病毒感染與肌萎縮側索硬化

?

病毒感染與肌萎縮側索硬化

唐春燕徐仁伵

(南昌大學第一附屬醫院神經內科，江西南昌330006)

關鍵詞〔〕病毒感染；肌萎縮側素硬化

第一作者：唐春燕 (1992-)，女，碩士，主要從事肌萎縮側索硬化的防治研究。

肌萎縮側索硬化(ALS)是一種累及腦與脊髓上下運動神經元的慢性進行性神經系統變性疾病，主要表現為肌無力、肌肉萎縮及錐體束征，多數患者在3～5年內死于呼吸機麻痹。ALS其確切病因仍然不明，可能與遺傳因素、興奮性氨基酸毒性、氧化損傷、神經營養因子缺乏、線粒體功能缺陷、細胞凋亡、病毒感染等有關。近來，ALS病毒致病學說越來越受到人們的重視。本文主要討論外源性逆轉錄病毒〔人類免疫缺陷病毒(HIV)、人類嗜T細胞病毒(HTLV)-1、泡沫病毒(FV)〕、內源性逆轉錄病毒序列及腸道病毒(EV)與ALS之間的關系。

1逆轉錄病毒

1.1ALS患者的逆轉錄酶(RTE)活性RTE是一類存在于逆轉錄病毒中具有逆轉錄活性、能以單鏈RNA為模板合成DNA的酶。檢測RTE已經作為一個通用的篩查逆轉錄病毒的方法，包括RTE分析和PERTE(產物增強逆轉錄酶分析)，后者是檢測RTE活性的高度敏感形式。

關于ALS逆轉錄酶活性的研究始于1975年，Viola等〔1〕在兩個關島ALS患者大腦細胞質顆粒碎片中發現RTE，但是在兩個正常對照的美國人腦中未檢測出RTE。為了驗證這一結果，人們進行了許多研究。Andrews等〔2〕用PERTE發現，ALS患者血清RTE陽性比例(59%)比正常對照組(5%)高得多。Macgowan等〔3〕也有類似的發現，說明RTE可能參與ALS發病，并提出了一個問題，即RTE活性的來源。在上世紀80年代，HTLV-1和HIV患者被發現有ALS樣綜合征〔4，5〕，因此被認為是RTE的起因。然而，研究發現〔2〕，RTE陽性的ALS患者HIV-1、-2、HTLV-Ⅰ、-Ⅱ、HRV-5 、HFV血清檢測陰性。Steele等〔6〕用同樣方法對ALS患者及其配偶、有血緣關系的親屬進行的實驗顯示，ALS患者RTE陽性率(47%)比其配偶(13%)高得多，而人類外源性逆轉錄病毒可通過性傳播，這說明外源性逆轉錄病毒不是RTE的來源，同時，他們還發現患者RTE陽性率與其血親(43%)相當，表明RTE可能與遺傳的內源性逆轉錄病毒有關。Mccormick等〔7〕首次對ALS患者RTE水平進行定量分析，發現ALS患者血清RTE水平與HIV感染患者相當，并且排除異嗜性鼠白血病病毒(XMRV，一種新發現的逆轉錄病毒)是RTE的來源。關于RTE的來源仍然是未知的，可能是某些未發現的外源性逆轉錄病毒，也可能是內源性逆轉錄病毒的結果。

上述研究中的兩項〔3，6〕著眼于患者腦脊液和血清樣本，腦脊液RTE陽性率(分別為39%和4%)比血清中(分別為56%和50%)低得多，因為ALS不是軟腦膜疾病，與其相關的急性期反應物在血液中可能會比CSF中更多，所以選擇血清樣本更合適。我們注意到，并非所有ALS患者都有RTE活性。由于檢驗時間段、感染階段、ALS階段、藥物使用、患者免疫等多種因素影響，ALS患者RTE水平可能低于PERTE法檢測下限。另一方面，由于實驗樣本容量較小且地域相對局限(可有局部病毒流行)，加上檢測方法不同以及可能存在其他神經疾病(MS、PD等)的影響，ALS患者RTE陽性可能是偶然現象，不能證明特發性ALS(SALS)是逆轉錄病毒疾病。因此，RTE陽性表明逆轉錄病毒可能參與或是SALS發病機制的一部分。

