水痘-带状疱疹病毒免疫机制的研究进展

邵丹玥 张雯 孟艳丽

(北京中医药大学第三附属医院,北京 100029)

水痘-带状疱疹病毒(VZV)是广泛存在于全球人口中的一种病原体,感染全球90%以上的人〔1〕。VZV原发感染常发于儿童时期,可发为以全身水疱性发疹为特征的水痘,并在感染后潜伏在宿主的神经元细胞中。随着年龄增长、免疫功能减退或其他因素影响,潜伏的病毒可再次激活,沿着外周神经扩散,引起带状疱疹(HZ)〔2〕。随着疫苗的普及,目前水痘的发病率基本被控制住,但是很多老年人出现HZ的现象较为普遍。对于初次感染VZV且免疫力低下或VZV再激活的人群,常会伴有脑膜炎、脑卒中、HZ后遗神经痛等并发症,降低患者的生活质量、甚至危及生命〔3〕。VZV感染发病机制目前尚不清晰,本文着重从免疫学机制方面研究VZV,以期为水痘、HZ及相关并发症的预防治疗提供理论依据。

1 VZV发病机制

1.1VZV感染的固有免疫和体液免疫应答 固有免疫系统是病原体进入机体后宿主体内起到保护作用的第一道防线,VZV感染后首先引起固有免疫应答。活化的T淋巴细胞及自然杀伤(NK)细胞分泌生成干扰素(IFN),使宿主在感染早期建立起系统的抗病毒体系,有效防控病毒的复制、传播,参与免疫清除〔4〕。随着VZV的活化,感染的T细胞活化成记忆性T细胞,损害机体免疫水平,最终病毒将突破IFN调节的固有免疫应答。在重度联合免疫小鼠模型研究中发现〔5〕,IFN-ɑ表达下调,从而使VZV的复制顺利进行,解释了VZV感染并突破的固有免疫过程。Di Bona等〔6〕研究表明,IFN-ɑ表达下调是由其相关分子磷酸化过程受到阻断导致的。NK细胞属于近年来新鉴定的先天免疫细胞之一,研究表明免疫遗传缺陷患者的NK损害水平与水痘严重程度呈正相关〔7〕。

体液免疫应答可以在宿主感染病原体后,产生抗病毒抗体,阻止病毒与宿主细胞受体结合,起到抵抗、中和病毒的作用。VZV特异性抗体在原发性感染形成水痘时产生,但不能阻止HZ的发生。HZ的发病与固有免疫及体液免疫均有相关性,其中尤其与固有免疫的关系更为密切〔8〕。

1.2T淋巴细胞——VZV运输传播 原发性感染VZV时,病毒在上呼吸道、上皮细胞中局部复制,并直接或通过其他被病毒感染的细胞如树突细胞(DCs)转移到扁桃体内的T淋巴细胞〔7〕。病毒在肝、脾等网状内皮系统器官中进一步复制,广泛传播到周身,最终运输到皮肤和黏膜〔9〕,产生水痘。在感染末期,VZV病毒隐藏在宿主脊髓根部神经元中。在初次感染中,VZV病毒感染使T细胞转化为记忆T细胞,参与病毒的运输传播,降低了免疫功能。水痘出现常需10～21 d,推测为T细胞感染皮肤组织所需时间,感染后的T细胞增加了皮肤归巢〔10〕,产生皮肤损害。SCID-hu小鼠感染VZV模型〔11〕和急性感染期间血液中VZV感染的T细胞的检测支持T细胞在病毒宿主内传播中的作用〔12,13〕。

2 VZV潜伏机制

2.1VZV抑制分子表达 VZV编码的基因产物可以使T淋巴细胞MHC-Ⅰ分子表达下调,降低T淋巴细胞对抗原敏感度,CD8+T淋巴细胞的免疫识别功能降低,所以在被免疫清除前的VZV,有时间复制及长期潜伏〔14〕。也有研究者认为〔15〕,VZV潜伏在的神经节中的神经细胞仅少量或不表达MHC-Ⅰ,因此躲避了免疫识别。Abendroth等〔16〕认为,VZV另一种躲避手段可能是通过抑制MHC-Ⅱ的表达,降低CD4+T淋巴细胞的免疫识别功能来实现的〔17〕。Morrow等〔18〕发现VZV感染不仅可以抑制MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ表达,还可以使DCs表面CD80、CD86等免疫分子减少,使得它们诱导活化T细胞增殖能力减弱,最后逃避免疫反应。Nikkels等〔19〕通过研究发现,VZV感染后,角质细胞中细胞间黏附分子(ICAM)-1无表达,抑制了由其介导的T细胞反应。白细胞介素(IL)家族是免疫反应重要介质,有研究指向VZV编码的miRNA能调控通路,抑制促炎、抗炎细胞因子的释放,以达到逃避免疫监视潜伏于宿主体内〔20〕。

