水痘-帶狀皰疹病毒免疫機(jī)制的研究進(jìn)展

邵丹玥 張?chǎng)?孟艷麗

(北京中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院,北京 100029)

水痘-帶狀皰疹病毒(VZV)是廣泛存在于全球人口中的一種病原體,感染全球90%以上的人〔1〕。VZV原發(fā)感染常發(fā)于兒童時(shí)期,可發(fā)為以全身水皰性發(fā)疹為特征的水痘,并在感染后潛伏在宿主的神經(jīng)元細(xì)胞中。隨著年齡增長(zhǎng)、免疫功能減退或其他因素影響,潛伏的病毒可再次激活,沿著外周神經(jīng)擴(kuò)散,引起帶狀皰疹(HZ)〔2〕。隨著疫苗的普及,目前水痘的發(fā)病率基本被控制住,但是很多老年人出現(xiàn)HZ的現(xiàn)象較為普遍。對(duì)于初次感染VZV且免疫力低下或VZV再激活的人群,常會(huì)伴有腦膜炎、腦卒中、HZ后遺神經(jīng)痛等并發(fā)癥,降低患者的生活質(zhì)量、甚至危及生命〔3〕。VZV感染發(fā)病機(jī)制目前尚不清晰,本文著重從免疫學(xué)機(jī)制方面研究VZV,以期為水痘、HZ及相關(guān)并發(fā)癥的預(yù)防治療提供理論依據(jù)。

1 VZV發(fā)病機(jī)制

1.1VZV感染的固有免疫和體液免疫應(yīng)答 固有免疫系統(tǒng)是病原體進(jìn)入機(jī)體后宿主體內(nèi)起到保護(hù)作用的第一道防線,VZV感染后首先引起固有免疫應(yīng)答。活化的T淋巴細(xì)胞及自然殺傷(NK)細(xì)胞分泌生成干擾素(IFN),使宿主在感染早期建立起系統(tǒng)的抗病毒體系,有效防控病毒的復(fù)制、傳播,參與免疫清除〔4〕。隨著VZV的活化,感染的T細(xì)胞活化成記憶性T細(xì)胞,損害機(jī)體免疫水平,最終病毒將突破IFN調(diào)節(jié)的固有免疫應(yīng)答。在重度聯(lián)合免疫小鼠模型研究中發(fā)現(xiàn)〔5〕,IFN-ɑ表達(dá)下調(diào),從而使VZV的復(fù)制順利進(jìn)行,解釋了VZV感染并突破的固有免疫過程。Di Bona等〔6〕研究表明,IFN-ɑ表達(dá)下調(diào)是由其相關(guān)分子磷酸化過程受到阻斷導(dǎo)致的。NK細(xì)胞屬于近年來新鑒定的先天免疫細(xì)胞之一,研究表明免疫遺傳缺陷患者的NK損害水平與水痘嚴(yán)重程度呈正相關(guān)〔7〕。

體液免疫應(yīng)答可以在宿主感染病原體后,產(chǎn)生抗病毒抗體,阻止病毒與宿主細(xì)胞受體結(jié)合,起到抵抗、中和病毒的作用。VZV特異性抗體在原發(fā)性感染形成水痘時(shí)產(chǎn)生,但不能阻止HZ的發(fā)生。HZ的發(fā)病與固有免疫及體液免疫均有相關(guān)性,其中尤其與固有免疫的關(guān)系更為密切〔8〕。

1.2T淋巴細(xì)胞——VZV運(yùn)輸傳播 原發(fā)性感染VZV時(shí),病毒在上呼吸道、上皮細(xì)胞中局部復(fù)制,并直接或通過其他被病毒感染的細(xì)胞如樹突細(xì)胞(DCs)轉(zhuǎn)移到扁桃體內(nèi)的T淋巴細(xì)胞〔7〕。病毒在肝、脾等網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)器官中進(jìn)一步復(fù)制,廣泛傳播到周身,最終運(yùn)輸?shù)狡つw和黏膜〔9〕,產(chǎn)生水痘。在感染末期,VZV病毒隱藏在宿主脊髓根部神經(jīng)元中。在初次感染中,VZV病毒感染使T細(xì)胞轉(zhuǎn)化為記憶T細(xì)胞,參與病毒的運(yùn)輸傳播,降低了免疫功能。水痘出現(xiàn)常需10～21 d,推測(cè)為T細(xì)胞感染皮膚組織所需時(shí)間,感染后的T細(xì)胞增加了皮膚歸巢〔10〕,產(chǎn)生皮膚損害。SCID-hu小鼠感染VZV模型〔11〕和急性感染期間血液中VZV感染的T細(xì)胞的檢測(cè)支持T細(xì)胞在病毒宿主內(nèi)傳播中的作用〔12,13〕。

