隱球菌性腦膜炎的免疫學(xué)發(fā)病機(jī)制

孫 偉，朱運(yùn)輝，許佳敏，王 羚，宋萍萍，張玉生, b

(暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院 a.神經(jīng)內(nèi)科; b. 腦血管病中心, 廣東 廣州 510632)

隱球菌屬真菌界擔(dān)子菌門，菌體呈球形或卵圓形，細(xì)胞壁外包被一層莢膜，廣泛分布于自然界中，是一種機(jī)會(huì)性致病真菌。隱球菌屬內(nèi)包括17種和8個(gè)變種，其中新型隱球菌及格特隱球菌可引起人類感染并致病[1-2]。隱球菌感染常發(fā)生于免疫功能不全人群，如人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)感染者、接受免疫抑制治療、惡性腫瘤及先天性免疫功能缺陷患者，但非HIV感染者、既往健康者感染隱球菌的報(bào)告也日漸增多[3-4]。隱球菌主要引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肺組織及皮膚等部位感染。隱球菌性腦膜炎(cryptococcal meningitis, CM)是隱球菌侵犯腦膜所引起的炎癥，常與腦實(shí)質(zhì)感染同時(shí)存在，是一種極為兇險(xiǎn)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染性疾病，即使在經(jīng)抗真菌治療后CM患者的病死率仍可達(dá)20%～30%[3, 5]。CM病死率高有以下原因，抗真菌藥物毒副作用大、治療周期長，患者難以耐受；存在耐藥菌株的感染，導(dǎo)致抗真菌治療效果不佳[6-7]；隱球菌與宿主之間免疫反應(yīng)復(fù)雜，免疫系統(tǒng)對隱球菌的識別，免疫反應(yīng)的激活及效應(yīng)等機(jī)制并未完全清楚，同時(shí)感染后繼發(fā)的組織損傷也可導(dǎo)致患者預(yù)后不良[8-10]。因此，本文對隱球菌與宿主之間的免疫反應(yīng)研究進(jìn)展作一綜述，以討論CM免疫學(xué)發(fā)病機(jī)制及免疫治療策略。

1 隱球菌侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī)制

隱球菌是一種嗜神經(jīng)性微生物，即隱球菌相較于其他病原體更加容易突破血腦屏障引起中樞神經(jīng)性感染[11]。隱球菌主要通過以下3種機(jī)制侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng)[11-12]。①跨細(xì)胞途徑，隱球菌可與血腦屏障中毛細(xì)血管腔側(cè)結(jié)合，并被內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)吞后進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)[5, 13]，其結(jié)合和侵襲依賴于宿主細(xì)胞受體(如CD44和模聯(lián)蛋白A2)[14-15]和隱球菌的毒力因子(如尿素酶、磷脂酶B、透明質(zhì)酸和一些金屬蛋白酶)[5, 16]。②細(xì)胞旁機(jī)制，該機(jī)制涉及血腦屏障緊密連接和內(nèi)皮細(xì)胞間交叉的損傷[15, 17]，隱球菌通過分泌尿素酶、增強(qiáng)宿主基質(zhì)金屬蛋白酶活性等方式破壞血管內(nèi)皮細(xì)胞的緊密連接的完整性，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞間隙增大后進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)[18]。③特洛伊木馬傳播機(jī)制，隱球菌被單核或巨噬細(xì)胞所吞噬后不僅可以逃避適應(yīng)性免疫的攻擊，而且通過隱藏在被感染的吞噬細(xì)胞內(nèi)播散到其他組織，尤其是中樞神經(jīng)系統(tǒng)[11, 19]，例如，隱球菌可以利用莢膜、黑色素和抗氧化酶抵抗吞噬溶酶體的殺傷作用，可分泌熱休克蛋白同源物誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向非保護(hù)性的M2型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變，以利于隱球菌的胞內(nèi)繁殖和播散[20-21]。

2 隱球菌感染與宿主免疫應(yīng)答

機(jī)體對隱球菌的免疫應(yīng)答可分為固有免疫及適應(yīng)性免疫應(yīng)答，這兩種免疫應(yīng)答的協(xié)同作用對控制隱球菌感染至關(guān)重要。固有免疫通過對隱球菌的吞噬和消化，加工和提呈隱球菌抗原并激活適應(yīng)性免疫，適應(yīng)性免疫再通過多種細(xì)胞因子作用加強(qiáng)固有免疫的吞噬功能，以達(dá)到最終清除隱球菌的目的[22-23]。

