固有免疫和适应性免疫在病毒性脑炎发病中的作用机制

彭伟涛 任玥 吴晓牧

病毒性脑炎(viral encephalitis，VE)是常见的中枢神经系统感染性疾病之一，流行病学调查结果显示，VE在我国平均年发病率为(4～5)/10万，一年四季均可发病[1]。其临床表现为发热、头痛、恶心呕吐、全身乏力等病毒感染症状，伴或不伴有偏瘫、失语、意识障碍等神经功能缺损症状。目前研究发现，VE的发病机制除了病毒的直接侵犯以外，还涉及机体免疫功能的参与。其中固有免疫和适应性免疫在中枢神经系统病毒感染炎性反应中发挥了非常重要的作用。适应性免疫包括体液免疫和细胞免疫，均参与了中枢神经系统病毒清除及炎性反应控制。本文就固有免疫和适应性免疫在VE中的作用机制研究进展进行综述。

1 血-脑屏障功能受损及免疫细胞的入侵

血-脑屏障是外周血循环系统和中枢神经系统之间的一个重要的物理屏障，能够阻止血液中的毒性物质、炎性因子、病原体进入大脑，有利于维持中枢神经系统内环境稳态。尽管存在这层物理屏障，病毒仍可通过周围神经轴突逆向迁移、跨内皮细胞途径、细胞旁途径、感染外周血单核巨噬细胞途径等多个途径进入中枢神经系统。当病毒侵入中枢神经系统后，其表达的病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMPs)与小胶质细胞、星形胶质细胞等中枢神经系统实质细胞表达的病原体识别受体(pathogen-recognizing receptor，PRR)相结合。中枢神经系统主要的PRR包括Toll样受体(toll-like receptors，TLRs)、视黄酸诱导基因1样受体(retinoic acid-inducible gene 1 like receptors，RLRs)、核苷酸结合寡聚化结构域样受体(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors，NLRs)和胞质DNA传感器。随后不同的信号通路及转录因子被激活，如核转录因子(nuclear factor κB，NF-κB)和干扰素调节因子(interferon regulatory factor，IRF)家族。其中活化的NF-κB通过诱导抗凋亡基因和肿瘤坏死因子α(TNF-α)及白细胞介素1β(IL-1β)等促炎细胞因子表达发挥抑制病毒复制和增强炎性反应的作用。IRF的激活可诱导Ⅰ型干扰素(interferon-1，IFN-1)的表达，通过上调抗病毒蛋白、募集外周免疫细胞以及降低血-脑屏障通透性来限制病毒在中枢神经系统的传播[2-3]。

2 固有免疫应答在VE中的作用机制

2.1 小胶质细胞小胶质细胞是中枢神经系统最重要的先天性免疫细胞之一。在静止情况下，小胶质细胞分泌神经生长因子、脑源性神经营养因子等神经营养分子以营养神经元及胶质细胞，维持中枢神经系统内环境稳态；当中枢神经系统发生感染时，小胶质细胞立即被活化并上调MHC-Ⅰ类及MHC-Ⅱ类分子，从而将抗原提呈给T细胞并使其活化，参与抗原清除。研究发现，小胶质细胞可被募集到感染部位并清除感染细胞，主要由P2Y12信号介导，其中P2Y12是P2Y受体家族成员之一，表达于小胶质细胞表面[4]。此外，集落刺激因子1受体可正向调节小胶质细胞的生成，参与抗病毒免疫反应[5]。除具有抗原提呈作用外，小胶质细胞还具有其他生物学功能。小胶质细胞可通过经典补体级联反应引起突触前末梢丧失，导致神经功能损伤[6]。Waltl等研究发现，泰勒氏鼠脑脊髓炎病毒感染后其小胶质细胞的耗竭并不影响CD8+T细胞的募集，但可减少CD4+T细胞的募集[7]。在嗜神经性冠状病毒感染小鼠模型中，研究者发现小胶质细胞的耗竭减弱了CD4+T细胞介导的免疫应答，这可能与脑中主要表达MHC-Ⅱ类分子的细胞减少以及浸润的单核细胞/巨噬细胞中MHC-Ⅱ类分子表达的降低有关[8]。不仅如此，小胶质细胞还可促进病毒特异性CD8+T细胞增殖与活化，参与抗病毒免疫应答[9]。

