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肠道病毒71型手足口病致神经系统发病机制的最新进展

来源:未知 时间:2018-06-04 23:40:03 责编:admin 阅读:
肠道病毒71型(Enterovirus 71,EV71)是导致手足口病(hand foot and mouth disease,HFMD)的主要病原体之一,作为一种嗜神经组织性病毒与引起HFMD婴幼儿严重的神经系统并发症密切相关。目前研究发现,EV71感染后引发机体一系列改变,包括机体的免疫反应变化、细胞因子级联活化、神经细胞凋亡等。本文就EV71HFMD患者机体发生神经系统病变机制的最新研究进展做简要介绍。
 
肠道病毒71型(EV71)属小RNA病毒科(picornaviridae)、肠道病毒属A组,是一种新型嗜神经组织性肠道病毒。1969年Schmidt等首次从美国加利福尼亚州1例脑膜炎患儿的脑脊液、脑组织和粪便中分离得到EV71,1972年确定为引起HFMD的常见病原体。EV71感染引起的HFMD症状多数轻微,仅表现为皮疹或疱疹性咽峡炎,预后良好。然而,部分患者可引起重症感染,发生无菌性脑膜炎、脑干脑炎、脊髓灰质炎样麻痹、神经源性肺水肿等多种与神经系统相关的严重并发症,极少数病例甚至不出现皮疹等HFMD的典型症状,往往预示着病情凶险,病情进展快,致残率及致死率高。EV71被认为是继脊髓灰质炎病毒后最值得关注的嗜神经组织性肠道病毒,也被喻为“21世纪的脊髓灰质炎”。
 
一、EV71手足口病的流行病学特点
 
白1969年美国学者Schmidt等首次分离EV71以来,至今为止EV71感染已在全球引起3次大范围的暴发与流行。其在亚太地区呈逐年上升趋势,并发现更多的感染者出现严重的神经系统并发症。如1997年马来西亚暴发EV71HFMD,共有2628例患儿发病,其中39例为急性脊髓灰质炎样麻痹或无菌性脑膜炎,30余例患儿死亡4;1998年台湾EV71感染,共发生129106例HFMD和红斑疹,其中405例发生严重的中枢神经系统感染,78例患儿死亡,死亡原因主要为合并中枢神经系统感染。我国继1981年上海首例报道后,北京、天津、山东、福建、吉林等地均有EV71感染病例报道。2008年3月HFMD在安徽省阜阳暴发并迅速蔓延到多个省份,当年全国共有488955例HFMD患者,死亡126例。我国卫生部统计2009年HFMD发病1155525例,死亡353例,较2008年发病率提高35%,病死率提高80%;2010年疫情来得更凶猛、更严重,累计报告病例就达1,774,669例,累计报告死亡病例905例,较2009年发病率提高52.81%,病死率提高54.89%。以上数据表明EV71HFMD的发病率及重症发生率均呈逐年上升趋势,预防控制形势十分严峻。因此,关注EV71嗜神经性和神经系统并发症尤为重要。
 
二、EV71引发神经系统并发症的主要特点
 
根据EV71感染发生的临床特点,可分为4期:手足口病期,中枢神经系统感染期,呼吸循环衰竭期和恢复一后遗症期8。现有研究报道中,EV71感染的重症HFMD以中枢神经系统紊乱为主要特征,且多见于婴幼儿。EV71主要通过诱导中枢神经组织炎性反应(脑炎、无菌性脑膜炎和脑干脑炎)而导致神经系统紊乱,其中病变最常见于大脑皮层、脑干和脊髓,而在小脑皮质、丘脑神经核、外周神经及自主神经节较少。神经组织病理学主要特征为血管周围套、大量水肿、噬神经细胞现象和小角质细胞结节,类似于其他病毒引起的脑炎变化。EV71抗原及RNA只在吞噬细胞和神经元突起可见,但未能检测到病毒包涵体。
 
除病毒自身、宿主和环境因素与EV71的易感性和临床神经系统并发症密切相关外,患儿年龄是EV71感染致重症或死亡病例的最显著高危因素,尤其是3岁以下的婴幼儿。此外,研究证实HLA-A33是亚洲人较白种人多发的易感因素,并且HLA-A2也可能是心肺衰竭高发的相关因素“。细胞毒T淋巴细胞抗原4(cytotoxic T-lymphocyte antigen-4,CTLA4)是一种表达于宿主淋巴细胞表面与免疫信号传递有关的配体蛋白分子,在与B7结合后能负调节T细胞的活化,参与机体对病原体感染的细胞免疫过程。采用组织病理学、免疫组织化学法、RT-PCR法检测中枢神经系统有关细胞包括神经元、神经元突起以及相关炎性细胞所表达的EV71抗原。对EV71感染的脑炎患者行超声和核磁共振(MRI)检查均显示中枢神经系统皮质和灰质均发生广泛炎症。根据疾病的不同临床症状和严重程度,通过MRI扫描受损部位发现主要涉及延髓、脑桥、中脑及小脑核。EV71感染死亡病例主要是神经性肺水肿或肺出血,炎症仅见于脊髓和大脑区域,而在心、肺组织未检测到EV71病毒颗粒或炎症表现。
 
