macian F,et al. A distinct T follicular helper cell subset infiltrates the brain in murine neuropsychiatric lupus[J]. Front Immunol,2018,9:487.
[19] Wen J,Stock AD,Chalmers SA,et al. The role of B cells and autoantibodies in neuropsychiatric lupus[J]. Autoimmun Rev,2016,15(9):890-895.
[20] Appelgren D,Dahle C,Knopf J,et al. Active NET formation in Libman-Sacks endocarditis without antiphospholipid antibodies: a dramatic onset of systemic lupus erythematosus[J]. Autoimmunity,2018,51(6):310-318.
[21] Leiter O,Walker TL. Platelets: the missing link between the blood and brain?[J]. Prog Neurobiol,2019,183:101695.
[22] Ho RC,Thiaghu C,Ong H,et al. A meta-analysis of serum and cerebrospinal fluid autoantibodies in neuropsychiatric systemic lupus erythematosus[J]. Autoimmun Rev,2016,15(2):124-138.
[23] Schwartz N,Stock AD,Putterman C. Neuropsychiatric lupus: new mechanistic insights and future treatment directions[J]. Nat Rev Rheumatol,2019,15(3):137-152.
[24] Katzav A,Ben-Ziv T,Blank M,et al. Antibody-specific behavioral effects: intracerebroventricular injection of antiphospholipid antibodies induces hyperactive behavior while anti-ribosomal-P antibodies induces depression and smell deficits in mice[J]. J Neuroimmunol,2014,272(1/2):10-15.
[25] Choi MY,F(xiàn)itzPatrick RD,Buhler K,et al. A review and meta-analysis of anti-ribosomal P autoantibodies in systemic lupus erythematosus[J]. Autoimmun Rev,2020,19(3):102463.
[26] Hu C,Huang W,Chen H,et al. Autoantibody profiling on human proteome microarray for biomarker discovery in cerebrospinal fluid and sera of neuropsychiatric lupus[J]. PLoS One,2015,10(5):e0126643.
[27] Segovia-Miranda F,Serrano F,Dyrda A,et al. Pathogenicity of lupus anti-ribosomal P antibodies: role of cross-reacting neuronal surface P antigen in glutamatergic transmission and plasticity in a mouse model[J]. Arthritis Rheumatol,2015,67(6):1598-1610.
[28] Gonzalez A,Massardo L. Antibodies and the brain: antiribosomal P protein antibody and the clinical effects in patients with systemic lupus erythematosus[J]. Curr Opin Neurol,2018,31(3):300-305.
[29] Hirohata S,Tanaka K. Differential expression of antibodies to NMDA receptor in anti-NMDA receptor encephalitis and in neuropsychiatric systemic lupus erythematosus[J]. Lupus Sci Med,2019,6(1):e000359.
[30] Borowoy AM,Pope JE,Silverman E,et al. Neuropsychiatric lupus: the prevalence and autoantibody associations depend on the definition: results from the 1000 faces of lupus cohort[J]. Semin Arthritis Rheum,2012,42(2):179-185.
[31] Yamada Y,Nozawa K,Nakano S,et al. Antibodies to microtubule-associated protein-2 in the cerebrospinal fluid are a useful diagnostic biomarker for neuropsychiatric systemic lupus erythematosus[J]. Mod Rheumatol,2016,26(4):562-568.
[32] Perricone C,Pendolino M,Olivieri M,et al. Neuropsychiatric manifestations associated with anti-endothelial cell antibodies in systemic lupus erythematosus[J]. Isr Med Assoc J,2015,17(3):171-178.
[33] Mader S,Jeganathan V,Arinuma Y,et al. Understanding the antibody repertoire in neuropsychiatric systemic lupus erythematosus and neuromyelitis optica spectrum disorder: do they share common targets?[J]. Arthritis Rheumatol,2018,70(2):277-286.
[34] Alexopoulos H,Kampylafka EI,F(xiàn)ouka P,et al. Anti-aquaporin-4 autoantibodies in systemic lupus erythematosus persist for years and induce astrocytic cytotoxicity but not CNS disease[J]. J Neuroimmunol,2015,289:8-11.
