结核病发病学研究进展及对当前结核病防控的意义

王洪敏，骆利敏，饶桂荣，杨富强

结核病是结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis,MTB）引起的慢性感染性疾病，可累及全身多个器官，以肺结核最为常见，占各器官结核病总数的80%～90%，是最主要的结核病类型[1]。WHO发布的《2020年全球结核病报告》显示，MTB是全球致死率最高的细菌，每年导致全球近200万人死亡，全球MTB潜伏感染者接近20亿，2019年全球新发结核病患者约996万[2]。我国目前有25%左右的人群感染MTB，其中有5%～10%的人会在一生中发生结核病，目前结核病发病患者已降至50/10万，估算我国年新发结核病患者83.3万例，占全球年新发结核病患者总数的8.4%，仅次于印度（26%）和印度尼西亚（8.5%），居世界第三位[3]。2018年全世界耐药结核病患者增加50万例，中国占14%[2-4]。显然，在我国结核病仍然是一个严重的公共卫生问题。加大对结核病发病机理的转化医学研究，有利于更好地防控结核病。

1 原发性结核病和继发性结核病

结核病本质是寄生在人体内的MTB诱发的复杂宿主免疫反应。MTB的免疫原性很强，在与人类共同进化上万年的历程中，选择了其抗原特性，诱导宿主产生保护性和组织损伤性两种免疫应答，既保证宿主免于致死，又适时破坏机体组织，释放MTB逃离宿主，从而完成MTB从感染、寄生到传播的完整生命周期循环，达到将人类作为唯一寄生宿主长期存在的目的[5-7]。

MTB感染人体后，在宿主遗传易感性、免疫状态、发病年龄、MTB组织器官分布以及卡介苗（bacillus calmette guerin,BCG）接种免疫应答等因素的共同作用下，其组织病理、X线影像、临床过程都会经过两种截然不同的疾病实体，即原发性结核病和原发后（继发性）结核病[8]。原发性结核病是MTB初次进入机体，通过保护性非特异免疫使得其在宿主体内潜伏生存而不播散。继发性结核病是在原发感染后，机体建立特异性免疫应答基础上，潜伏MTB活动或新的MTB入侵所导致的MTB播散和传染，好发于免疫健全的年轻成年人。继发性结核病发病始于脂质性肺炎，伴随有支气管阻塞，其感染局限于肺泡泡沫样巨噬细胞内[5-6]，早期病理表现为组织浸润，可自愈[4]。继发性结核病也可以因MTB感染等引发炎症免疫反应，通过支气管扩散和局部组织坏死进展为干酪性肺炎，不断发展恶化导致组织碎片化，形成局部病理性空洞；空洞及病灶内的MTB，经宿主呼吸大量释放出体外导致人群传播[6]；或者发展为继发性肉芽肿以及纤维干酪性病灶[5，8]。继发性结核病患者约80%会形成病理性空洞，该期患者几乎100%具有传染性[9-10]。这也是继发性结核病区别于原发性结核病的一个特征性核心病理问题。

对于免疫健全的早期浸润性结核病患者，95%能够自愈。通过开展人和动物实验，对原发性结核病的研究已比较广泛深入，而继发性结核病的研究还比较粗浅。Hunter等[11]报道，BCG结合乳铁蛋白联合治疗模型小鼠MTB感染，可以抑制小鼠的原发性结核病向继发性结核病的进展。结核病研究的一个中心问题是MTB感染的宿主机体免疫，无法使小鼠、豚鼠、兔和易感人体完全清除肺部感染从而终止疾病的发展，这本身也是继发性结核病的一个特点[12]。

2 泡沫巨噬细胞和脂质体

肺泡巨噬细胞是免疫防御呼吸道病原体的第一道防线，是MTB致病过程中的关键角色。MTB感染人体的最主要部位是肺泡巨噬细胞，并在其吞噬体内寄生。在这些巨噬细胞里，MTB不再增殖，转变为一种不再复制的休眠状态，但可以通过释放有生物活性的细胞壁组分调控感染细胞周围的组织。同时，MTB也能刺激诱导其寄居的巨噬细胞生成和聚集空泡化的脂质在胞浆内形成脂质体，转化为泡沫巨噬细胞。巨噬细胞在脂多糖与γ-干扰素的联合刺激下，会在胞内脂质体里集聚甘油三酯[13]。寄居在泡沫巨噬细胞内的MTB，通过吸收、聚积脂质进一步在菌体内形成脂质内涵体。

