蠕虫及虫源性分子对自身免疫性疾病的保护作用

宋晓蓉，徐元宏，沈继龙

“卫生学假说”(hygiene hypothesis)认为，人体过敏性疾病的发病与幼年时期微生物感染缺失有关。新近的流行病学研究亦表明，西方发达国家多发性硬化症 (multiple sclerosis，MS)、1型糖尿病(type 1 diabetes，T1D)、溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)和克隆氏病(Crohn’s disease，CD)等自身免疫性疾病的发病率高于赤道附近的发展中国家；并且，在经济发达地区，那些来自发展中国家的移民发生炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)的几率亦随之增加[1-2]。

1 蠕虫感染对自身免疫性疾病的免疫保护

目前，自身免疫性疾病的发病率呈逐年上升趋势，已经逐渐成为一个全球性的公共健康问题。该类疾病多无治愈方法。日益增多的报告显示，蠕虫能够抑制自身免疫性疾病中过度的炎症性免疫应答[1]。

人们最早在MS的实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)动物模型中发现，蠕虫对自身免疫性疾病有保护作用。注射曼氏血吸虫虫卵可显著减轻慢性EAE的临床症状，减少疾病复发，虫卵免疫后2 d即可使复发性EAE病情减轻[3]。合并曼氏血吸虫感染的MS患者比非感染患者的临床预后好[4]。进一步研究发现，蠕虫抗原通过抑制Th1型细胞因子，上调Th2型和调节性的细胞因子IL-10的水平来发挥其免疫抑制作用。旋毛虫和肝片吸虫感染亦具有减轻EAE的作用，作用机制与其下调脾细胞IL-17和IFN-γ表达水平，抑制DCs成熟，诱导抗原特异性的Treg扩增有关[5-6]。

早在1975年，就有管状线虫Syphaciaoblevata感染减轻大鼠实验性关节炎的症状和发病率的报道。由于Syphaciaoblevata是啮齿类动物常见的一种寄生虫，有人认为该研究结果是种属间佐剂性关节炎发生率的差异造成的，未引起足够重视。近年来的研究资料明确了蠕虫感染在抑制自身免疫性关节炎中的重要作用。棘唇线虫来源的糖蛋白ES-62，可以减轻小鼠胶原性关节炎(collagen-induced arthritis，CIA)的发生，减轻关节炎的临床症状和病理表现损害。这种抑制作用与ES-62下调了TNF-α、IFN-γ和IL-6，上调了IL-10表达有关。吸虫类寄生虫亦可减轻小鼠CIA病情。曼氏血吸虫活虫感染促进全身性的Th2优势应答，抑制Th1/Th17应答，可下调炎症关节局部IL1-β和IL-6的表达，抑制促进破骨细胞分化主要分子-核因子-κB受体活化因子配基(receptor activator of nuclear factor-κB ligand, RANKL)的表达水平，减轻骨关节的破坏。已知血吸虫感染的关节炎保护作用与虫卵负荷有关[7]。

曼氏血吸虫感染对非肥胖糖尿病(nonobese diabetic, NOD) 小鼠有显著的保护作用。曼氏血吸虫虫卵、可溶性全虫抗原(soluble worm antigen,SWA)以及可溶性虫卵抗原(soluble egg antigen, SEA)经腹腔注射亦可完全抑制NOD小鼠糖尿病的发生。然而，只有SEA能够减少骨髓来源的树突状细胞(dendritic cells, DCs)产生的IL-12，增高IL-10水平，并以TGF-β依赖的方式诱导Foxp3基因的表达[8]。不同发育阶段的血吸虫的免疫调节机制可能存在诸多差异。人们在L.sigmodontis感染以及曼氏血吸虫SEA预处理的小鼠脾细胞中亦发现Foxp3+Treg 比例的显著增高[9-10]。因此，有人认为Treg是自身反应性T细胞活性的主要抑制性细胞亚群。但也有研究报告认为蠕虫对糖尿病的保护作用与Treg和IL-10无关[8]。

众多的研究表明，蠕虫感染可以抑制包括溃疡性结肠炎、克隆氏病在内的IBD。血吸虫和旋毛虫(Trichinellaspiralis)均可抑制实验性结肠炎[11-12]。缩小膜壳绦虫(Hymenolepisdiminuta)感染可减轻二硝基苯磺酸(benzensulphonic acid, DNBS)诱导的结肠炎，但对硫酸葡聚糖(dextran sulfate, DSS)诱导的结肠炎却无保护作用。造模前感染甚至加重恶唑酮(oxazolone)诱导的溃疡性结肠炎的病情。口服猪鞭虫活虫卵治疗IBD患者是目前最为成功的临床案例[13]。多数接受口服虫卵治疗的活动性溃疡性结肠炎和克隆氏病患者病情得到缓解，并且未见任何副作用或并发症的发生。

