水痘-帶狀皰疹病毒免疫機制的研究進展

邵丹玥 張雯 孟艷麗

(北京中醫藥大學第三附屬醫院,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原發感染常發于兒童時期,可發為以全身水皰性發疹為特征的水痘,并在感染后潛伏在宿主的神經元細胞中。隨著年齡增長、免疫功能減退或其他因素影響,潛伏的病毒可再次激活,沿著外周神經擴散,引起帶狀皰疹(HZ)〔2〕。隨著疫苗的普及,目前水痘的發病率基本被控制住,但是很多老年人出現HZ的現象較為普遍。對于初次感染VZV且免疫力低下或VZV再激活的人群,常會伴有腦膜炎、腦卒中、HZ后遺神經痛等并發癥,降低患者的生活質量、甚至危及生命〔3〕。VZV感染發病機制目前尚不清晰,本文著重從免疫學機制方面研究VZV,以期為水痘、HZ及相關并發癥的預防治療提供理論依據。

1 VZV發病機制

1.1VZV感染的固有免疫和體液免疫應答 固有免疫系統是病原體進入機體后宿主體內起到保護作用的第一道防線,VZV感染后首先引起固有免疫應答。活化的T淋巴細胞及自然殺傷(NK)細胞分泌生成干擾素(IFN),使宿主在感染早期建立起系統的抗病毒體系,有效防控病毒的復制、傳播,參與免疫清除〔4〕。隨著VZV的活化,感染的T細胞活化成記憶性T細胞,損害機體免疫水平,最終病毒將突破IFN調節的固有免疫應答。在重度聯合免疫小鼠模型研究中發現〔5〕,IFN-ɑ表達下調,從而使VZV的復制順利進行,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表達下調是由其相關分子磷酸化過程受到阻斷導致的。NK細胞屬于近年來新鑒定的先天免疫細胞之一,研究表明免疫遺傳缺陷患者的NK損害水平與水痘嚴重程度呈正相關〔7〕。

體液免疫應答可以在宿主感染病原體后,產生抗病毒抗體,阻止病毒與宿主細胞受體結合,起到抵抗、中和病毒的作用。VZV特異性抗體在原發性感染形成水痘時產生,但不能阻止HZ的發生。HZ的發病與固有免疫及體液免疫均有相關性,其中尤其與固有免疫的關系更為密切〔8〕。

1.2T淋巴細胞——VZV運輸傳播 原發性感染VZV時,病毒在上呼吸道、上皮細胞中局部復制,并直接或通過其他被病毒感染的細胞如樹突細胞(DCs)轉移到扁桃體內的T淋巴細胞〔7〕。病毒在肝、脾等網狀內皮系統器官中進一步復制,廣泛傳播到周身,最終運輸到皮膚和黏膜〔9〕,產生水痘。在感染末期,VZV病毒隱藏在宿主脊髓根部神經元中。在初次感染中,VZV病毒感染使T細胞轉化為記憶T細胞,參與病毒的運輸傳播,降低了免疫功能。水痘出現常需10～21 d,推測為T細胞感染皮膚組織所需時間,感染后的T細胞增加了皮膚歸巢〔10〕,產生皮膚損害。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細胞的檢測支持T細胞在病毒宿主內傳播中的作用〔12,13〕。

2 VZV潛伏機制

2.1VZV抑制分子表達 VZV編碼的基因產物可以使T淋巴細胞MHC-Ⅰ分子表達下調,降低T淋巴細胞對抗原敏感度,CD8+T淋巴細胞的免疫識別功能降低,所以在被免疫清除前的VZV,有時間復制及長期潛伏〔14〕。也有研究者認為〔15〕,VZV潛伏在的神經節中的神經細胞僅少量或不表達MHC-Ⅰ,因此躲避了免疫識別。Abendroth等〔16〕認為,VZV另一種躲避手段可能是通過抑制MHC-Ⅱ的表達,降低CD4+T淋巴細胞的免疫識別功能來實現的〔17〕。Morrow等〔18〕發現VZV感染不僅可以抑制MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ表達,還可以使DCs表面CD80、CD86等免疫分子減少,使得它們誘導活化T細胞增殖能力減弱,最后逃避免疫反應。Nikkels等〔19〕通過研究發現,VZV感染后,角質細胞中細胞間黏附分子(ICAM)-1無表達,抑制了由其介導的T細胞反應。白細胞介素(IL)家族是免疫反應重要介質,有研究指向VZV編碼的miRNA能調控通路,抑制促炎、抗炎細胞因子的釋放,以達到逃避免疫監視潛伏于宿主體內〔20〕。