[35] Pribyl M,Hodny Z,Kubikova I. Suprabasin-A Review[J]. Genes Basel,2021,12(1):108.
[36] Ichinose K,Ohyama K,F(xiàn)urukawa K,et al. Novel anti-suprabasin antibodies may contribute to the pathogenesis of neuropsychiatric systemic lupus erythematosus[J]. Clin Immunol,2018,193:123-130.
[37] Manca E. Autoantibodies in neuropsychiatric systemic lupus erythematosus (NPSLE): can they be used as biomarkers for the differential diagnosis of this disease?[J/OL]. Clin Rev Allergy Immunol,2021 (2021-06-11)[2021-12-06]. https://link.springer.com/article/10.1007/ s12016-021-08865-2.
[38] Hirohata S,Sakuma Y,Yanagida T,et al. Association of cerebrospinal fluid anti-Sm antibodies with acute confusional state in systemic lupus erythematosus[J]. Arthritis Res Ther,2014,16(5):450.
[39] Arinuma Y. What are the latest clinical findings regarding the association of neurotoxic brain antibodies found in the cerebrospinal fluid in patients with autoimmune disorders?[J]. Curr Opin Neurol,2020,33(3):347-352.
[40] Dima A,Jurcut C,Baicus C. The impact of anti-U1-RNP positivity: systemic lupus erythematosus versus mixed connective tissue disease[J]. Rheumatol Int,2018,38(7):1169-1178.
[41] Sato S,Temmoku J,F(xiàn)ujita Y,et al. Autoantibodies associated with neuropsychiatric systemic lupus erythematosus: the quest for symptom-specific biomarkers[J]. Fukushima J Med Sci,2020,66(1):1-9.
[42] Sun J,Li X,Zhou H,et al. Anti-GAPDH autoantibody is associated with increased disease activity and intracranial pressure in systemic lupus erythematosus[J]. J Immunol Res,2019,2019:7430780.
[43] Delunardo F,Soldati D,Bellisario V,et al. Anti-GAPDH autoantibodies as a pathogenic determinant and potential biomarker of neuropsychiatric diseases[J]. Arthritis Rheumatol,2016,68(11):2708-2716.
[44] Agostini M,Amato F,Vieri ML,et al. Glial-fibrillary-acidic-protein (GFAP) biomarker detection in serum-matrix: functionalization strategies and detection by an ultra-high-frequency surface-acoustic-wave (UHF-SAW) lab-on-chip[J]. Biosens Bioelectron,2021,172:112774.
[45] Deijns SJ,Broen JCA,Kruyt ND,et al. The immunologic etiology of psychiatric manifestations in systemic lupus erythematosus: a narrative review on the role of the blood brain barrier,antibodies,cytokines and chemokines[J]. Autoimmun Rev,2020,19(8):102592.
[46] Sato S,Yashiro M,Asano T,et al. Association of anti-triosephosphate isomerase antibodies with aseptic meningitis in patients with neuropsychiatric systemic lupus erythematosus[J]. Clin Rheumatol,2017,36(7):1655-1659.
[47] Zmira O,Halpern AI,Drori T. Anti-neurofilament antibodies and neurodegeneration: markers and generators[J]. J Neuroimmunol,2020,344:577248.
[48] Davenport CM,Rajappa R,Katchan L,et al. Relocation of an extrasynaptic GABAAreceptor to inhibitory synapses freezes excitatory synaptic strength and preserves memory[J]. Neuron,2021,109(1):123-134.e4.
[49] Tsuchiya H,Haga S,Takahashi Y,et al. Identification of novel autoantibodies to GABA(B) receptors in patients with neuropsychiatric systemic lupus erythematosus[J]. Rheumatol Oxf,2014,53(7):1219-1228.
[50] 董光富,葉任高,潘云峰,等. 狼瘡腎炎患者外周血單個核細胞IL-17信號轉導途徑的初步研究[J]. 中國病理生理雜志,2004,20(8):1353-1359.
DongGF,YeRG,Pan YF,et al. Preliminary study on IL-17 signal transduction pathway in peripheral blood mononuclear cells of patients with lupus nephritis[J]. Chin J Pathophysiol,2004,20(8):1353-1359.
