固有免疫和适应性免疫在川崎病及冠脉病变发生机制中的研究进展*

刘 露 张英谦

1 河北北方学院研究生学院,河北省张家口市 075000; 2 河北省儿童医院心内科 河北省小儿心血管重点实验室

川崎病(Kawasaki disease,KD)是一种全身系统性的免疫性血管炎,主要发生在5岁以下的儿童,是儿童获得性心脏病的主要原因。它主要累及全身的中小动脉,尤以冠状动脉为主,有15%～25%未经有效治疗的患儿可出现冠状动脉瘤(CAA)、血栓、冠脉狭窄甚至猝死等严重并发症[1]。本病的病因和发生机制仍然未知,感染、遗传易感性、免疫系统紊乱等均被证明与KD的发病有关[2]。目前,研究认为机体免疫系统失衡在KD的发病机制中扮演了重要作用。大多数研究者发现,在KD及冠状动脉损伤(Coronary artery lesion,CAL)中,会出现机体的动态免疫失调,包括早期固有免疫的增强以及适应性免疫中Th17/Treg/CTL/B细胞反应的失衡[3]。本文就国内外有关固有免疫和适应性免疫在KD及冠脉病变发生机制中的研究进展进行综述,为临床预防及诊疗KD及CAL提供新的研究思路。

1 固有免疫在KD及冠脉病变中的作用机制

固有免疫系统是机体在种系发展、演变和进化中逐步产生的一种天然免疫系统,主要由组织屏障、固有免疫细胞和固有免疫分子,如Toll样受体(TLRs)、补体等构成。

1.1 血—心屏障 血—心屏障是血液系统与心内膜细胞间的一个重要的理化屏障,心内膜发挥分泌、调控炎症性免疫应答及修复损伤血管的功能,有利于维持心脏的内环境稳态。血管破损时,心内膜的内皮细胞分泌丰富的血管性血友病因子(vWF因子)与血小板膜GPⅠb-Ⅸ复合物及内皮下胶原结合,诱导血小板于血管损伤处黏附,参与血管修复过程[4]。心内膜内皮细胞合成的vWF因子和P选择素还参与炎性免疫过程,在免疫复合物介导的血管炎中二者促使中性粒细胞汇集于炎症部位,增加病变血管通透性,而敲除vWF基因的小鼠炎症部位的中性粒细胞明显减少。推测vWF因子可能通过募集中性粒细胞促进KD血管炎的发生。心内膜所含的血管内皮生长因子(VEGF)和Cx40基因是血管生成必不可少的因素,VEGF促使心内膜向冠状动脉内皮细胞转变,Cx40表达上调使得内皮细胞表现为动脉表型,其可参与心肌梗死后新冠状动脉血管的形成。提示心内膜屏障可能对于冠脉损伤后的修复与重建治疗具有重要意义。Jakob等[5]发现,在CAL的KD患儿中,vWF:胶原蛋白结合(CB)/vWF:抗原(Ag)的比率显著降低,CAA的患儿比值降低更为明显,提示vWF:CB/vWF:Ag比值较低的患儿发生CAA的风险可能更高。vWF因子有望成为KD患儿发生冠脉病变的潜在标志物,临床医生应增强对此类患儿的随访与诊疗。

1.2 固有免疫细胞

1.2.1 单核/巨噬细胞及相关调节因子。单核/巨噬细胞是机体核心的固有免疫细胞。当机体遭遇病原微生物攻击时,巨噬细胞会分化成M1和M2巨噬细胞,M1巨噬细胞可产生一氧化氮(NO)、白介素(IL)-1β、IL-2、IL-6等炎症因子,促进Th1的活化,产生促炎反应;M2型巨噬细胞提高IL-10和趋化因子的表达,促进Th2的活化,参与抗炎反应及血管生成过程[6]。IL-1β主要由前哨细胞(单核/巨噬细胞)分泌,且IL-1家族的细胞因子和受体主要参与固有免疫应答[7]。有研究发现在KD患儿急性期的血清中,IL-1β的浓度高于健康儿童,提示在KD早期,机体可能存在单核巨噬细胞的异常活化,但CAL组与NCAL组的IL-1β的水平无显著性差异[8]。同时,Hashimoto等[9]利用IL-1β拮抗剂抑制IL-1β的表达能有效减轻KD模型小鼠的血管炎,降低IL-1β的表达在巨噬细胞激活征中也有较好的效果。表明活化的巨噬细胞通过分泌大量IL-1β参与KD血管炎的发生发展,抑制巨噬细胞活化而降低IL-1β分泌可能是预防或减轻KD血管炎发生的手段之一,但IL-1β是否参与冠脉损伤的发生过程仍需进一步研究。

