疟疾免疫血清对红内期疟原虫作用的研究进展

张心尧，冯 辉，曹雅明

(中国医科大学基础医学院免疫教研室，辽宁 沈阳 110001)

疟疾是由疟原虫引起的威胁人类健康最为严重的寄生原虫感染性疾病之一。疟原虫在人体内的发育分肝细胞内的发育(红外期)和红细胞内的发育(红内期)2个阶段，红外期的裂殖子从肝细胞释放出来后侵入红细胞即开始红内期增殖发育，同时诱导人体产生有效的体液免疫和细胞因子介导的细胞免疫应答，该时期也是疟原虫致病并引起临床症状的主要时期。因此，充分认识宿主免疫血清抵抗和清除红内期疟原虫的保护性免疫机制，可为疟疾疫苗的开发以及抗疟新药的研制提供有益的理论依据。本文就免疫血清中的抗体和细胞因子对红内期疟原虫的免疫作用做一概述。

1 抗体的分类及其对红内期疟原虫的作用

1.1 IgG及其亚类的作用

宿主对红内期原虫产生的特异性IgG类抗体在降低原虫血症和保护宿主抵御重症疟疾发生过程中发挥重要作用，如:宿主对红细胞膜表面抗原1(Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein 1，PfEMP1)产生的特异性IgG类抗体，可通过阻断脑微血管内皮细胞受体而抵御玫瑰花环形成及感染红细胞聚集，预防脑疟发生［1］。抗-DBLα的IgG抗体可以降低宿主体内原虫血症水平［2］。同时，与疟原虫表面抗原亲和力高的IgG类抗体在保护宿主、避免疟疾临床症状发生方面效果更为显著［3］。与无并发症疟疾患者相比，重症疟疾患者血清中裂殖子表面蛋白抗原(merozoite surface protein，MSP)，如:MSP1-19、MSP2A、MSP2B诱导产生的IgG抗体的保护作用较弱，提示IgG的保护性作用与发病程度相关［4］。对苏丹地区高反应性脾肿大患者的研究表明，患者血清中高水平的IgG类抗体与罹患此并发症密切相关［5］。被动转移具有抵抗能力的宿主免疫血清，可帮助恶性疟原虫感染患者降低原虫血症，并减轻临床症状［6］。然而，由于疟原虫抗原多态性和结构特异性等特点，其诱导产生的IgG及其亚类抗体的保护性作用亦具有差异。西非布基纳法索的调查结果显示，谷氨酸富有蛋白(glutamate rich protein，GLURP)特异性的IgG和IgG3可以有效降低恶性疟原虫发病率，而IgG4则不具有抗疟保护作用，其作用研究结果与体外观察结果相符，其机制可能为非T细胞依赖性抗体能够抑制T细胞依赖性抗体介导的裂殖子和单核细胞的结合，从而抑制抗体依赖的细胞抑制作用，减弱其控制寄生虫增殖的能力［7］。相似的研究发现，MSP1-19诱导产生的IgG抗体不具有抗疟保护作用［7］，而IgG1却与低原虫血症密切相关［8］。在西非的研究发现，顶端膜抗原1(apical membrane antigen 1，AMA-1)诱导产生的IgG抗体没有抗疟保护作用，其亚类抗体中IgG1和IgG3却具有降低疟疾发病率的作用［7］，而在巴布亚新几内亚儿童中的调查却显示，AMA-1产生的IgG1保护作用很弱［9］。上述矛盾的研究结果，可能是由于流行区疟疾的传播水平、研究对象的遗传学差异、年龄段不同等因素造成的。研究表明，裂殖子期诱导产生抗体的保护作用机制，主要归因于抑制裂殖子入侵红细胞、调理吞噬作用和抗体依赖的细胞抑制作用［8］，通过控制原虫血症，进而减轻临床症状。因此，可刺激宿主产生特异性IgG类抗体的疟原虫抗原，通常为疟疾发病阻断疫苗的候选分子，如:间日疟原虫色氨酸富集抗原(Plasmodium vivax tryptophan rich antigen，PvTRAg)［10］。Zeeshan 等研究发现，大部分间日疟原虫感染患者(75.7% ～100%，n=33)体内可检测到PvTRAg诱导产生的IgG抗体，其中PvTRAg33.5引起的体液免疫反应水平显著高于其他类型的PvTRAg，提示其具有作为疫苗候选抗原的潜在可能。

