细胞因子在莱姆病中作用的研究进展

李 覃，邢 杰，王增田

（武警后勤学院1.病原生物与免疫学教研室、2.临床医学系，天津 300309）

莱姆病（Lyme disease）是一种由伯氏疏螺旋体（Borrelia burgdorferi，Bb）引起、经蜱传播的人畜共患疾病，可感染马、牛、羊等多种动物，能够在人畜之间传播流行，是严重危害人类健康的全球公共卫生问题，已于1992年被世界卫生组织（WHO）列入重点防治研究对象。近年来，对莱姆病流行病学、病原生物学、致病机制、诊断及综合防治等方面的研究虽然已取得不少进展，但由于新的疫源地被不断发现，Bb抗原结构的复杂性、疾病临床症状的多样性等原因，使得人们对该病的快速诊断和有效治疗仍存在诸多挑战。阐明其致病机制不但有助于建立高效、快速的诊断手段，而且有望找到新的药物作用靶点，提高对疾病的防治能力。本文将就细胞因子在莱姆病中的作用作一综述。

1 概述

莱姆病是美国和欧洲最常见的蜱媒传染病，因1977年耶鲁大学Steere博士在美国莱姆镇（Lyme Town）首次发现而得名。据美国疾病控制中心（Centers for Disease Control and Prevention，CDC）统计［1］，2009年全美有 29 959例莱姆病确诊病例和8 509例疑似病患，位列十大传染性疾病的第7名。目前亚、欧、美、非、大洋洲等世界五大洲70多个国家均报道有莱姆病存在，全世界每年感染人数在30万左右，且发病区域和发病率呈迅速扩大和上升的趋势［2］。莱姆病在我国同样分布广泛［3］，自从艾承绪于1986年在黑龙江省海林县林区发现莱姆病以来，全国已有29个省、市、自治区、直辖市人群中发现存在Bb感染的风险，受威胁人群不少于5亿人。莱姆病临床表现复杂多样，在不同感染阶段、不同基因型螺旋体均可引起不同症状，早期（＜1月）多出现皮肤、神经系统、心血管系统病变，晚期（数月～数年）主要表现为关节炎、慢性萎缩性肢皮炎、淋巴细胞瘤、脑脊髓炎等，甚至可终生致残、死亡，严重威胁人类健康和生活质量［4］。

2 炎症因子在莱姆病发病过程中的作用

近年研究表明，莱姆病的病理进程与Bb感染和宿主免疫系统之间复杂的交互作用密切相关。Bb含有100多种不同的蛋白质，特别是外膜蛋白（outer surface protein，Osp）可诱导机体产生细胞和体液免疫应答，其中OspA和OspB抗原可能在疾病的发生发展中发挥关键作用，它们不仅通过Toll样受体（Toll-like receptors，TLR）诱导多种免疫细胞分泌细胞因子，作为丝裂原刺激T淋巴细胞增殖和细胞因子分泌［5］，还能通过分子模拟 hLFA-1与HLA-DR4／-DR2交叉反应，引起自身免疫应答，发展至抗生素抵抗性的慢性炎症，损害肌骨骼系统、神经系统等［4，6］。目前，以 IL-6、IL-8、CCL2等炎症因子为代表的细胞因子参与莱姆病的发病机制，并在其病程进展中发挥重要作用已获得共识（Fig 1）。基因组学分析发现，Bb感染可导致CXC及CC类趋化因子、前炎症因子以及TNF超家族的基因表达水平明显增加，提示炎症性细胞因子可能通过多种机制参与莱姆病的发病过程［7－8］。深入研究显示，Bb进入机体后可通过与单核／巨噬细胞表面TLR结合，或诱导NK细胞、NKT细胞等固有免疫细胞产生IFN-γ、CCL2、CXCL9、CXCL10等致炎性细胞因子，引起组织细胞的损害［9］；此外，这些细胞因子还可间接诱导T淋巴细胞在炎症部位聚集，启动机体适应性免疫应答。例如，莱姆性关节炎患者的免疫系统识别Bb后经免疫应答能产生大量TNF-α、IL-1β等炎症因子，进而诱导滑膜细胞产生胶原酶和前列腺素，形成正反馈，加重关节炎症反应和组织损伤［10－11］。

