视神经脊髓炎的免疫学研究进展

杨亭亭 刘广志

视神经脊髓炎（NMO）是一种以视神经及脊髓受累为主的中枢神经系统（CNS）炎性脱髓鞘疾病，临床症状严重，预后差。以往多认为NMO系多发性硬化（MS）的一种临床亚型，随着对其认识的不断深入，现更多地倾向于该病是一种独立的疾病。2004年，Lennon等［1］在NMO患者血清中发现了一种特异性抗体——NMO－免疫球蛋白（NMOIgG），其靶抗原随后被证实为水通道蛋白4（AQP4）［2］，因而NMO－IgG亦被称为AQP4 抗体。近年来研究发现:除NMO外，在其他疾病如视神经脊髓型 MS（OSMS）、复发性视神经炎（ON）、纵向延伸的横贯性脊髓炎（LETM）、合并脊髓炎或视神经炎的干燥综合征（Sjögren syndrome，SS）和系统性红斑狼疮（SLE）患者血清中亦发现了 AQP4抗体（即 NMO－IgG）［3］，Wingerchuck等［4］据此将这些疾病统称为NMO谱系疾病 （NMO spectrum disorders，NMOSD）。 自NMO－IgG发现以来，人们对于NMO发病机制的了解日益增多，本文就NMO的免疫学研究进展作一综述。

1 NMO－IgG

1.1 NMO特异性抗体 NMO－IgG 2004年，Lennon等于NMO患者血清中发现一种特异性IgG，主要结合于CNS软膜、软膜下和Virchow－Robin血管间隙，以及中脑、小脑和脊髓处的微血管等结构，与NMO的发病部位一致［1］，因而认为NMOIgG系对NMO具有致病效应的抗体。2006年，Wingerchuck等［4］据此重新修订NMO诊断标准，并将NMO－IgG列为诊断指标之一。

1.2 NMO－IgG靶抗原AQP4的结构特点及其功能效应 2005年Lennon等［2］通过免疫荧光法等技术进一步证实NMO－IgG的靶抗原为AQP4。AQP4作为一种N－末端和C－末端均位于胞内的Ⅲ型跨膜蛋白，是人类和啮齿类动物脑组织中的主要水通道蛋白。其广泛存在于脑和脊髓，特别是脑实质和主要体液腔室（major fluid compartments）的邻接部位，包括星形胶质细胞终足（血－脑）、胶质界膜（脑－蛛网膜下脑脊液）及室管膜细胞和室管膜下星形胶质细胞（血－脑室脑脊液），提示AQP4控制脑组织内的水转运［5］。现已发现AQP4有 M1和M23两种亚型，M23在胞膜上形成高度有序的规则方形排列，称正交排列颗粒（orthogonal－array particals，OAPs），M1亚型则不能形成 OAPs，但可与M23相互作用形成异源四聚体。

多项AQP4基因敲除研究的结果提示其参与脑水肿形成，如在水中毒、脑缺血和脑膜炎等细胞毒性水肿模型中，AQP4敲除鼠较野生型鼠预后好；与之相反，在脑肿瘤等血管源性水肿模型中，AQP4基因敲除鼠的脑水肿重于野生型鼠［6］，提示其可能参与介导了细胞毒性水肿，并有助于消除血管源性水肿。此外，近年来Miyamoto等［7］在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）模型中，利用实时－聚合酶链反应（PCR）对AQP4mRNA表达进行分析，发现其表达上调，提示AQP4可能参与了EAE的急性期炎性过程。

1.3 NMO－IgG与不同亚型AQP4的结合 研究者应用免疫荧光法研究发现，应用M23亚型抗体检测方法在确诊NMO和临床可疑NMO患者中的敏感性分别为97%和65%，均高于M1亚型抗体检测方法；进一步利用M1和M23突变改变OAPs的形成或破坏OAPs发现，该抗体结合两种亚型的能力可能是由OAPs的形成而非有无N－末端序列的差异所致［8］。该研究中通过对二价NMO－IgG与其单价抗原结合片段（fragment antigen－binding，Fab）的比较分析发现，OAPs组装使单个Fab结合位点的亲和力更强，表明NMO－IgG优先结合M23亚型是因为后者形成OAPs（而非结合位点多少）导致亲和力更强所致，与上述研究结果一致［8］。

