广州管圆线虫感染人体致脑损伤的机制分析

周燕蓉，张仁刚，吴忠道

(1.川北医学院基础医学院寄生虫学教研室，四川 南充 6371001;2.中山大学中山医学院寄生虫学教研室，广东 广州510080;3.热带病防治教育部重点实验室，广东 广州 510080)

本刊网址:http://www.nsmc.edu.cn 作者投稿系统:http://noth.cbpt.cnki.net 邮箱:xuebao@nsmc.edu.cn

广州管圆线虫成虫寄生于啮齿类动物的肺动脉血管中，它的幼虫可入侵人体并停留在中枢神经系统，造成嗜酸性粒细胞脑炎甚至其他后遗症，是一种严重的人兽共患病，该病主要流行于热带和亚热带地区［1－2］。广州管圆线虫三期幼虫侵犯神经系统，破坏脑组织，引起嗜酸性粒细胞增多性脑膜炎或脑膜脑炎，病变可在大脑、小脑、脑干、脊髓等处，脑脊液中嗜酸性粒细胞增高明显(超过10%)［3］，故称为嗜酸性粒细胞增多性脑膜脑炎(EM)，简称为“酸脑”。广州管圆线虫感染人体后主要的临床表现为低到中度发热和急性剧烈的前额及双颞部的胀痛，进行性加重，严重时出现认知障碍、精神错乱、嗜睡、昏迷甚至死亡［4－6］。近年来，随着人们饮食生活习惯的改变，误食生的或未煮熟的感染广州管圆线虫的淡水螺类如福寿螺、褐云玛瑙螺等中间宿主后，该病作为食源性寄生虫病严重危害到人民的生活和健康，越来越引起人们的重视。在1997 年至2003 年之间，北京、广州、福州及温州等地相继出现广州管圆线虫病的暴发流行，引起我国卫生部的高度重视，故在2003 年卫生部将其列为新发传染病［7］;WHO公布的21 世纪新出现的全球威胁性传染病中就包括广州管圆线虫病［8］。

广州管圆线虫病完整的发病机制目前仍没有阐明，研究多集中在急性期，主要是发现了一些损伤因子，这些损伤因子出现的机制，是虫体的何种成分产生了或诱导产生了这些损伤因子仍不确定。因此，对该病动态的损伤机制进一步了解，有助于为该病的诊断和防治提供更好的依据［9］。目前许多学者对广州管圆线虫感染后出现的神经系统病变进行了较为深入的研究。

1 脑细胞损伤与细胞因子诱导的信号通路的关系

人因生食或半生食中间宿主螺类或转续宿主而感染广州管圆线虫，人是它的非适宜宿主，一般不会在人体发育为成虫，而是以第三期幼虫形式滞留于人体的中枢神经系统中，引起嗜酸性粒细胞增多性脑膜脑炎或脑膜炎。研究发现，广州管圆线虫感染的小鼠后脑切片中，感染后第6 天，组织反应不很明显;感染15 d 后，可见脑实质少量出血;感染第30天后幼虫与周围组织有清楚的间隙，有的幼虫附近脑细胞受压变扁，粒细胞浸润不明显，脑膜充血、出血明显;感染第48 天后死亡的小鼠，可观察到大脑脑膜、脑实质及小脑等部位大量出血，同时也观察到虫体附近脑细胞受压变扁，粒细胞浸润不明显［10］。脑细胞的损伤可能由细胞因子诱导JAK/STAT1 的信号转导通路介导，或者氧化作用活化MEKK1/JNK 通路，或者IAP 表达激活NF －KB 导致［11］，损伤的小鼠脑细胞诱导性一氧化氮合酶明显增高［12］，也说明有NF-KB 的活化，通常一氧化氮被视为一种信使，对虫体也有一定的作用，阻断这些通路是否能减轻脑细胞的损伤有待进一步探讨。

2 IL-4、IL-5 与嗜酸性粒细胞增高参与炎症反应的关系

在幼虫感染小鼠脑脊液中的嗜酸性粒细胞比血清及腹腔中的嗜酸性粒细胞抗凋亡的能力更强［13］，因而其作用可能更持久。嗜酸性粒细胞的增高，一方面是嗜酸性粒细胞趋化因子作用的结果，另一方面IL-5 在嗜酸性粒细胞增高、IgE 的产生及慢性炎症过程中也发挥了重要作用。IgE 主要与I 型超敏反应有关。IL-5 早期即明显升高［14］，同时IL-4 也增高，而Thl 型细胞因子如IFN-γ 等的产生受到抑制。IL-4、IL-5 主要来自于淋巴系统中的Th2，脑源性的细胞因子发现较少。有报道称可溶性细胞间黏附分子(sICAM)在广州管圆线虫病患者脑脊液中增高(高于血清)［15］，ICAM 是一种黏附分子，其作用主要是介导免疫细胞间的相互作用和参与炎症反应，sICAM 的增高可能是对嗜酸性粒细胞增高的一种负反馈反应，不过值得注意的是在血吸虫的感染中sICAM 的增高程度与病情严重程度呈正相关［16］。

