病毒感染与肌萎缩侧索硬化



病毒感染与肌萎缩侧索硬化

唐春燕徐仁伵

(南昌大学第一附属医院神经内科，江西南昌330006)

关键词〔〕病毒感染；肌萎缩侧素硬化

第一作者：唐春燕 (1992-)，女，硕士，主要从事肌萎缩侧索硬化的防治研究。

肌萎缩侧索硬化(ALS)是一种累及脑与脊髓上下运动神经元的慢性进行性神经系统变性疾病，主要表现为肌无力、肌肉萎缩及锥体束征，多数患者在3～5年内死于呼吸机麻痹。ALS其确切病因仍然不明，可能与遗传因素、兴奋性氨基酸毒性、氧化损伤、神经营养因子缺乏、线粒体功能缺陷、细胞凋亡、病毒感染等有关。近来，ALS病毒致病学说越来越受到人们的重视。本文主要讨论外源性逆转录病毒〔人类免疫缺陷病毒(HIV)、人类嗜T细胞病毒(HTLV)-1、泡沫病毒(FV)〕、内源性逆转录病毒序列及肠道病毒(EV)与ALS之间的关系。

1逆转录病毒

1.1ALS患者的逆转录酶(RTE)活性RTE是一类存在于逆转录病毒中具有逆转录活性、能以单链RNA为模板合成DNA的酶。检测RTE已经作为一个通用的筛查逆转录病毒的方法，包括RTE分析和PERTE(产物增强逆转录酶分析)，后者是检测RTE活性的高度敏感形式。

关于ALS逆转录酶活性的研究始于1975年，Viola等〔1〕在两个关岛ALS患者大脑细胞质颗粒碎片中发现RTE，但是在两个正常对照的美国人脑中未检测出RTE。为了验证这一结果，人们进行了许多研究。Andrews等〔2〕用PERTE发现，ALS患者血清RTE阳性比例(59%)比正常对照组(5%)高得多。Macgowan等〔3〕也有类似的发现，说明RTE可能参与ALS发病，并提出了一个问题，即RTE活性的来源。在上世纪80年代，HTLV-1和HIV患者被发现有ALS样综合征〔4，5〕，因此被认为是RTE的起因。然而，研究发现〔2〕，RTE阳性的ALS患者HIV-1、-2、HTLV-Ⅰ、-Ⅱ、HRV-5 、HFV血清检测阴性。Steele等〔6〕用同样方法对ALS患者及其配偶、有血缘关系的亲属进行的实验显示，ALS患者RTE阳性率(47%)比其配偶(13%)高得多，而人类外源性逆转录病毒可通过性传播，这说明外源性逆转录病毒不是RTE的来源，同时，他们还发现患者RTE阳性率与其血亲(43%)相当，表明RTE可能与遗传的内源性逆转录病毒有关。Mccormick等〔7〕首次对ALS患者RTE水平进行定量分析，发现ALS患者血清RTE水平与HIV感染患者相当，并且排除异嗜性鼠白血病病毒(XMRV，一种新发现的逆转录病毒)是RTE的来源。关于RTE的来源仍然是未知的，可能是某些未发现的外源性逆转录病毒，也可能是内源性逆转录病毒的结果。

上述研究中的两项〔3，6〕着眼于患者脑脊液和血清样本，脑脊液RTE阳性率(分别为39%和4%)比血清中(分别为56%和50%)低得多，因为ALS不是软脑膜疾病，与其相关的急性期反应物在血液中可能会比CSF中更多，所以选择血清样本更合适。我们注意到，并非所有ALS患者都有RTE活性。由于检验时间段、感染阶段、ALS阶段、药物使用、患者免疫等多种因素影响，ALS患者RTE水平可能低于PERTE法检测下限。另一方面，由于实验样本容量较小且地域相对局限(可有局部病毒流行)，加上检测方法不同以及可能存在其他神经疾病(MS、PD等)的影响，ALS患者RTE阳性可能是偶然现象，不能证明特发性ALS(SALS)是逆转录病毒疾病。因此，RTE阳性表明逆转录病毒可能参与或是SALS发病机制的一部分。

