馬子淳 尚媛媛 逄宇 李?yuàn)檴?/p>
結(jié)核病的診斷亟需更加高效、便捷的新方法和新技術(shù)。結(jié)核病的診斷方式多樣,痰涂片檢出率低;作為病原學(xué)診斷金標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis,MTB)培養(yǎng)耗時(shí)長(zhǎng);結(jié)核菌素皮膚試驗(yàn)特異度不高,存在一定的風(fēng)險(xiǎn)[1]。目前,環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增、線性探針?lè)治?、GeneXpert MTB/RIF和全基因組測(cè)序等新型分子診斷方法已被用于結(jié)核病的診斷。但是具有高敏感度、用時(shí)短,以及成本低的生物標(biāo)志物仍有待挖掘[2]。趨化因子是一個(gè)龐大的分泌蛋白家族,通過(guò)細(xì)胞表面G蛋白偶聯(lián)受體發(fā)出信號(hào)[3],趨化細(xì)胞遷移。研究表明,趨化因子對(duì)結(jié)核病導(dǎo)致的肉芽腫形成和維持,以及從外圍募集淋巴細(xì)胞定位于肉芽腫中起著關(guān)鍵作用[4]。趨化因子及其受體在結(jié)核病診斷中的相關(guān)研究正逐漸成為熱點(diǎn)。
1.趨化因子的結(jié)構(gòu)及其分類(lèi):趨化因子是一類(lèi)高度保守的蛋白家族(相對(duì)分子質(zhì)量8000~12 000),參與許多生物過(guò)程,包括趨化細(xì)胞遷移、免疫細(xì)胞脫顆粒、造血和血管生成[5]。趨化因子通常根據(jù)其高度保守的半胱氨酸殘基的順序定位被分為3個(gè)亞家族,分別是CC模體(C-C motif,CC)趨化因子、CXC模體(C-X-C motif,CXC)趨化因子、C-X3-C模體(C-X3-C motif,CX3C)。在CC亞家族中,前2個(gè)半胱氨酸是相鄰的。在CXC亞家族中,前2個(gè)半胱氨酸被1個(gè)氨基酸殘基分離。而CX3C趨化因子在前2個(gè)半胱氨酸殘基之間有3個(gè)氨基酸。C趨化因子亞家族是一個(gè)例外,只有1個(gè)N端半胱氨酸殘基,缺少這些半胱氨酸的第1個(gè)和第3個(gè)殘基。這些特殊的分子結(jié)構(gòu)與其作為趨化因子的功能密切相關(guān)[3]。
2.趨化因子的生物學(xué)功能:趨化因子大多被歸類(lèi)為炎性因子。它們?cè)谘仔苑磻?yīng)中控制免疫細(xì)胞募集過(guò)程中起著關(guān)鍵作用,即趨化因子在組織免疫反應(yīng)方面發(fā)揮著重要作用[6]。趨化因子在人體內(nèi)與自身相對(duì)應(yīng)的靶細(xì)胞上的受體結(jié)合,通過(guò)誘導(dǎo)G蛋白的β、γ亞基解離的方式激活相應(yīng)的信號(hào)通路,發(fā)揮其生物學(xué)功能[7]。不同類(lèi)型的趨化因子其分工也各不相同,CC趨化因子主要趨化單核細(xì)胞,CXC趨化因子主要趨化中性粒細(xì)胞,C趨化因子可對(duì)淋巴細(xì)胞起趨化作用,CX3C亞家族主要參與巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的遷移和活化[8]。除此之外,趨化因子還在人體免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著其他功能。如CCL25-CCR9軸,它在胸腺T細(xì)胞發(fā)育中起著重要作用[6]。
