固有免疫和適應性免疫在川崎病及冠脈病變發生機制中的研究進展*

劉 露 張英謙

1 河北北方學院研究生學院,河北省張家口市 075000; 2 河北省兒童醫院心內科 河北省小兒心血管重點實驗室

川崎病(Kawasaki disease,KD)是一種全身系統性的免疫性血管炎,主要發生在5歲以下的兒童,是兒童獲得性心臟病的主要原因。它主要累及全身的中小動脈,尤以冠狀動脈為主,有15%～25%未經有效治療的患兒可出現冠狀動脈瘤(CAA)、血栓、冠脈狹窄甚至猝死等嚴重并發癥[1]。本病的病因和發生機制仍然未知,感染、遺傳易感性、免疫系統紊亂等均被證明與KD的發病有關[2]。目前,研究認為機體免疫系統失衡在KD的發病機制中扮演了重要作用。大多數研究者發現,在KD及冠狀動脈損傷(Coronary artery lesion,CAL)中,會出現機體的動態免疫失調,包括早期固有免疫的增強以及適應性免疫中Th17/Treg/CTL/B細胞反應的失衡[3]。本文就國內外有關固有免疫和適應性免疫在KD及冠脈病變發生機制中的研究進展進行綜述,為臨床預防及診療KD及CAL提供新的研究思路。

1 固有免疫在KD及冠脈病變中的作用機制

固有免疫系統是機體在種系發展、演變和進化中逐步產生的一種天然免疫系統,主要由組織屏障、固有免疫細胞和固有免疫分子,如Toll樣受體(TLRs)、補體等構成。

1.1 血—心屏障 血—心屏障是血液系統與心內膜細胞間的一個重要的理化屏障,心內膜發揮分泌、調控炎癥性免疫應答及修復損傷血管的功能,有利于維持心臟的內環境穩態。血管破損時,心內膜的內皮細胞分泌豐富的血管性血友病因子(vWF因子)與血小板膜GPⅠb-Ⅸ復合物及內皮下膠原結合,誘導血小板于血管損傷處黏附,參與血管修復過程[4]。心內膜內皮細胞合成的vWF因子和P選擇素還參與炎性免疫過程,在免疫復合物介導的血管炎中二者促使中性粒細胞匯集于炎癥部位,增加病變血管通透性,而敲除vWF基因的小鼠炎癥部位的中性粒細胞明顯減少。推測vWF因子可能通過募集中性粒細胞促進KD血管炎的發生。心內膜所含的血管內皮生長因子(VEGF)和Cx40基因是血管生成必不可少的因素,VEGF促使心內膜向冠狀動脈內皮細胞轉變,Cx40表達上調使得內皮細胞表現為動脈表型,其可參與心肌梗死后新冠狀動脈血管的形成。提示心內膜屏障可能對于冠脈損傷后的修復與重建治療具有重要意義。Jakob等[5]發現,在CAL的KD患兒中,vWF:膠原蛋白結合(CB)/vWF:抗原(Ag)的比率顯著降低,CAA的患兒比值降低更為明顯,提示vWF:CB/vWF:Ag比值較低的患兒發生CAA的風險可能更高。vWF因子有望成為KD患兒發生冠脈病變的潛在標志物,臨床醫生應增強對此類患兒的隨訪與診療。

1.2 固有免疫細胞

1.2.1 單核/巨噬細胞及相關調節因子。單核/巨噬細胞是機體核心的固有免疫細胞。當機體遭遇病原微生物攻擊時,巨噬細胞會分化成M1和M2巨噬細胞,M1巨噬細胞可產生一氧化氮(NO)、白介素(IL)-1β、IL-2、IL-6等炎癥因子,促進Th1的活化,產生促炎反應;M2型巨噬細胞提高IL-10和趨化因子的表達,促進Th2的活化,參與抗炎反應及血管生成過程[6]。IL-1β主要由前哨細胞(單核/巨噬細胞)分泌,且IL-1家族的細胞因子和受體主要參與固有免疫應答[7]。有研究發現在KD患兒急性期的血清中,IL-1β的濃度高于健康兒童,提示在KD早期,機體可能存在單核巨噬細胞的異常活化,但CAL組與NCAL組的IL-1β的水平無顯著性差異[8]。同時,Hashimoto等[9]利用IL-1β拮抗劑抑制IL-1β的表達能有效減輕KD模型小鼠的血管炎,降低IL-1β的表達在巨噬細胞激活征中也有較好的效果。表明活化的巨噬細胞通過分泌大量IL-1β參與KD血管炎的發生發展,抑制巨噬細胞活化而降低IL-1β分泌可能是預防或減輕KD血管炎發生的手段之一,但IL-1β是否參與冠脈損傷的發生過程仍需進一步研究。