1.2 IgE 的作用

疟疾流行区的研究表明，重症疟疾患者的血清中存在高浓度的 IgE抗体，提示IgE可能与疟原虫免疫病理损伤有关。其致病机制可能是脑内毛细血管基膜上的IgE沉积物诱导局部产生过量的 TNF-α，从而导致脑疟的发生［11］。然而，最近有数据显示，在无症状以及无并发症的疟疾患者中，IgE活性反而高于重症和脑疟患者［12］。目前，对于IgE抗体究竟具有保护作用还是致病作用尚无定论。

1.3 IgM 的作用

Boström等［13］通过ELISA检测方法证实，感染恶性疟原虫后，富拉尼儿童之所以比同地区的其他种族人出现临床症状的概率及原虫血症水平更低，是因为富拉尼人能够产生更高效价的疟原虫特异性的IgG和IgM抗体(P≤0.0001)，提示IgG和IgM与抗疟保护作用有关。而西非的调查显示，GLURP诱导产生的IgM具有很弱的保护作用，相比之下，MSP3、MSP1-19、AMA-1产生的 IgM均对疟疾发病率无影响，提示不同抗原所产生的特异性IgM的作用不同［7］。IgM相对于IgG亲和力不高，但由于自身五聚物的结构，仍具有很高的活性。

2 细胞因子的分类及其对红内期疟原虫的作用

2.1 前炎症细胞因子的作用

2.1.1 IL-12的作用 IL-12主要是在Toll样受体的介导下，由树突状细胞分泌的Th1型细胞因子。对恶性疟患者血清研究表明，低IL-12与高原虫血症密切相关，提示IL-12可能在抗疟原虫感染方面发挥重要作用［14］。通过观察对比约氏疟原虫感染DBA/2和BALB/c鼠疟模型血清中IL-12水平，发现IL-12是启动感染早期以分泌IFN-γ为主的Th1细胞免疫应答的关键因子，也是维持Th1免疫应答必需的调节分子［15］。但过量的IL-12却与免疫病理有关，另有实验通过伯氏疟感染鼠脾淋巴细胞经PHA刺激并添加不同剂量IL-12，证明过量的IL-12使脾淋巴细胞的增殖活性受到抑制［16］，减弱免疫保护作用。

2.1.2 IFN-γ 的作用 IFN-γ 主要由活化的T细胞和NK细胞产生。对巴布亚新几内亚恶性疟患儿的研究发现，有症状患者的IFN-γ水平明显低于无症状者，提示IFN-γ可能与改善早期临床症状有关［17］。约氏疟原虫感染DBA/2以及夏氏疟原虫感染C57BL/6鼠疟模型［15］均已证明，小鼠在感染早期可迅速建立以IFN-γ分泌为主的Th1型免疫应答。作为重要的免疫调节因子，IFN-γ可显著活化巨噬细胞，增强巨噬细胞的吞噬能力，同时分泌IL-12，促进CD4+Th1细胞的分化，再产生IFN-γ，循环往复，形成正反馈效应。IFN-γ也可通过促进巨噬细胞分泌NO，降低或消除裂殖子对红细胞的感染力。约氏疟原虫抵抗型DBA/2小鼠，在感染后第3天脾细胞培养上清中的NO水平即出现有意义升高(P＜0.05)，并于感染后第6天达到峰值(P＜0.01)，而易感型BALB/c小鼠体内NO水平在感染进程中未见显著变化，提示NO可能与遏制原虫血症有关［15］。除此之外，IFN-γ还能诱导红内期特异性的IgG抗体生成，通过抗体依赖性的细胞抑制作用杀灭红内期恶性疟原虫［18］。然而，另有研究显示，IFN-γ亦可引起宿主病理性免疫应答，在人和动物实验中均已得到证实，IFN-γ通过活化巨噬细胞，可产生内源性致热源(TNF-α、IL-1、IL-6)，从而促进炎症反应的发生［19］。