1.2外源性逆转录病毒

1.2.1HIVHIV相关的运动神经元病有多种类型，包括原发性侧索硬化症、节段性脊肌萎缩症、肌萎缩侧索硬化症。1985年，Hoffman等〔5〕报道了第1例HIV相关的ALS(HALS)(过去，HIV又称为淋巴腺病相关病毒(LAV)或HTLV-Ⅲ)。Moulignier等〔8〕在1 700例HIV感染者中发现6例HALS，相当于每1 000名HIV感染者的ALS频率为3.5。目前已有至少26例HALS的报道，按照El Escorial (1994)标准，10例(38%)为确诊ALS，8例(30%)为拟诊ALS，余均为可疑ALS。18例HALS(69%)同时有下运动神经元(LMN)和上运动神经元(UMN)损害，是HALS患者的主要发病形式，孤立的下运动神经元损害仅为8例(31%)。HALS的发病与HIV感染时间、阶段、CD4数量、病毒载量无关。

与SALS相比，HALS发病年龄较轻(22～61岁，平均39岁)，而多数SALS患者发病年龄大于55岁。HALS的男女比例为5.5∶1，而SALS男女比例相当。原因可能是HIV感染年龄较轻，且男性多于女性。与SALS的恒定进展不同，部分HALS患者可被抗逆转录病毒药物(ARTVD)治愈。另外，HALS患者脑脊液存在炎症反应、细胞和蛋白质升高〔8，9〕，这在典型ALS是绝对不存在的。综上所述，与SALS相比，HALS发病年龄轻、进展迅速、病程可变、ARTVD治疗可显著改善以及存在中枢神经系统(CNS)炎症反应。

尽管HIV患者有ALS样症状，但目前为止仍未找到两者病因相关的直接证据。Kim等〔10〕对SALS患者脊髓组织进行实时RT-PCR，未发现HIV pol基因。这说明二者的发生可能是偶然巧合。虽然HIV不是嗜神经病毒，但可感染脑中的小胶质细胞/巨噬细胞，通过“特洛伊木马”机制穿过血脑屏障，躲避免疫系统并随血流移动到大脑，并在其中复制，诱发突触和神经元变性，产生神经炎症。HIV在脑内可影响细胞自噬、诱导氧化损伤、损害神经突触功能并可诱导细胞凋亡，这与ALS的发病机制相符合。HIV能阻断自噬体的成熟，确保自身不被降解。病毒蛋白Nef与Beclin-1相互作用，抑制自噬体与溶酶体融合，影响自噬体成熟〔11〕。也有人发现，猴免疫缺陷病毒(SIV，HIV类似物)感染小神经胶质细胞，其产物可抑制神经元自噬，减少神经元的存活〔12〕。Garaci等〔13〕发现体外HIV感染可显著降低人巨噬细胞的谷胱甘肽含量。HIV感染的巨噬细胞/小胶质细胞释放促炎分子，可能引起超氧阴离子和其他种类自由基过度生产，造成氧化损伤〔14〕。据报道HIV-1感染可引起CNS突触连接进行性丧失〔15〕。也有证据显示，HIV感染可诱导神经元细胞凋亡，病毒蛋白gp120和tat都参与这个过程〔16，17〕。HIV的这些致病作用可能都与HALS的发病有关。

