抗体介导自身免疫性脑炎发病机制研究进展

2022-01-01狄晓萌王佳伟刘磊

中国神经免疫学和神经病学杂志 2021年3期

狄晓萌王佳伟刘磊

自身免疫脑炎(autoimmune encephalitis，AE)泛指一类由于免疫系统针对中枢神经系统神经元或胶质细胞产生炎性反应而导致的疾病，临床以急性或亚急性发作的癫痫、认知障碍及精神症状为主要临床表现。AE相关抗体对于病因学诊断至关重要。目前认为其主要包括抗细胞表面抗体(antibodies against cell surface antigens，CSAab)、抗细胞内突触抗原抗体(antibodies against intracellular synaptic antigens，SyAab)和抗细胞内抗原抗体(antibodies against intraneuronal antigens，INAab)。其中，CSAab所针对抗原包括谷氨酸能受体、γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid，GABA)能受体或分泌的跨突触蛋白如富含亮氨酸胶质瘤失活蛋白1(leucine-rich glioma inactivated 1，LGI1)等，理论上可直接致病。INAab即传统的神经系统副肿瘤综合征抗体，包括Hu抗体、Yo抗体、Ma2抗体等，这一类抗体理论上并不直接致病，而是T细胞介导免疫应答的一种附带现象[1]。上述细胞毒性T细胞广泛浸润，并通过穿孔素或颗粒酶杀伤神经元导致不可逆变性，这是经典神经系统副肿瘤综合征核心致病机制。SyAab则介于CSAab和INAab之间，包括抗谷氨酸脱羧酶65(65 kDa glutamic acid decarboxylase，GAD65)抗体和抗Amphiphysin抗体[2]，其针对抗原表位在突触囊泡融合和再摄取过程中暴露而与抗体直接作用。现就CSAab和SyAab介导AE的发病机制进行介绍，INAab不在此次综述之列。

1 AE致病因素

1.1 感染因素部分AE患者发病前可有头痛、上呼吸道症状、腹泻等前驱感染症状，因此感染性因素被认为可能是产生自身免疫疾病的触发因素。一项前瞻性研究结果显示，有27%的单纯疱疹病毒(herpes simplex virus，HSV)性脑炎患者经治疗后继发AE，且均检测出自身抗体，其中64%患者检出抗N-甲基-D天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartate receptor encephalitis，NMDAR)抗体，其余36%患者检出其他未知抗体[3]。Linnoila等研究发现，给予小鼠鼻腔接种HSV-1，2/3的小鼠血清出现抗NMDAR抗体，且抗体阳性小鼠海马突触后NMDAR减少，上述改变与抗NMDAR脑炎机制一致[4]。HSV感染诱发抗体产生AE的机制包括：(1)分子模拟：HSV病毒蛋白序列与 NMDAR 上某些抗原决定簇结构类似，使得抗体错误地结合了自身NMDAR并引起致病效应。一项回顾性研究显示，抗NMDAR脑炎患儿抗HSV-IgG出现率较对照组儿童更高，而两组间Epstein-Barr病毒、巨细胞病毒抗体无统计学差异，提示HSV与NMDAR之间存在分子相似的可能性[5]。(2)抗原暴露：HSV感染所引起的炎症反应、组织坏死和神经元变性可能会暴露并释放抗原，成为自身免疫靶点，后者被输送到局部引流中枢的颈深淋巴结。随后在淋巴结中，抗原提呈细胞与CD4+T细胞协助生成记忆B细胞。记忆B细胞进入大脑中成熟分化为浆细胞并分泌抗体[6]并最终致病。少数特定病原体感染(如艾滋病、弓形虫或恶性疟原虫)，甚至极少数情况下接种疫苗，也可成为特定类型AE患者的潜在关联或触发因素[7]。