2.2VZV激活细胞自噬 细胞自噬是宿主抗病毒的重要防御机制之一,也参与到免疫系统清除病原体的过程中。然而人类疱疹病毒也进化出多种机制躲避、破坏甚至通过诱导激活细胞自噬的方式,在人体内潜伏。赵阳等〔21〕检测到HZ患者血清中CD4+T细胞中自噬蛋白表达上调,并通过电镜观察发现VZV感染后皮损部位的表皮细胞中胞质内出现明显的自噬囊泡,表明VZV感染可以激活CD4+T淋巴细胞自噬,逃避免疫识别。何金蓉等〔22〕发现VZV可以诱导具有免疫防御功能的中性粒细胞发生自噬,并且使用自噬抑制剂3-ma能够有效阻止VZV感染导致的中性粒细胞自噬。蓝晓婕等〔23〕在VZV感染豚鼠背根神经节模型实验中,发现自噬抑制组的VZV结构及功能蛋白水平较空白组明显下降,反向证明了VZV感染激活细胞自噬发生。

3 VZV再激活机制

潜伏的VZV激活是HZ发病的关键,VZV通过免疫调节抑制了MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ等分子表达,并激活T淋巴细胞自噬,使得感染VZV的靶细胞难以被免疫识别,VZV将再次激活。VZV再激活的过程与模式识别受体识别病毒、T淋巴细胞亚群的相互作用及细胞因子的释放有着密切关系。

3.1模式识别受体 VZV 激活后,固有免疫系统通过模式识别受体识别病毒,并促进释放细胞因子、炎症因子,诱导IFN产生进行免疫清除。Toll样受体(TLRs)是第一个被发现的模式识别受体,可以连接固有免疫和适应性免疫。不同的TLR在人体固有免疫中作用不同。在人类TLR1～TLR11这11中模式识别受体(PRR)中,TLR2、TLR4、TLR7、TLR9已被证实参与HZ发病。细胞表面TLR2识别疱疹病毒;促进释放炎症因子。TLR4识别细菌内毒素;特异性识别VZV;促进细胞因子释放。核内体TLR7识别单链RNA;促进释放炎症因子。TLR9识别VZV细胞信号“传感器”;诱导固有免疫应答;诱导产生IFN。

3.2T淋巴细胞在VZV再激活中的作用

3.2.1CD4+T细胞与CD8+T细胞 机体免疫功能减退是 VZV 再激活发展为 HZ的关键因素。在组织学上,HZ发病伴随着皮损,也可见到免疫细胞、炎症细胞集中分布于神经元中,其中以 T 淋巴细胞为主。成熟T细胞表达的白细胞分化抗原将T细胞分为CD4+T和CD8+T细胞。它们被普遍认为是决定 VZV 再激活的最重要的T细胞。CD4+T及CD8+T细胞水平表达和免疫功能在HZ发生发展的各个阶段分别起着不同的作用。

CD4+T细胞在HZ急性发病期和亚临床期中都发挥着不可或缺的作用。在潜伏的VZV被再次激活期间,记忆性CD4+T细胞可以迅速识别病毒,并诱导释放有利于免疫清除的各种细胞因子。当宿主再次接触VZV时,体内CD4+T细胞数量升高,同时可以诱导炎症因子肿瘤坏死因子(TNF)-α及抗病毒因子IFN-γ。CD4+T细胞数量正常或升高状态,可以维持或减少体内病毒载量,防止皮损范围扩大。研究发现CD4+T细胞与水疱数量、皮损程度等呈显著相关性〔24〕。记忆性CD4+T细胞长期存在于人体中,在原发感染几十年后,CD4+T细胞水平约为0.1%〔7〕,而VZV再激活或亚临床期可使CD4+T细胞得到强化,在HZ发病后约2 w内升高约4倍,而在3～6 w后恢复潜伏期适度水平。