1.2.2HTLV-1据报道，HTLV-1已感染全世界15～20万人，呈高度地方性流行，传播途径与HIV相似，各流行区检出率为2%～12%，女性及60岁以后群体阳性率高达20%～50%。HTLV-1具有嗜神经性，引起成人T细胞白血病/淋巴瘤(ATLL)和HTLV-1相关性脊髓病/热带痉挛性下肢轻瘫(HAM/ TSP)。HAM/TSP是慢性进行性炎症性疾病，主要表现为下肢为主的痉挛性截瘫，感觉障碍及排尿障碍。与典型ALS不同，HTLV-1相关的ALS样症状常伴有感觉障碍、膀胱功能障碍。一个相关的尸检病理报告显示，锥体束和前角细胞变性，基底节、丘脑、脑干退行性变，所有病变部位均有炎性细胞浸润〔18〕，这或可解释不典型的ALS症状。Matsuzaki等〔19〕对15例有ALS样症状的HAM/ TSP患者外周血白细胞进行HTLV-1前病毒定量分析，5例患者前病毒定量水平高，与确诊的HAM/ TSP患者水平相当，而10例患者前病毒定量低，与HTLV-1携带者水平相当，再结合患者的临床表现，作者认为前者可能是HAM/ TSP，而后者可能是携带HTLV-1的ALS患者。然而，目前仍无有效的实验室检查或生物学标志区别HAM/TSP和携带HTLV-1的ALS。

Dekaban等〔20〕对ALS患者脑组织进行检测，未发现HTLV-1前病毒基因组。Ferrante等〔21〕先后用酶联免疫吸附试验(ELISA )和蛋白质印迹法(Western印迹)检测ALS患者血清，前者未发现阳性结果，后者阳性率为56.6%，为进一步证实，他们对15例阳性患者外周血单核细胞进行PCR，其中6例检测出HTLV-1 tax-rex基因。Andrews等〔22〕在相同条件下用同样的方法而未发现tax-rex基因。因此，HTLV-1与ALS是否病因相关还需进一步研究。

1.2.3FV因可在感染细胞引起合胞体形成和空泡化而得名。人不是其天然的宿主，但可通过与动物接触被感染。与其他逆转录病毒不同，FV同时具有逆转录病毒和乙肝病毒的复制特性。90年代初期，Aguzzi等〔23〕发现FV可在小鼠模型引起包括运动神经元病在内的CNS退行性变。随后，Westarp等〔24，25〕用ELISA 检测SALS患者血清中存在HFV抗体。然而，Rosener等〔26〕用Western印迹却未在SALS患者血清和脑脊液标本中检测出HFV抗体。另外，ALS患者尸检报告亦没有发现FV特有的合胞体形成和空泡化。因此关于二者的联系仍然是有争议的。

1.3内源性逆转录病毒序列(HERV)人类HERV是几百万年前整合到人类基因组中的逆转录病毒的残余物，约占整个基因组的8%〔27〕，与恶性肿瘤、自身免疫性疾病及神经系统疾病相关〔28〕。根据tRNA的引物结合位点不同，HERV可分为HERV-K、HERV-W和HERV-H 3个家系。大部分HERV元件在进化过程中已没有编码能力，仍有少数完整的开放阅读框被保留下来，这些阅读框可编码病毒蛋白并调控基因表达，甚至形成病毒颗粒。此外，由于最初插入位点的不同及HERV的转座作用，HERV元件可能影响人类基因组中的其他基因〔29〕。

Oluwole等〔30〕在ALS患者肌肉组织发现染色体 7q21.2上编码合胞素的HERV-W元件表达高于正常对照。而病毒蛋白合胞素可在正常大脑出现，也可在巨噬细胞/小胶质细胞炎症反应时上调，于是他们测量了一些炎症标志物的表达，发现CD14、β2-微球蛋白和MDH1均升高。作者推断，ALS患者肌肉中HERV-W表达增加更可能是神经源性萎缩的肌肉组织中巨噬细胞应答的结果，而不是ALS的病因。另一项研究〔31〕发现，与全身性疾病、意外死亡和帕金森病的脑组织相比，ALS患者脑组织中HERV-K pol RNA表达增加，特别是7q34，7q36.1位点。值得注意的是，在不同的脑区(前额叶、感觉区、运动区、枕叶)HERV-K pol RNA的表达水平不同。前额叶皮层和感觉皮层表达远远高于运动皮层。而这种区域差异不在对照组出现，这说明ALS患者大脑中的HERV表达有一个独特的模式。这种差异的原因可能是由于实验取材限制(ALS患者多已晚期)，大部分产生HERV-K pol RNA的神经元已经死亡，并被胶质细胞取代。另外，作者还发现，HERV-K的逆转录酶和TDP-43(ALS包涵体中的主要成分)在ALS患者大脑皮层定位相同。免疫染色结果显示HERV-K主要在大脑神经元群而不是其他类型细胞中出现。然而，HERV-K的表达是偶然现象还是疾病的病因尚未可知。

