细胞因子在重症疟疾中的作用研究进展

2018-02-12张依，冯辉

基础医学与临床 2018年12期

张依，冯辉

(中国医科大学基础医学院免疫学教研室，辽宁沈阳 110122)

疟疾是严重的虫媒传染病，通过按蚊叮咬或输入带疟原虫者的血液而感染。据世界卫生组织(World Health Organization，WHO)发布的《2016年世界疟疾报告》显示，全球有超过25亿的临床病例，2015年疟疾新增病例2.12亿，死亡病例42.9 万。撒哈拉以南的非洲地区在全球疟疾负担中所占的比例最大[1]。高风险人群主要包括婴儿、5岁以下儿童以及孕妇[2]。疟疾临床表现为不规律发热、肝脾肿大及贫血。重症疟疾贫血症(severe malarial anemia，SMA)和脑疟是疟疾感染的重症临床表现[3]。疟疾感染诱导宿主产生一系列促炎细胞因子、抗炎细胞因子及趋化因子。另外，炎性反应介质释放时间和水平既可影响宿主对原虫血症的控制，也可诱发机体损伤。为此，本文就细胞因子在疟疾感染及其严重并发症中的作用进行综述。

1 促炎细胞因子(pro-inflammatory cytokines)

1.1 白细胞介素- 1(interleukin- 1，IL- 1)

IL- 1既可参与疟疾发病，又参与疟原虫感染的红细胞在血管内皮的黏附。疟色素通过激活炎性反应蛋白复合物诱导IL- 1β产生[4]。在科威特以60例男性恶性疟患者和30例健康个体作为对象的研究显示，疟疾感染红内期实验组瘦素水平显著升高(24.3 ng/mLvs7.9 ng/mL，P<0.001)，TNF和IL- 1α水平亦明显升高。血清瘦素与TNF和IL- 1α表达水平呈正相关。由此提示，IL- 1α和TNF有促进炎性反应和瘦素分泌的作用[5]。

1.2 肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)

疟原虫诱导免疫细胞产生TNF。TNF在体液中可发挥杀伤疟原虫的作用。脑疟患儿脑脊液中TNF-α高水平表达与随后的神经系统发育和认知功能障碍有关[6]。尿液TNF受体对妊娠疟疾有诊断意义。对喀麦隆妊娠期和非妊娠期妇女尿液可溶性肿瘤坏死因子受体(soluble tumor necrosis factor receptor,sTNFR)(sTNFR- 1和sTNFR- 2)的检测发现，妊娠期妇女尿液sTNFR水平比非妊娠期妇女表达量高。在妊娠期妇女尿液组中，疟疾镜检阳性组比阴性组尿液sTNFR- 1和sTNFR- 2水平升高更为明显。sTNFR- 1和sTNFR- 2水平与原虫血症相关。由此提示，尿液sTNFR可作为非侵入性检查，在妊娠疟疾诊断中发挥作用[7]。

1.3 白细胞介素- 12(interleukin- 12，IL- 12)

IL- 12是一种有效的免疫调节因子，不仅促进细胞免疫应答，而且对疟疾感染预后有重要意义。一项基于疟原虫虫负荷分组的研究显示，恶性疟和间日疟患者血清IL- 12水平显著升高，然而高原虫负荷组IL- 12水平没有低虫负荷组升高明显[8]。体外实验显示，采用疟原虫感染红细胞，刺激正常人外周血单个核细胞，其中γδT细胞可在IL- 12和IL- 18联合作用下，表面高表达Tim- 3(T cell immunoglobulin domain and mucin domain protein- 3,Tim- 3)分子[9]。IL- 12家族成员IL- 27亦参与疟疾感染。鼠疟研究发现，分泌IL- 27的疟原虫抗原特异性CD4+Foxp3-CD11a+CD49d+T细胞，具有抑制IL- 2分泌和T细胞克隆性增殖的作用[10]。

1.4 白细胞介素- 17(interleukin- 17, IL- 17)

恶性疟造成的多器官功能衰竭和急性肾功能衰竭与IL- 17有关。对印度222名疟疾患者和3组志愿者(健康个体、脓毒症和脑炎患者)进行血浆促炎因子、抑炎因子和趋化因子测定。在待检26种细胞因子和趋化因子中，19种细胞因子在疟疾患者中显著增加。在多器官功能障碍患者中IL- 17、干扰素诱导蛋白- 10(interferon-inducible protein- 10，IP- 10)和IL- 10水平明显增加。患有急性肾功能衰竭的重症疟疾患者IL- 17水平升高。由此表明，IL- 17可作为预测多器官功能衰竭和急性肾功能衰竭的检测指标[11]。对非洲个体IL17A、IL17F和IL17RA基因多态性分析显示，IL17F和IL17RA基因多态性明显与脑疟易感性有关。IL17F和IL17RA遗传变异体会增加脑型疟的患病风险[12]。妊娠期疟疾会促进IL- 17分泌增加，IL- 10和转化生长因子-β(transform-ing growth factor-β，TGF-β)水平降低，从而干扰机体免疫系统平衡[13]。

2 抗炎细胞因子(anti-inflammatory cytokines)

2.1 白细胞介素- 10(interleukin- 10, IL- 10)