2.2 星形胶质细胞星形胶质细胞是中枢神经系统数量最多的一类细胞，具有多种神经保护功能，可为神经元提供能量支持、离子稳态、神经递质的摄取与回收、抗氧化应激等[10]，并维持血-脑屏障的稳定性。当发生中枢神经系统病毒感染时，星形胶质细胞可通过激活TLRs、RLR或干扰素α(IFN-α)受体途径诱导产生IFN-1，从而抑制病毒复制[11-12]。星形胶质细胞可通过分泌CXC趋化因子配体10(c-x-c motif chemokine ligand 10，CXCL10)介导CD8+T细胞进入中枢神经系统参与抗病毒免疫应答[13]。然而，Schachtele等[14]通过对星形胶质细胞与T细胞共培养的体外实验发现，星形胶质细胞可通过激活程序死亡配体1(programmed death ligand 1，PD-L1)通路抑制CD8+T细胞活化。另外，星形胶质细胞产生的CXCL10可募集抗体分泌细胞进入中枢系统，分泌病毒特异性抗体以清除病毒[15]。星形胶质细胞可通过分泌BAFF(TNF家族的B细胞活化因子)及细胞间接触促进B细胞的增殖[16]。

3 适应性免疫细胞在VE中的作用机制

CD4+T细胞亦称为辅助性T细胞，主要负责协调其他免疫细胞参与抗病原微生物的免疫应答。根据其功能及分泌细胞因子主要分为Th1、Th2、Th17细胞和调节性T细胞(regulatory T cell，Treg)等。CD8+T细胞即细胞毒性T细胞，是适应性免疫系统的主要效应细胞，主要负责清除被感染的细胞及病毒。B细胞是体液免疫的主要参与者，通过分泌病原特异性抗体参与机体免疫反应。下面就几种常见的T细胞亚群及B细胞在VE中的作用机制进行介绍。

3.1 Th细胞Th1细胞可分泌IL-2、IFN-γ、TNF-β等细胞因子，介导与细胞毒作用和局部炎性反应有关的免疫应答，其中IFN-γ作为一种由Th1细胞分泌的特征性细胞因子，具有诸多生物学活性。IFN-γ能抑制病毒复制，增加细胞对病毒感染的抵抗力，而针对日本脑炎病毒感染小鼠的研究发现IFN-γ并不能明显影响病毒复制[17]，表明IFN-γ是否抑制病毒复制可能取决于病毒种类。IFN-γ通过下调紧密连接蛋白、密封蛋白-5、闭合蛋白及闭锁小带-1增加血-脑屏障通透性[17]。IFN-γ可促进浸润的巨噬细胞向M1型转变并分泌促炎细胞因子及活性氧发挥细胞毒性作用[18]。另外，IFN-γ还可促进CD8+T细胞迁移至感染部位以辅助其清除病毒[19]。

Th2细胞是一类主要分泌IL-4、IL-5、IL-10和IL-13等细胞因子的T细胞亚群。其中IL-10作为负向调节因子在VE中发挥免疫调节作用。Martin等[20]研究发现，与重组甲病毒感染的小鼠相比，IL-10缺陷的感染小鼠脑中Th1细胞及其细胞因子水平升高，Th17细胞无明显变化，而Th2细胞及其细胞因子、先天性2型淋巴样细胞、Treg和B细胞水平降低，且这种改变与其体重减轻、病毒复制增多及死亡率增高密切相关。然而，另一项研究发现IL-10缺陷的甲病毒感染的小鼠脑中Th17细胞水平升高[21]。因此，有关IL-10对Th17细胞的确切作用仍需进一步探索。