3 半胱氨酸蛋白酶抑制剂与炎症发生导致脑损伤的关系

半胱氨酸蛋白酶( Caspase) 抑制剂在中枢神经系统损伤和病变时可以抑制神经元的死亡［17］。半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cystatin) 对于其寄生宿主免疫应答调节起重要作用，可切割抑制特异的T 细胞增殖;通过上调宿主IL-10 表达，抑制Thl 型细胞因子合成及细胞增殖分化，引起宿主T 细胞从具有免疫保护的Thl 型免疫应答向无保护性的Th2 型免疫应答转变;并且上调IFN-γ 活化的巨噬细胞释放一氧化氮，而NO 对寄生虫有细胞毒作用［18－21］。He等［22］对广州管圆线虫L4 期幼虫cDNA 文库进行测序分析，从中鉴定到半胱氨酸蛋白酶抑制剂的cDNA 序列，其重组蛋白可以与广州管圆线虫病患者血清发生反应。免疫小鼠后可以诱导机体引起抗体应答，产生部分保护性免疫力。潘智华等［23］将cystatin 基因克隆并高效表达重组融合蛋白并用其免疫小鼠，然后用广州管圆线虫第3 期幼虫攻击感染小鼠。结果发现融合蛋白免疫组有显著的减虫效果(P ＜0.01)，且能诱导小鼠产生较高的IgG 抗体水平。同时各组实验小鼠的脑组织HE 染色切片结果也表明，具有cystatin 基因的融合蛋白组较GST 免疫组及未免疫对照组有着更强的免疫保护性。本实验似乎表明广州管圆线虫的cystatin 可以诱导小鼠产生保护型免疫力，对小鼠有免疫保护作用，该免疫保护作用表现为小鼠可以部分的抵御广州管圆线虫第3 期幼虫的攻击。该实验提示cystatin 可以作为免疫调节剂在抗寄生虫感染中具有较好的应用前景。广州管圆线虫Cystatin 重组蛋白具有对组织蛋白酶B 的抑制活性，而且能够显著上调INF-γ 激活的巨噬细胞产生NO 的水平。广州管圆线Cystatin重组蛋白可以与广州管圆线虫感染小鼠血清反应，但与大鼠血清不反应［24］。但是人们发现机体感染广州管圆线虫后产生的免疫力是不牢固和持久的，有再次感染的报道［25］，所以使用cystatin 作为上调NO 对广州管圆线虫的细胞毒作用也是不可靠的。

4 小胶质细胞活化后与炎症产生导致脑损伤的密切关系

中枢神经系统(CNS)内的炎症反应是机体针对各种病原刺激产生的重要自我防御反应，但是也可能造成自身的损伤。在急性感染的早期，炎症可以通过破坏病原体、移除碎片和促进组织修复保护自身组织;而在慢性炎症期却可以造成宿主细胞组织的损伤［26］。目前对广州管圆线虫感染后小胶质细胞的过度激活造成神经损伤的研究较多。胶质细胞最早是由Rio-Hortega 于1932 年所描述的脑内一群形态学上不同于神经元和其他胶质细胞的细胞，约占脑组织细胞的12%［27］。小胶质细胞是中枢神经系统重要的固有免疫细胞，即神经组织中的巨噬细胞［28－30］。临床和基础研究表明中枢神经系统损伤引起的炎症反应，主要是由小胶质细胞/巨噬细胞组成［31］。而感染广州管圆线虫病患者神经细胞中，首先被过度激活的就是小胶质细胞。在损伤的病理情况下，小胶质细胞被活化而具有双重作用:一方面作为一种巨噬细胞而具有神经保护作用;另一方面，它可以产生一系列细胞因子，如TNF-a、NO、氧自由基等加剧脑组织炎性损伤［32］。

小胶质细胞的活性对宿主细胞来说是必需的，代表了脑内防御病原微生物和脑组织损伤的第一道防线［33］，最重要的功能是修复和清理细胞碎片［34］。当广州管圆线虫3 期幼虫侵入中枢神经系统机械损伤脑组织后，小胶质细胞迁移到损伤的部位，并且开始增殖、吞噬转化，产生促炎症因子如TNF-a、INFγ、IL-4 等，以及释放短效细胞毒性介质一氧化氮和活性氧［35］。同样，小胶质细胞持续性过度激活和大量炎性因子的释放及氧化应激会对神经细胞造成损坏，导致广州管圆线虫病慢性或者急性的神经系统病理改变，致病情加重［36－37］。小胶质细胞激活时所释放的大量NO 是造成神经细胞损伤的重要炎性效应分子［38］。当感染广州管圆线虫后巨噬细胞与小胶质细胞被免疫或炎症刺激激活时，诱导型一氧化氮合酶(iNOS)被诱导合成，以L －精氨酸为底物合成NO，发挥杀伤肿瘤细胞、抵抗细菌、真菌及寄生虫等感染的作用［39－40］。在感染因素如LPS 等的刺激下，小胶质细胞被迅速激活。活化的小胶质细胞可诱导蛋白酶的激活，释放各种促炎性细胞因子，并生成大量活性氧和活性氮，尤其是iNOS。目前也有认为广州管圆线虫患者中枢神经系统的炎症，脑中反应性胶质细胞过度表达iNOS，是造成神经元损伤的重要原因［41－43］。iNOS 一旦被大量表达，其活性便可持续相当长时间，从而大量、持续产生NO 介导广泛的毒性作用，而iNOS 过表达会引起大量的和长时间的NO 释放。Rogove 等［44］的研究进一步表明，小胶质细胞在触发神经变性中起关键作用，它在神经系统受到外来损伤后所释放的组织型纤溶酶原激活物tPA 具有神经毒性，可诱导神经元死亡。故进一步证实感染广州管圆线虫后，神经系统的外来损伤刺激小胶质细胞过度活化，从而导致神经元的受损甚至死亡。

广州管圆线虫感染致脑损伤的机制复杂，是多种致病因素共同作用的结果。通过分析，下一步我们将对研究发现的致病因子，进行实验论证，寻求有效药物抑制虫体抗原激活小胶质细胞释放大量NO以及IL-4、IL-5、TNF-a、IFN-γ 等炎性因子，避免其造成神经细胞的损伤，从而起到对神经细胞的保护，对于临床治疗和预防广州管圆线虫病具有重要指导意义。

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