2 VZV潛伏機(jī)制

2.1VZV抑制分子表達(dá) VZV編碼的基因產(chǎn)物可以使T淋巴細(xì)胞MHC-Ⅰ分子表達(dá)下調(diào),降低T淋巴細(xì)胞對(duì)抗原敏感度,CD8+T淋巴細(xì)胞的免疫識(shí)別功能降低,所以在被免疫清除前的VZV,有時(shí)間復(fù)制及長(zhǎng)期潛伏〔14〕。也有研究者認(rèn)為〔15〕,VZV潛伏在的神經(jīng)節(jié)中的神經(jīng)細(xì)胞僅少量或不表達(dá)MHC-Ⅰ,因此躲避了免疫識(shí)別。Abendroth等〔16〕認(rèn)為,VZV另一種躲避手段可能是通過抑制MHC-Ⅱ的表達(dá),降低CD4+T淋巴細(xì)胞的免疫識(shí)別功能來實(shí)現(xiàn)的〔17〕。Morrow等〔18〕發(fā)現(xiàn)VZV感染不僅可以抑制MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ表達(dá),還可以使DCs表面CD80、CD86等免疫分子減少,使得它們誘導(dǎo)活化T細(xì)胞增殖能力減弱,最后逃避免疫反應(yīng)。Nikkels等〔19〕通過研究發(fā)現(xiàn),VZV感染后,角質(zhì)細(xì)胞中細(xì)胞間黏附分子(ICAM)-1無表達(dá),抑制了由其介導(dǎo)的T細(xì)胞反應(yīng)。白細(xì)胞介素(IL)家族是免疫反應(yīng)重要介質(zhì),有研究指向VZV編碼的miRNA能調(diào)控通路,抑制促炎、抗炎細(xì)胞因子的釋放,以達(dá)到逃避免疫監(jiān)視潛伏于宿主體內(nèi)〔20〕。

2.2VZV激活細(xì)胞自噬 細(xì)胞自噬是宿主抗病毒的重要防御機(jī)制之一,也參與到免疫系統(tǒng)清除病原體的過程中。然而人類皰疹病毒也進(jìn)化出多種機(jī)制躲避、破壞甚至通過誘導(dǎo)激活細(xì)胞自噬的方式,在人體內(nèi)潛伏。趙陽等〔21〕檢測(cè)到HZ患者血清中CD4+T細(xì)胞中自噬蛋白表達(dá)上調(diào),并通過電鏡觀察發(fā)現(xiàn)VZV感染后皮損部位的表皮細(xì)胞中胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)明顯的自噬囊泡,表明VZV感染可以激活CD4+T淋巴細(xì)胞自噬,逃避免疫識(shí)別。何金蓉等〔22〕發(fā)現(xiàn)VZV可以誘導(dǎo)具有免疫防御功能的中性粒細(xì)胞發(fā)生自噬,并且使用自噬抑制劑3-ma能夠有效阻止VZV感染導(dǎo)致的中性粒細(xì)胞自噬。藍(lán)曉婕等〔23〕在VZV感染豚鼠背根神經(jīng)節(jié)模型實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)自噬抑制組的VZV結(jié)構(gòu)及功能蛋白水平較空白組明顯下降,反向證明了VZV感染激活細(xì)胞自噬發(fā)生。

3 VZV再激活機(jī)制

潛伏的VZV激活是HZ發(fā)病的關(guān)鍵,VZV通過免疫調(diào)節(jié)抑制了MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ等分子表達(dá),并激活T淋巴細(xì)胞自噬,使得感染VZV的靶細(xì)胞難以被免疫識(shí)別,VZV將再次激活。VZV再激活的過程與模式識(shí)別受體識(shí)別病毒、T淋巴細(xì)胞亞群的相互作用及細(xì)胞因子的釋放有著密切關(guān)系。