在人们对Th1/Th2 相互作用认识不断深入的年代，利用Th1/Th2 偏移理论来解释“蠕虫感染诱导的Th2 免疫偏移能够抑制Th1 主导的自身免疫性疾病”似乎合理。然而，令人不解的是血吸虫及其他蠕虫似乎对Th1 和Th2 甚至Th17 介导的疾病均有抑制作用。有研究认为，EAE 的发病依赖于IL-23/IL-17 通路，而不是IL-12/IFNγ 通路，STAT6 依赖的IL-4/IL-13 信号通路对血吸虫卵抑制TNBS 诱导的结肠炎以及EAE 是必须的，而Th17只有获得Th1 表型，或转变成Th1 细胞才具有致糖尿病发病的能力[14]。因此，同时抑制这两类细胞亚群可能有利于抑制多种自身免疫性疾病的病情发展。除此之外，血吸虫、线虫和绦虫感染在链脲霉素(streptozotocin)诱导的糖尿病模型中均显示出抗糖尿病作用，其中替代途径激活的巨噬细胞(alternatively activated macrophage，AAMφ) 可能发挥重要作用[2]。

2 蠕虫抗原诱导宿主免疫抑制可能的分子机制

2.1蠕虫抗原与TLRs Toll样受体(TLRs)是存在于机体的一类重要的模式识别受体，在机体固有免疫中起着重要的作用。TLRs通过识别病原体相关的分子模式活化TLRs信号，进而激活编码炎性细胞因子、趋化因子和协同刺激分子等基因的转录。研究显示，曼氏血吸虫SEA及溶血磷脂酰丝氨酸、LNFPIII、双链RNA(dsRNA) 、血吸虫和蛔虫的磷脂酰丝氨酸、线虫分子ES-62均可通过TLRs途径抑制炎症性免疫应答[15]。曼氏血吸虫感染激活天然免疫细胞的TLR2/ERK通路，提高MS患者血清维甲酸水平，诱导其代谢合成代谢相关基因的表达；诱导Foxp3+ Treg 生成，增加IL-10水平；通过SOCS3途径抑制IL-6、IL-12、 IL-23及TNF-α表达。ES-62是一种通过N-连接转录后修饰的糖蛋白，含有磷脂酰胆碱结构，该结构通过TLR4使多种免疫细胞呈现抗炎性表型。曼氏血吸虫和肝片吸虫释放的组织蛋白酶结合巨噬细胞TLR3/4，诱导巨噬细胞释放NO、TNF-α、IL-6和IL-12，使宿主免于内毒素性休克[16]。

LPS/TLR4信号通路激活通常上调IL-6、IL-12和TNF-α水平，激活ERK、JNK和p38 MAPK，持续活化NF-κB。而LNFPIII及ES-62等蠕虫分子持续激活ERK，对p38和JNK的作用非常小或者无激活功能[17]。LNFPIII和ES-62只能诱导短暂的NF-κB激活。LNFPIII与TLR结合后IκB不能及时降解，持续的ERK信号通路激活抑制Fos，使IL-12合成减少[18]。因此，LNFPIII和ES-62可能通过持续活化ERK，短暂激活NF-κB，改变APC表型，从而促进Th2应答。此外，ES-62还可通过抑制TLRs下游分子P38和JNK，抑制IL-12、IL-6和TNF-α等细胞因子表达。曼氏血吸虫和蛔虫中富含的磷脂酰丝氨酸的提取物亦可通过TLR2激活LPS诱导的人DCs MAPK，或者激活ERK/SOCS3通路，从而抑制炎性细胞因子IL-6、IL-12、IL-23及TNF-α的分泌[4]。

然而，蠕虫分子如何使致炎性的TLRs信号变为抗炎性的信号目前知之甚少。宿主有效地免疫应答依赖于TLRs之间，以及TLRs与其他PRRs之间的交叉对话。蠕虫通过TLRs能够诱导Th2应答可能与其同时募集其他PRRs(如C-凝集素受体)有关[1]。血吸虫可溶性虫卵抗原SEA对DCs的调节作用即被认为是TLR2/3/4的协同或相互抑制的结果，galectin-3亦参与信号传递[4,19]。LNFPIII与TLR4结合的同时募集其他C-凝集素受体，使促炎性的TLR4信号变为抗炎性的。有趣的是，ES-62 可与一种可溶性的甘露糖受体作用诱导免疫抑制，但ES-62亦可诱发甘露糖受体基因敲除小鼠细胞正常的免疫应答。C-凝集素受体在LNFPIII中的冗余作用已经在小鼠中被发现。