3.趨化因子在MTB感染過(guò)程中發(fā)揮的作用:趨化因子對(duì)于招募和協(xié)調(diào)免疫細(xì)胞進(jìn)入MTB感染的肺部這一過(guò)程至關(guān)重要。單核細(xì)胞募集和定位可以有效控制細(xì)菌的增長(zhǎng),防止其發(fā)展為彌漫性的粒細(xì)胞炎癥[9]。如干擾素誘導(dǎo)蛋白10(IP-10/CXCL10)可以通過(guò)與靶細(xì)胞的受體結(jié)合來(lái)介導(dǎo)人體內(nèi)免疫細(xì)胞的遷移和活化,在抗結(jié)核免疫中發(fā)揮重要的作用[10]。但同時(shí),某些趨化因子和細(xì)胞因子則加劇感染的擴(kuò)散及組織的破壞,他們對(duì)于抗MTB感染過(guò)程的作用是雙重的,在特定條件下,趨化因子也會(huì)導(dǎo)致不呈比例的炎癥和肺損傷,從而加速肺部疾病和空洞化的進(jìn)展[11]。因此,通過(guò)對(duì)特定的趨化因子的定量檢測(cè),有可能對(duì)患者的病情發(fā)展進(jìn)程及預(yù)后情況進(jìn)行評(píng)估[12]。
1.CCL1:CCL1是CC趨化因子家族中的趨化因子,其受體為CCR8。它由活化的T細(xì)胞分泌,吸引其他免疫細(xì)胞包括單核細(xì)胞、自然殺傷(NK)細(xì)胞和樹(shù)突細(xì)胞到感染部位[13],作為T(mén)細(xì)胞激活標(biāo)記物的CCL1的大量表達(dá)反映了控制MTB的持續(xù)免疫反應(yīng)。研究表明,趨化因子CCL1在肺結(jié)核患者的血漿中的濃度明顯增高[4]。同時(shí),CCL1和抗炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-2Ra(interleukin-2Ra,IL-2Ra;CD20)在結(jié)核病患者中的表達(dá)濃度高于潛伏感染個(gè)體,并且在組間鑒別診斷方面具有很強(qiáng)的潛力。在區(qū)分未感染HIV個(gè)體是活動(dòng)性結(jié)核病還是結(jié)核分枝桿菌潛伏感染(latent tuberculosis infection,LTBI)狀態(tài)時(shí),CCL1被列入前20個(gè)最精準(zhǔn)的診斷標(biāo)志物組合,由RANTES、CCL1、CRP和MIP-1α組成的四聯(lián)生物診斷指標(biāo)可在無(wú)論是否感染HIV的前提下區(qū)分活動(dòng)性結(jié)核病和LTBI[14]。
2.CCL2(MCP-1):CCL2是一種強(qiáng)大的炎性趨化因子,屬于C-C家族,其受體為CCR2。CCL2可協(xié)助單核細(xì)胞和活化T細(xì)胞趨化募集到MTB感染的部位,使其發(fā)揮抑菌功能,并可促進(jìn)肉芽腫的形成,與結(jié)核病的發(fā)展有著密切的聯(lián)系[15]。有報(bào)道稱,CCL2對(duì)MTB具有保護(hù)作用,在激活巨噬細(xì)胞的同時(shí)被腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)刺激[16]。CCL2與Th1細(xì)胞因子如γ-干擾素和TNF-α呈正相關(guān),因此,對(duì)于Th1細(xì)胞對(duì)結(jié)核病的適當(dāng)應(yīng)答至關(guān)重要,其表達(dá)量的高低會(huì)影響結(jié)核病的易感性[17]。相關(guān)研究表明,CCL2的表達(dá)量與肺結(jié)核患者預(yù)后效果差的風(fēng)險(xiǎn)性相關(guān),其有望成為評(píng)估肺結(jié)核患者預(yù)后情況的免疫學(xué)指標(biāo)[18]。
3.CCL3(MIP-1α)和CCL4(MIP-1β):CCL3和CCL4有68%的氨基酸是同源的。人CCL3和CCL4在大多數(shù)成熟造血細(xì)胞中誘導(dǎo)表達(dá),CCL4已被確定為結(jié)核病易感基因[19]。CCL4的唯一受體是CCR5。CCL4是NK細(xì)胞、單核細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞對(duì)感染部位的趨化劑。它誘導(dǎo)其他細(xì)胞因子如IL-1、IL-6和TNF-α從成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的合成和釋放。CCL4先前已被證明可以在唾液和血清中區(qū)分結(jié)核病和其他肺部疾病[20]。