3.1模式識(shí)別受體 VZV 激活后,固有免疫系統(tǒng)通過模式識(shí)別受體識(shí)別病毒,并促進(jìn)釋放細(xì)胞因子、炎癥因子,誘導(dǎo)IFN產(chǎn)生進(jìn)行免疫清除。Toll樣受體(TLRs)是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的模式識(shí)別受體,可以連接固有免疫和適應(yīng)性免疫。不同的TLR在人體固有免疫中作用不同。在人類TLR1～TLR11這11中模式識(shí)別受體(PRR)中,TLR2、TLR4、TLR7、TLR9已被證實(shí)參與HZ發(fā)病。細(xì)胞表面TLR2識(shí)別皰疹病毒;促進(jìn)釋放炎癥因子。TLR4識(shí)別細(xì)菌內(nèi)毒素;特異性識(shí)別VZV;促進(jìn)細(xì)胞因子釋放。核內(nèi)體TLR7識(shí)別單鏈RNA;促進(jìn)釋放炎癥因子。TLR9識(shí)別VZV細(xì)胞信號(hào)“傳感器”;誘導(dǎo)固有免疫應(yīng)答;誘導(dǎo)產(chǎn)生IFN。

3.2T淋巴細(xì)胞在VZV再激活中的作用

3.2.1CD4+T細(xì)胞與CD8+T細(xì)胞 機(jī)體免疫功能減退是 VZV 再激活發(fā)展為 HZ的關(guān)鍵因素。在組織學(xué)上,HZ發(fā)病伴隨著皮損,也可見到免疫細(xì)胞、炎癥細(xì)胞集中分布于神經(jīng)元中,其中以 T 淋巴細(xì)胞為主。成熟T細(xì)胞表達(dá)的白細(xì)胞分化抗原將T細(xì)胞分為CD4+T和CD8+T細(xì)胞。它們被普遍認(rèn)為是決定 VZV 再激活的最重要的T細(xì)胞。CD4+T及CD8+T細(xì)胞水平表達(dá)和免疫功能在HZ發(fā)生發(fā)展的各個(gè)階段分別起著不同的作用。

CD4+T細(xì)胞在HZ急性發(fā)病期和亞臨床期中都發(fā)揮著不可或缺的作用。在潛伏的VZV被再次激活期間,記憶性CD4+T細(xì)胞可以迅速識(shí)別病毒,并誘導(dǎo)釋放有利于免疫清除的各種細(xì)胞因子。當(dāng)宿主再次接觸VZV時(shí),體內(nèi)CD4+T細(xì)胞數(shù)量升高,同時(shí)可以誘導(dǎo)炎癥因子腫瘤壞死因子(TNF)-α及抗病毒因子IFN-γ。CD4+T細(xì)胞數(shù)量正?；蛏郀顟B(tài),可以維持或減少體內(nèi)病毒載量,防止皮損范圍擴(kuò)大。研究發(fā)現(xiàn)CD4+T細(xì)胞與水皰數(shù)量、皮損程度等呈顯著相關(guān)性〔24〕。記憶性CD4+T細(xì)胞長(zhǎng)期存在于人體中,在原發(fā)感染幾十年后,CD4+T細(xì)胞水平約為0.1%〔7〕,而VZV再激活或亞臨床期可使CD4+T細(xì)胞得到強(qiáng)化,在HZ發(fā)病后約2 w內(nèi)升高約4倍,而在3～6 w后恢復(fù)潛伏期適度水平。

CD8+T細(xì)胞引起的免疫應(yīng)答在 HZ 發(fā)病中也發(fā)揮著至關(guān)重要的免疫防御作用,CD8+T細(xì)胞可以識(shí)別更多種類的VZV感染細(xì)胞,并且可以通過分泌細(xì)胞因子,發(fā)揮殺傷效應(yīng)。故CD8+T細(xì)胞的缺乏可導(dǎo)致病毒載量輕微升高。記憶性CD8+T在VZV感染中的研究滯后于CD4+T細(xì)胞的研究。Steain等〔25〕的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大量記憶性CD8+T細(xì)胞存在于HZ患者背根神經(jīng)節(jié),表明CD8+T細(xì)胞參與了HZ細(xì)胞免疫應(yīng)答。