Fig 1 Action of cytokines in Lyme disease

2.1 趋化因子与莱姆病 趋化因子（chemokines，CXC）是一类能够吸引白细胞移行到感染部位的细胞因子，具有白细胞趋化性，使单核／巨噬细胞等炎症细胞迁移到炎症部位，增强炎症细胞的吞噬杀伤功能，促进炎症介质释放，在固有免疫和适应性免疫中均发挥重要作用。基因芯片检测发现，3种不同的致病性Bb感染人表皮成纤维细胞后均可诱导出明显上调的趋化因子类（CXCL1、IL-8）细胞因子基因表达，这些炎症因子进一步诱导免疫应答，引起组织细胞损伤，其它如IL-6、TNF-α、NF-κB、MMPs（MMP-1、MMP-3、MMP-12）等分子水平亦明显增加［12］。此外，研究人员还采用基于微球的多通道分析检测了49名莱姆病患者的细胞因子含量，结果显示抗生素耐药的莱姆病患者CXCL9、CXCL10明显增高［13］。Shin等［14］以Bb体外感染莱姆关节炎患者外周血CD14＋单核／巨噬细胞，可刺激 CCL2产生，而分泌 CCL4、CXCL9和CXCL10等趋化因子还需要PBMC中其它细胞参与，提示Bb可能通过直接／间接刺激单核／巨噬细胞分泌趋化因子，从而参与莱姆病的固有免疫应答。对莱姆病小鼠的表达谱研究发现［15］，Bb感染不同类型的关节炎动物模型后，多种趋化因子配体（chemokine ligand，CCL）均明显上调（CCL2、CCL7、CCL8、CCL9、CCL10、CCL11、CCL12、CCL13、CCL14、CCL16）。此外，趋化因子CXCL1、CXCL9、CXCL10等在炎症组织中大量表达，可引起T细胞增加，诱导单核细胞及其它免疫细胞向炎症组织浸润，加重莱姆病的发病过程。可见，趋化因子在莱姆病的致病机制中发挥着至关重要的作用，既可介导固有免疫应答，又能介导适应性免疫应答，其与莱姆病的关系日益引起国内外学者的关注。

2．2 IL-17与莱姆病 现已明确，Bb感染可明显增加IL-6、IL-8、CCL2等产生，这些炎症因子主要参与Th1型细胞免疫应答，促进细胞损伤，加重莱姆病的病理进程，在疾病起始阶段发挥重要作用［7－8］。随着研究不断深入，一些新型细胞亚群及其效应因子的发现为细胞因子与莱姆病之间关系的研究提供了新的思路。例如，新型CD4＋T淋巴细胞亚群Th17主要分泌产生IL-17，具有强大的募集和激活中性粒细胞的能力，同时调控组织炎性反应，已成为近年的研究热点。IL-17家族至少有6个成员（IL-17A-F），目前，对该家族中IL-17A（以下称为 IL-17）研究较多，主要通过与其受体（IL-17R）结合，并活化MAPK和NF-κB等信号传导通路发挥生物学活性。除了直接参与炎症反应之外，IL-17还能诱导促炎因子的产生（如 TNF-α、IL-6及 IL-1β），对炎症反应局部化和扩大化起重要作用［16］。有研究人员为感染了Bb的小鼠注射IL-17抗体或IL-17R抗体后，临床症状明显减轻，并且得到组织病理学证实，说明IL-17在Bb感染后机体的适应性免疫应答过程中发挥重要作用［17－18］。此外，Bb进入机体后还能与宿主细胞相互作用促进IL-6释放，进而诱导Th17细胞分泌 IL-17，引起下游细胞因子——IL-1β、TNF-α等大量释放，放大炎症反应，加重莱姆病的临床表现。随着对IL-17研究的不断深入，人们发现，由树突状细胞、巨噬细胞等免疫细胞分泌的IL-23可刺激naïve CD4＋T细胞活化，在Th17细胞存活和维持中起重要作用，并能扩增和稳定Th17细胞表型，敲除IL-12p40和（或）IL-12p19即造成IL-23缺失，能降低IL-17表达、减少Th17细胞数量，使动物模型不易发生胶原诱导性关节炎等自身免疫性疾病［19］。Oosting等［20］研究证实，Bb的中性粒细胞激活蛋白A能够诱导固有免疫应答产生IL-23，进而促进Th17细胞分化，使IL-17在莱姆病患者体内高水平表达。在进一步研究中，Oosting使caspase-1缺陷小鼠感染Bb，结果IL-17含量明显升高，提示Bb诱导IL-17产生的作用机制可能与炎症依赖的caspase-1途径活化密切相关。尽管螺旋体表面膜蛋白被认为与莱姆病发病密切相关，但目前对能诱导Th17细胞活化及其效应因子IL-17释放的致莱姆病的毒力因子仍不清楚，尚需进一步研究阐明。