但也有研究表明,CCL4在使用橫向流動(dòng)分析法測(cè)定其在胸腔積液和全血中的水平以診斷結(jié)核病的實(shí)驗(yàn)中特異度不高,有待進(jìn)一步研究[21]。通過(guò)新一代QuantiFERON(QFT)檢測(cè)方法,研究人員發(fā)現(xiàn)CCL4在活動(dòng)性結(jié)核病患者中的表達(dá)要遠(yuǎn)高于LTBI者[22]。一項(xiàng)研究通過(guò)對(duì)結(jié)核病患者血漿中的趨化因子進(jìn)行單變量和多變量條件回歸分析,發(fā)現(xiàn)基線血漿CCL3和CCL4的濃度與不良治療結(jié)果的增加率相關(guān):并且發(fā)現(xiàn)血漿CCL4在診斷肺結(jié)核時(shí)的敏感度和特異度較低,但相反,CCL3具有85%的敏感度和85%的特異度,表明CCL3更有希望作為預(yù)測(cè)結(jié)核病預(yù)后情況的生物學(xué)指標(biāo)[18]。
4.CCL5(Rantes):CCL5是趨化因子家族中十分重要的一員。它主要參與免疫調(diào)節(jié)和炎癥反應(yīng),發(fā)揮招募、激活和共同刺激T細(xì)胞和單核細(xì)胞的作用,可抑制MTB的生長(zhǎng)[23]。CCL5的主要受體為CCR5,其通過(guò)與CCR5的相互作用,可以募集CD4+T細(xì)胞等相關(guān)免疫細(xì)胞進(jìn)入受MTB侵害的部位,在結(jié)核免疫應(yīng)答中發(fā)揮十分重要的作用[10]。此外,研究表明,編碼CCL5的rs2107538基因和rs2280788基因的多態(tài)性與結(jié)核病易感性相關(guān)[24],因此,有可能通過(guò)測(cè)定特定CCL5的基因?qū)θ巳哼M(jìn)行早期篩查,以早期診斷和預(yù)防。此外,CCL5也可用于結(jié)核性胸腔積液的診斷。研究表明,結(jié)核性胸腔積液患者血漿CCL5水平明顯高于惡性胸腔積液患者[25]。綜上,CCL5在MTB感染免疫過(guò)程中發(fā)揮重要作用,且在基因表達(dá)上與MTB感染存在相關(guān)性,有望在未來(lái)成為結(jié)核病診斷的生物標(biāo)志物。
1.CXCL1和CXCL2:CXCL1是一種由巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和上皮細(xì)胞表達(dá)的C-X-C基序趨化因子,通過(guò)趨化因子受體CXCR2發(fā)揮作用。CXCL1 在創(chuàng)面愈合過(guò)程中由生血管部位的角質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)。CXCL2同樣屬于趨化因子家族的一員,其與CXCL1的同源性達(dá)90%。CXCL1介導(dǎo)心臟等多種器官的急性和慢性反應(yīng),其表達(dá)與其纖維化密切有關(guān)[26]。最新研究通過(guò)動(dòng)物種群模型實(shí)驗(yàn)的方法發(fā)現(xiàn)CXCL1診斷區(qū)分活動(dòng)性肺結(jié)核患者和LTBI者的效果顯著,其敏感度為94.5%,特異度為88.8%;區(qū)分結(jié)核病和非結(jié)核病患者的敏感度為90.9%,特異度為71.4%,其未來(lái)有希望成為快速診斷結(jié)核病的生物學(xué)靶點(diǎn)[27]。Kumar等[4]同樣發(fā)現(xiàn)CXCL1和CXCL2在肺結(jié)核患者的血漿中高度表達(dá)。其中,CXCL1的表達(dá)水平可以反映疾病的嚴(yán)重程度和范圍,CXCL1不但可以作為結(jié)核病病理診斷的候補(bǔ)標(biāo)志物,還可以作為細(xì)菌負(fù)荷量及培養(yǎng)轉(zhuǎn)化情況的生物標(biāo)志物。綜上,CXCL1和CXCL2有望作為疾病嚴(yán)重程度、細(xì)菌負(fù)擔(dān)和治療監(jiān)測(cè)的中等良好的生物標(biāo)志物。