2.2VZV激活細胞自噬 細胞自噬是宿主抗病毒的重要防御機制之一,也參與到免疫系統清除病原體的過程中。然而人類皰疹病毒也進化出多種機制躲避、破壞甚至通過誘導激活細胞自噬的方式,在人體內潛伏。趙陽等〔21〕檢測到HZ患者血清中CD4+T細胞中自噬蛋白表達上調,并通過電鏡觀察發現VZV感染后皮損部位的表皮細胞中胞質內出現明顯的自噬囊泡,表明VZV感染可以激活CD4+T淋巴細胞自噬,逃避免疫識別。何金蓉等〔22〕發現VZV可以誘導具有免疫防御功能的中性粒細胞發生自噬,并且使用自噬抑制劑3-ma能夠有效阻止VZV感染導致的中性粒細胞自噬。藍曉婕等〔23〕在VZV感染豚鼠背根神經節模型實驗中,發現自噬抑制組的VZV結構及功能蛋白水平較空白組明顯下降,反向證明了VZV感染激活細胞自噬發生。

3 VZV再激活機制

潛伏的VZV激活是HZ發病的關鍵,VZV通過免疫調節抑制了MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ等分子表達,并激活T淋巴細胞自噬,使得感染VZV的靶細胞難以被免疫識別,VZV將再次激活。VZV再激活的過程與模式識別受體識別病毒、T淋巴細胞亞群的相互作用及細胞因子的釋放有著密切關系。

3.1模式識別受體 VZV 激活后,固有免疫系統通過模式識別受體識別病毒,并促進釋放細胞因子、炎癥因子,誘導IFN產生進行免疫清除。Toll樣受體(TLRs)是第一個被發現的模式識別受體,可以連接固有免疫和適應性免疫。不同的TLR在人體固有免疫中作用不同。在人類TLR1～TLR11這11中模式識別受體(PRR)中,TLR2、TLR4、TLR7、TLR9已被證實參與HZ發病。細胞表面TLR2識別皰疹病毒;促進釋放炎癥因子。TLR4識別細菌內毒素;特異性識別VZV;促進細胞因子釋放。核內體TLR7識別單鏈RNA;促進釋放炎癥因子。TLR9識別VZV細胞信號“傳感器”;誘導固有免疫應答;誘導產生IFN。

3.2T淋巴細胞在VZV再激活中的作用

3.2.1CD4+T細胞與CD8+T細胞 機體免疫功能減退是 VZV 再激活發展為 HZ的關鍵因素。在組織學上,HZ發病伴隨著皮損,也可見到免疫細胞、炎癥細胞集中分布于神經元中,其中以 T 淋巴細胞為主。成熟T細胞表達的白細胞分化抗原將T細胞分為CD4+T和CD8+T細胞。它們被普遍認為是決定 VZV 再激活的最重要的T細胞。CD4+T及CD8+T細胞水平表達和免疫功能在HZ發生發展的各個階段分別起著不同的作用。

CD4+T細胞在HZ急性發病期和亞臨床期中都發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細胞可以迅速識別病毒,并誘導釋放有利于免疫清除的各種細胞因子。當宿主再次接觸VZV時,體內CD4+T細胞數量升高,同時可以誘導炎癥因子腫瘤壞死因子(TNF)-α及抗病毒因子IFN-γ。CD4+T細胞數量正常或升高狀態,可以維持或減少體內病毒載量,防止皮損范圍擴大。研究發現CD4+T細胞與水皰數量、皮損程度等呈顯著相關性〔24〕。記憶性CD4+T細胞長期存在于人體中,在原發感染幾十年后,CD4+T細胞水平約為0.1%〔7〕,而VZV再激活或亞臨床期可使CD4+T細胞得到強化,在HZ發病后約2 w內升高約4倍,而在3～6 w后恢復潛伏期適度水平。