急性驰缓性麻痹(acute flaccid paralysis,AFP)是EV71感染和其诱发脑脊髓炎的重要并发症之一,其中2%~10%的EV71感染并发脑脊髓炎患者可进展为AFP,MRI显示引起麻痹位点主要取决病灶是否位于脊髓前角和脊神经根。研究表明EV71导致麻痹程度较脊髓灰质炎病毒所致AFP轻,并且单侧AFP可逆转,双侧AFP和双侧前角病变则多遗留运动障碍。EV71合并肺衰竭恢复后,约60%患者有肌无力、肌萎缩等后遗症。因此,EV71感染引发的神经源性肺水肿可能与患者康复后后遗症的严重程度有关。
 
三、EV71引发重症并发症相关免疫应答
 
近年来,诸多研究证实EV71感染后机体的免疫反应变化与EV71所致重症并发症密切相关。EV71引发重症并发症中多表现为神经源性肺水肿(neurogenic pulmonary oedema,NPE),NPE在起病第1~3d突然发生心动过速、呼吸困难、发绀和休克,病情凶险,预后不佳;组织病理学检查结果提示属于神经源性而非炎症性,但具体机制尚不清楚。Lin等发现EV71感染者常见特征为血清中NK细胞、CD4+T和CD8+T淋巴细胞数量显著下降,前致炎细胞因子,如TNF-α、11-1B、IL-6的水平均高于仅合并脑炎患者;血清中TNF-α、11-1B、IL-6的水平在健康人群和仅合并脑炎患儿之间无显著差异,提示这3种前致炎因子与EV71感染合并肺水肿的发生有一定关系。Wang等也证明肺水肿患者血清中T淋巴细胞相关细胞因子IL-10、IL-13和IFN-γ水平升高,且脑脊液中IL-6、IFN-β和IFN-γ也升高,并且脑脊液中IL-6水平升高在中枢神经系统感染早期与肺水肿发生有密切关系,由此可以将血清IL-6水平作为一项重要的判断临床预后指标。另外,合并脑干脑炎及肺水肿患者血清中免疫因子和趋化因子如IL-8、IFN-γ诱导蛋白(interferon-γ inducible protein,IP-10)、单核细胞趋化蛋白(monocyte chemoattractant protein 1,MCP-1)和IFN-γ诱生的单核因子(monokine induced by IFN-γ,MIG)均高于仅中枢神经系统受累患者;同时出现脑干脑炎及肺水肿患者脑脊液中IP-10、IL-8水平显著高于正常对照组,以上提示EV71感染引发肺水肿源于中枢神经系统病变。
 
临床上应用一种被动免疫治疗-静脉注射免疫球蛋白(intravenous immunoglobulin,IVIG),即通过转移大量抗体中和患者体内各种病原体。研究显示EV71感染合并肺水肿患者经IVIG治疗后,血清中IL-6、IL-8、IL-10、IL-13和IFN-γ水平显著下降,由此表明以上细胞因子在肺水肿发病过程中起到一定作用,IVIG治疗对EV71感染引起的早期肺水肿有一定的疗效。
 
四、EV71引发神经系统并发症的机制
 
1. EV71感染诱导宿主免疫反应:EV71合并脑炎患者可诱导中枢神经系统各级水平的炎性反应,Wong等通过尸检检测到中枢系统EV71RNA和抗原阳性得以证明。上述研究探讨EV71诱导中枢神经系统并发症的机制,表明前致炎细胞因子与神经源性肺水肿可能存在一定关系,且EV71感染免疫细胞引起大量前炎症细胞因子释放进而促进疾病的重症化。培养EV71感染的人T细胞株(Jurkat)、巨噬细胞株(THP-1)和外周血单核细胞时,可诱导这些免疫细胞株产生前炎性因子如TNF-α、巨噬细胞移动抑制因子(macrophage migration inhibitory factor,MIF)等。EV71感染人树突状细胞(dendritic cells,DCs)后,通过DCs特异性细胞间黏附分子一3捕获非整合素(DC-specific intercellular adhesion molecule-3 grabbing nonintegrin,DC-SIGN)通路刺激DCs释放前炎性因子IL-6、IL-12和TNF-α。该研究发现NF-κB激活可能为EV71感染产生前致炎因子另外通路的标志,如介导调节产生IFN-β、TNF-α,故激活NF-κB可能与炎症发生有一定关系。血管细胞黏附分子(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)是促进中性粒细胞或淋巴细胞与血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)结合的因子,中性粒细胞与VSMC相互作用在EV71感染过程炎症和免疫反应发生中起一定作用。EV71感染通过激活PDGFR、PI3K/Akt、p38MAPK、JNK和NF-κB通路诱导表达VCAM-1;相反,通过VCAM-1抑制剂可降低EV71诱导中性粒细胞与VSMC的结合力。最近研究发现EV71感染的SN-K-MC细胞中COX-2表达升高,并且COX-2、PGE2代谢产物能促进EV71在神经细胞中的复制,可见COX-2信号转导通路可作为EV71感染所致神经系统并发症的发病机制通路之一。
 
