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隐球菌性脑膜炎的免疫学发病机制

更新时间:2021-07-27 08:20点击:

  摘    要:隐球菌是一种嗜神经性的机会性致病真菌,隐球菌性脑膜炎(cryptococcal meningitis,CM)是极为凶险的中枢神经系统感染性疾病,治疗困难,病死率高。本文从隐球菌侵入中枢神经系统、免疫应答机制及免疫治疗方面进行系统阐述。
  
  关键词:脑膜炎,隐球菌性 变态反应和免疫学 免疫疗法
  
  隐球菌属真菌界担子菌门,菌体呈球形或卵圆形,细胞壁外包被一层荚膜,广泛分布于自然界中,是一种机会性致病真菌。隐球菌属内包括17种和8个变种,其中新型隐球菌及格特隐球菌可引起人类感染并致病[1-2]。隐球菌感染常发生于免疫功能不全人群,如人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus, HIV)感染者、接受免疫抑制治疗、恶性肿瘤及先天性免疫功能缺陷患者,但非HIV感染者、既往健康者感染隐球菌的报告也日渐增多[3-4]。隐球菌主要引起中枢神经系统、肺组织及皮肤等部位感染。隐球菌性脑膜炎(cryptococcal meningitis, CM)是隐球菌侵犯脑膜所引起的炎症,常与脑实质感染同时存在,是一种极为凶险的中枢神经系统感染性疾病,即使在经抗真菌治疗后CM患者的病死率仍可达20%~30%[3,5]。CM病死率高有以下原因,抗真菌药物毒副作用大、治疗周期长,患者难以耐受;存在耐药菌株的感染,导致抗真菌治疗效果不佳[6-7];隐球菌与宿主之间免疫反应复杂,免疫系统对隐球菌的识别,免疫反应的激活及效应等机制并未完全清楚,同时感染后继发的组织损伤也可导致患者预后不良[8-10]。因此,本文对隐球菌与宿主之间的免疫反应研究进展作一综述,以讨论CM免疫学发病机制及免疫治疗策略。
  
  1 隐球菌侵入中枢神经系统的机制
  
  隐球菌是一种嗜神经性微生物,即隐球菌相较于其他病原体更加容易突破血脑屏障引起中枢神经性感染[11]。隐球菌主要通过以下3种机制侵入中枢神经系统[11-12]。①跨细胞途径,隐球菌可与血脑屏障中毛细血管腔侧结合,并被内皮细胞内吞后进入中枢神经系统[5,13],其结合和侵袭依赖于宿主细胞受体(如CD44和模联蛋白A2)[14-15]和隐球菌的毒力因子(如尿素酶、磷脂酶B、透明质酸和一些金属蛋白酶)[5,16]。②细胞旁机制,该机制涉及血脑屏障紧密连接和内皮细胞间交叉的损伤[15,17],隐球菌通过分泌尿素酶、增强宿主基质金属蛋白酶活性等方式破坏血管内皮细胞的紧密连接的完整性,导致内皮细胞间隙增大后进入中枢神经系统[18]。③特洛伊木马传播机制,隐球菌被单核或巨噬细胞所吞噬后不仅可以逃避适应性免疫的攻击,而且通过隐藏在被感染的吞噬细胞内播散到其他组织,尤其是中枢神经系统[11,19],例如,隐球菌可以利用荚膜、黑色素和抗氧化酶抵抗吞噬溶酶体的杀伤作用,可分泌热休克蛋白同源物诱导巨噬细胞向非保护性的M2型巨噬细胞转变,以利于隐球菌的胞内繁殖和播散[20-21]。
  
  2 隐球菌感染与宿主免疫应答
  
  机体对隐球菌的免疫应答可分为固有免疫及适应性免疫应答,这两种免疫应答的协同作用对控制隐球菌感染至关重要。固有免疫通过对隐球菌的吞噬和消化,加工和提呈隐球菌抗原并激活适应性免疫,适应性免疫再通过多种细胞因子作用加强固有免疫的吞噬功能,以达到最终清除隐球菌的目的[22-23]。
  
