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单核细胞介导的固有免疫在丙型肝炎感染中的作用

2016-03-10梁彦张沛欣贾战生陈丽华张颖

肝脏 2016年8期
关键词:丙型肝炎单核细胞亚群

梁彦 张沛欣 贾战生 陈丽华 张颖



·综述·

单核细胞介导的固有免疫在丙型肝炎感染中的作用

梁彦张沛欣贾战生陈丽华张颖

全球目前有1.3~1.7亿丙肝患者,每年以300~400万的速度增长[1],主要是由于输注污染血液制品、毒品注射和不安全的治疗感染和传播病毒。丙型肝炎病毒(hepatitis C virus, HCV)感染人体后,首先经历一个急性感染过程,在急性感染的早期,HCV强烈复制,激活固有免疫反应,在肝脏诱导干扰素刺激基因(IFN-stimulated genes,ISGs)的形成,诱导和激活I和III型干扰素(interferon,IFN),限制病毒复制,但不能完全清除病毒。在急性感染晚期,HCV特异性T细胞招募至肝脏,通过细胞毒性和γ-IFN介导的非细胞毒性机制有效地抑制病毒复制,之后30%的患者自发完全清除了病毒,约70%的患者病毒持续感染发展为慢性,此期病毒难以自发清除[2]。病毒感染宿主后产生不同结果的机制目前尚不清楚,这与宿主免疫细胞与HCV相互作用有直接关系,通过理解免疫系统不同细胞和病毒之间相互作用可以将丙型肝炎潜在的治疗目标确定为克服免疫失调和控制病毒感染。T淋巴细胞介导的适应性免疫在丙型肝炎研究多有报道,病毒感染后几周甚至几个月才能启动,且会介导免疫损伤,以至难以清除病毒[3]。当HCV感染人体后,固有免疫反应依靠抗原和关键感知通路相互识别激活,诱导产生IFN、促炎因子和趋化因子以抑制病毒复制和传播,固有免疫不仅为启动适应性免疫赢得时间,而且在后者的激活发挥了重要的作用[4]。相对于适应性免疫而言,之前研究认为固有免疫是机体遇到外来抗原后首先迅速启动的免疫反应[2],最近越来越多的研究表明固有免疫在宿主和病毒相互作用的整个免疫时相亦发挥了重要的作用。单核细胞是固有免疫的代表性细胞,在抗击外来抗原包括病毒入侵、复制等发挥着极其重要的作用。

一、单核细胞的分布、表型和功能

20世纪60年代由Van Furth等[5]第一次提出单核吞噬系统。单核细胞占白细胞总数10%左右,是固有免疫的代表性细胞,属于单核吞噬细胞系统,其来源于骨髓前体细胞,继而释放入外周血,存活1~2 d,迁移到不同组织,分化成组织巨噬细胞和树突状细胞(Dentrici cell,DC)[6]。巨噬细胞产生细胞因子和吞噬外来抗原,同时也通过刺激免疫细胞在免疫应答中发挥重要作用。多种研究认为单核细胞和巨噬细胞是一个谱系,被称为单核吞噬细胞或单核/巨噬细胞系[7]。这些细胞不断地被感染并且持续的复制病毒,并进一步传播给其他细胞。单核细胞通常在维持内环境稳定、免疫防御及组织损伤有重要的作用,其可作为抗原递呈细胞激活T细胞反应,而且能够分泌细胞因子促进T细胞分化[8]。人单核细胞具有代表性的表面标记是CD14和CD16,基于CD16表达可将单核细胞划分为两群:CD14+CD16+和CD14+CD16-。近年来大量数据在CD16基础上根据CD14表达将CD14+CD16+单核细胞再细分为CD14++CD16+和CD14+CD16++[9]。CD14++CD16-细胞亚群也称为经典群(占单核细胞85%),CD14++CD16+细胞亚群称为中间群(占单核细胞5%),CD14+CD16++细胞亚群称为非经典群(占单核细胞10%)[10],三群之间是发展和衍生的关系,从经典型到中间型,进一步到非经典型,有时很难确定三群之间的界限。