2EV

EV属于小RNA病毒科，包括脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、人肠道致细胞病变孤儿病毒(简称埃可病毒)及新型EV共71个血清型。目前认为与ALS有关的EV是脊髓灰质炎病毒(PV)、柯萨奇病毒和埃可病毒。支持EV与ALS相关的证据：①PV和ALS有相同的病变部位，都侵犯脊髓前角运动神经元，目前已发现多例脊髓灰质炎患者若干年后罹患ALS的报道〔32〕； ②3项研究发现ALS患者尸检脊髓切片中存在EV病毒序列；③RT-PCR发现ALS患者脑脊液EV病毒序列(14.5%)阳性率高于对照组(7.6%)〔33〕； ④血清学研究表明埃可病毒7血清阳性者患ALS风险更高〔34〕。

随着分子生物学技术的发展，越来越多证据支持EV与ALS具有相关性。Woodall等〔34〕对11例SALS患者脊髓组织进行RNA提取、巢式RT-PCR、基因测序，其中8例(72%)检测出EV序列，这在对照组未出现，且该序列与柯萨奇病毒B型病毒有高度同源性。为进一步定位，Woodall等〔35〕对2例阳性患者进行原位杂交，发现病毒序列存在于脊髓前角运动神经元。Berger 等〔36〕在17例ALS患者中15例(88.3%)检测出EV核酸序列，而对照组29例只有1例阳性(3.4%)，PCR产物和埃可病毒6、7分别有91%和88%的同源性，原位RT-PCR发现病毒序列位于脊髓前角细胞细胞体中。

尽管这些学者认为EV和ALS有关，但仍有争议。

3其他病毒

其他许多病毒也被认为与ALS的发病有关，如HHV-8、HSV-1、HCV、虫媒病毒、流感病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒、巨细胞病毒(CMV)、水痘-带状疱疹病毒(VZV)等〔37～39〕。

4总结

病毒与ALS的关系目前仍存在很大争论，有待于进一步研究。病毒感染与ALS间的中间环节更有待证实。目前关于病毒感染和ALS间关系的研究结果大多是间接的，关于其具体机制更是知之甚少。因此，在对ALS病人进行研究的同时，可进行ALS病毒动物模型的研究，以进一步明确二者是否相关及其致病机制，通过抗病毒治疗或阻断其中间环节，为ALS的预防和治疗作出贡献。

参考文献5

1Viola MV，Frazier M，White L，etal.RNA-instructed DNA polymerase activity in a cytoplasmic particulate fraction in brains from Guamanian patients〔J〕.J Exp Med，1975；142(2)：483-94.

2Andrews WD，Tuke PW，Al-Chalabi A，etal.Detection of reverse transcriptase activity in the serum of patients with motor neurone disease〔J〕.J Med Virol，2000；61(4)：527-32.

3Macgowan DJ，Scelsa SN，Imperato TE，etal.A controlled study of reverse transcriptase in serum and CSF of HIV-negative patients with ALS〔J〕.Neurology，2007；68(22)：1944-6.

4Evans BK，Gore I，Harrell LE，etal.HTLV-Ⅰ-associated myelopathy and polymyositis in a US native〔J〕.Neurology，1989；39(12)：1572-5.

