视神经脊髓炎谱系疾病发病相关抗体的研究进展

韩梦雨，金明

视神经脊髓炎（neuromyelitis optica，NMO），又称Devic 病，是一种自身抗体介导、体液免疫主导的中枢神经系统（central nervous system，CNS）致残性自身免疫性炎性脱髓鞘性（继发性）疾病，以视神经炎（optic neuritis，ON）和（或）急性横贯性脊髓炎为典型临床表现[1]。与NMO 相关的ON，通常具有眼球转动疼痛、视力急剧下降等症状，甚至失明，具有较高的致盲率。抗水通道蛋白4 抗体 （aquaporin-4 immunoglobulin G，AQP4-IgG） 的发现与确认，使得NMO 在发病机制、诊断及治疗上取得显著进步[2-3]。视神经脊髓炎谱系疾病 （neuromyelitis optica spectrum disorders，NMOSD）概念的最早提出是基于特异性AQP4-IgG 在临床的广泛使用[3]，但随着AQP4-IgG临床检测特异性的逐渐提高，NMO 和NMOSD 诊断标准不足之处也日益凸显[4]。2015 年国际NMO 诊断团队提出了一种新的NMOSD 国际诊断标准，NMOSD 包括NMO、ON、长节段性横贯性脊髓炎（longitudinally extensive transverse myelitis，LETM）和其他典型的脱髓鞘性脑综合征[5]。检测血清中AQP4-IgG 的状态是目前诊断NMO 患者最有效和最直接的方法[1-2]。然而，文献报道临床上还有约20%的NMO 患者血清AQP4-IgG 呈阴性[5-6]，该部分患者的生物标志物尚未得到明确验证，推测其体内可能含有未被识别的病理性抗体或其他生物标志物。对于AQP4-IgG 水平与NMOSD 疾病活动、严重程度、治疗反应或长期预后的相关性尚无一致意见[7-8]，说明在NMOSD 发病机制中仍存在一些空白有待研究，对NMOSD 患者进行早期诊断、疾病特异性干预及病情监测的生物标志物仍需不断完善。本文综述了与NMOSD 发病相关的抗体及其在NMOSD 发生与发展中的作用和临床意义，期待为开发适合NMOSD 的早期诊断及追踪疾病进展的个体化生物标志物提供帮助。

1 抗水通道蛋白4 抗体（AQP4-IgG）

众多研究为AQP4-IgG 在NMO 免疫发病机制中的潜在作用提供了证据[1]。AQP4-IgG 主要通过诱导激活补体系统、增加血脑屏障（blood brain barrier，BBB）的通透性、介导星形胶质细胞的毒性作用及参与炎性免疫过程等发挥作用[9]。AQP4 在全身均有表达，在CNS 中，AQP4 主要在视神经、脊髓、脑干、下丘脑、血管周、室管膜周和下区、延髓最后区和视上核等组织表达[10]；且CNS 中的AQP4 超分子结构与骨骼肌中的不同，这可能解释了AQP4 表达组织对NMOSD 敏感性的差异[10]。AQP4 单体在星形胶质细胞中以M1（在Met-1 处发生翻译激活）和M23（在Met-23 处发生翻译激活）2 种亚型表达，AQP4-M23能在细胞膜上聚集组装成大面积的正交排列颗粒（orthogonal arrays of particles，OAPs），而AQP4-M1只能形成零散的颗粒。每一个AQP4-IgG 的四聚体结构可通过细胞表面的OAPs 与其他四聚体结合，故AQP4-IgG 识别AQP4 的位点是OAPs，并非四聚体的亚基[11-12]。