1.2外源性逆轉錄病毒

1.2.1HIVHIV相關的運動神經元病有多種類型，包括原發性側索硬化癥、節段性脊肌萎縮癥、肌萎縮側索硬化癥。1985年，Hoffman等〔5〕報道了第1例HIV相關的ALS(HALS)(過去，HIV又稱為淋巴腺病相關病毒(LAV)或HTLV-Ⅲ)。Moulignier等〔8〕在1 700例HIV感染者中發現6例HALS，相當于每1 000名HIV感染者的ALS頻率為3.5。目前已有至少26例HALS的報道，按照El Escorial (1994)標準，10例(38%)為確診ALS，8例(30%)為擬診ALS，余均為可疑ALS。18例HALS(69%)同時有下運動神經元(LMN)和上運動神經元(UMN)損害，是HALS患者的主要發病形式，孤立的下運動神經元損害僅為8例(31%)。HALS的發病與HIV感染時間、階段、CD4數量、病毒載量無關。

與SALS相比，HALS發病年齡較輕(22～61歲，平均39歲)，而多數SALS患者發病年齡大于55歲。HALS的男女比例為5.5∶1，而SALS男女比例相當。原因可能是HIV感染年齡較輕，且男性多于女性。與SALS的恒定進展不同，部分HALS患者可被抗逆轉錄病毒藥物(ARTVD)治愈。另外，HALS患者腦脊液存在炎癥反應、細胞和蛋白質升高〔8，9〕，這在典型ALS是絕對不存在的。綜上所述，與SALS相比，HALS發病年齡輕、進展迅速、病程可變、ARTVD治療可顯著改善以及存在中樞神經系統(CNS)炎癥反應。

盡管HIV患者有ALS樣癥狀，但目前為止仍未找到兩者病因相關的直接證據。Kim等〔10〕對SALS患者脊髓組織進行實時RT-PCR，未發現HIV pol基因。這說明二者的發生可能是偶然巧合。雖然HIV不是嗜神經病毒，但可感染腦中的小膠質細胞/巨噬細胞，通過“特洛伊木馬”機制穿過血腦屏障，躲避免疫系統并隨血流移動到大腦，并在其中復制，誘發突觸和神經元變性，產生神經炎癥。HIV在腦內可影響細胞自噬、誘導氧化損傷、損害神經突觸功能并可誘導細胞凋亡，這與ALS的發病機制相符合。HIV能阻斷自噬體的成熟，確保自身不被降解。病毒蛋白Nef與Beclin-1相互作用，抑制自噬體與溶酶體融合，影響自噬體成熟〔11〕。也有人發現，猴免疫缺陷病毒(SIV，HIV類似物)感染小神經膠質細胞，其產物可抑制神經元自噬，減少神經元的存活〔12〕。Garaci等〔13〕發現體外HIV感染可顯著降低人巨噬細胞的谷胱甘肽含量。HIV感染的巨噬細胞/小膠質細胞釋放促炎分子，可能引起超氧陰離子和其他種類自由基過度生產，造成氧化損傷〔14〕。據報道HIV-1感染可引起CNS突觸連接進行性喪失〔15〕。也有證據顯示，HIV感染可誘導神經元細胞凋亡，病毒蛋白gp120和tat都參與這個過程〔16，17〕。HIV的這些致病作用可能都與HALS的發病有關。