1.2 肿瘤因素早期研究显示，年轻女性抗NMDAR脑炎患者患卵巢畸胎瘤的比例高达58%，尽管这一比例随着样本量的扩大而逐渐降低，但仍不容忽视[8]。此外，抗α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体1/2(anti-α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolipropionic acid receptor 1/2，AMPAR1/2)脑炎可能合并胸腺瘤及小细胞肺癌等肿瘤；超过半数的抗γ-氨基丁酸B受体(gamma-aminobutyric acid-B receptor，GABABR)脑炎罹患小细胞肺癌；抗LGI1、抗接触素相关蛋白2(contactin associated protein-like 2，CASPR2)以及抗γ-氨基丁酸A受体(GABAAR)脑炎可能与胸腺瘤相关；而抗代谢型谷氨酸受体5(metabotropic glutamate receptor 1，mGluR5)脑炎以及抗代谢型谷氨酸受体1(metabotropic glutamate receptor1，mGluR1)脑炎均有合并霍奇金淋巴瘤报道[6]。这些肿瘤中或含有神经组织，或表达抗体作用靶点的神经元蛋白。凋亡的肿瘤细胞释放这些异位表达的神经元蛋白，作为抗原被区域淋巴结内抗原提呈细胞摄取、处理，并呈递到免疫系统，引发抗肿瘤免疫反应[9]。除此之外，部分胸腺瘤患者由于缺乏介导胸腺髓质上皮细胞表达组织特异性自身抗原的aire基因，改变了阴性选择机制，从而引起获得性自身免疫性多腺体综合征(autoimmune polyglandular syndrome)[10]，这一机制同样可供AE研究者借鉴参考。

1.3 遗传易感性AE患者可能存在遗传易感性。2017年韩国一项研究发现，抗LGI1脑炎与HLA-Ⅱ类基因DRB1*07：01-DQB1*02：02单倍型、HLA-Ⅰ类基因B*44：03和C*07：06相关[11]。而2018年一项针对高加索人群的研究表明，LGI1抗体阳性AE患者中HLA-DRB1*07：01-DQA1*02：01-DQB1*02：02单倍型富集，与之相对应的是CASPR2抗体阳性患者中HLA-DRB1*11：01-DQA1*05：01富集[12]。2020年，华西医院一项研究发现，HLA-DRB1*03：01或HLA-DQB1*02：01等位基因以及HLA-DRB1 *03：01-DQB1*02：01单倍型代表了抗LGI1脑炎的强易感基因座。HLA-DRB1 *08：03-DQB1*06：01或HLA-B*08：01-C*07：02单倍型可能与抗LGI1脑炎相关，抗NMDAR或抗GABABR脑炎患者未发现明显HLA关联性[13]。抗GAD65脑炎常与HLA-Ⅱ类单倍型DQA1*05：01-DQB1*02：01-DRB1 *03：01相关[14]。抗IgLON5脑病则与HLA-DRB1*10：01和HLA-DQB1*05：01等位基因有很强相关性[15-16]。此外，Toll 样受体 3(Toll-like receptor 3，TLR3)途径是天然免疫关键组成部分，能阻止病毒在中枢神经系统复制。有研究证实，TLR3通路缺陷的患者(尤其是TLR3缺陷)更容易出现HSV脑炎的复发，且更容易发展为AE[17]。

2 发病机制

CSAab致病效应包括：(1)阻断受体功能(如抗GABABR抗体)；(2)引起受体交联和内化，从而减少突触后膜受体密度(如抗NMDAR抗体)；(3)干扰蛋白质-蛋白质相互作用(如抗LGI1抗体)。自身抗体主要为IgG1亚类(如抗NMDAR抗体)，而LGI1和CASPR2抗体主要为IgG4亚类。IgG4抗体在交联和内化靶抗原方面能力方面不及IgG1，同时不能激活补体[9]。一般来说，IgG1介导AE较IgG4介导AE具备更多的炎症表现。血清及脑脊液中细胞因子水平对AE及疾病严重程度可能存在提示意义。多项研究表明抗NMDAR脑炎患者脑脊液中CXCL-13、IL-6、IL-17、CXCL-10、IL-1β等细胞因子水平升高，血清中IL-2水平升高[18]。也有研究表明，抗NMDAR脑炎患者疾病严重程度与脑脊液中CXCL-10、CCL3、IL-10、CCL22及IL-6水平呈正相关，高滴度抗体组中脑脊液CCL3水平高于低滴度抗体组[19]。抗LGI1脑炎血清和脑脊液中CXCL13水平明显升高[20]。抗CASPR2脑炎血清CXCL10水平升高[21]，脑脊液中CXCL13和可溶性细胞间黏附分子-1(soluble intercellular adhesion molecule 1，SICAM1)升高。其中，CXCL13指向B细胞介导炎症，而sICAM1指向T细胞介导炎症[22]。

目前已发现的针对不同神经元抗原的AE抗体种类繁多，且中枢神经系统自身抗体谱正在不断拓宽。由于自身抗体针对的抗原不同，各自的致病机制也存在一定差异。现着重阐述几种发生率较高的CSAab及2种SyAab(Amphiphysin抗体及GAD65抗体)的致病机制。