高遷移率族蛋白B1(HMGB1)是一種DNA結合核蛋白,它能特異性刺激單核細胞合成腫瘤壞死因子-α(TNF-α),TNF-α也能反作用于單核細胞使其釋放HMGB1,形成正反饋回路介導先天免疫反應[10]。研究發現,KD患兒的急性期血清中高表達HMGB1和RAGE(HMGB1的受體)基因。推測HMGB1可能通過與其受體RAGE結合后作用于巨噬細胞產生炎癥反應,提示HMGB1/RAGE通路可能在KD的急性期被激活,但因CAL病例數不足,無法知曉HMGB1/RAGE通路在CAL的作用。之后,Qian等[11]進一步研究發現,HMGB1/RAGE/NF-κB通路參與KD冠脈損傷的過程,且在兔KD模型的冠狀動脈內皮細胞中驗證了該通路的存在。表明HMGB1可能不僅通過單核巨噬細胞的正反饋環路介導KD冠狀動脈炎,還能直接作用于冠狀動脈內皮細胞產生損傷。HMGB1有望作為KD的炎癥指標,并且在預測冠脈病變方面提供臨床價值。

巨噬細胞遷移抑制因子(MIF)是一種調節先天免疫的炎癥介質因子,主要由單核/巨噬細胞合成釋放。MIF不僅能抑制巨噬細胞的遷移活動,使巨噬細胞定向游走于炎癥損傷部位發揮作用,而且具有調節促炎因子釋放,抑制細胞凋亡的功能。Hoshina等[12]認為MIF與其受體CD70靶向調控ERK/MAPK通路,該通路的激活促進KD的發生發展。MIF不僅在炎癥部位的血管中高表達,而且在KD患兒的血清中表達也顯著上調,提示在患兒體內有巨噬細胞的活化并其分泌的MIF釋放到外周血中誘導血管炎的發生。目前,MIF在KD及CAL的作用機制研究較少,有待日后進一步研究。

1.2.2 NK細胞和中性粒細胞。有研究發現在KD的急性期,患兒的NK細胞比例下降。NK細胞分泌的炎性因子如TNF-α和干擾素-γ(IFN-γ)濃度降低,調節T、B細胞的作用減弱,打破機體固有免疫與適應性免疫的平衡推動KD的炎癥反應的進展。提示NK細胞在固有免疫與適應性免疫之間發揮重要的橋梁作用,此研究未明確CAL與NK細胞參與固有免疫調節的關系,未來應針對該問題分析研究。同時,Takahashi等[13]觀察到在KD的早期大量的CD66+中性粒細胞的浸潤于冠狀動脈的中膜區域,由中性粒細胞產生和釋放的蛋白酶、自由基等相關因子推動CAL的進展。表明中性粒細胞彈性蛋白酶抑制劑可能成為治療CAL的新靶點。Choi等[14]報道靜脈注射免疫球蛋白(IVIG)抵抗的KD患兒,外周血中NK細胞顯著降低,提示NK細胞可能在KD的病理生理機制和IVIG治療后的免疫應答中起一定作用。

1.3 固有免疫分子

1.3.1 Toll樣受體。病原相關分子模式(PAMPs)與固有免疫細胞表面的模式識別受體(PRRs)結合在固有免疫應答中起關鍵作用。Toll樣受體(TLRs)是PRRs家族成員之一,主要激活下游NF-κB通路。有研究報道在KD急性期,TLR2、MyD88和TRIF的水平升高,經IVIG治療后的患兒外周血單核細胞表面TLR2、3、9及信號傳導介質MyD88和TRIF的轉錄物水平較治療前明顯降低。這可能與IVIG阻斷NF-κB通路介導的先天免疫應答以及抑制固有免疫細胞分泌內源性致炎因子:TNF-α、IL-1和IL-6相關。有實驗表明TLR4和MyD88不僅在KD急性期高表達,而且在CAL患兒血清中的表達水平也顯著升高。提示TLR4-MyD88通路可能參與KD及冠脈損傷過程,下調TLR4及MyD88的表達并阻礙此信號通路的傳遞可能為治療KD及CAL提供新的科研思路。此外,Huang等[15]發現與健康兒童相比,KD患兒的TLR2、6、9 mRNA水平顯著升高,而急性期TLRs的CpG位點甲基化水平較低,證明DNA甲基化水平可能會抑制TLRs的mRNA基因表達。探索TLR相關通路的調控機制及不同亞型在KD及冠脈病變中的作用,有助于為KD的臨床診斷和治療提供新的研究方向。

