弓形蟲腦炎的神經系統損傷及其病理機制＊

王 璐，沙 泉，沈繼龍

弓形蟲（Toxopl asma gondii）廣泛寄生于人和動物的有核細胞內，是人獸共患寄生蟲病的重要病原體之一。據血清學調查，全世界約有三分之一左右的人呈隱性感染［1］。弓形蟲具有嗜神經性，神經系統疾病與弓形蟲感染關系密切，且中樞神經系統病變是該病最為嚴重的類型之一。在免疫功能正常的機體內，弓形蟲感染主要呈慢性隱性感染狀態；而在免疫功能缺陷的宿主，如AIDS、器官移植患者、腫瘤放化療以及大量免疫抑制劑的應用，可引起中樞神經系統損害和全身播散性感染。是造成患者死亡的繼發病因之一。諸多研究顯示，弓形蟲慢性中樞神經系統的感染可以改變人和動物的行為和認知功能，例如癲癇和精神分裂癥等［2－4］。因而對于弓形蟲腦炎的研究甚為重要，本文主要探討弓形蟲腦炎的病理損傷及其分子機制。

北美和歐洲的弓形蟲蟲株主要分為type I，type II和type III 3種基因型［5］，分別通過蟲體的分泌型細胞器致密顆粒（dense granules，GRAs）和棒狀體（r hoptries，ROPs）分泌的不同蛋白來調節宿主的免疫反應。其中type I和type III分泌的GRA15不能活化感染細胞的NF－κB，且ROP16持續誘導STAT6和STAT3活化，從而限制IL－12，IL－1β和IL－6等前炎癥因子的產生［6］，最終使得弓形蟲在宿主體內大量復制產生病理損傷。而type II表達GRA15的活化形式，能激活感染細胞的NF－κB［7］，且 低 功 能 形 式 ROP16 引 起 STAT6 和STAT3短暫的活化，進而在感染的早期有大量的前炎癥因子產生，且蟲體誘導T細胞向Th1型轉化，導致弓形蟲在宿主體內緩慢復制。

1 神經系統損傷

弓形蟲的致病作用與蟲株毒力、基因型和宿主的免疫狀態密切有關。蟲體侵入人體后，籍其寄生的有核細胞，尤其是單核巨噬細胞隨血液進入全身許多器官和組織。弓形蟲有3種分泌型細胞器，包括棒狀體（rhoptries，ROPs）、微線體（micronemes，MICs）和致密顆粒（dense granules，GRAs），這些器官分泌的蛋白以納蟲泡（parasitophorous vacuole，PV）的形式進入宿主細胞，甚至構成納蟲泡膜（PV M）的一部分。Ahn見到，其中GRA10與細胞核和核仁內的STAT6、TAF1B和Ran BP1有著特殊的關聯，能調節宿主的TAF1和P38 MAPK，它能進入宿主細胞核是通過核仁定位序列（No LS），即GRA10的199－213任意重復的賴氨酸和精氨酸片段［8］。

在宿主有效的免疫應答產生后，大部分蟲體可被巨嗜細胞殺滅，但由于弓形蟲具有嗜中樞神經系統的親和性，腦部的血管豐富［9］，以及抗體不易通過血腦屏障等，致使細胞內殘存的蟲體得以在腦、眼、肌肉等組織內潛存數月、數年乃至宿主一生。當機體免疫系統功能低下時，包囊破裂，囊內的緩殖子轉化成速殖子大量增殖并釋放，可導致局灶或播散性腦膜腦炎［10］。局部的抗原抗體反應引起細胞水腫及毛細血管周圍炎癥或微血栓形成，導致腦微循環障礙。先天性弓形蟲腦膜腦炎表現為腦積水、小頭畸形、抽搐、智能遲鈍及顱內鈣化；而獲得性的腦病主要表現為頭痛、腦膜刺激征，以及癲癇發作等。弓形蟲腦病的CT特征為皮質多發片狀肉芽腫、基底節有條索狀或腦室周圍為主的雙側對稱性鈣化影及腦積水征［11］。