高迁移率族蛋白B1(HMGB1)是一种DNA结合核蛋白,它能特异性刺激单核细胞合成肿瘤坏死因子-α(TNF-α),TNF-α也能反作用于单核细胞使其释放HMGB1,形成正反馈回路介导先天免疫反应[10]。研究发现,KD患儿的急性期血清中高表达HMGB1和RAGE(HMGB1的受体)基因。推测HMGB1可能通过与其受体RAGE结合后作用于巨噬细胞产生炎症反应,提示HMGB1/RAGE通路可能在KD的急性期被激活,但因CAL病例数不足,无法知晓HMGB1/RAGE通路在CAL的作用。之后,Qian等[11]进一步研究发现,HMGB1/RAGE/NF-κB通路参与KD冠脉损伤的过程,且在兔KD模型的冠状动脉内皮细胞中验证了该通路的存在。表明HMGB1可能不仅通过单核巨噬细胞的正反馈环路介导KD冠状动脉炎,还能直接作用于冠状动脉内皮细胞产生损伤。HMGB1有望作为KD的炎症指标,并且在预测冠脉病变方面提供临床价值。

巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)是一种调节先天免疫的炎症介质因子,主要由单核/巨噬细胞合成释放。MIF不仅能抑制巨噬细胞的迁移活动,使巨噬细胞定向游走于炎症损伤部位发挥作用,而且具有调节促炎因子释放,抑制细胞凋亡的功能。Hoshina等[12]认为MIF与其受体CD70靶向调控ERK/MAPK通路,该通路的激活促进KD的发生发展。MIF不仅在炎症部位的血管中高表达,而且在KD患儿的血清中表达也显著上调,提示在患儿体内有巨噬细胞的活化并其分泌的MIF释放到外周血中诱导血管炎的发生。目前,MIF在KD及CAL的作用机制研究较少,有待日后进一步研究。

1.2.2 NK细胞和中性粒细胞。有研究发现在KD的急性期,患儿的NK细胞比例下降。NK细胞分泌的炎性因子如TNF-α和干扰素-γ(IFN-γ)浓度降低,调节T、B细胞的作用减弱,打破机体固有免疫与适应性免疫的平衡推动KD的炎症反应的进展。提示NK细胞在固有免疫与适应性免疫之间发挥重要的桥梁作用,此研究未明确CAL与NK细胞参与固有免疫调节的关系,未来应针对该问题分析研究。同时,Takahashi等[13]观察到在KD的早期大量的CD66+中性粒细胞的浸润于冠状动脉的中膜区域,由中性粒细胞产生和释放的蛋白酶、自由基等相关因子推动CAL的进展。表明中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂可能成为治疗CAL的新靶点。Choi等[14]报道静脉注射免疫球蛋白(IVIG)抵抗的KD患儿,外周血中NK细胞显著降低,提示NK细胞可能在KD的病理生理机制和IVIG治疗后的免疫应答中起一定作用。

1.3 固有免疫分子

1.3.1 Toll样受体。病原相关分子模式(PAMPs)与固有免疫细胞表面的模式识别受体(PRRs)结合在固有免疫应答中起关键作用。Toll样受体(TLRs)是PRRs家族成员之一,主要激活下游NF-κB通路。有研究报道在KD急性期,TLR2、MyD88和TRIF的水平升高,经IVIG治疗后的患儿外周血单核细胞表面TLR2、3、9及信号传导介质MyD88和TRIF的转录物水平较治疗前明显降低。这可能与IVIG阻断NF-κB通路介导的先天免疫应答以及抑制固有免疫细胞分泌内源性致炎因子:TNF-α、IL-1和IL-6相关。有实验表明TLR4和MyD88不仅在KD急性期高表达,而且在CAL患儿血清中的表达水平也显著升高。提示TLR4-MyD88通路可能参与KD及冠脉损伤过程,下调TLR4及MyD88的表达并阻碍此信号通路的传递可能为治疗KD及CAL提供新的科研思路。此外,Huang等[15]发现与健康儿童相比,KD患儿的TLR2、6、9 mRNA水平显著升高,而急性期TLRs的CpG位点甲基化水平较低,证明DNA甲基化水平可能会抑制TLRs的mRNA基因表达。探索TLR相关通路的调控机制及不同亚型在KD及冠脉病变中的作用,有助于为KD的临床诊断和治疗提供新的研究方向。

