弓形虫感染对神经组织损伤及通过血脑屏障机制

杨 靖 苑文英

河北大学，保定，071000，中国

弓形虫是食源性机会性致病原虫，人群普遍易感，免疫机能正常者感染多为隐性，不引起明显的临床症状；但免疫力低下的小鼠感染弓形虫后表现为广泛的全身症状：精神沉郁、食欲下降、颤抖、被毛凌乱等，研究发现慢性弓形虫感染小鼠脑部质量下降，进一步通过核磁共振成像也发现脑室扩大。病理标本显示小鼠脑组织外观充血、水肿、沟回变浅，部分有出血点，大脑皮质空洞［1］。切片中神经元变性、坏死，弓形虫包囊附近见噬神经现象，大量嗜酸性细胞增生、集聚［2］。

1.弓形虫对中枢神经细胞的损伤

1.1 损伤现象

弓形虫进入机体后侵入肠细胞转化成速殖子，速殖子通过单核细胞和树突状细胞进入血液循环。通过血脑屏障后，弓形虫到达中枢神经系统入侵某些细胞操纵细胞周期使速殖子在细胞内的增殖，这些细胞被感染后就会进入静止的G0期而不能再分化。神经元属于脱离细胞周期的终末分化细胞，速殖子不能操纵宿主的细胞周期［3］。感染进入到慢性期，虫体增殖速度减慢，速殖子转化为缓殖子，分泌成囊物质，形成包囊。由于缺乏MHC-Ⅰ类，感染的神经元不能被入侵的CD8+T 细胞识别，从而逃避宿主的免疫防御机制。包囊不是一个完全处于静止状态的生命体，而是虫体为繁衍自身所采取的一种逃避宿主免疫的形式。一旦宿主免疫力出现明显下降，包囊便会发生再活化，此时缓殖子重新转变为快复制的速殖子，破坏宿主细胞，引起急性弓形虫病，常表现为脑积水，脑钙化和各种脑畸形等中枢神经系统症状。

1.2 损伤机制

弓形虫可入侵所有有核细胞：虫体顶端与宿主细胞膜接触，虫体内的Ca2+水平升高，刺激贮存在顶端的微线体蛋白释放，与宿主细胞受体相互作用后，识别、黏附宿主细胞；这时棒状体释放棒状体蛋白，参与纳虫泡形成；致密颗粒蛋白被分泌入纳虫泡，最终参与形成纳虫泡膜管网网络，虫体通过更新膜分泌及可溶蛋白分泌的形式修饰纳虫泡结构，使其得以在宿主细胞内寄生并繁殖［4］。弓形虫早期依赖于自噬体的溶酶体来持续感染，抑制宿主细胞凋亡，促进宿主细胞自噬，降解宿主细胞自身不重要的细胞器提供蛋白质等营养成分，利于弓形虫自身繁殖复制［5］；感染晚期自噬被过分的激活，宿主细胞体内细胞器已严重损耗，就会诱发另一种程序性细胞死亡-细胞凋亡，最终导致宿主细胞裂解，促进体内弓形虫在宿主细胞中的增殖扩散［6］。

1.2.1 机械性损伤

弓形虫寄生在宿主的神经细胞内，虫体运动或形成包囊都会对神经细胞、脑组织产生机械压迫导致组织缺血、缺氧、坏死［7］。也可栓塞脑部小动脉分支或动静脉交界处的微血管，引起出血或血管壁周围的炎症反应。包囊寄生于大脑组织的特殊部位时，可能会阻断或干扰神经元的功能从而引起神经性退化，例如包囊选择性地寄生在大脑皮层、海马、嗅球、杏仁核、尾状核和基底神经节等会引起人相关的神经症状［8］。