抗炎反应与促炎反应平衡在清除疟疾感染中发挥重要作用。IL- 10是一类具有免疫抑制功能的细胞因子。疟疾感染导致CD4+T细胞产生IL- 10增强，但尚不清楚是疟原虫的直接作用还是抗原呈递细胞的间接作用。约氏疟原虫感染的小鼠模型显示，CD11c+CD11b+CD8-树突状细胞(dendritic cells, DC)产生IL- 10水平明显升高，并诱导CD4+Tr1细胞分泌IL- 10。为IL- 10体内来源及作用提供了更多的实验数据[14]。

IL- 10可导致不良的妊娠结果。在胎盘恶性疟疾小鼠模型中，雌性小鼠初次受孕前用伯氏疟原虫P.bK173感染并进行药物治疗，测量孕前孕后细胞因子水平。结果显示，除IL- 10升高外，其他所检测的细胞因子水平均降低。高水平IL- 10和低水平细胞因子与胎盘疟疾的不良妊娠结局相关[15]。

新近研究发现了IL- 10与免疫记忆的关系。利用IFN-γ-黄色荧光蛋白(YFP)和IL- 10-绿色荧光蛋白(GFP)双报告基因小鼠的研究显示，疟疾初次感染诱导产生的CD4+YFP+GFP+T细胞记忆功能有限，不稳定表达IL- 10。而CD4+YFP+GFP-T细胞在再次感染期间迅速扩增并上调IL- 10表达。CD4+IFN-γ+记忆T细胞在继发疟疾感染期间迅速增殖并产生IL- 10，参与抑制抗疟强炎性反应应答，为IL- 10在原发性和继发性疟疾感染的作用提供了新见解[16]。

2.2 转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1, TGF-β1)

TGF-β1对细胞的增殖、分化和免疫功能都有重要的调节作用，可抑制免疫活性细胞的增殖和细胞因子的产生。血小板是TGF-β1的主要来源。对75例乌干达脑疟患儿、67例无并发症疟疾患儿和62名社区健康儿童对比分析研究显示，脑疟患儿TGF-β1与IFN-γ、IL- 6和IL- 10水平呈负相关。TGF-β1浓度随恶性疟严重程度的增加而降低。脑疟患者血小板减少与TGF-β1降低有关。由此提示，血小板减少导致TGF-β1降低，进而影响疟疾预后[17]。已知镰状细胞病患者对恶性疟感染具有保护作用。一项针对13岁以下疟疾患儿的研究显示，血红蛋白S(HbS)单核苷酸多样性位点rs334与TGF-β表达上调有关[18]，从基因水平对疟疾易感进行了相关性分析。

3 趋化因子(chemokines)

MCP- 1/CCL2(monocyte chemoattractant protein- 1)是单核细胞趋化因子，由几种类型的细胞产生，如上皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞和星形胶质细胞等，并且可被TNF、IL- 1和内毒素诱导。间日疟感染红内期，IL- 6和MCP- 1显著升高，提示IL- 6和MCP- 1 / CCL2存在相关性[19]。鼠疟模型显示，IFN-γ、淋巴毒素-α(lymphtoxin，LT)和趋化因子配体10(chemokine ligand- 10，CXCL10)对脑疟发展必不可少。加纳脑疟患儿血清和脑脊液中CXCL10明显升高，且与IFN-γ和LT-α高水平有关[20]。此外，CXCL10还可诱导疟疾患者内皮祖细胞凋亡，内皮祖细胞是微血管内皮细胞前体，从而引起微血管功能障碍[21]。ELISA分析喀麦隆1 045名疟疾患者和健康志愿者趋化因子的结果显示，疟疾患者血清CXCL5水平降低，CCL28水平升高。CXCL11平均浓度在有症状组高于无症状组，而CCL28平均浓度在有症状组中较低。因此，趋化因子与疟疾表型严重程度相关[22]。

4 细胞因子的综合作用

重症疟疾贫血是非洲儿童死亡的主要原因之一。对加蓬地区发热患儿血清10种细胞因子检测发现，疟疾患儿血清的IFN-γ(500±100)pg/mL、IL- 6(64±14)pg/mL、IL- 10(505±35)pg/mL和IL- 13(30.6±5.6)pg/mL明显高于未感染儿童[分别为(210±20)pg/mL, 17.5pg/mL, (50±26)pg/mL, 17.5 pg/mL] (P< 0.03)。与无并发症疟疾患儿相比，SMA患儿血清IFN-γ明显降低，而IL- 6、IL- 10和IL- 17明显升高并伴随高原虫血症。在严重贫血患儿中IL- 21降低。由此显示，IFN-γ有助于防止恶性疟贫血发生并与清除疟原虫作用相关，而IL- 6和IL- 10在SMA中发挥促炎和免疫病理作用[23]。

一项对743名坦桑尼亚新生儿脐带血8种细胞因子的研究显示，低水平TNF、TNF-RI、IL- 1β、IL- 5和高水平TNF-RII在不同程度上会增加SMA风险(Hb <50 g/L)。TNF、TNF-RI和IL- 1β浓度与SMA发生风险呈负相关和对数相关。检测新生儿脐带血相关细胞因子可对重症疟疾发生风险进行预测[24]。

对达喀尔脑疟和无脑疟患者血清29种生物标志物的分析显示，脑疟患者促炎因子IL- 6和IL- 8水平明显高于无脑疟者，而Th2型细胞因子IL- 5水平在脑疟患者中明显降低。此外，嗜酸性粒细胞活化趋化因子(eotaxin)、单核细胞趋化蛋白- 1(monocyte chemotactic protein- 1，MCP- 1)、IL- 15和TNF-α在脑疟死亡患者中显著增加，且肾功能衰竭与脑疟死亡明显相关[25]。