疟疾的固有免疫调节机制相关研究进展

倪杰明 ，倪安平

(1.中国医科大学，辽宁 沈阳 110122；2.中国医学科学院北京协和医学院检验科，北京 100730)

疟疾是一类对人类健康构成严重威胁的传染病，疟原虫是其致病体，该疾病以贫血、高热等为临床特征，可分为红内期和红外期。近年来，由于氯喹等抗疟药物的广泛使用，疟原虫药物转出系统功能增强，耐药性大大增加，给现阶段的防治工作带来巨大挑战[1]。疟原虫通过子孢子抑制库普弗细胞功能，并与肝细胞表面受体结合；原虫进入红外期阶段后，聚集于毛细血管后微静脉以及肝血窦中，以此躲避抗原抗体复合物的清除，并通过缺氧环境增强疟原虫肝期感染情况；破坏的红细胞碎片及释放的热休克蛋白(HSP)和疟色素引发强烈的固有免疫[2-3]；在TNF-α、iNOS等的诱导下，单核细胞迁移至脾，由此引发的脾肿大、脾结构的破坏等都是疟疾的重要特征。机体初次接触疟原虫后，产生的免疫防御即为固有免疫，其中单核巨噬细胞、自然杀伤细胞、树突状细胞、γδT细胞等均发挥了重要作用。此外，固有免疫反应中的一些重要标志物、免疫分子等都可以作为治疗疟疾的有效靶点。自噬是细胞内自我降解的过程，调节和完善免疫系统功能，并参与降解外来抗原[4]。疟疾免疫机制的阐述，可以为防治疟疾和研发相关药物、疫苗研发及临床治疗提供有效依据。本文就疟疾中固有免疫的构成及其调节机制和潜在靶点展开综述。

1 单核巨噬细胞

单核巨噬细胞系统包括外周循环的单核细胞以及组织内的巨噬细胞，单核巨噬细胞系统通过模式识别受体(PRR)识别外来抗原，经过摄取、加工处理成较小构象，并将抗原信息呈递给T细胞，启动适应性免疫，有效抵抗机体疟原虫感染。单核细胞、巨噬细胞的数量增多与疟疾的发展密切相关。巨噬细胞分布于机体各组织中，其表面分布着众多受体，如CR、PRR、FcR和清道夫受体等。单核巨噬细胞可以通过与PCAM、ICAM、Mac、LFA等的相互作用，由边缘池进入循环池，并在趋化因子CCL2、CX3CR1或者TNF、IL-12、IFN等的介导下，穿过毛细血管，到达炎症部位，发挥炎性细胞作用。炎性单核细胞Gr1+Ly6ChiCCR2+CX3CR1lo可通过分泌抗疟原虫的细胞因子，并激活NK细胞和HO-1基因表达，启动Th1细胞在内的固有性和适应性免疫，控制疟疾的进一步发展[5-6]。外周循环的单核细胞高度表达CD14和CD16(FcγR Ⅲ)，其中CD14+CD16-是单核细胞循环的主型，CD14+CD16+细胞通过质子泵的作用，诱导缺氧微环境，抑制了内体或吞噬体表面受体介导的吞噬作用，同时NAPDH的生成途径被阻断，CCR2 mRNA水平上调，巨噬细胞的氧依赖杀伤细胞途径被抑制，增强了疟疾的侵袭性。因此，也为治疗疟疾提供了一个潜在的靶点，以促进内体、吞噬体等对原虫的吞噬[7-8]。CR1是单核巨噬系统常见的表面标志物，通过与补体或C3b、C4b等结合，达到促进调理的作用。然而，有实验显示，在患疟疾小鼠肾内，单核巨噬细胞数量下降，CR1水平也明显下调，阻断抗原抗体复合物的内化途径，加强了疟原虫的侵袭性。同时，红细胞表面的CR1也是疟原虫侵袭、定植的受体之一，被疟原虫感染的红细胞招募单核巨噬细胞至母体胎盘处，引发母体贫血、新生儿发育迟缓等症状[6]。因此，作为疟疾侵袭的重点，CR1可以作为潜在的治疗靶点。此外，CD47与巨噬细胞信号调节蛋白(SIRPα)结合，招募SHP、整合素、血小板反应蛋白，降低巨噬细胞摄取能力和红细胞的吞噬能力[9]。单核巨噬系统的标志物，如细胞质精氨酸酶、CD206、CD163水平上调等，既可作为疟疾感染的重要表征，又同时提供靶点以抑制原虫破坏红细胞，并阻断其生长侵袭的关键环节和途径，如CD163是一类结合珠蛋白-血红蛋白复合物，同时是单核巨噬细胞明显激活的重要指标，可作为诊断检验的依据。血液精氨酸酶下调、NO及衍生物NOS2水平下调可引发血管内皮细胞功能失常、血管壁完整性和血液灌注下降[10]。血液中单核巨噬细胞与淋巴细胞的比值也与疟疾相关，由于后期原虫的反复感染，产生了抗炎物质和适应性免疫，该比值明显降低，可作为疟疾的诊断标准之一[11]。另外，CD36是一类表达于巨噬细胞表面的糖蛋白，可识别疟原虫寄生的红细胞，引发CD36依赖的非调理吞噬途径，降低TNF-α水平；CD36又可与TLR2协同，激活JNK、ERK、NF-κB等炎性分子途径，启动抗原虫反应，同时IL-4、IL-13或经原虫感染诱导的ROS可通过激活PPARγ以及转录因子Nrf-2依赖途径，上调CD36水平，增强原虫感染。因此，Nrf-2被作为理想的疟疾治疗靶点，以限制疟疾的感染情况、阻断原虫生长，并增强对病原体吞噬能力[12]。