泡沫巨噬细胞内脂质体能够为MTB的长期生存提供营养储备，是细胞内MTB的营养来源[14]。越来越多的证据显示，脂质体参与了宿主与病原体相互作用的最基础的过程。脂质体是巨噬细胞和MTB的一个动态的蛋白储运平台，协助MTB在肉芽肿内长期生存、促进休眠[15]。脂质体也是结核病炎症介质的汇聚地，在炎症形成过程所需的细胞内信号通路、炎性巨噬细胞激活、潜伏性结核病向活动性结核病转化等发病机理中，都发挥了核心作用[16-18]。肺组织不断进展的坏死及破坏性免疫激活，与MTB在脂质体内的聚集相关[19]。对肺泡巨噬细胞的研究发现，细胞因子如IL-10、M-CSF 和 GM-CSF等，以及MTB的细胞壁结构成分分枝菌酸，在促进巨噬细胞的增殖和分化、以及转化为泡沫巨噬细胞方面发挥了重要作用[20]。

泡沫巨噬细胞也是MTB的庇护所。MTB侵入肺泡巨噬细胞导致巨噬细胞的泡沫化，随后营造了一个巨噬细胞的免疫耐受环境。研究发现，MTB感染树突状细胞后能够在细胞内长期容留生存，不被杀灭清除，表明感染了MTB的树突状细胞可以对抗或者耐受结核特异性CD8+T细胞的攻击。泡沫巨噬细胞表面表达树突状细胞相关标志DEC-205和其他多个树突状细胞的细胞表面分子，提示泡沫巨噬细胞通过模拟树突状细胞的表面特征这一机制，耐受细胞内MTB的长期生存，丧失了细胞内杀灭细菌的活性[21]。

3 结核肉芽肿

MTB慢性感染过程中的一个重要特点是在肺部形成肉芽肿病变。肉芽肿是MTB进入巨噬细胞后，其细胞壁脂类从宿主细胞内释放出来，在相邻的吞噬细胞内诱发一系列宿主免疫反应产生的一个特殊的炎症组织结构。一个成熟的干酪样肉芽肿是一个紧密的、按照一定结构层次排列有序的免疫细胞聚合体，由一个中心坏死区，以及来源于血液的MTB感染的或者未感染的巨噬细胞、泡沫巨噬细胞、周围环绕的上皮样细胞（独特性分化的巨噬细胞）和多核巨细胞（郎格罕细胞）组成，外围包裹着含有淋巴细胞的纤维层[22]。肉芽肿的内部核心是感染了MTB的巨噬细胞，是MTB利用宿主的免疫系统为自己建立的一个防守性的藏身城堡。

肉芽肿的主要功能是通过在感染部位的肉芽肿组织重构，并且将肉芽肿核心寄居有MTB的巨噬细胞与肉芽肿外层的淋巴细胞在空间上隔离，避免直接接触，让淋巴细胞无法彻底杀灭全部MTB，从而实现MTB在宿主细胞内的长期寄生。同时，在时空上围困和限制组织感染的MTB扩增以及进一步向其他组织器官的扩散。肉芽肿既可以让MTB感染病灶部位局部抑制、矿化，也可以使病灶部位干酪化坏死，进而从坏死部位释放传染性MTB到气管排出体外。近年来，结核病发病学研究领域，有学者否认肉芽肿是结核病唯一关键性病变的观点[23]。

4 活动性结核病的病理性空洞

结核病病理性空洞，源于肺结核的干酪化坏死和以迟发型超敏反应为特征的微血管阻塞联合效应[19，23]。

肉芽肿内核巨噬细胞与细胞内的MTB持续相互斗争，导致包含MTB的巨噬细胞转化为泡沫巨噬细胞。泡沫巨噬细胞内的大量脂质体，吸收了MTB分泌的各种抗原，使MTB抗原在泡沫巨噬细胞内的脂质体内堆积[5]，形成了一个抗原超级耐受池。这些抗原被隐藏在泡沫巨噬细胞内，无法引发T细胞攻击清除被感染巨噬细胞的免疫反应。一旦发生外源性MTB的二次感染，通过外源性MTB抗原的诱导，就会引发肺部的一个局部的超敏反应。通过这个机制会引起潜伏性MTB感染（latent tuberculosis infection,LTBI）转化为活动性结核病，然后导致肺泡组织局部空洞化。包括糖脂在内的多种MTB抗原是诱发感染肺组织坏死的前体分子，在坏死的基础上进而发展为肺组织空洞[24]。

关于结核病的病理性空洞形成的途径，有学者认为，结核病的肺部空洞来源于活动性结核病患者肉芽肿的破裂溶解[8，19]；另有学者认为，活动性结核病的病理性空洞与肉芽肿无关[25]。在前抗生素时代，肺结核患者的尸检标本丰富，有多位研究者发现，继发性结核病的早期症状就是泡沫巨噬细胞引发的脂肪性肺炎，然后经过干酪性坏死和组织碎片化，逐渐发展成为肺部空洞，而非从干酪样肉芽肿开始的[10]。继发性结核病的肉芽肿，仅发生于陈旧性干酪样肺炎，其结果仅产生肺部纤维化，并不会导致病理性空洞形成[8]。