2.1.3 TNF-α 的作用 TNF-α 由单核细胞和巨噬细胞分泌。流行病学提示TNF-α水平升高可以减少高密度恶性疟原虫发热事件的概率(IRR，0.55;95%CI，0.38 ～0.80)，对疟疾感染存在潜在保护作用［13］，但是过量的TNF-α也可导致病理损伤，其致病机制可能与破坏体内屏障，增加血管通透性和上调黏附分子表达有关。有研究发现，脑疟易感型C57BL/6鼠的TNF-α水平明显高于脑疟抵抗鼠BALB/c和DBA/2，提示TNF-α与脑疟的发生有关，同时近期的研究结果显示调节性T细胞可以通过修饰TNF-α等促炎因子应答影响伯氏疟原虫感染鼠脑型疟发生和感染的结局［20］。

2.2 抗炎症细胞因子的作用

2.2.1 IL-10的作用 最初的研究认为IL-10主要是由Th2细胞分泌，而目前的研究显示，通过IL-27刺激Th1细胞也可以促进IL-10的产生，除此之外，已知白细胞也能够分泌 IL-10因子［21］。感染早期，致死型约氏疟原虫(P.y17XL)感染小鼠体内的IL-10水平高于非致死型约氏疟原虫(P.y17XNL)感染小鼠［22］，提示 IL-10 具有致病作用，其作用机制为高水平的IL-10可以抑制促炎因子反应，引发高原虫血症和恶性贫血，导致疟原虫大量繁殖以及小鼠的死亡。与野生型小鼠相比，IL-10缺陷小鼠感染疟原虫后原虫血症水平更低，然而却出现了相应恶性症状，如肝损伤和脑损伤，提示IL-10在控制重症疟疾以及并发症方面具有积极作用［21］。最近，有研究用抗IL-10受体的单克隆抗体处理DBA/2小鼠，体内IL-10受体的阻断引起促炎性因子的过度应答以及CD4+CD25+T细胞Foxp3表达缺失，提示IL-10与维持调节性T细胞Foxp3表达有关［23］。

2.2.2 IL-4的作用 IL-4是一种由T细胞衍生的对于B细胞的分化及抗体产生有重要调节作用的细胞因子。DBA/2小鼠分别感染夏氏疟原虫和约氏疟原虫后，IL-4均在感染后第5天出现有意义的升高，但是夏氏疟原虫感染小鼠IL-4水平维持时间较短，峰值水平较低，小鼠最终死亡，说明IL-4水平不高并未有效促进抗体的产生，达到清除疟原虫的目的，证实 IL-4具有抗疟保护作用［24］。最近，有流行病学调查显示，在初次感染疟原虫后，与成人相比，儿童血清中的IL-4水平更为显著，同时伴有IL-12的升高，推测IL-4可以促进树突状细胞分泌IL-12因子［25］。

2.3 调节因子的作用

TGF-β由T细胞和巨噬细胞产生，具有清除疟原虫的作用。有研究认为，感染非致死型约氏疟原虫(P.y17XL)的小鼠体内TGF-β水平会增加，从而下调IFN-γ和TNF-α避免重症疟疾的发生。T.Keswani和A.Bhattacharyya的研究结果显示，向伯氏疟原虫感染的小鼠单独注射TGF-β抑制剂(SB 431542)或与TNF-α抑制剂(PTX)联合注射，均引起早期TNF-α水平上调和TGF-β水平下降，最终使小鼠早亡，提示低水平的TGF-β在控制致死型伯氏疟原虫感染方面具有重要的作用［26］。然而，早期高剂量的 TGF-β(感染后 24 h内)会完全抑制炎性因子反应，导致疟原虫在体内快速繁殖，患者可能因此死于恶性贫血。

3 结语

综上所述，疟原虫复杂的生活史和其高度多态的表面抗原、以及鼠疟模型在抗疟保护性免疫机制研究过程中的局限性，为控制疟疾感染、消除世界范围内疟疾流行带来了极大的困难。高水平的抗体滴度虽然可以有效抑制疟原虫红内期生长发育，但由于其持续时间短暂，因此，伴随抗体的滴度下降，免疫血清的保护性作用亦逐渐丧失，为疫苗研制带来困难。此外，流行病学调查显示，抗体在不同地域，不同人群中发挥作用不同，提示研制疫苗时应考虑种属特异性。细胞因子在抗疟保护性免疫过程中提供保护性作用，然而其过度应答则会诱发免疫病理，导致重症疟疾，脑疟和贫血的发生，因此如何调控疟疾免疫应答过程中适度的细胞因子水平仍需要进一步探讨。

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