2.1固有免疫應(yīng)答 參與固有免疫應(yīng)答的細(xì)胞為巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞及中性粒細(xì)胞，巨噬細(xì)胞及單核細(xì)胞需要通過模式識別受體(pattern recognition receptors, PRRs)識別隱球菌相關(guān)的病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs), 激活相關(guān)的信號傳導(dǎo)途徑, 進(jìn)而吞噬并清除隱球菌。PRRs是一類主要表達(dá)于宿主固有免疫細(xì)胞膜、胞內(nèi)區(qū)室(如內(nèi)體及溶酶體)膜、細(xì)胞質(zhì)中的非克隆性分布的分子[24]。PAMPs是來源于病原體共有的保守成分，隱球菌的PAMPs主要成分為莢膜多糖、甘露聚糖、甘露糖、核酸等。目前發(fā)現(xiàn)參與隱球菌識別的PRRs主要有識別核酸的Toll樣受體(Toll-like receptors, TLRs), 識別多糖的C型凝集素受體(C-type lectin receptors, CLRs), 還有核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體(nucleotide binding and oligonerization domain like receptors, NLRs)[24]。隱球菌及其孢子經(jīng)人體呼吸道吸入肺內(nèi)沉積在肺泡中，肺泡吞噬細(xì)胞通過PRRs識別隱球菌的PAMPs后將其吞噬形成吞噬溶酶體，經(jīng)吞噬細(xì)胞內(nèi)酸化、炎性小體激活、活性氮氧化物、細(xì)胞因子等作用下導(dǎo)致隱球菌變性裂解，同時(shí)吞噬細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞發(fā)揮抗原提成作用激活適應(yīng)免疫，進(jìn)一步殺滅隱球菌，在機(jī)體免疫功能正常時(shí)，入侵的隱球菌大部分被機(jī)體清除，無明顯感染癥狀[22, 24]。但是當(dāng)機(jī)體免疫力功能受損或低下時(shí)，隱球菌也可通過多種方式逃避固有免疫攻擊并大量增殖。首先，隱球菌進(jìn)入宿主后，通過增加菌體莢膜的厚度，隱藏其分布在細(xì)胞壁上PAMPs，從而避免吞噬細(xì)胞的識別及吞噬；增厚的莢膜還能夠抵御宿主活性氧化物、抗菌肽的殺傷[1, 2, 5, 8]。隱球菌一旦被吞噬后可利用其肥厚的莢膜抵御胞內(nèi)過氧化物的侵襲，改變胞內(nèi)環(huán)境利于其生長[8, 25-26]。隱球菌可分泌熱休克蛋白70同源物、修飾宿主白細(xì)胞介素(interleukin, IL)25受體信號通路等改變吞噬細(xì)胞分化的內(nèi)環(huán)境及蛋白質(zhì)表達(dá)，使其分化為M2型巨噬細(xì)胞，以利于隱球菌在胞內(nèi)增殖[27-30]。但是，隱球菌與宿主之間的固有免疫應(yīng)答機(jī)制極為復(fù)雜，如感染后單核-吞噬細(xì)胞的分化特征及隱球菌如何改變其分化方向仍不完全清楚[20-21, 29]。

2.2適應(yīng)性免疫應(yīng)答 機(jī)體對隱球菌的適應(yīng)免疫應(yīng)答由細(xì)胞免疫及體液免疫組成。宿主在感染隱球菌后可產(chǎn)生保護(hù)性的抗隱球菌抗體，而在健康人群中甚至是5歲免疫功能正常的兒童中也可檢測到抗隱球菌抗體，這提示早期機(jī)體暴露隱球菌后就可產(chǎn)生抗體反應(yīng)[31-32]，而機(jī)體產(chǎn)生的一些自身抗體也可能導(dǎo)致隱球菌病加重，如抗干擾素γ(interferon-γ, IFN-γ)抗體、抗粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)抗體[33]。相較于體液免疫，細(xì)胞免疫的抗隱球菌作用更為明顯，但針對其免疫應(yīng)答機(jī)制的研究主要來自于新型隱球菌感染嚙齒類動(dòng)物模型，而人類的存在較多未知的部分需要探究[23]。隱球菌感染固有免疫中的吞噬細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞將隱球菌抗原提呈至初始T淋巴細(xì)胞，從而激活以細(xì)胞免疫為主的適應(yīng)性免疫應(yīng)答，來自于動(dòng)物模型研究的基本過程為，初始T淋巴細(xì)胞識別隱球菌抗原后分化為輔助性T細(xì)胞(helper T cell, Th)，即Th1、Th2、Th17細(xì)胞。①Th1細(xì)胞分化及作用：Th1細(xì)胞是初始T淋巴細(xì)胞在IL-12、IFN-γ的作用下分化為而來，此后Th1細(xì)胞可分泌IL-2、IL-12、IL-15、IFN-γ、顆粒溶解素等細(xì)胞因子殺傷隱球菌，進(jìn)一步招募并促使吞噬細(xì)胞極化為M1型巨噬細(xì)胞，加強(qiáng)對隱球菌的吞噬及清除作用。②Th2細(xì)胞分化及作用：Th2細(xì)胞是初始T淋巴細(xì)胞在IL-4、抗原提呈細(xì)胞分泌的共刺激分子CD86及OX40L作用下分化形成，Th2細(xì)胞分泌IL-4、IL-5、IL-13，引起嗜酸性粒細(xì)胞增多并促使吞噬細(xì)胞極化為M2型巨噬細(xì)胞，最終導(dǎo)致隱球菌播散、病情加重。③Th17細(xì)胞分化及作用：Th17細(xì)胞是初始T淋巴細(xì)胞在IL-23作用下分化形成，可促使吞噬細(xì)胞向M1型巨噬細(xì)胞極化，對機(jī)體抗隱球菌有保護(hù)作用但并非必要的[34-37]。人類的隱球菌適應(yīng)性免疫機(jī)制更為復(fù)雜，雖然在Th1細(xì)胞分化及作用機(jī)制與動(dòng)物模型相似，但Th2 、Th17細(xì)胞的功能尚不完全明確，有研究提示Th2細(xì)胞并不會(huì)導(dǎo)致疾病的加重，此外感染初始細(xì)胞因子與適應(yīng)性免疫的關(guān)系及相互作用亦不明確[23, 38-39]。