5Hoffman PM，Festoff BW，Giron LJ，etal.Isolation of LAV/HTLV-Ⅲ from a patient with amyotrophic lateral sclerosis〔J〕.N Engl J Med，1985；313(5)：324-5.

6Steele AJ，Al-Chalabi A，Ferrante K，etal.Detection of serum reverse transcriptase activity in patients with ALS and unaffected blood relatives〔J〕.Neurology，2005；64(3)：454-8.

7Mccormick AL，Brown RJ，Cudkowicz ME，etal.Quantification of reverse transcriptase in ALS and elimination of a novel retroviral candidate〔J〕.Neurology，2008；70(4)：278-83.

8Moulignier A，Moulonguet A，Pialoux G，etal.Reversible ALS-like disorder in HIV infection〔J〕.Neurology，2001；57(6)：995-1001.

9Macgowan DJ，Scelsa SN，Waldron M.An ALS-like syndrome with new HIV infection and complete response to antiretroviral therapy〔J〕.Neurology，2001；57(6)：1094-7.

10Kim YJ，Fan Y，Laurie P，etal.No evidence of HIV pol gene in spinal cord tissues in sporadic ALS by real-time RT-PCR〔J〕.Amyotroph Lateral Scler，2010；11(1-2)：91-6.

11Gannage M，Ramer PC，Munz C.Targeting Beclin 1 for viral subversion of macroautophagy〔J〕.Autophagy，2010；6(1)：166-7.

12Alirezaei M，Kiosses WB，Fox HS.Decreased neuronal autophagy in HIV dementia：a mechanism of indirect neurotoxicity〔J〕.Autophagy，2008；4(7)：963-6.

13Garaci E，Palamara AT，Ciriolo MR，etal.Intracellular GSH content and HIV replication in human macrophages〔J〕.J Leukoc Biol，1997；62(1)：54-9.

14Mollace V，Salvemini D，Riley DP，etal.The contribution of oxidative stress in apoptosis of human-cultured astroglial cells induced by supernatants of HIV-1-infected macrophages〔J〕.J Leukoc Biol，2002；71(1)：65-72.

15Spencer DC，Price RW.Human immunodeficiency virus and the central nervous system〔J〕.Annu Rev Microbiol，1992；46：655-93.

16Acquas E，Bachis A，Nosheny RL，etal.Human immunodeficiency virus type 1 protein gp120 causes neuronal cell death in the rat brain by activating caspases〔J〕.Neurotox Res，2004；5(8)：605-15.

17Ramirez SH，Sanchez JF，Dimitri CA，etal.Neurotrophins prevent HIV Tat-induced neuronal apoptosis via a nuclear factor-kappaB (NF-kappaB)-dependent mechanism〔J〕.J Neurochem，2001；78(4)：874-89.

18Kuroda Y，Sugihara H.Autopsy report of HTLV-I-associated myelopathy presenting with ALS-like manifestations〔J〕.J Neurol Sci，1991；106(2)：199-205.

19Matsuzaki T，Nakagawa M，Nagai M，etal.HTLV-I-associated myelopathy (HAM)/tropical spastic paraparesis (TSP) with amyotrophic lateral sclerosis-like manifestations〔J〕.J Neurovirol，2000；6(6)：544-8.

20Dekaban GA，Hudson AJ，Rice GP.Absence of HTLV-Ⅰ and HTLV-Ⅱ proviral genome in the brains of patients with multiple sclerosis and amyotrophic lateral sclerosis〔J〕.Can J Neurol Sci，1992；19(4)：458-61.

21Ferrante P，Westarp ME，Mancuso R，etal.HTLV tax-rex DNA and antibodies in idiopathic amyotrophic lateral sclerosis〔J〕.J Neurol Sci，1995；129 Suppl：140-4.

22Andrews WD，Al-Chalabi A，Garson JA.Lack of evidence for HTLV tax-rex DNA in motor neurone disease〔J〕.J Neurol Sci，1997；153(1)：86-90.