Lennon 等[13]首次发现并确定了NMO 特异性的自身抗体，最初称为NMO-IgG，其靶点AQP4 于次年被鉴定出来。随后的独立研究[14-16]证实，AQP4-IgG可作为NMO 的特异性生物标志物，并指出基于细胞分析的免疫荧光法可提供最佳的灵敏度和特异度。AQP4-IgG 对NMO 具有高度的特异性（85%～99%），在大多数患者（68%～91%）的血清中都能检测到[16-17]。脑部核磁共振 （magnetic resonance imaging，MRI）显示的脑损伤也位于高AQP4 表达区域[17]。AQP4-IgG抗体的发现与鉴定也使得NMO 患者受益于B 细胞靶向治疗，如利妥昔单抗或血浆置换[17]。同时，病理研究[16-17]表明AQP4 免疫反应性定位于病灶血管周缘，并与NMO 病变中的AQP4-IgG 和激活的补体成分沉积成相应的玫瑰花结型，这表明了体液免疫在NMO 发病机制中的作用。在CNS 中星形胶质细胞足突末端的AQP4 和AQP4-IgG 相结合是NMO 发病机制中的关键环节。但AQP4-IgG 的合成是外源性的还是鞘内的以及是通过何种机制和途径进入CNS 的，目前尚无定论。多数学者[18-19]认为来自循环系统的AQP4-IgG 通过被动扩散、受损或者功能不全的血脑屏障进入CNS，与AQP4-M23 形成的OAPs 结合，通过抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用和补体依赖的细胞毒作用损伤星形胶质细胞，募集巨噬细胞、嗜酸性粒细胞及中性粒细胞，继发神经元髓鞘脱失，甚至轴索损害、神经元死亡等[20]。此外，AQP4-IgG 还可通过影响细胞内外谷氨酸稳态、改变星形胶质细胞表面AQP4 的分布极性等途径来促使NMO 病灶形成及加重病情发展[21]。如，兴奋性氨基酸转运体2 （excitatory amino acid transporter 2，EAAT2）在NMO 发病机制中的作用为NMO 治疗策略提供了新的方向。研究[12,22]表明，AQP4-IgG 与AQP4结合可以导致EAAT2 的下调，并损害谷氨酸的稳态。EAAT2 在星形胶质细胞中表达，负责中枢神经系统中90%以上的谷氨酸摄取，对兴奋性突触的谷氨酸清除也很重要[22]。据报道，EAAT2 和AQP4 作为大分子复合物存在于星形胶质细胞膜中。由于星形胶质细胞对谷氨酸浓度增加具有相对耐受性，因此，谷氨酸稳态的损害对神经元和少突胶质细胞具有特别的兴奋毒性潜力。脊髓和视神经中的少突胶质细胞是NMO 脱髓鞘的主要部位，对谷氨酸浓度变化特别敏感[22]。细胞外谷氨酸水平的局部升高可导致少突胶质细胞的损伤甚至死亡。

尽管AQP4-IgG 在NMO 诊断、治疗等过程中具有重要的临床应用价值，但它不是通用的NMO 生物标记物。如对老年人的研究中，有5%～10%的多发性硬化（multiplesclerosis，MS）患者同样发现AQP4-IgG阳性[5-6,23]，AQP4-IgG 的阳性率也似乎因种族和地理位置而异[24-26]。最近一项研究[27]显示，在NMOSD 复发期、缓解期不同阶段，患者血浆中AQP4-IgG 水平比较，差异均无统计学意义。Chanson 等[28]认为，血清NMO-IgG 表达水平与疾病复发、病残程度和药物治疗无关，在临床中NMO-IgG 作为NMO 患者随访或预测复发生物标志物的有效性仍有待考究。以上说明，除了AQP4-IgG 的存在外，其他因素（如分泌细胞因子及细胞免疫） 可能也参与NMO 患者发病机制的组织损伤和疾病的临床表现。

2 髓鞘少突胶质细胞糖蛋白抗体（MOG-IgG）

髓鞘少突胶质细胞糖蛋白抗体 （myelin oligodendrocyte glycoprotein immunoglobulin G，MOG-IgG）是NMO 新的潜在生物学标志物中研究最多的自身免疫性抗体。MOG-IgG 相关疾病最常见的表现是7岁以下儿童的急性播散性脑脊髓炎，以及青少年和成人的ON。MOG-IgG 阳性相关的NMOSD 患者临床表现更倾向于侵袭视神经（前段）而非脊髓，因此，以双侧ON 为临床表现就诊眼科的NMOSD 患者中MOG-IgG 阳性更多见。MOG 是免疫球蛋白超家族的成员，仅在CNS 髓鞘和少突胶质细胞表面表达，是少突胶质细胞成熟的潜在分化标志物，参与补体依赖的细胞毒作用的调节，这使MOG 成为炎症性脱髓鞘疾病中细胞和体液免疫反应的潜在靶点[11,29]。特别指出的是，临床上怀疑NMOSD 时，测试AQP4-IgG和MOG-IgG 是合理的。