CD8+T细胞引起的免疫应答在 HZ 发病中也发挥着至关重要的免疫防御作用,CD8+T细胞可以识别更多种类的VZV感染细胞,并且可以通过分泌细胞因子,发挥杀伤效应。故CD8+T细胞的缺乏可导致病毒载量轻微升高。记忆性CD8+T在VZV感染中的研究滞后于CD4+T细胞的研究。Steain等〔25〕的实验发现大量记忆性CD8+T细胞存在于HZ患者背根神经节,表明CD8+T细胞参与了HZ细胞免疫应答。

3.2.2CD4+T/CD8+比例失衡 CD4+T/CD8+比值是免疫调节的一项指标,CD4+T/CD8+T的比例失衡,会造成机体免疫功能的异常,从而诱发HZ的发生。研究表明,VZV 激活后至皮肤损伤出现皮疹前期,CD4+T/ CD8+T比值显著下降;当开始出现皮疹时,CD4+T/CD8+T 比值开始逐渐升高,直至皮损消失后比值恢复到正常范围〔26〕。此外,HZ急性发作时,CD4+T/CD8+T比值越低则HZ后遗神经痛的发生率、疼痛程度越高。因此认为,该项指标倒置可作为免疫监视指标指导HZ预防治疗〔27〕。

3.3辅助性T淋巴细胞亚群在VZV再激活中作用

3.3.1Th1、Th2细胞在HZ中的作用 Th1、Th2、Th17和调节性T细胞(Treg)是辅助性T淋巴细胞。Th细胞发生偏移,免疫系统平衡被破坏,宿主体内潜伏VZV被重新激活,进而引发HZ。有研究表明HZ患者血清中Th1型和Th2型细胞因子分泌水平均有升高〔19〕。Zhang等〔28〕和陈娓等〔20〕的实验部分结果与此项研究结果有差异,Th1型细胞因子水平下降,Th2型细胞因子水平上升。但Zhang等〔28〕的实验中由Th1型细胞因子分泌的IL-2和TNF-α水平下降。Th2型细胞因子IL-4和IL-10水平上升。陈娓等〔20〕实验中Th1型细胞因子IFN-γ水平升高,而IL-2水平变化不明显。Th2型细胞因子IL-4水平亦无显著变化。研究者的研究结果不尽相同,可能是受疾病严重程度、病程长短、皮损程度影响。但两者实验中共同验证了Th1/Th2比值发生偏移。其中Th1细胞所占比例降低,Th2细胞所占比例增高,同时还发现Th1型的IFN-γ水平明显增高,而IL-2和IL-4水平无明显变化。通过以上的实验结果,可以说明Th1和Th2细胞均可介导免疫应答,其机制相似。

3.3.2Th17 在 HZ 中的作用 Th17是 CD4+T 细胞中的独特亚群。在VZV感染的早期,CD4+T 细胞在抗原活化、细胞因子作用下变成 Th17,产生 IL-17、 IL-21等细胞因子〔29〕。 研究发现 HZ 患者血清中 IL-6 和 IL-17 等促炎因子表达上调,诱导 Th17 细胞释放更多炎性因子,在VZV急性发病期发挥了一定的抗感染效应〔30〕。

3.3.3Treg在 HZ 中的作用 Treg能促进 CD4+CD25+Treg细胞的免疫抑制作用。CD4+CD25+Treg细胞是当前自身免疫性疾病、各种感染性疾病的研究热点,CD4+CD25+Treg细胞通过与Th17的相互作用、抑制,使机体免疫处于稳定状态。当Treg细胞相关的转化生长因子(TGF)-β1含量过多时,IL-6帮助诱导Th17细胞的分化,抑制Treg细胞生长。Treg细胞还可以通过调节CD4+T细胞和Th1细胞的功能间接参与HZ的发生〔15〕。

综上,了解VZV感染、潜伏与再激活机制对水痘及HZ的预防和治疗有重要意义。其中机体免疫相关机制贯穿了VZV发病至再激活的全过程,也是近年来研究水痘、HZ发病机制的切入点。未来研究可着重于分析信号通路、VZV分子结构与机体免疫系统相互关系等,可以为病毒感染的预防和控制提供重要的理论基础和实践指导。