23Aguzzi A，Bothe K，Wagner EF，etal.Human foamy virus：an underestimated neuropathogen〔J〕?Brain Pathol，1992；2(1)：61-9.

24Westarp ME，Foring B，Rasmussen H，etal.Retroviral synthetic peptide serum antibodies in human sporadic amyotrophic lateral sclerosis〔J〕.Peptides，1994；15(2)：207-14.

25Westarp ME，Fuchs D，Bartmann P，etal.Amyotrophic lateral sclerosis an enigmatic disease with B-cellular and anti-retroviral immune responses〔J〕.Eur J Med，1993；2(6)：327-32.

26Rosener M，Hahn H，Kranz M，etal.Absence of serological evidence for foamy virus infection in patients with amyotrophic lateral sclerosis〔J〕.J Med Virol，1996；48(3)：222-6.

27Griffiths DJ.Endogenous retroviruses in the human genome sequence〔J〕.Genome Biol，2001；2(6)：S1017.

28Lower R.The pathogenic potential of endogenous retroviruses：facts and fantasies〔J〕.Trends Microbiol，1999；7(9)：350-6.

29Finnegan DJ.Transposable elements in eukaryotes〔J〕.Int Rev Cytol，1985；93：281-326.

30Oluwole SO，Yao Y，Conradi S，etal.Elevated levels of transcripts encoding a human retroviral envelope protein (syncytin) in muscles from patients with motor neuron disease〔J〕.Amyotroph Lateral Scler，2007；8(2)：67-72.

31Douville R，Liu J，Rothstein J，etal.Identification of active loci of a human endogenous retrovirus in neurons of patients with amyotrophic lateral sclerosis〔J〕.Ann Neurol，2011；69(1)：141-51.

32Martyn CN，Barker DJ，Osmond C.Motoneuron disease and past poliomyelitis in England and Wales〔J〕.Lancet，1988；1(8598)：1319-22.

33Vandenberghe N，Leveque N，Corcia P，etal.Cerebrospinal fluid detection of enterovirus genome in ALS：a study of 242 patients and 354 controls〔J〕.Amyotroph Lateral Scler，2010；11(3)：277-82.

34Woodall CJ，Riding MH，Graham DI，etal.Sequences specific for enterovirus detected in spinal cord from patients with motor neurone disease〔J〕.BMJ，1994；308(6943)：1541-3.

35Woodall CJ，Graham DI.Evidence for neuronal localisation of enteroviral sequences in motor neurone disease/amyotrophic lateral sclerosis by in situ hybridization〔J〕.Eur J Histochem，2004；48(2)：129-34.

36Berger MM，Kopp N，Vital C，etal.Detection and cellular localization of enterovirus RNA sequences in spinal cord of patients with ALS〔J〕.Neurology，2000；54(1)：20-5.

37Sola P，Bedin R，Casoni F，etal.New insights into the viral theory of amyotrophic lateral sclerosis：study on the possible role of Kaposi's sarcoma-associated virus/human herpesvirus 8〔J〕.Eur Neurol，2002；47(2)：108-12.

38Akhvlediani T，Kvirkvelia N，Shakarishvili R，etal.Als-like syndrome in the patient with chronic hepatitis C〔J〕.Georgian Med News，2009；(172-173)：70-2.

39Lucchese G，Kanduc D.Single Amino Acid Repeats Connect Viruses to Neurodegeneration〔J〕.Curr Drug Discov Technol，2014；11(3)：214-9.

〔2015-02-11修回〕

(编辑李相军)

通讯作者：徐仁伵 (1969-)，男，教授，主任医师，博士生导师，主要从事肌萎缩侧索硬化和帕金森病的发病机制和防治研究。

基金项目：国家自然科学基金资助项目(30560042，81160161)；江西省研究生创新专项资金资助(YC2015-S097)

中图分类号〔〕R744.8〔

文献标识码〕A〔

文章编号〕1005-9202(2016)01-0213-04；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.01.099