Cros J等[11]第一次报道使用基因表达聚类技术分析单核细胞亚群,认为经典型单核细胞和中间型单核细胞基因表达关系最为密切。另有两独立样本研究则认为中间群和非经典群基因表达最为密切,在三群中两者之间基因数量差异最小[12]。三个亚群功能部分重叠,但大量研究发现,它们具有各自独立的功能,产生不同的细胞因子,但关于哪一群是产生细胞因子的主要亚群还尚无定论,可能与分离纯化单核细胞的方法不同有关。Rossol M等[13]认为中间型单核细胞经TLR配体刺激后主要产生TNF-ɑ和IL-1β。而Wong KL[14]等则认为非经典型单核细胞经同样刺激后主要产生TNF-ɑ和IL-1β。Belge KU等[15]采用全血胞内染色方法也显示非经典型单核细胞是产生TNF-ɑ的主要细胞群。通过流式细胞技术检测中间型亚群高表达MHC-II抗原递呈基因CD74和HLA-DO,具有抗原递呈能力,参与T细胞相互作用[14]。Zawada AM等[16]报道中间型单核细胞另一个突出的特征是高表达促血管生成基因相关的表面分子,如促血管生成内皮糖蛋白(ENG)、TEK酪氨酸激酶(CD202b)及KDR,提示其具有强烈的促血管生成作用,有文献在中间型单核细胞发现Tie-2高表达,高表达此分子的单核细胞将来可能作为预测和诊断肝癌的生物标记[17]。大量文献报道了非经典单核细胞的“巡逻”行为,文章认为多种疾病中“巡逻”的非经典单核细胞发挥其独特的功能从血管移除受损的细胞,在受损的组织和组织修复和炎症恢复相关[18]。同时,Wong KL等[15]也观察到CD16+单核细胞似乎通过伸出片状伪足的方式在爬行。而在单核细胞亚群占大多数的经典群单核细胞,和其他两群不同,有文献显示其具有高级吞噬功能[15],单核细胞吞噬抗原可能是通过这群细胞发挥吞噬作用的。

二、单核细胞在丙型肝炎感染中的作用

1. HCV和单核细胞在固有免疫中相互作用HCV病毒是9.6 kb的正链RNA病毒,直径约50~80 nm,复制形成包含新合成RNA基因组的小包膜病毒颗粒,然后翻译成为结构蛋白core蛋白、E1蛋白和E2蛋白以及非结构蛋白NS1~NS5。在丙型肝炎中,固有免疫不仅在其HCV感染急性期发挥了至关重要的作用,最近的研究表明在慢性丙型肝炎中HCV通过与固有免疫细胞如NK细胞,单核细胞,巨噬细胞,树突状细胞等相互作用导致细胞失能,进而成功地干扰了固有免疫与适应性免疫反应的相互协作影响了病毒的清除[19]。其次,在发展为慢性感染的相当一部分患者中,HCV诱导肝内IFN介导的固有免疫反应,即内源性IFN系统,但这个IFN系统不仅不能清除病毒感染,而且也抑制机体对IFN-α联合利巴韦林治疗的反应[20],一个肝活检的研究表明治疗前激活的肝内内源性IFN系统在PegIFN-α治疗后ISGs的表达并未增加;相反,治疗前肝内活检未检测到激活的内源性IFN系统,在PegIFN-α注射后4 h ISGs增加明显,后者对治疗反应良好。固有免疫感知病毒产生IFN以及其他抗病毒基因和炎症介质,目前已知机体内存在两个重要的通路感知病毒基因并且诱导产生I和III型IFNs[21]。第一条是Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)依赖通路识别HCV抗原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMP);第二条是胞内通路,病毒复制的中间体双链RNA结合到RIG-1样受体(RIG-I-like receptors,RLRs)如维甲酸诱导基因-1(retinoic acid inducible gene-1,RIG-1))和黑色素瘤分化相关抗原-5(melanoma differentiation antigen 5,MDA-5)。上述两种通路激活关键转录因子NF-kB和干扰素调节因子3(interferon regulatory factor,IRF3),诱导I和III型IFN生成,IFNs与相应的IFN受体结合后,激活胞内Jak-STAT通路,诱导干扰素刺激基因(IFN-stimulated genes,ISGs)的生成,在感染细胞内发挥抗病毒作用,防止周围未感染细胞免受感染,以及激活固有免疫细胞监视、清除HCV[4]。除了IFN系统以外,在病毒感染早期还有一个固有免疫抗病毒系统是炎症体相关的细胞因子IL-18和IL-1β的产生[22]。IFN的产生需要病毒感染细胞,而炎症体的激活则依赖非病毒感染方式。单核细胞,是固有免疫主要成员细胞之一,通过TLRs识别HCV PAMP,产生促炎和抗炎因子、趋化因子、共刺激分子等,分化为m-DC和巨噬细胞,以及作为抗原递呈细胞触发T细胞特异性免疫反应[23]。流式技术分离单核细胞发现其含有HCVcore蛋白,原位杂交技术也在单核细胞中发现HCV负链,证明HCV可以感染单核细胞,有文献报道通过将单核细胞分群发现只在CD14++CD16+和CD14+CD16++单核细胞存在HCV[23],这可能与CD16+单核细胞高表达HCV入胞受体CD81有关[15],这个研究结果和HCV感染者CD16+单核细胞增加的数据是一致的[24],说明HCV感染人体后主要影响CD16+单核细胞。有研究报道HCV感染单核细胞不能产生IFN,而是通过TLR-7激活MyD88适配器蛋白依赖网格蛋白介导对病毒的内吞作用诱导炎症体的形成,产生IL-18和IL-1β,IL-18促进固有免疫抗病毒反应,IL-1β具有促进炎症和直接抗病毒作用,调节适应性免疫反应[22]。