1.2.2HTLV-1據報道，HTLV-1已感染全世界15～20萬人，呈高度地方性流行，傳播途徑與HIV相似，各流行區檢出率為2%～12%，女性及60歲以后群體陽性率高達20%～50%。HTLV-1具有嗜神經性，引起成人T細胞白血病/淋巴瘤(ATLL)和HTLV-1相關性脊髓病/熱帶痙攣性下肢輕癱(HAM/ TSP)。HAM/TSP是慢性進行性炎癥性疾病，主要表現為下肢為主的痙攣性截癱，感覺障礙及排尿障礙。與典型ALS不同，HTLV-1相關的ALS樣癥狀常伴有感覺障礙、膀胱功能障礙。一個相關的尸檢病理報告顯示，錐體束和前角細胞變性，基底節、丘腦、腦干退行性變，所有病變部位均有炎性細胞浸潤〔18〕，這或可解釋不典型的ALS癥狀。Matsuzaki等〔19〕對15例有ALS樣癥狀的HAM/ TSP患者外周血白細胞進行HTLV-1前病毒定量分析，5例患者前病毒定量水平高，與確診的HAM/ TSP患者水平相當，而10例患者前病毒定量低，與HTLV-1攜帶者水平相當，再結合患者的臨床表現，作者認為前者可能是HAM/ TSP，而后者可能是攜帶HTLV-1的ALS患者。然而，目前仍無有效的實驗室檢查或生物學標志區別HAM/TSP和攜帶HTLV-1的ALS。

Dekaban等〔20〕對ALS患者腦組織進行檢測，未發現HTLV-1前病毒基因組。Ferrante等〔21〕先后用酶聯免疫吸附試驗(ELISA )和蛋白質印跡法(Western印跡)檢測ALS患者血清，前者未發現陽性結果，后者陽性率為56.6%，為進一步證實，他們對15例陽性患者外周血單核細胞進行PCR，其中6例檢測出HTLV-1 tax-rex基因。Andrews等〔22〕在相同條件下用同樣的方法而未發現tax-rex基因。因此，HTLV-1與ALS是否病因相關還需進一步研究。

1.2.3FV因可在感染細胞引起合胞體形成和空泡化而得名。人不是其天然的宿主，但可通過與動物接觸被感染。與其他逆轉錄病毒不同，FV同時具有逆轉錄病毒和乙肝病毒的復制特性。90年代初期，Aguzzi等〔23〕發現FV可在小鼠模型引起包括運動神經元病在內的CNS退行性變。隨后，Westarp等〔24，25〕用ELISA 檢測SALS患者血清中存在HFV抗體。然而，Rosener等〔26〕用Western印跡卻未在SALS患者血清和腦脊液標本中檢測出HFV抗體。另外，ALS患者尸檢報告亦沒有發現FV特有的合胞體形成和空泡化。因此關于二者的聯系仍然是有爭議的。

1.3內源性逆轉錄病毒序列(HERV)人類HERV是幾百萬年前整合到人類基因組中的逆轉錄病毒的殘余物，約占整個基因組的8%〔27〕，與惡性腫瘤、自身免疫性疾病及神經系統疾病相關〔28〕。根據tRNA的引物結合位點不同，HERV可分為HERV-K、HERV-W和HERV-H 3個家系。大部分HERV元件在進化過程中已沒有編碼能力，仍有少數完整的開放閱讀框被保留下來，這些閱讀框可編碼病毒蛋白并調控基因表達，甚至形成病毒顆粒。此外，由于最初插入位點的不同及HERV的轉座作用，HERV元件可能影響人類基因組中的其他基因〔29〕。

Oluwole等〔30〕在ALS患者肌肉組織發現染色體 7q21.2上編碼合胞素的HERV-W元件表達高于正常對照。而病毒蛋白合胞素可在正常大腦出現，也可在巨噬細胞/小膠質細胞炎癥反應時上調，于是他們測量了一些炎癥標志物的表達，發現CD14、β2-微球蛋白和MDH1均升高。作者推斷，ALS患者肌肉中HERV-W表達增加更可能是神經源性萎縮的肌肉組織中巨噬細胞應答的結果，而不是ALS的病因。另一項研究〔31〕發現，與全身性疾病、意外死亡和帕金森病的腦組織相比，ALS患者腦組織中HERV-K pol RNA表達增加，特別是7q34，7q36.1位點。值得注意的是，在不同的腦區(前額葉、感覺區、運動區、枕葉)HERV-K pol RNA的表達水平不同。前額葉皮層和感覺皮層表達遠遠高于運動皮層。而這種區域差異不在對照組出現，這說明ALS患者大腦中的HERV表達有一個獨特的模式。這種差異的原因可能是由于實驗取材限制(ALS患者多已晚期)，大部分產生HERV-K pol RNA的神經元已經死亡，并被膠質細胞取代。另外，作者還發現，HERV-K的逆轉錄酶和TDP-43(ALS包涵體中的主要成分)在ALS患者大腦皮層定位相同。免疫染色結果顯示HERV-K主要在大腦神經元群而不是其他類型細胞中出現。然而，HERV-K的表達是偶然現象還是疾病的病因尚未可知。

