弓形蟲感染對中樞神經系統的損傷機制及其對宿主行為的影響

程正陽，張 賢，蘇 蕊，余 莉

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弓形蟲感染對中樞神經系統的損傷機制及其對宿主行為的影響

程正陽，張 賢，蘇 蕊，余 莉

弓形蟲是引起人畜共患弓形蟲病的病原體，它的感染范圍廣泛，感染途徑多樣，對人類健康和畜牧業發展危害極大。弓形蟲感染與人類神經系統疾病關系密切，感染者常常會表現出反應遲鈍，性格缺失等行為異常，嚴重時還會出現精神分裂，情緒失控，自主暴力等精神性問題。本文主要從弓形蟲入侵中樞神經系統的機制，對中樞神經系統的影響和宿主行為學的變化3個方面進行綜述。

弓形蟲；中樞神經系統；宿主行為

剛地弓形蟲(Toxoplasmagondii)簡稱弓形蟲，在不同區域人群血清陽性率各不相同。人類主要通過食用被弓形蟲卵囊污染的水或食物感染弓形蟲[1-4]，弓形蟲感染人體后，可隨著血液流動至全身各處，其中以腦組織、眼部、骨骼肌和心肌處感染較為嚴重，可引起包括腦積水、小頭畸形和脈絡視網膜炎在內的多種疾病[5]。有研究表明，弓形蟲感染者免疫力低下，患大型疾病的概率比正常人高出15倍[6]。

弓形蟲可以感染人體多個器官，其中對中樞神經系統(Central Nervous System,CNS)的感染最為復雜。很多研究都已證實，弓形蟲感染具有嗜神經性的特點，最早在弓形蟲感染后的第7 d，它便可以通過“特洛伊木馬機制”穿過血腦屏障，到達CNS，侵蝕神經元[7-10]，引發一系列精神神經病學疾病，如精神分裂癥、癲癇、抑郁癥和阿爾茲海默氏病等[11-13]。特對弓形蟲入侵CNS的機制、損傷及其對宿主行為影響的研究進展進行綜述。

1 弓形蟲入侵CNS的機制

對于大多普通人群，由于機體免疫系統的保護作用，弓形蟲感染并不會產生明顯的癥狀，然而對于這復雜的保護機制到目前為止研究尚少。在弓形蟲到達CNS后，蟲體會侵入所有的有核細胞，激活腦內的小膠質細胞和星形膠質細胞分泌大量細胞因子和趨化因子向免疫系統發出信號，在感染后的七到十天，大量免疫T細胞和單核-巨噬細胞聚集[14]并分泌IFN-γ，后者對腦內的弓形蟲起到了關鍵的控制和消除作用[15]。

而對于很多免疫功能缺陷的人，一旦感染了弓形蟲，便很有可能引發嚴重的弓形蟲腦病，其后果甚至是致命性的。早在1998年，Creuzet等[16]從老鼠體內分離出了海馬神經元細胞和海馬神經膠質細胞并將它們單獨培養，然后2種細胞混在一起加以弓形蟲強毒株RH株侵染，最后使用2種細胞特異性的抗體通過免疫熒光來判斷2種細胞被感染的情況，結果顯示僅有少量神經元細胞內發現弓形蟲，而大部分弓形蟲都在神經膠質細胞內。其他研究進一步證實，在弓形蟲感染初期，神經元細胞被感染的量不足10%，而在神經膠質細胞內的弓形蟲速殖子卻呈現出一種相對的緩慢復制狀態[17]。

當感染進入到慢性期，弓形蟲開始在神經元細胞內產生許多大小不一的包囊，緩殖子在包囊內穩定地增殖，若宿主免疫功能持續低下，包囊便會進一步活化，釋放出大量緩殖子，侵染更多的神經元細胞，造成活動性感染[18-19]。雖然神經元細胞也能分泌一些趨化因子或細胞因子，但由于其本身缺乏特殊的細胞內機制來抑制弓形蟲的生長，并不能阻止弓形蟲對神經元細胞的持續性感染，另外，Schaeffer[20]研究發現，由于缺乏MHC I類分子，神經元細胞即使在被感染后也不能被CD8+T細胞識別，造成慢性期的免疫系統長期游離在外無法介入，弓形蟲處于一種奇特的被“保護”狀態。