5 LTBI向活动性结核病的转化

MTB与MTB抗原存在于肺组织内泡沫巨噬细胞局部限定区域，而特异性MTB抗原致敏的T细胞，通过循环与微循环在全身游走。当区域性的MTB抗原接触到全身性致敏T细胞时，导致具有结核免疫独特性的Koch现象[5]。宿主机体的免疫，不是直接针对体内组织细胞里存活的MTB，而是针对MTB持续产生和释放的菌体产物抗原。因此，肺组织MTB抗原免疫原性及载量与宿主特异性细胞免疫应答的强度决定着疾病的严重程度及转归。这也合理解释了为什么与那些结核菌素皮试反应弱的人相比，皮试反应最强且免疫健全的年轻成年人更易成为临床结核病患者。就MTB感染而言，免疫反应越强对宿主机体损害越严重[26-27]。

从LTBI激活为活动性结核病的原因有很多，主要有以下几点：①LTBI者被活动性MTB感染后再激活。临床上发现的大多数活动性结核病，应该都是LTBI后，在某一个偶然的机会，宿主再次感染MTB，然后新感染诱发已经在体内致敏的结核特异性记忆T细胞，继而以迟发型超敏反应引发为活动性结核病。②因为HIV或者其他病原体感染导致的宿主免疫低下。③LTBI者滥用药物特别是使用免疫抑制类药物之后诱发的。④营养不良已经成为结核病发病的高风险因素。据统计，2019年全球新发1000万结核病患者中，约有220万例与营养不良有关[28-29]。脂肪环境能促进MTB的休眠。如果宿主在MTB的潜伏期急速丢失或者消耗脂肪组织，很可能会导致LTBI转化为活动性结核病[29]。其余高风险因素包括酗酒、抽烟、糖尿病等。

由于结核病发病机理的独特性，现有的动物模型很难模拟人类继发性结核病的真实发病情况，因此对继发性结核病的研究和认识还不够深入，缺乏干预靶位，阻碍了预防原发性结核病向继发性结核病发展的相关策略的研究[11，30]；对LTBI进行预防性治疗，也存在许多现实的问题[31-32]，且BCG对成人结核病的防控缺乏效力，导致LTBI人群很大，因此，加强筛查是防控结核病的首要措施。

6 全方位合作的强化筛查是防控结核病的首要措施

MTB感染者包括LTBI者、无症状患者和活动性患者等所有体内携带有MTB的人员。MTB的传播，往往发生在结核病的后期，也为主动筛查结核病提供了充足的时机。结核病的防控也符合普通传染病防控规律，即控制传染源、切断传播途径、保护易感人群，并遵循早发现、早隔离、早诊断和早治疗的“四早”原则。这个原则在2019冠状病毒病（coronavirus disease 2019,COVID-19）疫情防控中取得了显著成效，已被反复证明是应对重大突发公共卫生事件的重要法宝。“四早”原则中最核心的是早发现。早发现传染源，通过大数据跟踪云平台，可以及时切断传播途径和保护易感人群。

由于MTB的传染性极强，其在人类的自然储库存量巨大。应当对全社会结核病高危人群、密切接触人群等做好主动筛查。通过积极加强结核病筛查全面精准掌握人群中各种MTB感染者，包括活动性结核病患者、其他病原学阳性结核病患者和LTBI者的分布和人数，动态跟踪和管理MTB感染者，将庞大的人类社会MTB储库进行主动监控和压减，对于有传染性的MTB阳性肺结核患者，特别是耐药肺结核患者，应入院治疗，通过上述措施逐渐耗竭全球人类MTB储库。

当前 COVID-19全球大流行对结核病防控产生了深远影响[33-34]。中国 COVID-19疫情防控的成功经验表明，在传染病防控方面要注重人类、动物、环境间的关联性，强调跨学科、跨部门、跨领域的合作[35]。同样，应对结核病，我们应充分利用我国的体制优势，做好技术与行政的优化结合，在结核病筛查（查）、预防（防）、管理（管）、救治（治）具体实施路径上，保持政府、疾控、医疗及社区等在结核防治方面工作运行的全方位高度协同一致[36]，政府做好协调与监督，医疗机构设立临床哨点，社区卫生中心推行全民监测，各级疾病预防控制中心执行技术培训与指导，建立全社会立体的结核监测筛查网络。通过强化筛查，最终可以将MTB快速从人群中消减直至彻底清除，实现“终止结核流行策略”的目标。