CD8+T細胞引起的免疫應答在 HZ 發病中也發揮著至關重要的免疫防御作用,CD8+T細胞可以識別更多種類的VZV感染細胞,并且可以通過分泌細胞因子,發揮殺傷效應。故CD8+T細胞的缺乏可導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細胞的研究。Steain等〔25〕的實驗發現大量記憶性CD8+T細胞存在于HZ患者背根神經節,表明CD8+T細胞參與了HZ細胞免疫應答。

3.2.2CD4+T/CD8+比例失衡 CD4+T/CD8+比值是免疫調節的一項指標,CD4+T/CD8+T的比例失衡,會造成機體免疫功能的異常,從而誘發HZ的發生。研究表明,VZV 激活后至皮膚損傷出現皮疹前期,CD4+T/ CD8+T比值顯著下降;當開始出現皮疹時,CD4+T/CD8+T 比值開始逐漸升高,直至皮損消失后比值恢復到正常范圍〔26〕。此外,HZ急性發作時,CD4+T/CD8+T比值越低則HZ后遺神經痛的發生率、疼痛程度越高。因此認為,該項指標倒置可作為免疫監視指標指導HZ預防治療〔27〕。

3.3輔助性T淋巴細胞亞群在VZV再激活中作用

3.3.1Th1、Th2細胞在HZ中的作用 Th1、Th2、Th17和調節性T細胞(Treg)是輔助性T淋巴細胞。Th細胞發生偏移,免疫系統平衡被破壞,宿主體內潛伏VZV被重新激活,進而引發HZ。有研究表明HZ患者血清中Th1型和Th2型細胞因子分泌水平均有升高〔19〕。Zhang等〔28〕和陳娓等〔20〕的實驗部分結果與此項研究結果有差異,Th1型細胞因子水平下降,Th2型細胞因子水平上升。但Zhang等〔28〕的實驗中由Th1型細胞因子分泌的IL-2和TNF-α水平下降。Th2型細胞因子IL-4和IL-10水平上升。陳娓等〔20〕實驗中Th1型細胞因子IFN-γ水平升高,而IL-2水平變化不明顯。Th2型細胞因子IL-4水平亦無顯著變化。研究者的研究結果不盡相同,可能是受疾病嚴重程度、病程長短、皮損程度影響。但兩者實驗中共同驗證了Th1/Th2比值發生偏移。其中Th1細胞所占比例降低,Th2細胞所占比例增高,同時還發現Th1型的IFN-γ水平明顯增高,而IL-2和IL-4水平無明顯變化。通過以上的實驗結果,可以說明Th1和Th2細胞均可介導免疫應答,其機制相似。

3.3.2Th17 在 HZ 中的作用 Th17是 CD4+T 細胞中的獨特亞群。在VZV感染的早期,CD4+T 細胞在抗原活化、細胞因子作用下變成 Th17,產生 IL-17、 IL-21等細胞因子〔29〕。 研究發現 HZ 患者血清中 IL-6 和 IL-17 等促炎因子表達上調,誘導 Th17 細胞釋放更多炎性因子,在VZV急性發病期發揮了一定的抗感染效應〔30〕。

3.3.3Treg在 HZ 中的作用 Treg能促進 CD4+CD25+Treg細胞的免疫抑制作用。CD4+CD25+Treg細胞是當前自身免疫性疾病、各種感染性疾病的研究熱點,CD4+CD25+Treg細胞通過與Th17的相互作用、抑制,使機體免疫處于穩定狀態。當Treg細胞相關的轉化生長因子(TGF)-β1含量過多時,IL-6幫助誘導Th17細胞的分化,抑制Treg細胞生長。Treg細胞還可以通過調節CD4+T細胞和Th1細胞的功能間接參與HZ的發生〔15〕。

綜上,了解VZV感染、潛伏與再激活機制對水痘及HZ的預防和治療有重要意義。其中機體免疫相關機制貫穿了VZV發病至再激活的全過程,也是近年來研究水痘、HZ發病機制的切入點。未來研究可著重于分析信號通路、VZV分子結構與機體免疫系統相互關系等,可以為病毒感染的預防和控制提供重要的理論基礎和實踐指導。