ES-62与TLR4结合，抑制FcεR1-PKCα/磷脂酶D/鞘氨醇激酶-1(SPHK1)途径诱导的Ca2+内流和NF-κB激活，抑制肥大细胞脱颗粒，释放致敏介质如白介素、前列腺素、TNF-α以及IL-6；ES-62/TLR4信号通路的激活还可导致PKCα胞浆内局部聚集，增加促使细胞质膜微囊脂筏介导的蛋白酶非依赖的降解[20]。

2.2蠕虫抗原与非TLRs通路 一些虫源性免疫调节分子不通过TLRs传递信号亦可抑制炎症反应性疾病[21]。蠕虫来源的cystatin主要通过巨噬细胞IL-10与ERK之间的交叉对话调节IL-10、IL-12/IL-23p40表达，诱导巨噬细胞合成IL-10，抑制T细胞增殖，抑制OVA诱导的气道高反应性模型小鼠的炎症反应，抑制硫酸葡聚糖诱导的结肠炎，并通过清道夫受体CD36和TGF-β受体发挥免疫调节效应。

恶丝虫抗原(DiAg)是一种犬线虫来源的免疫调节分子，能够抑制Th1应答、下调IgG型抗体、上调IL-4和IL-10水平，从而阻止NOD小鼠糖尿病的发生。DiAg通过诱导抗非特异性的IgE偶联肥大细胞FcεRI，抑制大鼠过敏性皮炎发生发展；与B细胞表面CD40结合，诱导多克隆IgE抗体的合成[21]。已知AAMφ在蠕虫感染诱导的Th2优势应答中起重要作用。曼氏血吸虫和肝片吸虫分泌抗氧化物peroxiredoxin(Prx)诱导替代途径巨噬细胞激活，促进Th2优势应答，这种免疫调节作用不依赖于Prx的抗氧化活性和IL-4、IL-13信号[22]。IPSE (IgE-binding IL-4-inducing principle ofS.mansonieggs)诱导嗜碱性粒细胞释放IL-4，而血吸虫SEA中的T2核酸酶omega-1抑制TLR4介导的DC成熟，诱导细胞骨架结构改变，从而影响DCs-Th细胞间的结合，提供较弱的TCR信号，促进Th2优势应答[1]。值得注意的是，omega-1促进Th2优势应答的作用依赖于其核酸酶活性，与TLRMYD88/TRIF和嗜碱性粒细胞活性无关。甘露糖受体结合介导其细胞作用内吞入DCs，通过降解核酸酶及mRNRA，影响一些蛋白质的合成，从而促进Th2免疫应答[23-24]。

3 蠕虫及其分子的临床应用前景展望

在漫长的宿主-寄生虫共进化过程中，蠕虫的某些分子演化出具有调节寄生适应性的功能，对宿主抗感染免疫发挥负向调控作用，具有诱导抗炎性信号分子的作用。目前，利用蠕虫治疗慢性炎症疾病已成为一种极具有吸引力的概念，蠕虫在临床上已经被用于包括IBD和MS，甚至自闭症患者的治疗的尝试[25-26]。

研究显示，缩小膜壳绦虫抗糖尿病作用依赖于活虫感染[27]。绦虫的活虫治疗效果甚至优于地塞米松[28]。正是这些令人振奋的实验研究成果，使无致病性、或者低致病性蠕虫能直接用于临床治疗。猪鞭虫虫卵和美洲板口线虫幼虫在临床上被用于治疗慢性炎症反应性疾病和过敏性疾病。猪鞭虫虫卵治疗IBD已经进入多中心双盲临床对照实验阶段；猪鞭虫活虫卵治疗MS的临床研究也在进行中。美洲钩虫用于治疗哮喘患者，无须重复给药，被认为优于猪鞭虫。

某些寄生虫有导致动物源性寄生虫病的潜在危险。而蠕虫表面或其分泌排泄物中多种蛋白质、脂质、多糖类分子等可作用于宿主免疫系统。显然，虫源性免疫调节分子比活虫感染更易被人们接受，更具有研发意义。迄今为止，ES-62是作为广泛的虫源性免疫调节分子，人们还在ES-62抑制小鼠红斑狼疮模型中发现，负性免疫调节受体白细胞免疫球蛋白受体B亚类(leukocyte immunoglobulin-likereceptor subfamily B, LILRB)具有强烈的免疫抑制活性，LILRB已被推荐用于治疗移植排斥、癌症、哮喘以及自身免疫性疾病。所以，不仅虫源性免疫调节分子作为一种新型、安全有效的治疗性药物具有广阔的前景，对虫源性免疫调节分子还可以作为特殊的工具，为新型抗炎性药物的研发提供新的靶点。

然而，活虫感染在宿主体内长期持续低水平释放多种分子，这些分子协同调节宿主免疫，作为药物的虫源性免疫调节分子能否复制活虫感染的效果仍不清楚。尽管如此，我们仍有理由相信，在不久的未来，用蠕虫感染或其分子治疗慢性炎症性疾病的临床应用将得到飞速发展。

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