Caspase是一組天門冬氨酸特異的半胱氨酸蛋白酶，是細胞凋亡中最為關鍵的酶，被激活后可發生連續的級聯反應，水解胞漿底物，激活特定的核酸酶，導致凋亡發生。此外，cyt C是線粒體呼吸鏈的重要組成部分，在細胞凋亡中發揮著重要作用，是第一種被發現的線粒體釋放的促凋亡蛋白。周永華等［12］發現，弓形蟲慢性感染大鼠10周后，其海馬神經細胞的凋亡率與正常對照組相比明顯增加，且cyt C和caspase－3的蛋白表達上調，而線粒體膜電位明顯下降。因而推測其機制是海馬神經細胞被弓形蟲感染后，或受蟲體分泌排泄物的影響，大腦供能系統障礙，三羧酸循環被破壞，導致其線粒體腫脹，膜mPTP開放增強，使大鼠海馬神經細胞線粒體磷脂含量及膜的流動性下降，引起膜電位崩解，促進cyt C的釋放，激活caspase－3等酶的級聯反應，啟動凋亡程序，導致細胞凋亡。

Gretchen等見到，弓形蟲感染小鼠5～12個月（相當于人從幼年到中年），腦部MRI改變最明顯的區域是導水管周圍和腦室周圍，這與人先天性感染的情況相似：先天性感染的嬰兒和小鼠由于導水管周圍的炎癥都會形成腦積水。MRI和組織病理學發現，在慢性感染小鼠腦室周圍有ABCA4基因的表達，它能將有毒的氧化脂質轉運出細胞，而它的等位基因與人先天性感染形成的腦積水有關。此外，VCAM 和ICAM 基因也與弓形蟲感染有關，其中弓形蟲微線體蛋白2（MIC2）與VCA M相關聯，在弓形蟲入侵細胞時發揮重要作用。進一步的說明了弓形蟲分泌的產物能改變一些重要基因的表達，這些基因與神經發育、感染神經元的死亡以及腦部免疫功能的改變有關［13－15］。Miller研究表明位于海馬的血管套增加了神經前體細胞和脈管系統的正常距離，這與小鼠認知功能減低有關［16］。

2 分子病理機制

2．1 殺傷性小膠質細胞 腦組織寄居的小膠質細胞起源于CD45＋骨髓前體細胞，它在出生前遷移到腦組織，爾后進入腦實質，形成一群能自我更新的細胞群［17－18］。中樞神經系統是免疫豁免器官（i mmunologically privileged organ）之一，因為它有相對選擇性不滲透的血腦屏障和免疫抑制的微環境來限制免疫細胞的進入。但是小膠質細胞能直接對親神經性的病原體首先發生反應［19］。因此小膠質細胞是中樞神經系統固有免疫應答的主要成分［20］。在弓形蟲感染時，小膠質細胞分泌INF－γ，誘導前炎癥因子和趨化因子產生［21］，和T細胞一起發揮抗弓形蟲腦炎的作用［22］。盡管小膠質細胞的活化和神經炎癥是重要的宿主防御機制，能保護中樞神經系統防止感染的擴散，但是慢性的小膠質細胞活化對神經元是有害的，可通過持續分泌神經毒性分子，如NO、S100β以及前炎癥因子TNF－ɑ等導致組織的損傷［23］。

活化的小膠質細胞通過不同的機制具有2種不同的功能：包括促進神經元再生和殺傷神經元［24－26］，依據不同的功能分別稱為殺傷性小膠質細胞和保護性小膠質細胞。He等證實感染弓形蟲的小鼠小膠質細胞能夠迅速活化，高表達TNF－α、NO和CCL25，損傷神經元。流式細胞術檢測感染弓形蟲的小膠質細胞CCR9表達為78%，且CCL25能誘導感染弓形蟲的小膠質細胞趨化遷移，在海馬區還有免疫應答基因（i mmunoresponsive gene 1；Ir g 1）表達，這表明小膠質細胞主要是通過表達的趨化因子受體CCR9，趨化因子配體CCL25以及免疫應答基因Ir g1即CCR9／CCL25／Ir g1通路發揮作用的，將這種CCR9＋Ir g1＋的細胞稱為殺傷性小膠質細胞［27］。

絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）是細胞內的一類絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶，該信號蛋白家族主要包括細胞外信號調節激酶（ERK1／2）、C－jun氨基末端激酶（JNK）和P38 MARK。其中與EKR相關的細胞內信號轉導途徑被認為是經典MARK信號轉導途徑，而P38／MARK通路的激活劑和JNK通路相似。Zhong等通過體外實驗將活化的小膠質細胞和神經元共培養，48 h后經臺盼藍染色神經元被染成藍色，并且隨著時間的延長，神經元存活率逐漸下降，到第5 d只有20%，用免疫印跡法檢測到MAPK的表達，說明MAPK參與小膠質細胞的活化和神經元的凋亡，明確了小膠質細胞誘導的神經元凋亡是通過MAPK信號通路誘導的。分別加入MEK1／2的抑制劑 U0126、JNK1，－2，－3的抑制劑SP600125和p38的抑制劑SB203580 3條 MAPK通路的抑制劑，培養48 h后，用臺盼藍檢測神經元存活率，證明主要是JNK MAPKs和P38 MAPKs信號通路可以保護神經元［28］。

2．2 神經元和神經干細胞 弓形蟲持續寄生在中樞神經系統，神經元是弓形蟲入侵的主要靶細胞，且神經元不能限制弓形蟲的入侵和增值，即使加入外源性IFN－γ也不能保護神經元。慢性弓形蟲感染主要形成包囊，超微結構顯示組織包囊主要也在神經元細胞內。新生大鼠的海馬神經元很少被弓形蟲感染［29］，而胎鼠的皮層神經元則有蟲體寄生，可能是由于大鼠不同育齡或不同區域的神經元對弓形蟲的敏感性不同。神經元的損傷可能是當其細胞膜被破壞時，緩殖子會募集單核細胞，釋放大量的炎性因子，導致神經損傷。Evans等研究發現神經元表面表達天然抗性相關巨噬細胞蛋白（nat ural resistance associated macrophage pr otein，Nramp1），能影響弓形蟲的死亡率［30］。

Bcl－2相關蛋白主要包括促進凋亡分子如bax和抑制凋亡分子如bcl－2，它們在中樞神經系發育過程中表達，且在神經元損耗中發揮重要作用［31］。Junko等研究發現，感染弓形蟲的小鼠在腦部能見到明顯的皮質發育不良，而在弓形蟲感染和未感染的孕鼠中bax表達并無明顯差異，說明bax誘導的凋亡與弓形蟲感染導致的皮質發育不良無明顯關系，但是可能有其他的凋亡蛋白如TNRF與弓形蟲感染誘導的凋亡有關［32］。

體外實驗將弓形蟲和神經元共培養發現，感染的神經元能分泌巨噬細胞炎性蛋白（MIP－1α、MIP－2β）、轉化生長因子TGF－β1，能夠募集T細胞、巨噬細胞和粒細胞，發生炎癥反應，而不產生IL－10、GM－CSF等膠質細胞分泌的趨化因子。神經元是否分泌趨化因子與弓形蟲的期特異性有關，因為在弓形蟲腦炎中包囊周圍未見炎性細胞浸潤［33］。神經元周圍的其他細胞如小膠質細胞、星形膠質細胞等分泌的炎性因子也會對神經元產生神經毒性損傷，如活化的小膠質細胞通過產生NO等損傷神經元［34］。

神經干細胞（NSCs）具有分化為神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞的能力，能自我更新并足以提供大量腦組織細胞。其主要生物特性包括：多向分化潛能、自我更新、低免疫原性以及良好的組織相融性。NSCs是大腦皮質細胞的來源，任何干擾神經干細胞正常增殖、分化或凋亡過程的因素，均可阻礙大腦皮質的正常發育［35］。有資料已經證實，某些嗜中樞的先天性生物致畸因子可引起NSCs的分化或凋亡異常，最終導致中樞神經系統畸形。體外實驗發現弓形蟲能感染NSCs且可以在細胞內增值，干擾神經球的形成。因而推測弓形蟲感染NSCs并干擾其正常的增殖分化或凋亡，可能是其導致中樞神經系統畸形以及功能損傷的另一重要機制之一，而弓形蟲對NSCs增殖分化及凋亡影響的分子機制尚待進一步研究。

3 結 語

弓形蟲腦炎不僅是先天性弓形蟲病的嚴重類型，也是威脅免疫缺陷或者免疫功能低下人群的致死性疾病。小膠質細胞是構成中樞神經系統免疫保護的重要防線，然而弓形蟲感染誘導的某些殺傷性小膠質細胞的活化可導致腦組織的損傷。探索這一重要的免疫病理機制，對于尋求高效安全的藥物和療法具有重要的意義。目前對本病的認識大多是基于動物模型中獲得的結果。弓形蟲導致的人類中樞神經系統損傷的分子機制尚待深入研究。

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