2EV

EV屬于小RNA病毒科，包括脊髓灰質炎病毒、柯薩奇病毒、人腸道致細胞病變孤兒病毒(簡稱埃可病毒)及新型EV共71個血清型。目前認為與ALS有關的EV是脊髓灰質炎病毒(PV)、柯薩奇病毒和埃可病毒。支持EV與ALS相關的證據：①PV和ALS有相同的病變部位，都侵犯脊髓前角運動神經元，目前已發現多例脊髓灰質炎患者若干年后罹患ALS的報道〔32〕； ②3項研究發現ALS患者尸檢脊髓切片中存在EV病毒序列；③RT-PCR發現ALS患者腦脊液EV病毒序列(14.5%)陽性率高于對照組(7.6%)〔33〕； ④血清學研究表明埃可病毒7血清陽性者患ALS風險更高〔34〕。

隨著分子生物學技術的發展，越來越多證據支持EV與ALS具有相關性。Woodall等〔34〕對11例SALS患者脊髓組織進行RNA提取、巢式RT-PCR、基因測序，其中8例(72%)檢測出EV序列，這在對照組未出現，且該序列與柯薩奇病毒B型病毒有高度同源性。為進一步定位，Woodall等〔35〕對2例陽性患者進行原位雜交，發現病毒序列存在于脊髓前角運動神經元。Berger 等〔36〕在17例ALS患者中15例(88.3%)檢測出EV核酸序列，而對照組29例只有1例陽性(3.4%)，PCR產物和埃可病毒6、7分別有91%和88%的同源性，原位RT-PCR發現病毒序列位于脊髓前角細胞細胞體中。

盡管這些學者認為EV和ALS有關，但仍有爭議。

3其他病毒

其他許多病毒也被認為與ALS的發病有關，如HHV-8、HSV-1、HCV、蟲媒病毒、流感病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒、巨細胞病毒(CMV)、水痘-帶狀皰疹病毒(VZV)等〔37～39〕。

4總結

病毒與ALS的關系目前仍存在很大爭論，有待于進一步研究。病毒感染與ALS間的中間環節更有待證實。目前關于病毒感染和ALS間關系的研究結果大多是間接的，關于其具體機制更是知之甚少。因此，在對ALS病人進行研究的同時，可進行ALS病毒動物模型的研究，以進一步明確二者是否相關及其致病機制，通過抗病毒治療或阻斷其中間環節，為ALS的預防和治療作出貢獻。

參考文獻5

1Viola MV，Frazier M，White L，etal.RNA-instructed DNA polymerase activity in a cytoplasmic particulate fraction in brains from Guamanian patients〔J〕.J Exp Med，1975；142(2)：483-94.

2Andrews WD，Tuke PW，Al-Chalabi A，etal.Detection of reverse transcriptase activity in the serum of patients with motor neurone disease〔J〕.J Med Virol，2000；61(4)：527-32.

3Macgowan DJ，Scelsa SN，Imperato TE，etal.A controlled study of reverse transcriptase in serum and CSF of HIV-negative patients with ALS〔J〕.Neurology，2007；68(22)：1944-6.

4Evans BK，Gore I，Harrell LE，etal.HTLV-Ⅰ-associated myelopathy and polymyositis in a US native〔J〕.Neurology，1989；39(12)：1572-5.

