隱球菌性腦膜炎的免疫學發病機制

孫 偉，朱運輝，許佳敏，王 羚，宋萍萍，張玉生, b

(暨南大學附屬第一醫院 a.神經內科; b. 腦血管病中心, 廣東 廣州 510632)

隱球菌屬真菌界擔子菌門，菌體呈球形或卵圓形，細胞壁外包被一層莢膜，廣泛分布于自然界中，是一種機會性致病真菌。隱球菌屬內包括17種和8個變種，其中新型隱球菌及格特隱球菌可引起人類感染并致病[1-2]。隱球菌感染常發生于免疫功能不全人群，如人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)感染者、接受免疫抑制治療、惡性腫瘤及先天性免疫功能缺陷患者，但非HIV感染者、既往健康者感染隱球菌的報告也日漸增多[3-4]。隱球菌主要引起中樞神經系統、肺組織及皮膚等部位感染。隱球菌性腦膜炎(cryptococcal meningitis, CM)是隱球菌侵犯腦膜所引起的炎癥，常與腦實質感染同時存在，是一種極為兇險的中樞神經系統感染性疾病，即使在經抗真菌治療后CM患者的病死率仍可達20%～30%[3, 5]。CM病死率高有以下原因，抗真菌藥物毒副作用大、治療周期長，患者難以耐受；存在耐藥菌株的感染，導致抗真菌治療效果不佳[6-7]；隱球菌與宿主之間免疫反應復雜，免疫系統對隱球菌的識別，免疫反應的激活及效應等機制并未完全清楚，同時感染后繼發的組織損傷也可導致患者預后不良[8-10]。因此，本文對隱球菌與宿主之間的免疫反應研究進展作一綜述，以討論CM免疫學發病機制及免疫治療策略。

1 隱球菌侵入中樞神經系統的機制

隱球菌是一種嗜神經性微生物，即隱球菌相較于其他病原體更加容易突破血腦屏障引起中樞神經性感染[11]。隱球菌主要通過以下3種機制侵入中樞神經系統[11-12]。①跨細胞途徑，隱球菌可與血腦屏障中毛細血管腔側結合，并被內皮細胞內吞后進入中樞神經系統[5, 13]，其結合和侵襲依賴于宿主細胞受體(如CD44和模聯蛋白A2)[14-15]和隱球菌的毒力因子(如尿素酶、磷脂酶B、透明質酸和一些金屬蛋白酶)[5, 16]。②細胞旁機制，該機制涉及血腦屏障緊密連接和內皮細胞間交叉的損傷[15, 17]，隱球菌通過分泌尿素酶、增強宿主基質金屬蛋白酶活性等方式破壞血管內皮細胞的緊密連接的完整性，導致內皮細胞間隙增大后進入中樞神經系統[18]。③特洛伊木馬傳播機制，隱球菌被單核或巨噬細胞所吞噬后不僅可以逃避適應性免疫的攻擊，而且通過隱藏在被感染的吞噬細胞內播散到其他組織，尤其是中樞神經系統[11, 19]，例如，隱球菌可以利用莢膜、黑色素和抗氧化酶抵抗吞噬溶酶體的殺傷作用，可分泌熱休克蛋白同源物誘導巨噬細胞向非保護性的M2型巨噬細胞轉變，以利于隱球菌的胞內繁殖和播散[20-21]。

2 隱球菌感染與宿主免疫應答

機體對隱球菌的免疫應答可分為固有免疫及適應性免疫應答，這兩種免疫應答的協同作用對控制隱球菌感染至關重要。固有免疫通過對隱球菌的吞噬和消化，加工和提呈隱球菌抗原并激活適應性免疫，適應性免疫再通過多種細胞因子作用加強固有免疫的吞噬功能，以達到最終清除隱球菌的目的[22-23]。

2.1固有免疫應答 參與固有免疫應答的細胞為巨噬細胞、單核細胞、樹突狀細胞及中性粒細胞，巨噬細胞及單核細胞需要通過模式識別受體(pattern recognition receptors, PRRs)識別隱球菌相關的病原相關分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs), 激活相關的信號傳導途徑, 進而吞噬并清除隱球菌。PRRs是一類主要表達于宿主固有免疫細胞膜、胞內區室(如內體及溶酶體)膜、細胞質中的非克隆性分布的分子[24]。PAMPs是來源于病原體共有的保守成分，隱球菌的PAMPs主要成分為莢膜多糖、甘露聚糖、甘露糖、核酸等。目前發現參與隱球菌識別的PRRs主要有識別核酸的Toll樣受體(Toll-like receptors, TLRs), 識別多糖的C型凝集素受體(C-type lectin receptors, CLRs), 還有核苷酸結合寡聚化結構域樣受體(nucleotide binding and oligonerization domain like receptors, NLRs)[24]。隱球菌及其孢子經人體呼吸道吸入肺內沉積在肺泡中，肺泡吞噬細胞通過PRRs識別隱球菌的PAMPs后將其吞噬形成吞噬溶酶體，經吞噬細胞內酸化、炎性小體激活、活性氮氧化物、細胞因子等作用下導致隱球菌變性裂解，同時吞噬細胞及樹突狀細胞發揮抗原提成作用激活適應免疫，進一步殺滅隱球菌，在機體免疫功能正常時，入侵的隱球菌大部分被機體清除，無明顯感染癥狀[22, 24]。但是當機體免疫力功能受損或低下時，隱球菌也可通過多種方式逃避固有免疫攻擊并大量增殖。首先，隱球菌進入宿主后，通過增加菌體莢膜的厚度，隱藏其分布在細胞壁上PAMPs，從而避免吞噬細胞的識別及吞噬；增厚的莢膜還能夠抵御宿主活性氧化物、抗菌肽的殺傷[1, 2, 5, 8]。隱球菌一旦被吞噬后可利用其肥厚的莢膜抵御胞內過氧化物的侵襲，改變胞內環境利于其生長[8, 25-26]。隱球菌可分泌熱休克蛋白70同源物、修飾宿主白細胞介素(interleukin, IL)25受體信號通路等改變吞噬細胞分化的內環境及蛋白質表達，使其分化為M2型巨噬細胞，以利于隱球菌在胞內增殖[27-30]。但是，隱球菌與宿主之間的固有免疫應答機制極為復雜，如感染后單核-吞噬細胞的分化特征及隱球菌如何改變其分化方向仍不完全清楚[20-21, 29]。