2. 单核细胞介导的固有免疫逃逸单核细胞除了发挥抵抗HCV感染的作用外,病毒也可能主动干扰单核细胞的功能来逃避宿主免疫[25]。大部分新发的HCV感染转为慢性,同时部分慢性丙型肝炎患者对干扰素联合利巴韦林治疗效果反应不良。这些现象均说明了HCV不仅成功地建立多种机制逃避宿主免疫反应和IFN相关抗病毒反应,而且也积极地对抗这种宿主固有免疫反应,继而建立持续的感染。在丙型肝炎患者外周血,HCV病毒颗粒与脂蛋白形成异构颗粒使HCV免受宿主固有免疫的识别;在患者肝细胞中,HCV在小囊泡中进行复制,这种微环境可能使HCV免受胞内核酸酶和蛋白酶的攻击,以及胞内RLRs的感知[26]。HCV基因编码的NS3/4A蛋白酶切割HCV蛋白前体使之成为成熟的病毒[27],使HCV得以顺利复制。有文献报道HCV core蛋白上调Jak-STAT通路的负调控分子细胞因子信号抑制物-3(Suppressor of cytokine signaling-3,SCOS-3)的表达;还与STAT1的SH-2结构相互作用,导致磷酸化STAT-1减少,干扰ISGs的生成[28];此外,文献报道HCV蛋白还可以通过与干扰素刺激基因编码的抗病毒蛋白相互作用抑制机体发挥抗病毒作用[29]。以上均导致HCV对IFN信号通路的耐受。HCV结构蛋白E2以及非结构蛋白NS5A与抗病毒蛋白IFN诱导的双链RNA激活蛋白激酶R(protein kinase R,PKR)结合,使HCV复制过程中关键因子eIF2a不能磷酸化,进而使抗病毒蛋白不能发挥抗病毒作用[14]。关于HCV干扰逃避固有免疫的研究很多,但关于单核细胞介导固有免疫逃逸的文献却很有限。HCV感染者分泌大量炎症因子,单核细胞功能异常,可能导致DC细胞数量下降、抗原递呈能力失调、成熟障碍,继而病毒特异性T细胞活性、增殖、免疫反应衰减、失活,导致宿主免疫对HCV产生耐受。有一个研究报道了HCV干扰单核细胞的自噬过程进而抑制单核细胞分化为DC,后者对于启动强烈的T细胞免疫反应是非常重要的[30]。还有一体外究报道HCVcore和NS3重组蛋白同样也抑制单核细胞分化为DC[31]。另有研究证实HCV通过病毒蛋白改变了慢性丙型肝炎患者单核细胞TLR反应,导致了免疫耐受,继而逃避宿主免疫[25]。