3 CM的免疫治療

隱球菌與宿主之間的免疫反應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的相互作用的過程，適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)可清除隱球菌或維持在共生的狀態(tài)，當(dāng)免疫功能不全時(shí)隱球菌侵入致病，而免疫反應(yīng)亢進(jìn)時(shí)又導(dǎo)致自身組織損傷[40-41]。免疫治療的目的在于有效地增強(qiáng)宿主清除隱球菌能力，并且避免不適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)引起組織損傷[10, 42]。有報(bào)道提示應(yīng)用免疫增強(qiáng)劑如IFN-γ可以增強(qiáng)機(jī)體的抗隱球菌能力，但可能導(dǎo)致炎癥加重，并可能造成不可彌補(bǔ)的神經(jīng)損傷[43]。使用包括糖皮質(zhì)激素在內(nèi)的輔助免疫抑制劑來抑制病理性炎癥反應(yīng)和控制腦水腫，改善臨床預(yù)后，但該種治療應(yīng)遵循個(gè)體化治療的原則，應(yīng)充分考慮機(jī)體所處的免疫狀態(tài)、抗真菌藥物應(yīng)用強(qiáng)度、隱球菌抗原滴度、腦脊液炎性指標(biāo)及顱腦影像表現(xiàn)等[41, 44-45]。隱球菌疫苗的基本原理是通過減毒的隱球菌抗原刺激機(jī)體產(chǎn)生抗隱球菌的細(xì)胞免疫及體液免疫并形成記憶，但這種傳統(tǒng)方法制備的疫苗對免疫功能缺陷，尤其是適應(yīng)性免疫應(yīng)答不足的人群效果不佳，而發(fā)生隱球菌感染的多為免疫功能缺陷人群[46-48]。利用IFN-γ刺激缺乏適應(yīng)性免疫小鼠模型產(chǎn)生較為持久的固有免疫反應(yīng)，并誘導(dǎo)產(chǎn)生記憶性巨噬細(xì)胞，促進(jìn)病原體特異性的免疫應(yīng)答，這可能為開發(fā)作用于固有免疫的疫苗提供了思路[49]。也有不同研究團(tuán)隊(duì)在動(dòng)物模型中，開發(fā)了用減毒熱滅隱球菌酵母菌過表達(dá)Znf2(菌絲發(fā)育的主要調(diào)節(jié)因子，可能導(dǎo)致隱球菌生長不良)的相關(guān)疫苗，但在試驗(yàn)中它的抗真菌作用并不令人滿意[48]。因此，目前仍沒有能有效預(yù)防隱球菌感染的疫苗應(yīng)用于臨床。

4 小結(jié)

隱球菌是一種噬神經(jīng)性的機(jī)會(huì)性致病真菌，CM是隱球菌感染中最為兇險(xiǎn)的疾病。隱球菌感染與宿主之間的免疫反應(yīng)極為復(fù)雜，固有免疫及適應(yīng)性免疫通過相互協(xié)同的作用識別并清除隱球菌，隱球菌可通過莢膜保護(hù)、黑色素毒力、改變免疫細(xì)胞分化等方式逃避免疫系統(tǒng)的攻擊，以達(dá)到增殖與播散的目的，隱球菌感染后的宿主免疫功能紊亂可導(dǎo)致免疫激活綜合征，進(jìn)一步損傷機(jī)體組織。免疫治療可改善部分患者的預(yù)后，但需要根據(jù)患者免疫狀態(tài)、隱球菌負(fù)荷等采取個(gè)體化的治療。