MOG-IgG 与NMOSD 的临床相关性及其在炎症性脱髓鞘疾病免疫原性发生过程中的作用成为近些年来研究的热点之一。2015 年新的NMOSD 诊断标准中也指出该抗体可能参与NMO/NMOSD 的发病[5]。Mader 等[30]首先在一些血清AQP4-IgG 阴性的NMO/NMOSD 患者中发现了MOG-IgG 介导的免疫反应。此后，关于MOG-IgG 与NMO／NMOSD 的研究逐渐增多。Hamid 等[31]发现，MOG 抗体在20%～42%的AQP4-IgG 阴性的NMOSD 患者中呈阳性 （相当于NMOSD 患者总队列的4%～11%）。尽管一些MOG-IgG 阳性患者符合NMOSD 的诊断标准，但MOG-IgG 阳性和AQP4-IgG 阳性的NMOSD 患者间存在流行病学、临床和MRI 特征的差异。相较于AQP4-IgG 阳性患者，MOG-IgG 阳性者具有年轻，以男性、白种人多见，对激素和血浆置换效果更明显等特点[12,32]。ON 是MOG-IgG 阳性的NMOSD 患者最常见的临床表现，以双侧ON 更为常见，此类患者大多能在眼底检查时见到视盘水肿[32-33]。此外，MOG-IgG阳性的NMOSD 患者很少伴有自身免疫性疾病，但该类患者体内共存的其他自身抗体更为常见[34]，且其LETM 或其他脑部的临床症状发生率也低于AQP4-IgG 阳性的患者。在AQP4-IgG 阴性的LETM首次发作的患者中，约有8%～23%的患者出现MOG-IgG 阳性；相比之下，MOG-IgG 阳性的LETM患者一般年龄较小，病情易复发，但预后较好[35]。MOG-IgG 阳性的NMOSD 患者平均年复发率更长（0.5 年，范围：0.1～1.0 年）且视力受损更严重（视力＜2/10），但患者随访结束时视力相对较好[36]。重要的是，较大比例的MOG-IgG 患者可能患有单相疾病，暂时存在MOG-IgG 阳性，这意味着不一定需要长期免疫抑制[30]。

目前MOG-IgG 和AQP4-IgG 双阳性检出率极低。Peschl 等[29]总结了与MOG-IgG 相关炎性脱髓鞘疾病有关的文献，发现515 例AQP4-IgG 阳性的NMO 患者中，仅3 例出现MOG-IgG 阳性，双抗体阳性率低于1%。另一个使用CBA 方法检测的研究中，未有1 例患者发现血清AQP4-IgG 和MOG-IgG 双阳性[32]。脑脊液检测提示脑脊液髓鞘碱性蛋白水平升高，但不能检测到胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic portein，GFAP），提示患者出现严重脱髓鞘，但并没有引起炎症细胞浸润，轴突丢失，神经元或星形胶质细胞死亡[37]。与AQP4-IgG 相关疾病累及星形胶质细胞不同，MOG-IgG 相关疾病的靶抗原是少突胶质细胞，2 种疾病在病理生理基础上有显著差异。

MOG-IgG 相关研究对NMO 发病机制提出了新的挑战及疑问，即MOG-IgG 阳性的NMO 患者是否是可以独立于NMO／NMOSD 的独立疾病实体。类似“MOG-IgG 相关脱髓鞘疾病” 等概念的提出需要深入的基础和临床研究进一步探讨。

3 胶质纤维酸性蛋白抗体（GFAP-IgG）

星形胶质细胞在CNS 生理和病理的许多方面起着积极作用，尤其是NMO，其最本质的病理机制是星形胶质细胞的损伤。胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP） 是星形胶质细胞中的标志性中间丝蛋白，在细胞迁移和运动、膜上谷氨酸转运体GLAST/EAAT1 的锚定和有丝分裂等方面起着重要作用，在CNS 损伤及相关疾病发病中起着关键作用。相关研究[38]表明，GFAP 的损伤或者缺损导致神经元髓鞘继发性脱失，进而引起星形胶质细胞损伤、神经元轴索变性及死亡。Uzawa 等[39]研究表明，与非炎性神经系统疾病、特发性ON 和脊髓炎患者相比，NMO 患者脑脊液白细胞介素-6（Interleukin-6，IL-6）和GFAP 水平在NMO 的初始免疫攻击期间显著升高。另一项研究[38]提示，NMO 急性期脑脊液GFAP-IgG 水平显著增高，且与临床症状和脊髓损害的严重程度呈正相关，但经激素治疗好转后，脑脊液GFAP-IgG 表达浓度降至正常水平。Fang等[40]首先构建GFAP 相关自身免疫性星形细胞病变的概念，并发现GFAP-IgG 在复发性免疫性脑膜炎的生物标志价值。Elia 等[41]研究表明，GFAP-IgG 相关性脊髓炎与AQP4-IgG 相关性脊髓炎在临床表现、脑脊液表现及头颅MRI 表现等方面有着重要的区别。基于此，考虑到GFAP 是一种细胞内蛋白，GFAP-IgG 在NMO 发病中的直接性作用可能性甚微，但为了更好地阐明自身免疫性GFAP 星形细胞病及GFAP-IgG 在NMO 患者中的作用机制，还需要进一步的深入研究。