因此，在漫長的潛伏感染期，弓形蟲緩殖子在神經元內緩慢復制，持續破壞神經細胞的功能，潛移默化地改變免疫系統的工作狀態，形成弓形蟲腦炎，最終造成一系列的行為學改變及神經精神病學疾病。然而，對于弓形蟲入侵CNS的更多詳細機制，有待更深一步的研究。

2 弓形蟲對CNS的損傷

弓形蟲成功侵入CNS后產生包囊，緩殖子在包囊內穩定復制，一旦宿主機體免疫力下降，弓形蟲緩殖子便有可能從包囊釋放，對腦部組織產生影響。很多研究發現弓形蟲包囊對腦內某些區域有特定的趨向性[21-23]，Vyas等[21]發現在弓形蟲感染的小鼠腦部的杏仁核中，弓形蟲包囊數量不斷上升，杏仁核為產生情緒，識別情緒和調節情緒的重要腦部組織，同時兼具控制學習和記憶的功能。隨后，Parlog等[23]又進一步發現，弓形蟲的包囊主要分布在腦內的軀體感覺皮質，運動皮層和海馬體內，在慢性期產生腦炎的同時也緩慢地影響著這些神經元的功能。這暗示著弓形蟲與宿主神經和行為方面的失常可能存在一定的聯系，但是，關于弓形蟲包囊在腦內分布的病理學過程卻少有研究。

對于包囊在腦部趨向性分布后影響神經元的功能的方式，目前有一種關于多巴胺的假說引起了高度關注。2009年，Gaskell等[24]在弓形蟲基因組中發現了2個有趣的基因，其中TGaaAH2基因正是在弓形蟲的包囊階段產生作用，并且會同時促進另一個基因TGaaAH1的表達，這2個基因被激活后編碼酪氨酸羥化酶，而后者則是多巴胺合成的限速步驟，如此便造成了弓形蟲包囊期宿主多巴胺分泌上升。2011年，Prandovszky等[25]利用特異性抗體進行免疫染色實驗，發現弓形蟲包囊在神經元細胞內同時表達酪氨酸羥化酶和多巴胺，而且與未被感染的神經元細胞相比，多巴胺的分泌量激增了3倍。根據以上的2個結果，便有了多巴胺的過量表達對腦部功能產生影響的假說，但目前有關該假說的研究大部分都集中在動物模型上，尚需進一步證實。

最近，一種新的蛋白質感染理論又出現在人們的視野，據研究報道，弓形蟲侵入宿主CNS之后隨即分泌許多毒力蛋白侵染周邊細胞，使弓形蟲不用親自入侵即可感染神經元細胞[26-27]。2007年，Dubremetz[26]研究發現，弓形蟲分泌的毒力蛋白中，棒狀體蛋白(Rhoptry)起著關鍵作用，它由被弓形蟲感染的細胞通過胞吐排出，感染神經元細胞后，棒狀體蛋白通過細胞核或細胞質等多個部位對細胞進行調控，它們甚至還能形成一種“移動連接”協助弓形蟲入侵。2012年，Koshy等[27]進一步發現，被棒狀體蛋白感染的細胞還能充當抗原誘餌在危急時刻保護包含有弓形蟲包囊的神經元細胞。然而，這些毒力蛋白是否能在被感染的細胞內持續作用，它們又是通過怎樣的方式來調控細胞功能，這些目前仍然不得而知，但是，通過這些研究也使我們發現，包囊感染并不是弓形蟲感染宿主神經元細胞的唯一方式，蛋白質感染理論給我們經后的研究提供了嶄新的思路。

細胞對于外界入侵的病原體有一種重要的免疫作用機制：細胞編程性死亡。細胞編程性死亡通常采取細胞凋亡(Apoptosis)的形式，是一種正常的生理過程，是防止外界病原體在細胞中增殖和傳播的一種保護機制。而既往的研究卻表明弓形蟲能夠通過上調宿主體內的細胞凋亡抗性基因的表達、降低細胞凋亡蛋白酶的活化和下調ADP核糖聚合酶的表達來調節細胞凋亡的信號級聯，從而進一步抑制細胞凋亡[28-29]。更有趣的是，不僅僅是被弓形蟲感染的細胞，甚至連附近的細胞都能被弓形蟲抑制凋亡。因此，弓形蟲對于神經元細胞凋亡的抑制更使得弓形蟲不會輕易地被宿主的免疫反應消滅。