2 树突状细胞(dendritic cell,DC)

DC是一类专职APC，来源骨髓，分布广泛，参与抗原提呈、激活NK细胞和启动固有免疫。DC所呈递的抗原肽/MHC复合物提供T细胞活化的第一信号，同时在ICAM、DC-SIGN等黏附分子作用下，表面CD80、CD86共刺激分子促进了DC与T细胞的相互作用，并诱导B细胞产生特异性抗体，因此，DC是连接疟疾固有免疫和适应性免疫的重要桥梁[13]。疟原虫侵袭时，DC启动固有性免疫，组成抗疟疾的第一道主要防线，并迁移至次级淋巴组织。其中，单核细胞介导的树突状细胞(MO-DC)是一类非依赖CCR2作用的DC，既具有正常DC所具有的免疫监视、抗原呈递功能，同时也高度表达CCR5、CXCR3、CXCL10等趋化分子，在脑型疟疾中发挥重要作用[14]。有实验显示，在疟疾发病的早期，患疟疾鼠体内DC以自分泌和旁分泌的方式，通过合成IL-10诱导CD4+Foxp3+Treg或者DC所分泌的TGF-β、IL-6，参与诱导Treg、Th17细胞分化和IL-17生成，同时通过与Smad3、STAT3的协同作用，达到免疫抑制的目的，并下调免疫因子，从而降低疟疾致死率[15-16]。原虫感染也可通过诱导细胞凋亡、抑制DC的成熟，引起抗疟疾免疫反应的下调；另一方面，也可以通过产生疟色素来增加浆细胞样树突状细胞(pDC)数量。pDC是一类免疫调节细胞，该类DC是原虫DNA针对固有免疫识别受体TLR的重要靶点，可通过巨噬细胞介导的TLR7/MyD88途径识别原虫侵袭的信息，从而参与分泌炎性介质IFN-1。同时，与其它类型的DC相比，由于其生命周期更长，因此是原虫感染的一个储蓄场所，疟疾所致的脾肿大、临床用药后的复发与再燃都与此相关。此外，pDC所分泌的IFN-α可以抑制CD4+T-bet+细胞以及BAFF介导的B细胞成熟，阻断抗原虫的抗体产生[16-17]。因此，针对pDC介导的免疫负调节作用和原虫储蓄场所作用，是疟疾防治工作中的一个潜在靶点。原虫感染后，在CD169+巨噬细胞作用下，细胞内cGAS作为一类细胞DNA感受器，可以识别原虫所携带的gDNA，从而招募STING通路等，激活IFN信号转导，或者通过激活pDC，上调TLR7，以促进IFN的生成，进而启动下游的固有免疫，并激活NK、γδT 细胞[16,18]。上述标志物、分子信号途径或可成为疟疾治疗中的潜在靶点或诊断标准。

3 自然杀伤细胞(natural killer cell, NK)