1.3.2 補體。補體(C)系統由血漿和細胞表面的30多種蛋白質組成,是重要的固有免疫效應分子,通過經典途徑、凝集素途徑和替代途徑發揮溶菌殺菌、中和及溶解病毒及炎癥介質的作用。多種系統性血管炎的發病機制可能與補體的過度激活有關[16]。Weng等[17]發現KD合并CAA的患兒血清C1q/腫瘤壞死因子相關蛋白-1(C1q/CTRP1)濃度明顯高于健康兒童。提示KD啟動子區CTRP1甲基化水平低影響轉錄,導致下游蛋白水平上調介導CAA的發生,說明CTRP1可能是KD患兒發生CAA的潛在預測標記物。

2 適應性免疫在KD及冠脈病變中的作用機制

2.1 T細胞介導的細胞免疫 基于T細胞表面受體、分泌物質和執行免疫功能的不同,分為輔助性T細胞(Th)、調節性T細胞(Treg)和細胞毒性T細胞(CTL)三個亞群。

2.1.1 Th細胞。Th是含量最多的T細胞亞群,具有輔助T、B細胞應答的功能,前體Th在抗原的刺激下分化為Th0的中間階段,在不同因素的作用下,Th0向Th1、Th2和Th17等不同的亞群分化。在自身免疫性疾病中,轉化生長因子-β(TGF-β)和IL-6可激活Sata3通路增強轉錄因子ROR-γt和ROR-α的表達誘導Th0向Th17分化,從而發揮重要的免疫應答和炎癥損傷作用[18]。Th17主要分泌IL-17和IL-22等促炎因子,參與多種自身免疫性疾病,如系統性紅斑狼瘡、類風濕性關節炎和痛風性關節炎等。KD作為一種自身免疫性病,在疾病初期,KD患兒Th17頻率及血清IL-17和IL-22的水平較健康對照組明顯升高,且Th17細胞頻率與IL-17和IL-22水平呈正相關,說明Th17細胞可能通過分泌促炎因子IL-17和IL-22促進KD血管炎的發生。Larosa 等[19]發現,IL-23可穩定維持Th17的表型并能刺激Th17合成釋放IL-17,提示Th17/IL-17軸在KD的早期免疫應答中起到了關鍵作用。此外,CAL的患兒外周血中Th17 表達水平顯著高于無CAL組,可見Th17對KD患兒發生CAL也起了一定作用。觀察Th17及分泌的炎性因子的變化,有助于KD及CAL的早期診斷。

2.1.2 Treg細胞。Treg是一類具有免疫負調控功能的CD4+T細胞亞群,通過生成TGF-β、IL-10等抑炎因子抑制自身反應性T細胞應答及炎癥性自身免疫反應。轉錄因子(FOXP3)是Treg的特異性表面標記,對Treg的發育成熟和免疫功能至關重要。多項研究顯示,KD患兒外周血中FOXP3表達量明顯減少,Treg占比顯著下降,經IVIG治療后患兒血中Treg的含量逐漸升高,說明Treg可能參與KD的免疫調節機制[20]。此外,盡管KD患兒外周血中的TGF-β和IL-10的表達量顯著高于發熱對照組,且經IVIG治療后的FOXP3基因表達顯著增加,但CAL組及無CAL組的血漿IL-10、TGF-β及FOXP3 mRNA的表達量無顯著差異。說明Treg對冠脈病變可能是一種保護機制,但并非通過IL-10及TGF-β介導此類免疫反應。因此,探究Treg分泌何種細胞因子介導免疫反應參與KD冠脈病變的過程是未來研究的重點。然而,有研究發現KD患兒的IL-10和TGF-β mRNA表達水平顯著降低與Treg功能受損及Th17和Treg的平衡紊亂有關。關于Treg分泌的相關因子IL-10和TGF-β表達量的高低不一,研究者需要深入探究Treg在KD中的具體作用機制。