5Hoffman PM，Festoff BW，Giron LJ，etal.Isolation of LAV/HTLV-Ⅲ from a patient with amyotrophic lateral sclerosis〔J〕.N Engl J Med，1985；313(5)：324-5.

6Steele AJ，Al-Chalabi A，Ferrante K，etal.Detection of serum reverse transcriptase activity in patients with ALS and unaffected blood relatives〔J〕.Neurology，2005；64(3)：454-8.

7Mccormick AL，Brown RJ，Cudkowicz ME，etal.Quantification of reverse transcriptase in ALS and elimination of a novel retroviral candidate〔J〕.Neurology，2008；70(4)：278-83.

8Moulignier A，Moulonguet A，Pialoux G，etal.Reversible ALS-like disorder in HIV infection〔J〕.Neurology，2001；57(6)：995-1001.

9Macgowan DJ，Scelsa SN，Waldron M.An ALS-like syndrome with new HIV infection and complete response to antiretroviral therapy〔J〕.Neurology，2001；57(6)：1094-7.

10Kim YJ，Fan Y，Laurie P，etal.No evidence of HIV pol gene in spinal cord tissues in sporadic ALS by real-time RT-PCR〔J〕.Amyotroph Lateral Scler，2010；11(1-2)：91-6.

11Gannage M，Ramer PC，Munz C.Targeting Beclin 1 for viral subversion of macroautophagy〔J〕.Autophagy，2010；6(1)：166-7.

12Alirezaei M，Kiosses WB，Fox HS.Decreased neuronal autophagy in HIV dementia：a mechanism of indirect neurotoxicity〔J〕.Autophagy，2008；4(7)：963-6.

13Garaci E，Palamara AT，Ciriolo MR，etal.Intracellular GSH content and HIV replication in human macrophages〔J〕.J Leukoc Biol，1997；62(1)：54-9.

14Mollace V，Salvemini D，Riley DP，etal.The contribution of oxidative stress in apoptosis of human-cultured astroglial cells induced by supernatants of HIV-1-infected macrophages〔J〕.J Leukoc Biol，2002；71(1)：65-72.

15Spencer DC，Price RW.Human immunodeficiency virus and the central nervous system〔J〕.Annu Rev Microbiol，1992；46：655-93.

16Acquas E，Bachis A，Nosheny RL，etal.Human immunodeficiency virus type 1 protein gp120 causes neuronal cell death in the rat brain by activating caspases〔J〕.Neurotox Res，2004；5(8)：605-15.

17Ramirez SH，Sanchez JF，Dimitri CA，etal.Neurotrophins prevent HIV Tat-induced neuronal apoptosis via a nuclear factor-kappaB (NF-kappaB)-dependent mechanism〔J〕.J Neurochem，2001；78(4)：874-89.

18Kuroda Y，Sugihara H.Autopsy report of HTLV-I-associated myelopathy presenting with ALS-like manifestations〔J〕.J Neurol Sci，1991；106(2)：199-205.

19Matsuzaki T，Nakagawa M，Nagai M，etal.HTLV-I-associated myelopathy (HAM)/tropical spastic paraparesis (TSP) with amyotrophic lateral sclerosis-like manifestations〔J〕.J Neurovirol，2000；6(6)：544-8.

20Dekaban GA，Hudson AJ，Rice GP.Absence of HTLV-Ⅰ and HTLV-Ⅱ proviral genome in the brains of patients with multiple sclerosis and amyotrophic lateral sclerosis〔J〕.Can J Neurol Sci，1992；19(4)：458-61.

21Ferrante P，Westarp ME，Mancuso R，etal.HTLV tax-rex DNA and antibodies in idiopathic amyotrophic lateral sclerosis〔J〕.J Neurol Sci，1995；129 Suppl：140-4.

22Andrews WD，Al-Chalabi A，Garson JA.Lack of evidence for HTLV tax-rex DNA in motor neurone disease〔J〕.J Neurol Sci，1997；153(1)：86-90.