  2.1 固有免疫应答
  
  参与固有免疫应答的细胞为巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞及中性粒细胞,巨噬细胞及单核细胞需要通过模式识别受体(pattern recognition receptors, PRRs)识别隐球菌相关的病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs), 激活相关的信号传导途径, 进而吞噬并清除隐球菌。PRRs是一类主要表达于宿主固有免疫细胞膜、胞内区室(如内体及溶酶体)膜、细胞质中的非克隆性分布的分子[24]。PAMPs是来源于病原体共有的保守成分,隐球菌的PAMPs主要成分为荚膜多糖、甘露聚糖、甘露糖、核酸等。目前发现参与隐球菌识别的PRRs主要有识别核酸的Toll样受体(Toll-like receptors, TLRs), 识别多糖的C型凝集素受体(C-type lectin receptors, CLRs), 还有核苷酸结合寡聚化结构域样受体(nucleotide binding and oligonerization domain like receptors, NLRs)[24]。隐球菌及其孢子经人体呼吸道吸入肺内沉积在肺泡中,肺泡吞噬细胞通过PRRs识别隐球菌的PAMPs后将其吞噬形成吞噬溶酶体,经吞噬细胞内酸化、炎性小体激活、活性氮氧化物、细胞因子等作用下导致隐球菌变性裂解,同时吞噬细胞及树突状细胞发挥抗原提成作用激活适应免疫,进一步杀灭隐球菌,在机体免疫功能正常时,入侵的隐球菌大部分被机体清除,无明显感染症状[22,24]。但是当机体免疫力功能受损或低下时,隐球菌也可通过多种方式逃避固有免疫攻击并大量增殖。首先,隐球菌进入宿主后,通过增加菌体荚膜的厚度,隐藏其分布在细胞壁上PAMPs, 从而避免吞噬细胞的识别及吞噬;增厚的荚膜还能够抵御宿主活性氧化物、抗菌肽的杀伤[1,2,5,8]。隐球菌一旦被吞噬后可利用其肥厚的荚膜抵御胞内过氧化物的侵袭,改变胞内环境利于其生长[8,25-26]。隐球菌可分泌热休克蛋白70同源物、修饰宿主白细胞介素(interleukin, IL)25受体信号通路等改变吞噬细胞分化的内环境及蛋白质表达,使其分化为M2型巨噬细胞,以利于隐球菌在胞内增殖[27-30]。但是,隐球菌与宿主之间的固有免疫应答机制极为复杂,如感染后单核-吞噬细胞的分化特征及隐球菌如何改变其分化方向仍不完全清楚[20-21,29]。
  