2.1.3 CTL。CTL即CD8+T細胞,是一類具有特異性免疫殺傷效應的T細胞亞群,主要針對外來病毒抗原發揮特異性殺傷作用,CTL對靶細胞的殺傷作用可通過多種機制實現。首先,CTL可以通過釋放細胞毒性顆粒如顆粒酶和穿孔素等傳遞促凋亡分子間接介導靶細胞凋亡。其次,CD8+T細胞識別感染的靶細胞表面Fas受體和Fas配體,與其結合后直接誘導靶細胞凋亡。此外,抗原提呈細胞表面的MHCⅠ類分子與CTL表面特異性T受體結合,刺激CTL分泌TNF-α和IFN-γ等細胞因子促進炎癥反應的發生[21]。Noval Rivas等[22]研究發現KD小鼠的冠狀動脈中CD8+T細胞表達顯著增高,且耗竭CD8+T細胞能保護并減弱KD小鼠冠狀動脈炎的發生。因此,推測CD8+T細胞的浸潤驅動KD小鼠冠狀動脈炎的發生發展。另外,KD急性期外周血中的CD8+T細胞異常活化,可能與CD8+T細胞表面的ActRIIA受體表達異常增高有關。然而,激活素A與ActRIIA結合后能抑制ActRIIA的表達,從而降低外周血CD8+T細胞的活性[23]。激活素A有望作為KD早期干預的治療手段。在機體抵抗病毒感染時,濾泡細胞毒性T細胞(Tfc)顯著增加,提高機體清除病毒的能力。與未形成冠脈瘤的患兒相比,KD合并CAA的患兒外周血中的Tfc表達量明顯升高,不僅提示Tfc在CAA的形成中有著不可忽視的作用,也說明KD可能與病毒感染有關。這為預測KD及CAA的發生提供新的檢測指標。

2.2 B細胞介導的體液免疫 B細胞始于骨髓組織,經特異性抗原刺激后,在Th輔助作用下增殖分化為漿細胞及少量的記憶B細胞,合成和釋放特異性抗體介導體液免疫。眾所周知,IVIG用于治療KD患兒的炎癥反應,能降低CAA的發生率。KD合并CAA的標本中有大量漿細胞的浸潤,提示B細胞異常活化可能是導致KD及CAL發病的機制之一[24]。研究表明,急性期的KD患兒骨髓中漿細胞占比增多,且血清IL-4和IL-6表達上升,提示IL-4和IL-6的升高可能刺激骨髓中B細胞的成熟活化,參與KD的體液免疫應答。Zhang等[25]發現,接受IVIG治療前,KD患兒體內的CD19+B細胞絕對值及IL-10的表達增高,IVIG治療后兩者水平明顯降低,且二者間呈正相關關系。說明急性期KD患兒體內的體液免疫應答異常活躍,B細胞分泌具有抗炎作用的IL-10來維持體內的免疫平衡,二者既可以用于臨床評估IVIG治療的有效性也能作為KD的炎性指標反映患兒體內的炎癥情況。另有研究顯示,外周血B細胞中B淋巴細胞酪氨酸激酶(BLK)的表達減低與KD的基因易感性有關,在KD的急性期,具有rs2736340等位基因的人BLK的表達水平顯著降低,由于低表達的BLK會阻礙B細胞表面受體刺激的信號傳導,抑制B細胞分泌抗體,最終導致機體的體液免疫紊亂及抗炎能力的減退。在基因層面上了解B細胞的致病機理,可以幫助研究者開發精準化診斷和治療KD的新策略。

綜上所述,固有免疫和適應性免疫的平衡失調是導致KD及冠脈病變發生的重要機制之一。固有免疫作為人體免疫的第一道防線,在炎癥反應的初期啟動體內的固有免疫系統,使固有免疫屏障中的vWF因子發揮組織修復作用,固有免疫細胞分泌多種炎性因子和調節因子介導免疫應答,TLRs和補體過度激活產生炎癥反應。適應性免疫在KD及CAL中也有重要地位,細胞免疫既可通過分泌細胞毒性顆粒促進KD血管炎的發生,也可產生IL-10、TGF-β等抗炎因子保護機體,抑制KD血管炎的發展,B細胞在T細胞的輔助下分化成熟并分泌特異細胞因子介導體液免疫參與KD及CAL的致病,且B細胞本身的基因表達與KD的易感性有著不可忽視的關系。目前,固有免疫和適應性免疫的調控網絡在KD及冠脈病變中的具體作用機制尚未完全闡明,還需研究者進一步深入探索。