3. HCV导致单核细胞功能失调有文献报道在病毒刺激下,单核细胞产生炎症因子和免疫调节因子如IL-10、IL-12、TNF-a影响Th1/Th2分化,这些因子的异常表达可能会损害抗原递呈细胞启动T细胞的能力,导致不能产生足够的免疫反应对抗HCV[24]。虽然固有免疫是疾病感染早期启动并首先发挥作用的,但由于急性丙型病毒性肝炎(Acute hepatitis C,AHC)大部分是少症状甚至是无症状的,目前单核细胞在AHC的研究非常少。在AHC感染中,暴露在病毒核酸和蛋白的单核细胞激活,HCV病毒蛋白NS3,NS2,NS4A,NS5A和单核细胞相互作用干扰TLR信号通路,TLR耐受性缺失,病毒蛋白持续刺激导致细胞因子不断产生,启动炎症反应,HCV得以持续复制发展为慢性[32]。尽管多个研究认为固有免疫反应在HCV感染急性期发挥了至关重要的抑制病毒复制的作用[2][4][21],但在慢性丙型病毒性肝炎(Chronic hepatitis C,CHC)的研究中通过固有免疫细胞相关分子的变化也证实了固有免疫反应不仅在AHC,在CHC中也发挥了重要的作用。在HCV感染中,单核细胞迁移至感染部位,产生促炎因子,运载微生物抗原到局部淋巴结并递呈抗原给T细胞,因此单核细胞介导的固有免疫反应具有清除病原体的作用。另外,单核细胞还可能分化为抗炎巨噬细胞,抑制T细胞增殖以及其介导的细胞因子的产生,表明单核细胞在维持免疫稳态发挥了重要的作用[33]。HCV感染后表现为持续病毒血症,免疫细胞功能受损。单核细胞功能异常可能导致DC数量降低、成熟障碍及抗原递呈能力失调,最终HCV特异性T淋巴细胞衰竭或失能,造成了病毒的持续感染[34]。文献报道CHC患者单核细胞亚群分布发生变化,数据显示经典型单核细胞比例下降,而中间型单核细胞和非经典型单核细胞比例升高[15],但另一文献则显示不同的结果,与健康对照组相比,CHC患者经典型单核细胞和中间型单核细胞比例降低,非经典单核细胞比例增高,且中间型单核细胞比例与HCV病毒载量负相关,表明当HCV感染人体后,单核细胞数量受到损害,中间型单核细胞在抗病毒免疫反应中发挥了重要的作用,抗病毒治疗后HCV RNA阴性组中间型单核细胞数量恢复,而其他两亚群比例并未恢复正常,说明中间型单核细胞对治疗的反应是疾病恢复或恶化的关键[35]。另有文献在中间型单核细胞发现HCV和HIV的共同感染,认为中间型单核细胞能够支持两种病毒的复制并认为中间型单核细胞是病毒贮备和传播的[36]。