3 抗炎因子与莱姆病

除了炎症性细胞因子外，细胞因子还包括抗炎因子，炎症因子与抗炎因子之间比例失衡导致的免疫调节紊乱，可引起或加重莱姆病的发生发展。其中一种重要的抗炎因子IL-10可由CD4＋T淋巴细胞、单核巨噬细胞等多种细胞合成，既能直接抑制炎症细胞黏附、浸润，也能抑制单核巨噬细胞合成、释放炎性细胞因子，具有较强的抗炎及免疫抑制活性。Giambartolomei等［21］以LPS刺激的单核细胞THP-1作为研究对象发现，Bb感染后细胞产生的IL-10可抑制炎症因子释放，而抑制IL-10产生则导致前炎症因子IL-6、IL-12含量增加，提示IL-10可能在莱姆病的发病过程中发挥重要的负调节作用。最近，基因表达谱研究显示，IL-10能抑制Bb感染的巨噬细胞中多种基因的功能性表达，包括TLR1、TLR2、MMP-9，从而控制炎症反应［22］；蛋白组学分析同样证实，IL-10在 CXCL2、CXCL10、CCL3、CXCL1、CXCL5、CCL2、CCL4、GCSF、IL-6、TNF-α、IL-1β等炎症因子的产生过程中可发挥重要的调节作用，其作用机制可能与抑制巨噬细胞激活或T细胞活化有关［23］。Sonderegger等［24］进一步研究证实，IL-10基因敲除小鼠往往伴随着NK细胞、巨噬细胞等炎症细胞在Bb感染部位的大量浸润，更易出现莱姆性关节炎，这些数据表明，IL-10可通过负调节炎症反应抑制莱姆病的发生发展。但是，也有研究人员指出［25］，当Bb感染具有遗传易感性的莱姆性关节炎小鼠后，IL-10并不能延缓关节炎的病理进程，对螺旋体清除率或疏螺旋体特异性抗体生成亦无影响。因此，IL-10在莱姆病中究竟发挥何种作用及其具体调节机制仍需进一步深入研究。

TGF-β是另一种多功能细胞因子，可影响细胞生长、分化、凋亡，在炎症因子TNF-α的协同作用下可调节细胞转化，对调控机体免疫应答具有重要作用。研究发现，TGF-β及下游信号分子的不恰当激活可导致炎症激活，其作用机制可能是作为化学趋化剂募集炎症细胞、促进前炎性细胞因子生成、使细胞疏松化、气球样变［26］。研究人员检测了40例莱姆病患者血清，结果显示患者体内TGF-β水平明显低于正常对照组，并且与MMP-2含量具有一定的相关性，说明炎症因子和抗炎因子的交互作用能够参与莱姆病的发病过程［27］。

值得一提的是，近年来CD4＋CD25＋调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）与莱姆病的关系引起越来越多的关注。Treg是新发现的重要免疫调节细胞，在维持炎症免疫性疾病的自身平衡中发挥重要作用。虽然目前Tregs免疫抑制的机制尚未完全明确，现多认为可能有以下几种形式［28］：①直接细胞接触途径。Tregs通过细胞表面的膜分子CTLA-4和膜TGF-β与效应细胞相应的配体结合，直接抑制炎症因子分泌；②分泌抑制性细胞因子。Tregs可在某些趋化因子作用下迁移至免疫应答的局部，通过细胞接触作用后分泌IL-10、TGF-β抗炎因子等发挥抑制作用；③间接抑制途径。Tregs可通过下调抗原提呈细胞表面CD80／CD86、CD40、MHC-Ⅰ／MHC-Ⅱ等分子表达，进而抑制对效应细胞的抗原提呈与活化。最近，Vudattu等［29］在关节炎方面的权威期刊《Arthritis Rheum》报道，抗生素耐药的莱姆性关节炎患者关节滑液中Treg亚群数量明显降低，糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体（TNFR）表达明显增加，因此不能有效抑制前炎性因子产生，导致患者免疫调节功能失衡。Nardelli等［30］发现，为感染了Bb的莱姆病小鼠注射IL-17抗体进行治疗后，局部淋巴结Treg细胞数量明显增加，临床症状得到明显缓解；而同时给予IL-17抗体和CD25抗体治疗后，局部淋巴结Treg细胞数量下降，病变加重，说明Treg可有效预防和治疗Bb引起的莱姆病发病，靶向Treg的免疫干预策略能够针对莱姆病发病过程中的免疫应答，减轻炎症反应，可能成为有效防治莱姆病的新靶点，并为开发新型抗莱姆病药物提供研究方向。

4 结语与展望

蜱传播引起的莱姆病是重要的人畜共患疾病，严重威胁人类健康和畜牧业生产，如何快速诊断和加强防治已成为迫切需要解决的问题。随着高通量表达检测技术的发展，科研人员不断发现参与莱姆病发病过程的细胞因子，有的促进炎症发生，有的抑制炎症反应。因此，鉴定莱姆病中的异常的细胞因子可为人们提供研制新型防治药物的作用靶标，还可为针对细胞因子的莱姆病治疗提供新策略。但是，目前对细胞因子在莱姆病发病过程中作用的研究还处于起步阶段，包括明确细胞因子的作用通路、提高利用细胞因子检测莱姆病的灵敏度和特异性、确定莱姆病致病机制中相关的细胞因子靶蛋白等问题还有待进一步研究阐明。相信这一系列问题的解决，不仅有利于人们对莱姆病发生发展机制的了解，还将大大促进细胞因子在莱姆病预防、诊断和新药研发中的应用。

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