1.2.2 免疫反应

随着机体内弓形虫感染时间的延长，排泄分泌抗原含量逐渐增加，激活脑内的小胶质细胞和星形胶质细胞，分泌大量细胞因子和趋化因子向免疫系统发出信号，吸引小胶质细胞和巨噬细胞大量聚集［9］。如：肿瘤坏死因子-γ（tumor necrosis factor-γ，TNF-γ）、白细胞介素-1（interleukin-1，IL-1）、IL-6。而这些细胞因子也会通过多种方式影响神经递质，干扰多巴胺代谢的能力；在感染后的七到十天，大量CD4+T 细胞和CD8+T细胞通过血脑屏障进入CNS，刺激产生特异性细胞毒性T 淋巴细胞，CD8+T 细胞通过释放穿孔素等细胞毒性物质杀伤靶细胞［10-11］，最终共同表现为神经系统的广泛炎症。

1.2.3 注入蛋白

弓形虫可将棒状体蛋白注入宿主细胞内，对宿主细胞基因表达和信号转导途径进行广泛修饰［12］。棒状体蛋白16（rhoptry protein 16，ROP16）经顶端复合体释放后进入宿主细胞质，借助自身的核定位结构（nuclear localization sequence，NLS）转运到宿主细胞核，影响宿主基因的表达［13］。ROP16 具有酪氨酸激酶活性，可以减少宿主细胞内NO 的生成，发挥免疫抑制作用。ROP18 与虫体毒力密切相关，具有苏氨酸/丝氨酸蛋白激酶活性，起到免疫逃避，抑制炎症信号通路、诱导机体免疫应答功能退化的作用［14］。

1.2.4 突触改变

突触为大脑内的交流提供了物理基础，而突触维持其完整性和功能对维持适当的CNS 功能至关重要，分析表明慢性弓形虫感染通过触发成熟突触的突触前和突触后隔室蛋白表达，降低其突触复杂性诱导突触树突棘数量和分布，形态的改变影响到神经元的结构［15］。

1.2.5 神经递质

在弓形虫的基因组中发现了两个基因，其作用是编码多巴胺合成的限速分子。感染时产生的炎症因子和细胞因子也会加重对多巴胺的影响。吲哚胺2，3-双加氧酶（indoleamine 2，3-dioxygenase 1，IDO）的活化：表达增加引起色氨酸的降解，MARK 途径可减少多巴胺的回收；四氢叶酸（tetrahydrobiopterin，BH4）参与单胺神经递质血清素、多巴胺和去甲肾上腺素的合成。经感染后的细胞释放的多巴胺量增加了三倍。而过量的多巴胺可能干扰关键的脑活动，影响宿主的行为［16］。

2.弓形虫通过血脑屏障的机制

血脑屏障（blood brain barrier，BBB）是脑组织与外界进行营养物质交流的系统，是存在于脑和脊髓内的毛细血管与神经组织之间的一个调节中枢神经系统内环境的细胞屏障，由毛细血管内皮、基膜、嵌入其中的周细胞、星形胶质细胞、小胶质细胞相互作用。

大脑中的血管内皮比周围的微血管紧密50～100倍，内皮细胞具有合成、分泌及代谢等功能。其表面可以表达许多黏附分子，主要包括细胞间黏附分子-1、血管内皮细胞黏附分子等。内皮细胞被周细胞覆盖。周细胞与内皮细胞间有紧密连接，可收缩，调节毛细血管直径，阻止大分子进入细胞。星形胶质细胞通过响应神经活动的变化来调节周细胞或血管内皮细胞的功能，进而调节血管收缩或舒张和BBB 的通透。基膜是血脑屏障重要的组成部分，主要由Ⅳ型胶原、层连蛋白、内肌动蛋白、纤维连接蛋白以及一些糖蛋白等多种细胞外基质分子构成。小胶质细胞属于单核巨噬细胞系统，可分泌生长因子，促进组织修复，可分泌蛋白酶，活性氧中间体，活性氮中间体，导致继发性脑损伤。