HCV侵入机体后单核细胞不仅表现为数量以及亚群分布改变,而且也发现了单核细胞功能受损。我们前期的研究发现,HCV感染者单核细胞的功能受损,表现为促炎因子IL-12分泌减少,负性调控分子T淋巴细胞免疫球蛋白黏蛋白分子3(T cell immunoglobulin and mucin domain-containing molecule 3,Tim-3)、程序性细胞死亡受体-1(programmed cell Death-1,PD-1)等高表达[37][38][39]。在这些研究中与健康对照组相比,CHC患者单核细胞负性调控分子Tim-3、PD-1高表达,这是由于HCVcore蛋白与单核细胞gC1qR相互作用增加PD-1和Tim-3表达,而这些分子抑制Jak-STAT磷酸化,单核细胞功能受损,IL-12表达减少,后者是联系固有免疫和适应性免疫的关键细胞因子,适应性免疫反应病毒特异性T淋巴细胞失活,不能清除病毒;阻断Tim-3后负性调控分子PD-1、SCOS-1表达降低,反之阻断PD-1或沉默SOCS-1也能降低Tim-3的表达,促进STAT-1磷酸化,使IL-12表达增加,经过抗病毒治疗后HCV RNA阴性的患者单核细胞IL-12表达明显增高,负性调节分子PD-1明显降低,这些均表明经过抗病毒治疗后单核细胞功能可能部分得到恢复。近年来HCV单核细胞micro RNA在丙肝固有免疫的负性调节作用也逐渐成为热点,miRNA是一个新被发现的高保守非编码小分子单链RNA,参与细胞的分化、增殖、凋亡、免疫反应。miR-146ɑ是被研究的第一个免疫相关的miRNA,和病毒清除密切相关。有文献报道慢性丙型病毒性肝炎患者外周血单核细胞miR-146ɑ上调,经抗病毒治疗后miR-146ɑ降低,体外研究发现HCVcore蛋白刺激THP-1细胞系miR-146ɑ表达上调,沉默TLR-2和MyD88后miR-146ɑ明显受抑,这一现象说明了在HCVcore蛋白刺激下TLR-2/MyD88信号通路可能参与了单核细胞miR-146ɑ表达,后者抑制IFN产生,负性调节固有免疫反应[40]。在HCV感染中HCV通过TLR-2触发单核细胞激活,产生IL-10,TNF-ɑ,诱导m-DC的凋亡,这个瀑布效应所产生的结果降低了循环p-DC的比例,抑制了病毒的清除[41]。有研究发现在慢性肝纤维化疾病中循环单核细胞增加,尤其是非经典单核细胞增加,有研究证实其具有促炎和促纤维化作用,相比经典型亚群,高表达CXCR3、HLA-DR、FcrRII、CD25[11][42]。在肝硬化中单核细胞“免疫麻痹”,单核细胞功能损害包括趋化性改变、超氧化物产生,吞噬能力,杀伤能力,以及溶酶体酶产量下降,许多研究报道了在肝脏炎症和肝纤维化,单核细胞参与了肝硬化相关免疫失调。有研究发现肝硬化患者单核细胞HLA-DR表达降低,TNF-α减少,说明了肝硬化患者单核细胞的抗原递呈能力下降[43]。慢性丙型病毒性肝炎是导致肝癌的其中一个重要病因,关于慢性丙型病毒性肝炎进展至肝癌单核细胞介导的固有免疫反应目前尚未见报道。有一个研究比较了丙型肝炎合并肝癌患者和慢性丙型肝炎患者,肝癌患者组单核细胞表面Tie-2表达增高,作者认为其可以作为肝癌的标记,但是仍然需要大量的研究去论证它[17]。还另有研究报道外周血单核细胞绝对数可能和肿瘤进展相关,研究认为术前外周血单核细胞数目和肝癌术后预后负相关,是肝癌手术切除后一个独立的预后危险因素[44]。

病毒感染人体后宿主固有免疫对于感知病毒和随后的病毒清除是关键的,但HCV感染机体后固有免疫细胞失能,并且HCV发展多种机制逃避宿主免疫反应导致慢性感染。单核细胞在HCV感染人体后其数量及亚群比例发生变化,功能受损,进而使T淋巴细胞失能,抗病毒治疗后单核细胞的功能缺陷部分得到恢复,当慢性丙型病毒性肝炎进展至肝硬化甚至肝癌,单核细胞的研究非常有限,目前仍需进一步探索,为丙型肝炎治疗开拓新的突破点。

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(本文编辑:张苗)

国家自然科学基金面上项目(81270499)

710038陕西西安第四军医大学唐都医院感染科(梁彦,张沛欣,贾战生,张颖);第四军医大学基础医学部免疫学教研室(陈丽华)

张颖,Email:zyfmmu@hotmail.com

2016-04-17)

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