23Aguzzi A，Bothe K，Wagner EF，etal.Human foamy virus：an underestimated neuropathogen〔J〕?Brain Pathol，1992；2(1)：61-9.

24Westarp ME，Foring B，Rasmussen H，etal.Retroviral synthetic peptide serum antibodies in human sporadic amyotrophic lateral sclerosis〔J〕.Peptides，1994；15(2)：207-14.

25Westarp ME，Fuchs D，Bartmann P，etal.Amyotrophic lateral sclerosis an enigmatic disease with B-cellular and anti-retroviral immune responses〔J〕.Eur J Med，1993；2(6)：327-32.

26Rosener M，Hahn H，Kranz M，etal.Absence of serological evidence for foamy virus infection in patients with amyotrophic lateral sclerosis〔J〕.J Med Virol，1996；48(3)：222-6.

27Griffiths DJ.Endogenous retroviruses in the human genome sequence〔J〕.Genome Biol，2001；2(6)：S1017.

28Lower R.The pathogenic potential of endogenous retroviruses：facts and fantasies〔J〕.Trends Microbiol，1999；7(9)：350-6.

29Finnegan DJ.Transposable elements in eukaryotes〔J〕.Int Rev Cytol，1985；93：281-326.

30Oluwole SO，Yao Y，Conradi S，etal.Elevated levels of transcripts encoding a human retroviral envelope protein (syncytin) in muscles from patients with motor neuron disease〔J〕.Amyotroph Lateral Scler，2007；8(2)：67-72.

31Douville R，Liu J，Rothstein J，etal.Identification of active loci of a human endogenous retrovirus in neurons of patients with amyotrophic lateral sclerosis〔J〕.Ann Neurol，2011；69(1)：141-51.

32Martyn CN，Barker DJ，Osmond C.Motoneuron disease and past poliomyelitis in England and Wales〔J〕.Lancet，1988；1(8598)：1319-22.

33Vandenberghe N，Leveque N，Corcia P，etal.Cerebrospinal fluid detection of enterovirus genome in ALS：a study of 242 patients and 354 controls〔J〕.Amyotroph Lateral Scler，2010；11(3)：277-82.

34Woodall CJ，Riding MH，Graham DI，etal.Sequences specific for enterovirus detected in spinal cord from patients with motor neurone disease〔J〕.BMJ，1994；308(6943)：1541-3.

35Woodall CJ，Graham DI.Evidence for neuronal localisation of enteroviral sequences in motor neurone disease/amyotrophic lateral sclerosis by in situ hybridization〔J〕.Eur J Histochem，2004；48(2)：129-34.

36Berger MM，Kopp N，Vital C，etal.Detection and cellular localization of enterovirus RNA sequences in spinal cord of patients with ALS〔J〕.Neurology，2000；54(1)：20-5.

37Sola P，Bedin R，Casoni F，etal.New insights into the viral theory of amyotrophic lateral sclerosis：study on the possible role of Kaposi's sarcoma-associated virus/human herpesvirus 8〔J〕.Eur Neurol，2002；47(2)：108-12.

38Akhvlediani T，Kvirkvelia N，Shakarishvili R，etal.Als-like syndrome in the patient with chronic hepatitis C〔J〕.Georgian Med News，2009；(172-173)：70-2.

39Lucchese G，Kanduc D.Single Amino Acid Repeats Connect Viruses to Neurodegeneration〔J〕.Curr Drug Discov Technol，2014；11(3)：214-9.

〔2015-02-11修回〕

(編輯李相軍)

通訊作者：徐仁伵 (1969-)，男，教授，主任醫師，博士生導師，主要從事肌萎縮側索硬化和帕金森病的發病機制和防治研究。

基金項目：國家自然科學基金資助項目(30560042，81160161)；江西省研究生創新專項資金資助(YC2015-S097)

中圖分類號〔〕R744.8〔

文獻標識碼〕A〔

文章編號〕1005-9202(2016)01-0213-04；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.01.099