Th17细胞是一类诱导和维持机体免疫应答的淋巴细胞，主要分泌IL-17、IL-21、IL-22和粒-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)等细胞因子，其中IL-17是Th17细胞分泌的特征性细胞因子。目前已有研究发现IL-17、IL-22等细胞因子参与VE的免疫病理损伤。IL-17和IL-22可促进脑内皮细胞分泌IL-6、CC类趋化因子配体2(c-c motif chemokine ligand 2，CCL2)、CXCL1、CXCL2和IL-8，引起血-脑屏障通透性增高，导致中枢神经系统炎性反应[22]。此外IL-17及IL-22可促进嗜中性粒细胞等迁移至中枢神经系统，其中IL-17可通过诱导CCL2和CXCL1趋化因子的分泌促进中性粒细胞和T淋巴细胞进入中枢神经系统[23]，IL-22可通过调节CXCR2-CXCL1轴促进嗜中性白细胞迁移至中枢神经系统[24]。然而在IL-17A对西尼罗河病毒感染小鼠作用的研究中发现，IL-17A可下调CCL5的表达，抑制白细胞向中枢神经系统浸润[25]。因此，IL-17是否有助于外周免疫细胞迁移至中枢神经系统仍需进一步研究。此外，IL-17A可促进病原特异性CD8+T细胞介导的细胞毒性作用，而不影响B细胞介导的体液免疫[25]。

3.2 Treg细胞Treg细胞作为维持自身耐受的关键细胞而广泛受到关注。Treg细胞能抑制效应T细胞反应，使其在不引起组织损伤的情况下更有效地清除病毒。Prasad等[26]对巨细胞病毒感染小鼠Treg的调节作用进行研究发现，Treg细胞的耗竭可引起病毒特异性的CD4+T和CD8+T细胞活化与扩增，Treg细胞的耗竭可抑制组织驻留记忆T细胞的产生。Lokensgard等[27]研究结果显示，与巨细胞病毒感染的野生型小鼠相比，Treg细胞缺陷的感染小鼠脑中炎性细胞数量明显增加，小胶质细胞数量及活性增加，星形胶质细胞活性增加，并且这种炎性环境与小鼠空间学习及记忆力下降密切相关。此外，Treg细胞可调控记忆性T细胞抗病毒作用。Graham等[28]通过对西尼罗河病毒感染的Treg细胞耗竭的小鼠研究发现，Treg细胞可通过诱导TNF-β的表达导致CD8+T细胞上CD103的表达增加，从而调节记忆性T细胞对病毒的反应。

3.3 CD8+T细胞众所周知，CD8+T细胞亦称为细胞毒性T细胞，在抗病毒免疫反应中发挥着关键作用。CD8+T细胞可通过穿孔素、颗粒酶及Fas-FasL途径直接诱导病毒感染的细胞凋亡，或通过产生TNF-α和IFN-γ等细胞因子介导非溶细胞途径来清除神经元内病毒。尽管CD8+T细胞的产生对于病毒清除至关重要，然而过量的CD8+T细胞会造成自身组织免疫损伤，因此通过免疫调节机制维持正常的CD8+T细胞细胞毒性作用尤为重要。Trandem等研究发现，在冠状病毒感染的小鼠脑中，过度活化的病毒特异性CD8+T细胞在炎性反应高峰期通过激活细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)及p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK)通路瞬时表达IL-10，进一步研究发现CD8+T细胞产生的IL-10可降低冠状病毒诱发的急性脑炎小鼠的疾病严重程度，表明CD8+T细胞可通过自我调节最大程度降低免疫病理损伤[29]。

3.4 B细胞B细胞是机体体液免疫的主要参与者，在抗病毒免疫应答中至关重要。现已发现T细胞通过IFN-γ信号通路增强B细胞趋化因子CXCL9、CXCL10和CXCL13的表达，促进B细胞募集至中枢神经系统[30]。进入中枢神经系统的B细胞可通过分泌特异性抗体在抑制病毒复制中起至关重要的作用。

综上所述，VE是一种常见的中枢神经系统感染性疾病，当病毒进入中枢神经系统后，其表达的PAMPs可被脑实质细胞表面的PRR识别，通过激活NF-κB及IRF等信号通路募集外周免疫细胞进入中枢神经系统。外周免疫细胞可分泌多种细胞因子、趋化因子及特异性抗体介导机体抗病毒免疫应答。其中Th1、Th2、CD8+T细胞及B细胞被认为是VE中的主要效应细胞，参与病毒的清除与炎性反应。Treg细胞可通过抑制效应T细胞反应，在不引起组织损伤的基础上有效控制炎性反应，而Th17细胞在VE中可发挥有益或有害的作用。目前，固有免疫细胞与适应性免疫细胞之间的相互作用尚未完全阐明，需进一步深入研究，为了解免疫细胞各亚群在VE中的作用机制提供理论支持。