2.CXCL8(IL-8):CXCL8是趨化因子家族中十分重要的一員,在人體內(nèi)主要發(fā)揮兩個(gè)功能,即:化學(xué)吸引和激活多種類(lèi)型的免疫細(xì)胞。CXCL8在結(jié)核病的免疫應(yīng)答中同樣發(fā)揮十分重要的作用。其已被證實(shí)參與結(jié)核肉芽腫的形成并充當(dāng)宿主抵御MTB感染的關(guān)鍵調(diào)控因子[28];其通過(guò)將中性粒細(xì)胞募集到感染部位的方式使宿主具備抗結(jié)核的能力[29]。研究表明,在結(jié)核病患者的血漿中CXCL8的表達(dá)明顯上調(diào),血漿含量從對(duì)照組的18.6 pg/ml提高到294.4 pg/ml[18]。并且,對(duì)CCL3、CXCL8和CXCL10進(jìn)行混合受試者工作特征曲線分析發(fā)現(xiàn),3種趨化因子組合后的曲線下面積(AUC)為0.937~0.969,敏感度為82%~96%,特異度為87%~92%,具有良好的診斷效能。因此,Kumar等[18]認(rèn)為CXCL8是肺結(jié)核治療效果的高度預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物。Yao等[30]也通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了CXCL8在活動(dòng)性結(jié)核病患者和LTBI者中存在差異性表達(dá)。綜上,CXCL8在對(duì)結(jié)核病的診斷及預(yù)后評(píng)估方面是一個(gè)十分有潛力的生物學(xué)標(biāo)志物。
3.CXCL9(MIG)、CXCL10(IP-10)、CXCL11(I-TAC)及其受體CXCR3:CXCL9、CXCL10和CXCL11都通過(guò)CXCR3發(fā)揮免疫應(yīng)答作用。從分子結(jié)構(gòu)角度來(lái)說(shuō),CXCL9、CXCL10和CXCL11都缺乏谷氨酸-亮氨酸-精氨酸,彼此之間具有明顯的結(jié)構(gòu)同源性[31]。它們都和Th1細(xì)胞免疫功能息息相關(guān),具有招募單核巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、NK細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞的功能。在結(jié)核病的免疫應(yīng)答過(guò)程中,這三者與CXCR3受體一起發(fā)揮著不可替代的作用。Shang等[32]最新研究發(fā)現(xiàn),CXCL9和CXCL10及它們的受體CXCR3在結(jié)核病變組織及外周血中高表達(dá),揭示了其作為診斷標(biāo)志物的可能性。CXCL10 作為如今結(jié)核病免疫診斷的核心標(biāo)志物,與其相關(guān)的研究進(jìn)展頗多。Kumar等[4]研究發(fā)現(xiàn),抗結(jié)核化療結(jié)束時(shí)肺結(jié)核患者的趨化因子血漿CXCL10 水平明顯升高。此外,活動(dòng)性結(jié)核病患者CXCL10水平較對(duì)照組明顯增高,且與病情嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn),血清CXCL10在診斷活動(dòng)性肺結(jié)核時(shí)的AUC值達(dá)0.848,且具有較平衡的敏感度(80%)和特異度(80%),表明CXCL10可能用于預(yù)測(cè)MTB感染的活動(dòng)性[21]。Korma等[33]通過(guò)RT-qPCR分析提出CXCL10可以將肺結(jié)核患者與LTBI者有效區(qū)分,其AUC為0.731;同時(shí),將CXCL9和CXCL10聯(lián)合用于區(qū)分肺結(jié)核與肺外結(jié)核,其敏感度高達(dá)85.7%,特異度達(dá)73.9%,揭示了細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)水平可能是區(qū)分MTB感染狀態(tài)的有效標(biāo)志。