2.1 抗NMDAR脑炎NMDAR是分布在突触后膜表面的电压门控离子型谷氨酸受体，是由两个必需亚基即GluN1(又称NR1)，两个调节亚基即GluN2(又称NR2)或GluN3型(又称NR3)构成的异四聚体。抗NMDAR抗体通过识别并结合GluN1细胞外N368/G369结构域，从而破坏NMDAR和ephrin B2受体相互作用，导致细胞膜表面NMDAR内化[23]。有研究表明，NR1亚单位表达降低的转基因小鼠表现出类似精神分裂症的行为异常，这与上述机制相符[24]。

2.2 抗LGI1脑炎LGI1是位于突触间隙的分泌型神经元蛋白，与突触前膜的去整合素金属蛋白酶23(ADAM23)及Kv1.1钾通道、突触后膜的去整合素金属蛋白酶22(ADAM22)及AMPAR共同形成一个跨突触的复合体。LGI1抗体的靶抗原表位分布在LGI1的富亮氨酸重复序列(leucine-rich repeat，LRR)和epitempin重复序列(epitempin repeat，EPTP)区域，抗体阻止LGI1与ADAM23和ADAM22结合，同时导致突触前膜电压门控K+通道和突触后膜AMPAR功能障碍，最终改变了突触的兴奋性和可塑性[25]。

2.3 抗AMPAR1/2脑炎AMPAR是由GluA1-4亚基组成的异四聚体配体门控离子通道，在调节快速兴奋性谷氨酸能神经传递中起关键作用。兴奋性突触主要表达由GluA1/GluA2或GluA2/GluA3组成的AMPAR通道[26]。在自身免疫性脑炎患者中发现了针对AMPAR亚单位(GluA1和GluA2)的抗体。用GluA1-GluA2抗体处理原代大鼠海马神经元后，突触AMPAR亚单位水平显著降低，抗体去除后这种现象迅速逆转。其机制可能是由于GluA2抗体促进受体内化，从而减少突触中含有GluA2的AMPAR[27]。

2.4 抗CASPR2脑炎CASPR2是一种细胞黏附蛋白，属于Neurexin家族，表达在中枢神经系统和周围神经系统轴突[28]。Neurexin家族蛋白已被证明在神经系统发育、突触功能和神经系统疾病中发挥作用。CASPR2与Kv1.1和1.2共存于有髓轴突近节侧区，与接触蛋白2(TAG-1)相互作用，促进Kv1钾通道在有髓轴突近节侧区聚集[2]。CASPR2抗体主要是 IgG4亚型，可能通过改变CASPR2相关的细胞-细胞相互作用而直接致病[29]。CASPR2与抗体结合可能会导致周围神经轴突上CASPR2/Kv1.1/1.2复合体表达下调，出现神经肌强直、神经病理性疼痛和自主神经功能障碍等临床表现[30]。

2.5 抗GABABR脑炎GABABR是由GABAB1和GABAB2两个亚基组成的G蛋白偶联受体，激活后主要介导抑制效应[31]，广泛分布于海马、丘脑和小脑。GABABR至少通过两种机制介导突触前抑制：激活G蛋白偶联的内向整流K+通道，导致突触后膜的超极化；直接抑制Ca2+通道。突触后GABABR通过类似机制诱导一种缓慢的抑制性突触后电位从而介导抑制[32]。患者抗体识别的主要抗原GABAB1亚基是GABA结合和受体功能所必需的，而GABAB2亚基是将受体定位到细胞膜适当区域和G蛋白偶联所必需的[33]。抗GABABR抗体在体外通过阻断受体功能而不改变受体表面密度来阻止其激活[6]。新近发现一种GABABR辅助蛋白——钾通道四聚体结构域蛋白16(potassium channel tetramerisation domain containing 16，KCTD16)，该蛋白属于细胞内蛋白家族，与GABABR结合，参与受体下游抑制信号的传递。KCTD16抗体与潜在小细胞肺癌相关[34]。