1.3.2 补体。补体(C)系统由血浆和细胞表面的30多种蛋白质组成,是重要的固有免疫效应分子,通过经典途径、凝集素途径和替代途径发挥溶菌杀菌、中和及溶解病毒及炎症介质的作用。多种系统性血管炎的发病机制可能与补体的过度激活有关[16]。Weng等[17]发现KD合并CAA的患儿血清C1q/肿瘤坏死因子相关蛋白-1(C1q/CTRP1)浓度明显高于健康儿童。提示KD启动子区CTRP1甲基化水平低影响转录,导致下游蛋白水平上调介导CAA的发生,说明CTRP1可能是KD患儿发生CAA的潜在预测标记物。

2 适应性免疫在KD及冠脉病变中的作用机制

2.1 T细胞介导的细胞免疫 基于T细胞表面受体、分泌物质和执行免疫功能的不同,分为辅助性T细胞(Th)、调节性T细胞(Treg)和细胞毒性T细胞(CTL)三个亚群。

2.1.1 Th细胞。Th是含量最多的T细胞亚群,具有辅助T、B细胞应答的功能,前体Th在抗原的刺激下分化为Th0的中间阶段,在不同因素的作用下,Th0向Th1、Th2和Th17等不同的亚群分化。在自身免疫性疾病中,转化生长因子-β(TGF-β)和IL-6可激活Sata3通路增强转录因子ROR-γt和ROR-α的表达诱导Th0向Th17分化,从而发挥重要的免疫应答和炎症损伤作用[18]。Th17主要分泌IL-17和IL-22等促炎因子,参与多种自身免疫性疾病,如系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎和痛风性关节炎等。KD作为一种自身免疫性病,在疾病初期,KD患儿Th17频率及血清IL-17和IL-22的水平较健康对照组明显升高,且Th17细胞频率与IL-17和IL-22水平呈正相关,说明Th17细胞可能通过分泌促炎因子IL-17和IL-22促进KD血管炎的发生。Larosa 等[19]发现,IL-23可稳定维持Th17的表型并能刺激Th17合成释放IL-17,提示Th17/IL-17轴在KD的早期免疫应答中起到了关键作用。此外,CAL的患儿外周血中Th17 表达水平显著高于无CAL组,可见Th17对KD患儿发生CAL也起了一定作用。观察Th17及分泌的炎性因子的变化,有助于KD及CAL的早期诊断。

2.1.2 Treg细胞。Treg是一类具有免疫负调控功能的CD4+T细胞亚群,通过生成TGF-β、IL-10等抑炎因子抑制自身反应性T细胞应答及炎症性自身免疫反应。转录因子(FOXP3)是Treg的特异性表面标记,对Treg的发育成熟和免疫功能至关重要。多项研究显示,KD患儿外周血中FOXP3表达量明显减少,Treg占比显著下降,经IVIG治疗后患儿血中Treg的含量逐渐升高,说明Treg可能参与KD的免疫调节机制[20]。此外,尽管KD患儿外周血中的TGF-β和IL-10的表达量显著高于发热对照组,且经IVIG治疗后的FOXP3基因表达显著增加,但CAL组及无CAL组的血浆IL-10、TGF-β及FOXP3 mRNA的表达量无显著差异。说明Treg对冠脉病变可能是一种保护机制,但并非通过IL-10及TGF-β介导此类免疫反应。因此,探究Treg分泌何种细胞因子介导免疫反应参与KD冠脉病变的过程是未来研究的重点。然而,有研究发现KD患儿的IL-10和TGF-β mRNA表达水平显著降低与Treg功能受损及Th17和Treg的平衡紊乱有关。关于Treg分泌的相关因子IL-10和TGF-β表达量的高低不一,研究者需要深入探究Treg在KD中的具体作用机制。