NK发源于骨髓，CD56为其表面标示物。正常状况下，NK通过表达抑制性受体KIR、KLR等，使机体免受自身攻击；NK细胞也可通过表达NCR、NKG杀伤受体，裂解靶细胞并分泌细胞因子，参与机体免疫调节。NKC是NK细胞内一类编码整合膜蛋白的基因区域，该受体对于NK以及NKT细胞的功能活化发挥关键作用，也是疟疾诊断的一个指标。此外，NK细胞分泌IFN-γ，裂解原虫感染的靶细胞，但这一效应必须要在T细胞(αβT细胞和 γδT细胞)，尤其是αβ受体以及NK细胞的协同参与下得以迅速发挥[19]。原虫感染后，CD36分子水平上调，刺激NK细胞合成分泌IFN-γ，启动适应性免疫和固有免疫，因此，CD36在抗疟免疫反应中起重要作用[20]。NK细胞可以通过招募CXCR3+T细胞到脑部毛细血管，与其它白细胞共同参与该处抗疟炎症反应。同时，IL-12、IL-18、IFN-α等细胞因子都可以刺激NK细胞增殖生长，并促进CD25(IL-2Rα)水平上调，其合成的IFN-γ反过来也增强NK细胞活性。有实验显示，通过对IL-12以及DC实施基因敲除，NK细胞及其所分泌的IFN-γ明显降低，CD8+T细胞等的分化、成熟进程被阻滞，说明NK、DC通过相互作用，共同参与原虫感染的免疫反应[21]。调节NK细胞功能执行区域，使之既发挥抗疟疾病的固有免疫作用，同时阻断其免疫负调节途径，将成为一个潜在的抗疟靶点。

4 γδT细胞

γδT细胞的表面TCR由 γ链和δ链构成，主要分布在皮肤、腹腔等处，只能识别多种抗原的共同成分，缺乏多样性。γδT细胞通过表达Fas分子，并分泌IFN-γ、IL-17、穿孔素等，以对抗外源微生物感染和参与免疫功能调节。原虫感染后，γδT细胞在宿主免疫器官以及外周血液分布发生了复杂变化，肠内γδIEL的数量也有所上升，并在不同阶段招募肠γδT细胞经淋巴管至肝脾处，参与抵抗原虫的炎性反应。同时，该类γδT细胞具有杀细胞效应以及修复肠损伤组织的能力[22]。与NK细胞类似，在DC等抗原提呈细胞分泌的IL-12、IL-18等作用下，γδT细胞诱导IFN-γ水平上调，并与CTL、Th等适应性免疫细胞协调，共同限制并抵抗原虫感染[22]。

5 自噬

自噬是一类进化保守的细胞活动，实现了复杂而精细的调节，自噬在固有免疫功能调节和抵抗外来抗原方面发挥重要作用。Atg1/ULK1是一类丝/苏氨酸蛋白激酶，在诱导自噬中发挥重要作用，承接上游AMPK/mTOR通路和下游效应分子，参与细胞应激反应[23]。在原虫侵袭的应激状态下，AMPK活化，mTOR活性被抑制，mTOR 对ULK1、Atg13 抑制减弱，引发下游招募LC3等形成自噬体，从而对抗肝内原虫引发的炎症感染，并启动以 mPTP降低为标志的细胞凋亡[24]。其中，Atg8是一类自噬相关蛋白，该蛋白的聚集以质体样细胞器(apicoplast)的形成为标志，该种细胞器是被感染红细胞中自噬体与食物泡融合的产物。在原虫感染的红细胞作用下，Atg18、Atg8分布发生明显变化，从而产生了对氯喹的抗药性，同时靶细胞失去了对Atg1的识别能力，并没有激活 Atg1/ULK1系统，这可能是Atg等的转录后修饰所致[1,25]。对Atg正常功能的恢复，使之完全行使自噬协调固有免疫的功能，也同样可能作为原虫感染的有效治疗靶点。

6 展望

疟疾作为严重威胁人类健康的传染病，给个人和社会造成了巨大的生命财产损失，且近年来，耐药性等因素的不利影响也为相应防治工作带来巨大挑战。固有免疫在机体抵抗疟原虫的免疫反应中发挥基础性作用，通过非特异性的防御反应，抗原提呈细胞将抗原信息呈递T细胞，并引发适应性免疫。单核巨噬细胞、NK、DC、γδT细胞、细胞因子、PRR以及自噬等共同构筑了宿主第一道免疫防线，其中相关免疫分子及细胞均可作为疟疾治疗的相关靶点。可以预见的是，通过相应分子机制的阐述，可以为疟疾的靶向治疗提供方向，有助于防治疟疾、相关药物研发，并提供更为有效的临床治疗方案。

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