[51] Dong GF,Ye RG,Shi W,et al. IL-17 induces autoantibody overproduction and peripheral blood mononuclear cell overexpression of IL-6 in lupus nephritis patients[J]. Chin Med J,2003,116(4):543-548.
[52] Nocito C,Lubinsky C,Hand M,et al. Centrally acting angiotensin-converting enzyme inhibitor suppresses type I interferon responses and decreases inflammation in the periphery and the CNS in lupus-prone mice[J]. Front Immunol,2020,11:573677.
[53] Asano T,Ito H,Kariya Y,et al. Evaluation of blood-brain barrier function by quotient alpha2 macroglobulin and its relationship with interleukin-6 and complement component 3 levels in neuropsychiatric systemic lupus erythematosus[J]. PLoS One,2017,12(10):e0186414.
[54] Zarfeshani A,Carroll KR,Volpe BT,et al. Cognitive impairment in SLE: mechanisms and therapeutic approaches[J]. Curr Rheumatol Rep,2021,23(4):25.
[55] Jeltsch-David H,Muller S. Neuropsychiatric systemic lupus erythematosus: pathogenesis and biomarkers[J]. Nat Rev Neurol,2014,10(10):579-596.
[56] Baccala R,Gonzalez-Quintial R,Schreiber RD,et al. Anti-IFN-α/β receptor antibody treatment ameliorates disease in lupus-predisposed mice[J]. J Immunol,2012,189(12):5976-5984.
[57] Arabo A,Costa O,Dubois M,et al. Effects of systemic lupus erythematosus on spatial cognition and cerebral regional metabolic reactivity in BxSB lupus-prone mice[J]. Neuroscience,2005,135(3):691-702.
[58] 沈立軍,顏天銘,王玉玉,等. 姥鮫烷誘導法建立小鼠狼瘡腎炎模型[J]. 中國病理生理雜志,2020,36(6):1146-1152.
Shen LJ,Yan TM,Wang YY,et al. Establishment of mouse lupus nephritis model by pristane induction[J]. Chin J Pathophysiol,2020,36(6):1146-1152.
[59] Luciano-Jaramillo J,Sandoval-Garcia F,Vazquez-Del Mercado M,et al. Downregulation of hippocampal NR2A/2B subunits related to cognitive impairment in a pristane-induced lupus BALB/c mice[J]. PLoS One,2019,14(9):e0217190.
[60] Karnopp TE,Chapacais GF,F(xiàn)reitas EC,et al. Lupus animal models and neuropsychiatric implications[J]. Clin Rheumatol,2020,40(7):2535-2545.
[61] Correa Freitas E,Evelyn Karnopp T,de Souza Silva JM,et al. Vitamin D supplementation ameliorates arthritis but does not alleviates renal injury in pristane-induced lupus model[J]. Autoimmunity,2019,52(2):69-77.
Research progress of immunological pathogenesis and commonly used animal models of neuropsychiatric systemic lupus erythematosus
YAN Hong-mei1,4,WU Yan-Qin2,ZHENG Xiao-jie3,DONG Guang-fu4△
(1,,510006,;2,510515,;3,,515041,;4,,510080,)
Neuropsychiatric systemic lupus erythematosus (NPSLE) is a major complication of systemic lupus erythematosus (SLE) involving the nervous system. It is one of the main risk factors for the prognosis of SLE patients. Although there is still so much that is unknown about the pathogenesis of NPSLE,progress has been made in recent years. This review summarizes the role and mechanism of immune effector cells,inflammatory mediators and pathogenic autoantibodies,and the commonly used animal models in the research of NPSLE pathogenesis.
Neuropsychiatric systemic lupus erythematosus; Neuroimmune interface; Immune effector cells; Inflammatory mediators; Pathogenic autoantibody; Animal model
R593.24; R363.2
A
10.3969/j.issn.1000-4718.2022.02.018
1000-4718(2022)02-0333-09
2021-06-03
2022-01-21
[基金項目]廣東省中醫(yī)藥局重點項目(No. 20193001);廣州市科技計劃項目(No. 202102080087)
Tel: 13543462218; E-mail: Dongguangfu@gdph.org.cn
(責任編輯:盧萍,羅森)