2 NMO－IgG在NMO和NMOSD中的临床意义

Jarius等［9］检测了NMO患者的血清抗体，发现无论是复发期还是缓解期以及治疗与否，NMOIgG均可被测及，提示该抗体阳性与否不受疾病活动性或治疗干预的影响；但复发期患者血清抗体滴度明显高于缓解期，且在发作前抗体水平已有所增高。然而，目前尚未发现可预示临床复发的NMOIgG阈值，推测抗体水平可能与个体间或个体内存在明显差异有关。

随着NMOSD的提出，Bizzoco等［10］报道大多数疑诊NMOSD患者血清NMO－IgG阴性，而抗体阳性则与确诊患者的病程严重程度相关，即阳性者复发率更高，预后更差。何洋等［3］发现合并或不合并SS／SLE等非器官特异性自身免疫病的NMOSD患者血清NMO－IgG均可呈阳性，但无NMOSD的自身免疫性病者NMO－IgG均呈阴性，亦提示了NMO－IgG的特异性。

3 NMO－IgG的致病机制

目前普遍认同NMO－IgG对NMO的特异性致病作用，但对该抗体如何引起NMO病变的机制仍不清楚，近年来体内、外实验结果均表明NMOIgG可引起NMO样的组织损害，且自身反应性T细胞可识别AQP4，并可能与抗体共同参与了上述脑损害的过程。

3.1 人类白细胞抗原（HLA）与NMO疾病易感性 目前对HLA与NMO的相关研究较少，以往研究发现法国NMO患者中HLA－DRB1＊03的频率显著增高［11］，HLA等位基因DPB1＊0501则与日本人群 OSMS的发病相关［12］。Matsushita等［13］进一步研究发现特发性CNS脱髓鞘疾病，如OSMS、复发性ON或脊髓炎患者血清NMO－IgG阳性者HLA－DPB1＊0501频率增高。还有研究发现，我国南方汉族NMO患者 HLA－DPB1＊0501与NMO－IgG阳性者NMO的易感性相关，但与HLA－DRB1无关［14］；高加索人 HLA－DPB1＊0501等位基因则与NMO无关联［15］。以上研究提示NMO－IgG阳性与阴性患者可能具有不同的免疫遗传学基础，尚有待于今后按抗体血清学结果将患者分层后，进一步研究予以验证。

3.2 体液免疫学 以往数项病理学研究结果显示:NMO患者病灶内有巨噬细胞、小胶质细胞、B细胞和少量CD3＋T细胞的浸润；在早期活动性髓鞘破坏区，病灶血管周围可见明显的嗜酸性粒细胞、中性粒细胞浸润以及免疫球蛋白IgG、补体C9新抗原（neo antigen，系补体激活的标记）呈“环形”或“玫瑰花形”沉积［16］，提示体液免疫在NMO发病机制中具有重要作用。也有研究发现NMO患者的血清IgG（主要是IgG1）结合于脊髓、视神经中郎飞节周围星形胶质细胞的AQP4胞外区，导致AQP4内吞降解和补体激活，引起水肿或炎性反应，导致该部位AQP4呈以血管为中心（vasculocentric）的选择性缺失，进而引起髓鞘脱失［3］。近期研究发现，NMO－IgG结合AQP4的不同亚型可以产生不同的结果:M1亚型完全内吞降解，M23聚集为OAPs而更有效地激活补体，这可能是病灶病理表现存在差异的原因［17］。