2.2適應性免疫應答 機體對隱球菌的適應免疫應答由細胞免疫及體液免疫組成。宿主在感染隱球菌后可產生保護性的抗隱球菌抗體，而在健康人群中甚至是5歲免疫功能正常的兒童中也可檢測到抗隱球菌抗體，這提示早期機體暴露隱球菌后就可產生抗體反應[31-32]，而機體產生的一些自身抗體也可能導致隱球菌病加重，如抗干擾素γ(interferon-γ, IFN-γ)抗體、抗粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)抗體[33]。相較于體液免疫，細胞免疫的抗隱球菌作用更為明顯，但針對其免疫應答機制的研究主要來自于新型隱球菌感染嚙齒類動物模型，而人類的存在較多未知的部分需要探究[23]。隱球菌感染固有免疫中的吞噬細胞及樹突狀細胞將隱球菌抗原提呈至初始T淋巴細胞，從而激活以細胞免疫為主的適應性免疫應答，來自于動物模型研究的基本過程為，初始T淋巴細胞識別隱球菌抗原后分化為輔助性T細胞(helper T cell, Th)，即Th1、Th2、Th17細胞。①Th1細胞分化及作用：Th1細胞是初始T淋巴細胞在IL-12、IFN-γ的作用下分化為而來，此后Th1細胞可分泌IL-2、IL-12、IL-15、IFN-γ、顆粒溶解素等細胞因子殺傷隱球菌，進一步招募并促使吞噬細胞極化為M1型巨噬細胞，加強對隱球菌的吞噬及清除作用。②Th2細胞分化及作用：Th2細胞是初始T淋巴細胞在IL-4、抗原提呈細胞分泌的共刺激分子CD86及OX40L作用下分化形成，Th2細胞分泌IL-4、IL-5、IL-13，引起嗜酸性粒細胞增多并促使吞噬細胞極化為M2型巨噬細胞，最終導致隱球菌播散、病情加重。③Th17細胞分化及作用：Th17細胞是初始T淋巴細胞在IL-23作用下分化形成，可促使吞噬細胞向M1型巨噬細胞極化，對機體抗隱球菌有保護作用但并非必要的[34-37]。人類的隱球菌適應性免疫機制更為復雜，雖然在Th1細胞分化及作用機制與動物模型相似，但Th2 、Th17細胞的功能尚不完全明確，有研究提示Th2細胞并不會導致疾病的加重，此外感染初始細胞因子與適應性免疫的關系及相互作用亦不明確[23, 38-39]。

3 CM的免疫治療

隱球菌與宿主之間的免疫反應是一個動態的相互作用的過程，適當的免疫反應可清除隱球菌或維持在共生的狀態，當免疫功能不全時隱球菌侵入致病，而免疫反應亢進時又導致自身組織損傷[40-41]。免疫治療的目的在于有效地增強宿主清除隱球菌能力，并且避免不適當的免疫反應引起組織損傷[10, 42]。有報道提示應用免疫增強劑如IFN-γ可以增強機體的抗隱球菌能力，但可能導致炎癥加重，并可能造成不可彌補的神經損傷[43]。使用包括糖皮質激素在內的輔助免疫抑制劑來抑制病理性炎癥反應和控制腦水腫，改善臨床預后，但該種治療應遵循個體化治療的原則，應充分考慮機體所處的免疫狀態、抗真菌藥物應用強度、隱球菌抗原滴度、腦脊液炎性指標及顱腦影像表現等[41, 44-45]。隱球菌疫苗的基本原理是通過減毒的隱球菌抗原刺激機體產生抗隱球菌的細胞免疫及體液免疫并形成記憶，但這種傳統方法制備的疫苗對免疫功能缺陷，尤其是適應性免疫應答不足的人群效果不佳，而發生隱球菌感染的多為免疫功能缺陷人群[46-48]。利用IFN-γ刺激缺乏適應性免疫小鼠模型產生較為持久的固有免疫反應，并誘導產生記憶性巨噬細胞，促進病原體特異性的免疫應答，這可能為開發作用于固有免疫的疫苗提供了思路[49]。也有不同研究團隊在動物模型中，開發了用減毒熱滅隱球菌酵母菌過表達Znf2(菌絲發育的主要調節因子，可能導致隱球菌生長不良)的相關疫苗，但在試驗中它的抗真菌作用并不令人滿意[48]。因此，目前仍沒有能有效預防隱球菌感染的疫苗應用于臨床。

4 小結

隱球菌是一種噬神經性的機會性致病真菌，CM是隱球菌感染中最為兇險的疾病。隱球菌感染與宿主之間的免疫反應極為復雜，固有免疫及適應性免疫通過相互協同的作用識別并清除隱球菌，隱球菌可通過莢膜保護、黑色素毒力、改變免疫細胞分化等方式逃避免疫系統的攻擊，以達到增殖與播散的目的，隱球菌感染后的宿主免疫功能紊亂可導致免疫激活綜合征，進一步損傷機體組織。免疫治療可改善部分患者的預后，但需要根據患者免疫狀態、隱球菌負荷等采取個體化的治療。