弓形虫寄生在感染的单核细胞和树突状细胞，促使感染细胞活性基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）分泌增加，以MMP-9为主，降解细胞外基质成分中的类肝素硫酸蛋白多糖，破坏血脑屏障完整性［17］，弓形虫通过基膜后，表达表面抗原，被小胶质细胞所识别，吞噬，诱导小胶质细胞活化，释放大量炎症因子（IL-1β、IL-6、TNF-α），增加诱导型一氧化氮合酶（inclucible nitric oxide synthase，iNOS）表达。IL-1β和 TNF-α也可以作用于星形胶质细胞释放VEGF 激活血管内皮细胞，使部分紧密连接蛋白表达下调，BBB 通透性增大。活化的星形胶质细胞通过释放因子又可以进一步活化小胶质细胞［18］。

2.1 胞外的细胞旁途径

弓形虫缺乏纤毛和鞭毛，但能够使用肌动蛋白-肌球蛋白产生“滑动运动”通过小肠上皮，肠上皮屏障与BBB 有许多共同特征，包括紧密连接，细胞旁连接，屏障特性调节和免疫屏障。可以通过内皮细胞层的紧密连接。体外模拟BBB 和肠上皮屏障，寄生虫能够穿过偏振细胞单层和细胞外机制，跨越体外转移穿过肠上皮［19］。

2.2 跨细胞迁移

血中游离的弓形虫速殖子能够黏附到CNS 内皮细胞，侵入，复制，然后从内皮细胞的基地外侧流出（溶解细胞）穿过血脑屏障。弓形虫同样通过跨细胞迁移肠道固有层［20］。急性感染小鼠的分析显示血液中有大量的游离寄生虫，脑血管系统中感染的内皮细胞的存在，无论感染途径如何，内皮细胞内存在复制寄生虫。内皮细胞的复制和裂解先于侵入中枢神经系统［21］。

2.3 特洛伊木马

弓形虫在感染激活巨噬细胞的过程中，约50%虫体能够分泌磷脂酰丝氨酸到纳虫泡膜上。带有磷脂酰丝氨酸的速殖子能主动侵入巨噬细胞，抑制抗弓形虫基因的表达，改变表面抗原，逃避宿主免疫，不被单核巨噬细胞所识别，逃避血脑屏障的抗虫免疫反应从毛细血管渗入大脑［22］。此过程是一个精密调节的序贯过程：被感染的免疫细胞的滚动，停滞，爬行运动性增强并能经内皮细胞跨越血脑屏障，渗入中枢神经系统，之后从单核细胞中流出并进入脑实质［23］。这就是感染后形成的通过“特洛伊木马机制”穿过血脑屏障，到达中枢系统。

单核细胞在弓形虫感染中枢神经系统的过程中发挥重要作用，实验中，与静脉内感染相比，弓形虫感染的单核细胞的小鼠大脑中的寄生虫积累更快。弓形虫感染的单核细胞穿越细胞屏障的能力增强。将标记过的感染弓形虫的单核细胞转移到小鼠中，24 h 到48 h后，感染的单核细胞完全存在于血管腔内。一些体外模型表明感染的免疫细胞具有增加弓形虫的运动性并且能跨越内皮屏障［24］。

综上所述，弓形虫寄生于宿主，进入血液循环，穿过血脑屏障，在脑内的的重要部位播散引起了宿主神经系统的病变。血脑屏障与神经系统疾病进程密切相关，参与疾病的发生和发展，并影响治疗预后。因而研究弓形虫对神经系统的损伤机制和通过血脑屏障的方式为弓形虫感染的防治，神经系统疾病的临床治疗和预后提供理论依据。现有文献中，大多是有关流行病学调查，免疫诊断等报道，损伤机制的研究仍处于探索阶段，多种机制共同作用，是否有一种占主导地位？还有那些机制参其中？这些问题的答案将会进一步完善对弓形虫的研究。