Qiu等[34]通過(guò)匯總18項(xiàng)CXCL10的相關(guān)研究,納入2838例結(jié)核病患者,對(duì)CXCL10的診斷效能進(jìn)行了全面評(píng)估,發(fā)現(xiàn)CXCL10檢測(cè)肺結(jié)核的敏感度為86%,特異度為88%,可有效區(qū)分結(jié)核病和非結(jié)核病患者,是一個(gè)有應(yīng)用價(jià)值的診斷標(biāo)志物。結(jié)核性淋巴結(jié)炎的診斷具有挑戰(zhàn)性。研究表明,CXCL9和CXCL11作為CXCR3的配體,用于診斷結(jié)核性淋巴結(jié)炎的能力要優(yōu)于γ-干擾素釋放試驗(yàn),可作為結(jié)核病有效的診斷標(biāo)志物[35]。魏蘭等[36]通過(guò)實(shí)驗(yàn)同樣證實(shí)了CXCR3及其配體有助于活動(dòng)性肺結(jié)核診斷,且CXCL11和CXCL9的評(píng)價(jià)作用更為突出。綜上,CXCR3及其配體可能是診斷結(jié)核病和臨床評(píng)估結(jié)核病患者嚴(yán)重程度的有效生物標(biāo)志物[37]。
4.CXCL13(BCA-1):CXCL13是C-X-C基序穩(wěn)態(tài)趨化因子中的一員,也被稱為B細(xì)胞趨化因子和B細(xì)胞趨化因子-1(BCA-1),其對(duì)B-1和B-2亞群的B細(xì)胞具有選擇性趨化作用,通過(guò)與趨化因子受體CXCR5結(jié)合發(fā)揮其生物學(xué)作用。CXCL13可促進(jìn)非淋巴器官異位淋巴樣結(jié)構(gòu)的新發(fā)生,已被證實(shí)在慢性炎癥疾病中發(fā)揮重要功能。研究表明,CXCL13可作為特發(fā)性肺纖維化的強(qiáng)大的預(yù)后進(jìn)展標(biāo)志物[38]。但其在肺結(jié)核的診斷及預(yù)后的預(yù)測(cè)方面的研究仍有待開(kāi)展。研究表明,在感染MTB的小鼠模型中,CXCR5及其配體CXCL13的表達(dá)增高,進(jìn)而發(fā)揮抗MTB感染免疫作用[39]。另一研究則發(fā)現(xiàn)在結(jié)核性胸膜炎患者的胸腔積液的程序性死亡受體1(programmed death 1,PD-1)陽(yáng)性(PD-1+)和PD-1-黏膜相關(guān)恒定T細(xì)胞(MAIT細(xì)胞)中,CXCL13是差異表達(dá)最顯著的基因[40]。最新研究表明,檢測(cè)血清中IP-10 和BCA-1可實(shí)現(xiàn)對(duì)活動(dòng)性結(jié)核病和LTBI的鑒別(AUC=0.83)[41]。因此,雖目前對(duì)CXCL13作為結(jié)核病診斷標(biāo)志物的研究仍不夠深入,但其存在一定的研究?jī)r(jià)值。
CX3CL1(fractalkine)是一個(gè)由CX3C結(jié)構(gòu)域和黏蛋白柄組成的結(jié)構(gòu)獨(dú)特的趨化因子,是CX3C家族的唯一成員。CX3CL1與CXCR1結(jié)合發(fā)揮趨化因子作用,并具有黏附分子功能[42],其在炎癥條件下激活靶細(xì)胞引起下游免疫應(yīng)答[43]。較早的研究發(fā)現(xiàn),活動(dòng)性肺結(jié)核患者唾液中CX3CL1濃度較高,其表達(dá)的差異性有可能利于結(jié)核病的檢出[20]。Estévez等[41]也通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)CX3CL1是區(qū)分活動(dòng)性肺結(jié)核患者和LTBI者的最佳單一標(biāo)志物,且其與IL-12p40聯(lián)合診斷具有區(qū)分LTBI者與非LTBI者的良好性能。