2. EV71感染诱导神经细胞凋亡:Chang等证实EV71感染后可见神经细胞凋亡,形态学上主要表现为DNA裂解、凋亡小体的形成。EV71感染神经细胞发生凋亡标志为早期凋亡、磷脂酰丝氨酸从内侧易位到外侧质膜小叶。细胞凋亡为防止病毒子代产生和传播的病毒防御保护机制。为明确EV71感染所致神经细胞凋亡的具体激活途径,Chang等通过观察EV71感染细胞内caspases的表达,发现由活化和裂解caspases-9介导的线粒体途径被认为是EV71诱导神经细胞凋亡的主要途径。细胞色素C从线粒体内外溢到细胞浆,随后被caspases-9裂解,这一过程也被认为是诱导神经细胞凋亡的途径之一。细胞周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinase 5,Cdk5)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白,能够在不同分化阶段的神经细胞上表达,又是神经细胞受到毒性刺激的信号感受器。AbI激活Cdk5激酶使Cdk5-Y15磷酸化(Cdk5-pY15)诱发神经细胞凋亡。Chen等证实激活Cdk5是EV71感染诱发神经细胞凋亡必不可少的,同时也证实了EV71激发Abl-Cdk5信号是一种亲神经细胞凋亡通路。在EV71感染成角质细胞瘤株(SF268)研究中证实,病毒蛋白合成是EV71诱导凋亡的关键阶段,其中EV713C蛋白酶是诱导感染神经细胞发生凋亡的因子。
 
3. EV71感染宿主细胞的受体:肠道病毒受体在不同组织细胞上的分布差异性是病毒对人体组织器官嗜性倾向的分子基础。神经特异多聚嘧啶核苷酸序列结合蛋白(PTBP)是脊髓灰质炎病毒神经嗜性的有力证据。EV71的受体主要表达于白细胞、树突状细胞、呼吸道和胃肠道细胞。有研究发现唾液酸酶处理过的肠细胞DLD-1可降低20倍以上的EV71感染,EV71由唾液酸聚糖为受体感染肠细胞DLD-1,而于天然母体中获取的唾液酸半乳糖能够阻止EV71感染肠细胞DLD-1;Ⅱ型清道夫受体(scavenger receptor class B 2,SCARB2)可以同时作为EV71和Cox16感染增殖及促进细胞病变的受体;人P-选择素糖蛋白配体(human P-selectin glycoprotein ligand-1,PSGL-1,CD162)作为EV71感染的受体,PSGL-1阳性表达的淋巴细胞在其细胞嗜性和发病过程中起到一定作用。
 
EV71感染人体细胞可能与神经膜上的某些免疫球蛋白超家族(IgSF)有关,通过受体一病毒抗原结合方式感染宿主神经细胞,继而致神经细胞病变受损。Wang等采用EV71脑炎毒株4643于体外感染神经元细胞、神经胶质细胞和咽喉部黏膜细胞3种EV71靶细胞系,结果显示EV71感染可导致上述3种细胞发生病变和神经元生长因子受体(neuron growth factor receptor,NGFR)特征性表达上调,其中以神经元细胞最为显著,提示NGFR可能是EV71的神经嗜性受体。
 
五、结论
 
综上所述,EV71具有的神经毒性作用可引发感染者严重并发症,其发生机制可能通过诱发机体细胞免疫发生改变,如T淋巴细胞数量显著下降,刺激患者致炎细胞因子水平的提高,诱发神经细胞凋亡及通过受体一病毒抗原结合方式等因素导致机体发生严重的神经系统并发症等。为此,建立一种合适的动物模型有助于明确EV71相关性神经病学发病机制有着重要的意义。近年来,有学者用短尾猴和小鼠作为研究EV71相关神经系统疾病的模型,但人与动物在病毒复制位点上存在一定差异。因此有效而理想的动物模型有待进一步建立。
 
目前关于EV71 HFMD的治疗尚无有效的抗EV71药物,临床上只能对症处理。此外,在预防方面,更无有效疫苗可用。针对目前HFMD防控的严峻形势,加强对其发生机制的研究及疫苗的研发迫在眉睫。

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