4 水通道蛋白-1 抗体（AQP1-IgG）

水通道蛋白-1（aquaporin-1，AQP1）也是水通道蛋白家族成员，它在视神经、脊髓和脑白质等易发生NMO 典型病变的区域中大量表达，众多研究支持水通道蛋白-1 抗体 （aquaporin-1 immunoglobulin G，AQP1-IgG）参与NMO 的免疫发病机制[42-43]。Long等[44]提出AQP1-IgG 存在于大多数NMO 患者或高患病风险患者中 （AQP4-IgG 血清阳性患者比例达74.8%），而在患有其他神经系统疾病患者中很少发现。Tzartos 等[42]发现，AQP4-IgG 血清阴性、AQP1-IgG血清阳性的疑似NMOSD 患者中，几乎所有患者均有脊髓损伤（19/22）。双血清阳性患者占AQP1-IgG血清阳性的24%，且在348 例疑似NMOSD 患者中，AQP1-IgG（16.7%）血清阳性比AQP4-IgG（12%）血清阳性更为普遍存在[42]。而健康人和神经自身免疫性非脱髓鞘性疾病 （neuroautoimmune non-demyelinating disease，NIND）（如重症肌无力）患者的血清中没有检测到AQP1-IgG。AQP1-IgG 血清阳性可疑NMOSD 患者的临床特征与AQP4-IgG 血清阴性患者相似，LETM 多见，ON 少见，女性比例较低[44]。Tüzün等[45]发现，AQP1-IgG 与AQP4-IgG 血清双阳性患者在初次发病时即发生ON，这表明富含AQP1 的视神经很可能是自身免疫反应的启动点；血清双阳性和AQP4-IgG 血清阳性患者比血清双阴性患者更容易复发。AQP1 在典型NMO 病灶周围的表达明显减少或转移至星形胶质细胞内，与AQP4 的分布相似，这意味着AQP1-IgG 同样可能会导致BBB 和星形胶质细胞损伤，推测AQP1-IgG 与视神经脊髓炎发病机制相关[45-46]。

有关AQP1-IgG 诊断的特异性，Tzartos 等[42]报道AQP1-IgG 对NMO 具有高度的敏感性和特异性；而Long 等[43]发现其特异性低于以往的研究，并认为AQP1-IgG 在NMO 中低于AQP4-IgG 的诊断价值。但更值得关注的是MS 和NMO 患者血清中均有AQP1-IgG，这会影响对MS 和NMO 患者进行鉴别诊断，对AQP1-IgG 的进一步相关研究将会有助于其发展成为NMO 患者的潜在生物标志物。

AQP1 在CNS 星形胶质细胞中高表达、AQP1-IgG 存在于CNS 脱髓鞘患者的血清中、AQP1-IgG血清阳性与AQP4-IgG 血清阴性的NMO 临床特征相似、疑似NMOSD 的患者体内AQP1-IgG 高阳性率等特征促使AQP1-IgG 将可能成为AQP4-IgG 血清阴性的NMOSD 患者潜在的新型生物标志物。

5 其他相关性抗体

除了以上论述的与NMO 发病、诊断及预后密切相关的抗体外，近些年来，CNS 其他一些相关性抗体在NMO 等相关性疾病发病中也备受关注，如抗N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA 型）受体抗体和甘氨酸受体抗体[6]。抗NMDA 受体脑炎见于年轻女性卵巢畸胎瘤，表现为记忆和意识障碍、躁动、癫痫、呼吸衰竭、自主神经紊乱和无意识运动[47]。Motoyama 等[48]报道了抗NMDA 受体脑炎与复发性视神经炎发病具有相关性。且另一项报道揭示少数抗NMDA 受体脑炎患者 （3.33%） 具有显著的炎性脱髓鞘影像学（MRI）及临床表现，可有AQP4-IgG 或MOG-IgG 阳性[49]。但以上抗体在NMOSD 中的生物学方面的价值有待进一步确认。

6 小结

NMOSD 是临床上常遇到的神经眼科交叉性学科疾病，研究其发病机制和相关生物标志物有助于早期诊断、控制急性发作和防止复发。NMOSD 发病机制的复杂性及其与免疫应答的关系，延缓了有效治疗及管理策略的发展。AQP4-IgG、MOG-IgG 等相关抗体的发现与确认，使得NMOSD 在诊断及治疗上取得显著的进步，但在NMOSD 发病机制中仍有一些空白有待探索。统一、优化检测手段，开发新型早期诊断、监测治疗反应及预后的生物标志物，对改进NMOSD 疾病管理和预防工作非常重要。相信在不久的将来，该疾病的研究及应用能得到突破性的实质性进展，期望本文为其提供帮助和借鉴。