1.亟待篩選結(jié)核抗原特異性的趨化因子組合:趨化因子及其受體在結(jié)核病的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)歸中扮演十分重要的角色,其中,多種趨化因子具有作為結(jié)核病診斷的生物學(xué)標(biāo)志物的潛力。但是,先前諸多針對(duì)結(jié)核病診斷的研究多基于前人成果進(jìn)行相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和理論的推測(cè),選定單個(gè)或多個(gè)可能在宿主對(duì)抗MTB感染中發(fā)揮作用的趨化因子進(jìn)行分析,而非通過(guò)對(duì)大量趨化因子篩查的基礎(chǔ)上獲得的具有鑒別診斷價(jià)值的趨化因子及其組合,未來(lái)研究可通過(guò)液相芯片及流式分析等新穎的研究方式,對(duì)結(jié)核病患者所表達(dá)的趨化因子及其受體進(jìn)行高通量篩查,再對(duì)通過(guò)篩選后明確特異性表達(dá)的標(biāo)志物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,從而提高篩選組合對(duì)于結(jié)核病的特異性。此外,既往研究大多關(guān)注外周血靜息態(tài)的趨化因子狀態(tài)。然而,這種狀態(tài)容易受到患者共患疾病、免疫狀態(tài)及服用藥物的影響,篩選結(jié)核抗原特異性的趨化因子能夠有效排除上述干擾,提高檢測(cè)效能,同時(shí),抗原刺激的過(guò)程亦是檢測(cè)信號(hào)放大的過(guò)程,有助于提升檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
2.與病原學(xué)診斷方法的組合診斷模式:前述研究發(fā)現(xiàn)趨化因子在抗結(jié)核中的重要作用,然而,對(duì)于患者外周血趨化因子的影響因素缺乏系統(tǒng)研究,其濃度與患者的免疫狀態(tài)、基礎(chǔ)性疾病和載菌量等因素的關(guān)聯(lián)尚不明晰。未來(lái)探索上述關(guān)系對(duì)于提高其診斷敏感度具有重要價(jià)值;特別是作為一種潛在的免疫學(xué)診斷方法,如何作為病原學(xué)診斷技術(shù)的重要補(bǔ)充,提高菌陰結(jié)核病患者的診斷效能,針對(duì)不同人群設(shè)定適宜的診斷界值以提高特殊人群的診斷效能至關(guān)重要。在篩選獲得特異性的趨化因子組合基礎(chǔ)上,開(kāi)展與病原學(xué)診斷技術(shù)的聯(lián)合評(píng)估有望成為一種新型的結(jié)核病診斷策略。
綜上所述,目前臨床診斷結(jié)核病仍存在諸多困難,基層醫(yī)院缺乏對(duì)結(jié)核病和耐藥結(jié)核病進(jìn)行早期、快速、簡(jiǎn)便和準(zhǔn)確的診斷方法,不利于對(duì)結(jié)核病患者的及早發(fā)現(xiàn)和治療及預(yù)防疾病在社區(qū)傳播。趨化因子作為新興的分子靶點(diǎn),具有檢測(cè)便捷和耗時(shí)短的優(yōu)勢(shì),近些年已成為結(jié)核病診斷研究方向的熱點(diǎn);提高特異性的趨化因子篩選及相關(guān)影響因素的解析,將幫助我們?nèi)骈_(kāi)發(fā)適宜菌陰結(jié)核病患者診斷技術(shù)的新方法,同時(shí),也為探索趨化因子在宿主抗結(jié)核免疫應(yīng)答機(jī)制領(lǐng)域研究開(kāi)拓新思路。
利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突
作者貢獻(xiàn)馬子淳和李?yuàn)檴櫍浩鸩菸恼?;尚媛媛:?duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱;逄宇:對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱、獲取研究經(jīng)費(fèi)、行政/技術(shù)/材料支持