2.6 抗IgLON5脑病IgLON家族成员5(IgLON5)是一种神经细胞黏附分子，属于免疫球蛋白家族。抗IgLON5脑病是一种以抗IgLON5抗体和神经元特异性tau蛋白积聚为特征的疾病[35]。其临床表现为独特的非快速眼动睡眠(non-rapid eye movement，NREM)及快速眼动睡眠(rapid eye movement，REM)异常，伴有阻塞性睡眠呼吸暂停、喘鸣、发作性中枢性低通气、痴呆、步态不稳、舞蹈病、构音障碍、吞咽困难、自主神经障碍和核上性凝视麻痹，与经典的tau蛋白病极其相似。抗IgLON5抗体识别Ig样结构域2作为免疫原性区域，并导致IgLON5从神经细胞膜不可逆地内化[16]。IgLON5抗体可以破坏培养的大鼠海马神经元的细胞骨架结构，导致神经轴突肿胀。抗IgLON5脑病患者脑脊液中神经纤维丝轻链(NfL)水平显著升高，这可能与细胞骨架破坏有关。上述发现表明IgLON5抗体与其他细胞表面抗体不同，它破坏了神经元细胞骨架的维持，在神经免疫和神经变性之间搭建了桥梁[35]。

2.7 抗mGluR5脑炎代谢性谷氨酸受体(mGluRs)是G蛋白偶联谷氨酸受体，介导中枢和外周神经系统的兴奋性神经传递。mGluR有8种类型(mGluR1～mGluR8)，分3组，它们具有相似的作用机制和突触定位[36]。mGluR1和mGluR5属于组1，主要定位于突触后，均通过Ca2+/IP3(1，4，5-三磷酸肌醇)信号传导通路调节包括长时程抑制(long-term depression，LTD)在内的突触功能[37]。mGluR5抗体属于IgG1亚类，可能通过交联和内化受体导致特异性突触及突触外mGluR5簇密度显著降低[38]，最终导致记忆力下降等临床表现。

2.8 抗二肽基肽酶样蛋白-6(dipeptidyl-peptidase-like protein-6，DPP6或DPPX)脑炎DPPX是Kv4.2钾通道细胞表面辅助亚单位，这类钾通道属于哺乳动物的Shal K+通道家族，通过控制树突兴奋性从而影响突触可塑性[39]。抗DPPX抗体通过降低细胞表面DPPX密度和细胞表面Kv4.2蛋白水平发挥作用[40]。

2.9 抗Neurexin-3α脑炎Neurexins是连接突触前后的纽带，其胞内区域与突触前神经递质释放机制相互作用，胞外区域与突触后细胞黏附分子结合[41]。其中，Neurexin-3α在突触发育和功能中起着关键作用，在海马中，突触前Neurexin-3α胞外区域介导突触后AMPAR跨突触调节[42]。Neurexin-3α抗体作用于发育阶段大鼠胚胎神经元，会导致 Neurexin-3α水平特异性降低，以及突触总数减少，而作用于已成熟神经元时，仅导致Neurexin-3α水平降低，而不影响突触总数[41]。

2.10 抗GlyR脑炎甘氨酸受体(GlyR)抗体首次在一名伴有肌强直及阵挛的进行性脑脊髓炎(progressive encephalomyelitis with rigidity and myoclonus，PERM)患者中发现[43]。甘氨酸是成年哺乳动物大脑中的一种抑制性神经递质，其受体GlyR是由2个GlyRα亚基和3个GlyRβ亚基组成的异五聚体受体。GlyRα亚基负责结合配体，而GlyRβ通过与支架分子Gephyrin结合，参与受体运输和突触聚集[44]。患者抗体针对GlyRα1亚单位上的胞外表位[43]，通过对受体直接拮抗干扰了甘氨酸能神经传递从而致病[45]。

2.11 抗Amphiphysin脑炎Amphiphysin是一种细胞内突触囊泡蛋白，分布于神经元突触前膜的囊泡，调节被膜突触小泡，在去极化诱导神经递质胞吐后，其在从轴突终末的质膜中回收囊泡膜这一过程中起着关键作用[46]。抗体使Amphiphysin SH3结构域内化，导致GABA能突触受到破坏[47]。Amphiphysin抗体阳性患者临床可表现为边缘系统脑炎、脑干脑炎、僵人综合征、小脑变性及周围神经病等，其中边缘系统脑炎最为多见。

2.12 抗GAD65脑炎GAD表达于中枢神经系统抑制性神经元及胰岛β细胞，为谷氨酸转化为中枢神经系统主要抑制性神经递质γ-氨基丁酸(GABA)的关键限速酶。GAD分为两种不同的亚型——GAD65和GAD67。其中，GAD65锚定在突触小泡上，介导短时间的GABA合成，并促进含GABA突触小泡从高尔基体到突触终末的运输[48]。抗GAD65抗体干扰了GAD65与含GABA突触小泡的结合，抑制了GABA包装进囊泡以及囊泡穿梭到突触间隙释放部位的过程，导致囊泡内GABA含量以及囊泡释放率均下降[49]，最终影响GABA能神经传递。