3 弓形蟲感染對宿主行為學的影響

為了探索弓形蟲感染對宿主行為學的影響，小鼠模型被人們廣泛的利用，很多研究都發現，被弓形蟲感染的小鼠出現了不同程度的行為異常。Vyas等[21]的研究發現了一個有趣的現象：被弓形蟲潛伏感染的小鼠對貓的氣味竟然十分著迷，而正常小鼠確是對其厭惡至極，這就會導致該類小鼠很容易被貓類捕殺，作者由此總結，這與慢性感染期弓形蟲包囊趨向性入侵杏仁核不無聯系，因為小鼠不能正確理解貓的氣味，說明小鼠不能很好的認知恐懼，而杏仁核恰好能在此方面提供幫助。2012年，Gatkowska等[30]通過研究發現，在弓形蟲感染的小鼠上出現了運動能力的失調，主要表現在小鼠的探索性行為明顯降低，而與慢性期不同的是，本次實驗大部分集中在急性感染期，與弓形蟲腦炎并無特異性的聯系。由以上2個典型的鼠模型實驗可知，弓形蟲對小鼠行為上的影響既發生在急性期也發生在慢性期。

對于人類，不同于老鼠，弓形蟲的潛伏感染普遍被認為能造成許多臨床癥狀。早在1996年，Flegr等[31]對弓形蟲潛伏感染者和正常人的性格特點展開研究，通過問卷調查的形式發現兩者之間存在明顯的差異，不過有趣的是，除了兩者人格障礙上的差異外，弓形蟲感染對與男性和女性也有著不同的影響，弓形蟲感染的男性表現出反應遲鈍、控制欲下降、警覺性提高、探索能力下降、多疑、嫉妒等；而女性則表現出控制欲提高、更加熱情、認真和固執；同時男性和女性都變得更加焦慮。2001年，Havlícek等[32]發現，弓形蟲潛伏感染對人們的運動性行為有著潛在的影響，弓形蟲潛伏感染期的人多表現出對事物的反應時間延長，更容易喪失注意力以及在標準化的電腦測試中得分極低。可能也正是由于這些原因，與正常人相比，弓形蟲潛伏感染者更容易發生交通事故[33-34]。

除了上述行為性格等特點外，潛伏弓形蟲感染還被認為與人類的神經精神性疾病有聯系，如精神分裂癥，情緒失調，自主暴力等[35-37]。2007年，Mortensen等[35]發現，弓形蟲抗體陽性人群的認知能力有極大的損傷，他們對新奇事物的探索欲下降。同在2007年，Torrey等[36]發現，很多弓形蟲腦炎患者的臨床表現與精神分裂癥等精神疾病類似，一般表現為腦積水、妄想、思維混亂、腦室擴大、認知功能下降等。2012年，Pedersen等[37]對45 788名弓形蟲潛伏感染的丹麥中年女性進行調查研究，發現幾乎所有女性都有自主暴力甚至自殺傾向。弓形蟲感染可以引起宿主精神和行為上的改變，甚至在清除了宿主體內的弓形蟲之后，這種特殊的行為學上的變化依然存在[38]。

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Toxoplasmagondiiinfection induction of the damage of the central nervous system and its adverse effect on the behavior of host

CHENG Zheng-yang, ZHANG Xian, SU Rui, YU Li

(DepartmentofMicrobiologyandParasitology,AnhuiMedicalUniversity/AnhuiKeyLaboratoryofZoonoses/theProvincialLaboratoryofMicrobiologyandParasitologyAnhui,Hefei230032,China)

Toxoplasmagondiiis an important zoonotic pathogen. It infects a wide range of hosts through varied routes and brings a great harm to human health and animal husbandry.T.gondiiinfection is closely associated with a variety of neurological disorders,and patients infected withT.gondiimay exhibit behavioral abnormalities and mental problems such as schizophrenia, emotional dissonance and self-violence. Here the invasion mechanism, pathogenesis of the central nervous system and the changes of host behavior caused byT.gondiiare reviewed.

Toxoplasmagondii; central nervous system; behavior

安徽醫科大學病原生物學教研室，人獸共患病安徽省重點實驗室，安徽病原生物學省級實驗室，合肥 230032

10.3969/j.issn.1002-2694.2016.08.013

382

A

1002-2694(2016)08-0751-04

2016-03-13；

2016-05-20