2.1.3 CTL。CTL即CD8+T细胞,是一类具有特异性免疫杀伤效应的T细胞亚群,主要针对外来病毒抗原发挥特异性杀伤作用,CTL对靶细胞的杀伤作用可通过多种机制实现。首先,CTL可以通过释放细胞毒性颗粒如颗粒酶和穿孔素等传递促凋亡分子间接介导靶细胞凋亡。其次,CD8+T细胞识别感染的靶细胞表面Fas受体和Fas配体,与其结合后直接诱导靶细胞凋亡。此外,抗原提呈细胞表面的MHCⅠ类分子与CTL表面特异性T受体结合,刺激CTL分泌TNF-α和IFN-γ等细胞因子促进炎症反应的发生[21]。Noval Rivas等[22]研究发现KD小鼠的冠状动脉中CD8+T细胞表达显著增高,且耗竭CD8+T细胞能保护并减弱KD小鼠冠状动脉炎的发生。因此,推测CD8+T细胞的浸润驱动KD小鼠冠状动脉炎的发生发展。另外,KD急性期外周血中的CD8+T细胞异常活化,可能与CD8+T细胞表面的ActRIIA受体表达异常增高有关。然而,激活素A与ActRIIA结合后能抑制ActRIIA的表达,从而降低外周血CD8+T细胞的活性[23]。激活素A有望作为KD早期干预的治疗手段。在机体抵抗病毒感染时,滤泡细胞毒性T细胞(Tfc)显著增加,提高机体清除病毒的能力。与未形成冠脉瘤的患儿相比,KD合并CAA的患儿外周血中的Tfc表达量明显升高,不仅提示Tfc在CAA的形成中有着不可忽视的作用,也说明KD可能与病毒感染有关。这为预测KD及CAA的发生提供新的检测指标。

2.2 B细胞介导的体液免疫 B细胞始于骨髓组织,经特异性抗原刺激后,在Th辅助作用下增殖分化为浆细胞及少量的记忆B细胞,合成和释放特异性抗体介导体液免疫。众所周知,IVIG用于治疗KD患儿的炎症反应,能降低CAA的发生率。KD合并CAA的标本中有大量浆细胞的浸润,提示B细胞异常活化可能是导致KD及CAL发病的机制之一[24]。研究表明,急性期的KD患儿骨髓中浆细胞占比增多,且血清IL-4和IL-6表达上升,提示IL-4和IL-6的升高可能刺激骨髓中B细胞的成熟活化,参与KD的体液免疫应答。Zhang等[25]发现,接受IVIG治疗前,KD患儿体内的CD19+B细胞绝对值及IL-10的表达增高,IVIG治疗后两者水平明显降低,且二者间呈正相关关系。说明急性期KD患儿体内的体液免疫应答异常活跃,B细胞分泌具有抗炎作用的IL-10来维持体内的免疫平衡,二者既可以用于临床评估IVIG治疗的有效性也能作为KD的炎性指标反映患儿体内的炎症情况。另有研究显示,外周血B细胞中B淋巴细胞酪氨酸激酶(BLK)的表达减低与KD的基因易感性有关,在KD的急性期,具有rs2736340等位基因的人BLK的表达水平显著降低,由于低表达的BLK会阻碍B细胞表面受体刺激的信号传导,抑制B细胞分泌抗体,最终导致机体的体液免疫紊乱及抗炎能力的减退。在基因层面上了解B细胞的致病机理,可以帮助研究者开发精准化诊断和治疗KD的新策略。

综上所述,固有免疫和适应性免疫的平衡失调是导致KD及冠脉病变发生的重要机制之一。固有免疫作为人体免疫的第一道防线,在炎症反应的初期启动体内的固有免疫系统,使固有免疫屏障中的vWF因子发挥组织修复作用,固有免疫细胞分泌多种炎性因子和调节因子介导免疫应答,TLRs和补体过度激活产生炎症反应。适应性免疫在KD及CAL中也有重要地位,细胞免疫既可通过分泌细胞毒性颗粒促进KD血管炎的发生,也可产生IL-10、TGF-β等抗炎因子保护机体,抑制KD血管炎的发展,B细胞在T细胞的辅助下分化成熟并分泌特异细胞因子介导体液免疫参与KD及CAL的致病,且B细胞本身的基因表达与KD的易感性有着不可忽视的关系。目前,固有免疫和适应性免疫的调控网络在KD及冠脉病变中的具体作用机制尚未完全阐明,还需研究者进一步深入探索。