3.2.2CD4+T/CD8+比例失衡 CD4+T/CD8+比值是免疫調(diào)節(jié)的一項(xiàng)指標(biāo),CD4+T/CD8+T的比例失衡,會(huì)造成機(jī)體免疫功能的異常,從而誘發(fā)HZ的發(fā)生。研究表明,VZV 激活后至皮膚損傷出現(xiàn)皮疹前期,CD4+T/ CD8+T比值顯著下降;當(dāng)開始出現(xiàn)皮疹時(shí),CD4+T/CD8+T 比值開始逐漸升高,直至皮損消失后比值恢復(fù)到正常范圍〔26〕。此外,HZ急性發(fā)作時(shí),CD4+T/CD8+T比值越低則HZ后遺神經(jīng)痛的發(fā)生率、疼痛程度越高。因此認(rèn)為,該項(xiàng)指標(biāo)倒置可作為免疫監(jiān)視指標(biāo)指導(dǎo)HZ預(yù)防治療〔27〕。

3.3輔助性T淋巴細(xì)胞亞群在VZV再激活中作用

3.3.1Th1、Th2細(xì)胞在HZ中的作用 Th1、Th2、Th17和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)是輔助性T淋巴細(xì)胞。Th細(xì)胞發(fā)生偏移,免疫系統(tǒng)平衡被破壞,宿主體內(nèi)潛伏VZV被重新激活,進(jìn)而引發(fā)HZ。有研究表明HZ患者血清中Th1型和Th2型細(xì)胞因子分泌水平均有升高〔19〕。Zhang等〔28〕和陳娓等〔20〕的實(shí)驗(yàn)部分結(jié)果與此項(xiàng)研究結(jié)果有差異,Th1型細(xì)胞因子水平下降,Th2型細(xì)胞因子水平上升。但Zhang等〔28〕的實(shí)驗(yàn)中由Th1型細(xì)胞因子分泌的IL-2和TNF-α水平下降。Th2型細(xì)胞因子IL-4和IL-10水平上升。陳娓等〔20〕實(shí)驗(yàn)中Th1型細(xì)胞因子IFN-γ水平升高,而IL-2水平變化不明顯。Th2型細(xì)胞因子IL-4水平亦無顯著變化。研究者的研究結(jié)果不盡相同,可能是受疾病嚴(yán)重程度、病程長(zhǎng)短、皮損程度影響。但兩者實(shí)驗(yàn)中共同驗(yàn)證了Th1/Th2比值發(fā)生偏移。其中Th1細(xì)胞所占比例降低,Th2細(xì)胞所占比例增高,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)Th1型的IFN-γ水平明顯增高,而IL-2和IL-4水平無明顯變化。通過以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可以說明Th1和Th2細(xì)胞均可介導(dǎo)免疫應(yīng)答,其機(jī)制相似。

3.3.2Th17 在 HZ 中的作用 Th17是 CD4+T 細(xì)胞中的獨(dú)特亞群。在VZV感染的早期,CD4+T 細(xì)胞在抗原活化、細(xì)胞因子作用下變成 Th17,產(chǎn)生 IL-17、 IL-21等細(xì)胞因子〔29〕。 研究發(fā)現(xiàn) HZ 患者血清中 IL-6 和 IL-17 等促炎因子表達(dá)上調(diào),誘導(dǎo) Th17 細(xì)胞釋放更多炎性因子,在VZV急性發(fā)病期發(fā)揮了一定的抗感染效應(yīng)〔30〕。

3.3.3Treg在 HZ 中的作用 Treg能促進(jìn) CD4+CD25+Treg細(xì)胞的免疫抑制作用。CD4+CD25+Treg細(xì)胞是當(dāng)前自身免疫性疾病、各種感染性疾病的研究熱點(diǎn),CD4+CD25+Treg細(xì)胞通過與Th17的相互作用、抑制,使機(jī)體免疫處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)Treg細(xì)胞相關(guān)的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β1含量過多時(shí),IL-6幫助誘導(dǎo)Th17細(xì)胞的分化,抑制Treg細(xì)胞生長(zhǎng)。Treg細(xì)胞還可以通過調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞和Th1細(xì)胞的功能間接參與HZ的發(fā)生〔15〕。

綜上,了解VZV感染、潛伏與再激活機(jī)制對(duì)水痘及HZ的預(yù)防和治療有重要意義。其中機(jī)體免疫相關(guān)機(jī)制貫穿了VZV發(fā)病至再激活的全過程,也是近年來研究水痘、HZ發(fā)病機(jī)制的切入點(diǎn)。未來研究可著重于分析信號(hào)通路、VZV分子結(jié)構(gòu)與機(jī)體免疫系統(tǒng)相互關(guān)系等,可以為病毒感染的預(yù)防和控制提供重要的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。