然而，目前对于体液免疫的具体作用机制尚不清楚。数项研究发现:（1）针对体外培养的星形胶质细胞，加入NMO－IgG和补体可致其细胞膜完整性破坏；当仅加入NMO－IgG时可见AQP4被内吞，但细胞膜仍保持完整［18］；（2）向鼠脑内注入NMO－IgG和人补体可产生特征性NMO病灶，但NMO－IgG不激活鼠补体，且同时注射NMO－IgG和鼠补体并不引起CNS损伤，而将NMO－IgG与补体同时注入AQP4基因敲除鼠并未产生NMO样病灶［19］。以上结果提示AQP4及其抗体、人类补体均为NMO病灶形成的必要条件。Hinson等［18］进一步行体外研究发现，AQP4与兴奋性氨基酸转运体（EAAT）－2共表达且以复合物形式存在，一旦NMO－IgG结合于AQP4，在导致水转运障碍、AQP4缺失以及补体激活的同时，亦引起EAAT－2表达的下调，导致谷氨酸在细胞外蓄积，使少突胶质细胞对抗体攻击变得更为敏感。然而，另有学者通过分析比较MS和NMO患者的病理改变，发现NMO患者病理学特征并非AQP4表达的下调，而是早期星形胶质细胞的完全破坏［20］，尽管其仍支持NMO－IgG结合AQP4激活补体进而介导星形胶质细胞损伤的观点，但认为星形胶质细胞早期的大量破坏亦可能是产生NMO－IgG的始动因素之一。不过，上述研究结果尚需要更多的证据予以明确。

3.3 细胞免疫学 虽然NMO－IgG的重要性已被明确，但有些研究表明NMO－IgG本身并不足以产生NMO的临床和病理特征:（1）动物研究发现将NMO患者NMO－IgG被动转移至诱导的EAE大鼠体内，可产生类似NMO的病灶，而将该抗体注射至健康鼠体内则并未产生类似病灶或临床症状［21］；（2）抗体滴度水平与疾病活动度、复发并不完全相关［9］。Lucchinetti等［16］在对 NMO 患者的病理学研究中发现:NMO病灶内有趋化性细胞因子受体CCR3表达，该受体作为嗜酸性粒细胞趋化因子（Eo）的主要受体，主要由人类嗜酸性粒细胞表达，可选择性表达于Ⅱ型辅助性T细胞（Th2），与Th2应答有关，提示Th2可能参与了NMO的发病机制。此后，Nelson等［22］报道，在小鼠模型中针对AQP4的T细胞抗原决定簇位于AQP4蛋白的胞内部分。上述研究均提示细胞免疫在NMO发病过程中发挥作用。之后，有动物研究发现，AQP4特异性T细胞可以诱导脑（特别是星形胶质细胞胶质界膜）产生炎性反应，促进NMO－IgG透过血－脑脊液屏障引起NMO样病灶［23］。

3.4 其他免疫学机制 近来Zhang等［24］利用鼠脊髓薄片培养模型发现，NMO脊髓病灶的发展过程需要NMO－IgG、AQP4、补体（或 NK细胞）以及其他一些影响因素的参与，包括:（1）中性粒细胞:中性粒细胞存在于人类NMO病灶，体外研究发现在脊髓薄片培养中加入此细胞可加重病灶的严重程度［24］，加入巨噬细胞亦可促进由IgG和补体所致病灶的严重程度，这可能与其激活了内源性小胶质细胞有关；（2）NK细胞:当存在 NK细胞时，即使无补体，NMO－IgG亦可导致病灶形成，提示NMO病理机制中可能涉及抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）机制；（3）嗜酸性粒细胞:在NMO病灶的嗜酸性粒细胞浸润较MS更为多见，可能与CCR3的作用有关，有研究报道Eo－2和Eo－3水平在NMO患者脑脊液中增高，可能通过其受体CCR3调节该细胞在炎性反应部位的募集［25］；（4）细胞因子:Correale等［25］发现 NMO 患者脑脊液中白细胞介素（IL）－5分泌细胞明显增多，并与Eo－2和Eo－3水平相关；亦有研究发现IL－6可提高浆母细胞的生存，并促进其分泌AQP4抗体（即NMO－IgG），在NMO患者CSF中被报道上调，体外阻断IL－6受体则可降低该细胞的存活［26］；此外，亦有少数报道称NMO患者脑脊液肿瘤坏死因子（TNF）α、IL－1b、干扰素（IFN）－γ以及B细胞活化因子（BAFF）的水平升高，这些炎性细胞因子可能参与疾病相关的正反馈环路，但其确切作用仍待今后更多的研究证实。

总之，对于NMO的发病机制，目前认为是NMO－IgG与补体相互作用造成NMO样的组织损害，而自身反应性T细胞亦通过识别AQP4及其抗体共同参与了上述脑损害的过程。但随之带来的更多问题，如不同AQP4分布、亚型及其膜结构是否影响其与NMO－IgG的结合程度从而影响致病性等，均须今后更多的研究来进一步明确。

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