  2.2 适应性免疫应答
  
  机体对隐球菌的适应免疫应答由细胞免疫及体液免疫组成。宿主在感染隐球菌后可产生保护性的抗隐球菌抗体,而在健康人群中甚至是5岁免疫功能正常的儿童中也可检测到抗隐球菌抗体,这提示早期机体暴露隐球菌后就可产生抗体反应[31-32],而机体产生的一些自身抗体也可能导致隐球菌病加重,如抗干扰素γ(interferon-γ, IFN-γ)抗体、抗粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte macrophage colony-stimulating factor, GM-CSF)抗体[33]。相较于体液免疫,细胞免疫的抗隐球菌作用更为明显,但针对其免疫应答机制的研究主要来自于新型隐球菌感染啮齿类动物模型,而人类的存在较多未知的部分需要探究[23]。隐球菌感染固有免疫中的吞噬细胞及树突状细胞将隐球菌抗原提呈至初始T淋巴细胞,从而激活以细胞免疫为主的适应性免疫应答,来自于动物模型研究的基本过程为,初始T淋巴细胞识别隐球菌抗原后分化为辅助性T细胞(helper T cell, Th),即Th1、Th2、Th17细胞。①Th1细胞分化及作用:Th1细胞是初始T淋巴细胞在IL-12、IFN-γ的作用下分化为而来,此后Th1细胞可分泌IL-2、IL-12、IL-15、IFN-γ、颗粒溶解素等细胞因子杀伤隐球菌,进一步招募并促使吞噬细胞极化为M1型巨噬细胞,加强对隐球菌的吞噬及清除作用。②Th2细胞分化及作用:Th2细胞是初始T淋巴细胞在IL-4、抗原提呈细胞分泌的共刺激分子CD86及OX40L作用下分化形成,Th2细胞分泌IL-4、IL-5、IL-13,引起嗜酸性粒细胞增多并促使吞噬细胞极化为M2型巨噬细胞,最终导致隐球菌播散、病情加重。③Th17细胞分化及作用:Th17细胞是初始T淋巴细胞在IL-23作用下分化形成,可促使吞噬细胞向M1型巨噬细胞极化,对机体抗隐球菌有保护作用但并非必要的[34-37]。人类的隐球菌适应性免疫机制更为复杂,虽然在Th1细胞分化及作用机制与动物模型相似,但Th2 、Th17细胞的功能尚不完全明确,有研究提示Th2细胞并不会导致疾病的加重,此外感染初始细胞因子与适应性免疫的关系及相互作用亦不明确[23,38-39]。
  
  3 CM的免疫治疗
  
  隐球菌与宿主之间的免疫反应是一个动态的相互作用的过程,适当的免疫反应可清除隐球菌或维持在共生的状态,当免疫功能不全时隐球菌侵入致病,而免疫反应亢进时又导致自身组织损伤[40-41]。免疫治疗的目的在于有效地增强宿主清除隐球菌能力,并且避免不适当的免疫反应引起组织损伤[10,42]。有报道提示应用免疫增强剂如IFN-γ可以增强机体的抗隐球菌能力,但可能导致炎症加重,并可能造成不可弥补的神经损伤[43]。使用包括糖皮质激素在内的辅助免疫抑制剂来抑制病理性炎症反应和控制脑水肿,改善临床预后,但该种治疗应遵循个体化治疗的原则,应充分考虑机体所处的免疫状态、抗真菌药物应用强度、隐球菌抗原滴度、脑脊液炎性指标及颅脑影像表现等[41,44-45]。隐球菌疫苗的基本原理是通过减毒的隐球菌抗原刺激机体产生抗隐球菌的细胞免疫及体液免疫并形成记忆,但这种传统方法制备的疫苗对免疫功能缺陷,尤其是适应性免疫应答不足的人群效果不佳,而发生隐球菌感染的多为免疫功能缺陷人群[46-48]。利用IFN-γ刺激缺乏适应性免疫小鼠模型产生较为持久的固有免疫反应,并诱导产生记忆性巨噬细胞,促进病原体特异性的免疫应答,这可能为开发作用于固有免疫的疫苗提供了思路[49]。也有不同研究团队在动物模型中,开发了用减毒热灭隐球菌酵母菌过表达Znf2(菌丝发育的主要调节因子,可能导致隐球菌生长不良)的相关疫苗,但在试验中它的抗真菌作用并不令人满意[48]。因此,目前仍没有能有效预防隐球菌感染的疫苗应用于临床。
  
  4 小结
  
  隐球菌是一种噬神经性的机会性致病真菌,CM是隐球菌感染中最为凶险的疾病。隐球菌感染与宿主之间的免疫反应极为复杂,固有免疫及适应性免疫通过相互协同的作用识别并清除隐球菌,隐球菌可通过荚膜保护、黑色素毒力、改变免疫细胞分化等方式逃避免疫系统的攻击,以达到增殖与播散的目的,隐球菌感染后的宿主免疫功能紊乱可导致免疫激活综合征,进一步损伤机体组织。免疫治疗可改善部分患者的预后,但需要根据患者免疫状态、隐球菌负荷等采取个体化的治疗。
  
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