病毒性脑炎相关细胞因子和趋化因子的变化特点及作用机制*

张艳，单大卫，万东山

（首都医科大学宣武医院神经内科，北京 100053）

病毒性脑炎（viral encephalitis, VE）是一种常见的中枢神经系统（central nervous system, CNS）感染性疾病，可由多种病毒引起，如单纯疱疹病毒（herpes simplex virus, HSV）、水痘-带状疱疹病毒（varicella-zoster virus, VZV）、 乙型脑炎病毒（Japanese encephalitis virus, JEV）、 肠道病毒（Enterovirus, EV）、流感病毒、蜱媒脑炎病毒（tick-borne encephalitis virus, TBEV）等[1]。HSV 感染占确诊VE 患者的50%～75%，其余患者以VZV、EV 及虫媒病毒感染为主[2]。VE 确切的发病机制尚不清楚，可能与病毒对CNS 的直接损伤和各种免疫应答机制的相互作用有关。病毒引发机体产生免疫反应具有双向作用，一方面可以对病毒起到杀伤清除作用；另一方面免疫应答紊乱与各种炎症因子的相互作用可以诱发免疫诱导的炎症损伤，导致不良预后[2-3]。故明确VE 相关细胞因子和趋化因子的作用尤为重要，可以用于VE 病情进展和严重程度的评估，有助于研究VE 发病机制，寻找新的VE 干预治疗靶点。

1 细胞因子与VE的关系

细胞因子是由细胞分泌的高配体亲和力信号蛋白，主要介导细胞间信号传递和调节免疫应答及炎症反应。本文主要阐述细胞因子白细胞介素2（Interleukin-2, IL-2）、白细胞介素6（Interleukin-6,IL-6）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α,TNF-α）、B 细胞激活因子（B-cell activating factor,BAFF）和增殖诱导配体（a proliferation-inducing ligand,APRIL）等与VE 发生、发展的关系。

1.1 IL-2

IL-2 主要由活化的CD4+T 辅助（T helper 1,Th1）细胞产生，T 细胞分泌IL-2 通过与自身或邻近CD4+和CD8+T 细胞及其他细胞表面的IL-2 受体结合发挥生物学作用[4]。IL-2 的主要功能是刺激T 细胞和NK 细胞的增殖、分化，促进naüve T 向T 调节（regulatory T, Treg）细胞分化[5]。IL-2 能增强对病毒的免疫应答，抑制病毒感染CNS，但其表达异常则可加重疾病的进展[6]。VE 患者脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）中IL-2 水平高于对照组，且重症组水平更高[7]。这与CNS 由趋化因子介导的T 细胞（主要是Th1 细胞）浸润有关，IL-2 异常导致Th1/Th2 比例失衡，使颅内产生过度的炎症反应[8]。蜱媒脑炎（tick-borne encephalitis, TBE）患者血浆IL-2 水平显著升高，γ 干扰素（Interferon-γ, IFN-γ）水平与IL-2水平呈正相关[9]。其机制为IL-2 激活NK 细胞产生促炎细胞因子IFN-γ，共同参与TBEV 的免疫反应。由此可见，IL-2 通过促进T 细胞、NK 细胞的激活和增殖参与CNS 感染的免疫应答，病毒感染脑组织后IL-2 激活细胞因子级联反应[6]，IL-2的过度异常表达可加重VE 进展，故可作为判断VE 病情的指标[7]。

1.2 IL-6和TNF-α

IL-6 主要由单核细胞和T 细胞产生，也可由上皮细胞、成纤维细胞等产生，与转化生长因子-β（transforming growth factor-β, TGF-β）共同促进Th17细胞的分化，同时抑制TGF-β 诱导的Treg 细胞分化，在中性粒细胞和巨噬细胞的募集中也发挥作用[10]。TNF-α 是一种促炎症因子和免疫调节因子，主要来源于单核巨噬细胞，在CNS 内主要来源于星形胶质细胞和小胶质细胞，Th1 细胞、B 细胞和NK细胞等也可以分泌TNF-α。TNF-α 具有多种生物学功能，如对病毒感染细胞有生长抑制或杀伤作用，刺激单核巨噬细胞合成IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α 等多种细胞因子，促进炎症反应[11]。

肠道病毒性脑炎（enterovirus encephalitis, EVE）患者外周血IL-6、TNF-α 水平高于对照组，且预后不良组升高尤为明显[12]，提示高水平IL-6、TNF-α 与脑损伤加重有关。动物实验也证实，HSV-1[13-14]、JEV[15]感染的动物血、CSF 中IL-6、TNF-α明显升高。IL-6、TNF-α的作用机制为：①核因子-κB（nuclear factor-κB, NF-κB）可增强IL-6、TNF-α 等细胞因子的转录水平，促进CNS 炎症反应，影响内皮细胞通透性，促进免疫细胞穿过血脑屏障，参与炎症过程[15-18]。②IL-6 可诱导产生Th17 细胞及分泌IL-17，IL-17 抑制病毒感染细胞凋亡，抑制CD8+T 细胞介导的感染细胞裂解，导致病毒持续存在，加重神经系统损伤[19]。③IL-6 升高促进IFN-γ 升高，诱导生成粒细胞集落刺激因子，导致中性粒细胞募集到CNS，发生强烈的炎症反应[14]。由此可见，IL-6、TNF-α 参与了VE 抗病毒免疫反应和炎症损伤，适度升高可激活免疫系统，但过量会破坏血脑屏障，导致炎症细胞大量渗入CNS，产生过度炎症反应，患者预后较差。因此，有研究结果支持将IL-6、TNF-α 等作为潜在的生物标志物，用于诊断和监测颅内炎症[20]。

1.3 BAFF和APRIL

BAFF 和APRIL 属于TNF 家族，与B 细胞的存活和分化成熟密切相关[21-22]。EVE 患者CSF 中BAFF和APRIL 水平升高，提示体液免疫机制在人体对抗病毒感染中发挥作用[20]。在TBE 早期阶段，血清BAFF 可作为患者外周免疫反应的特征指标；在疾病的后续阶段，CSF 中APRIL 可作为颅内免疫反应的特征指标，表明BAFF 和APRIL 有助于推测TBE的不同阶段[23]。有研究结果表明，与自身免疫性脑炎（autoimmune encephalitis, AE）相比，VE 患儿CSF和血清BAFF、APRIL 水平显著升高，提示BAFF、APRIL 可用于VE 的诊断及与AE 的鉴别诊断[24]。

2 趋化因子与VE的关系

趋化因子是一类结构同源、低分子量（8～14 kD）、具有趋化作用的蛋白质。主要由激活的T 细胞、单核巨噬细胞、内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞等分泌。根据N 端高度保守的半胱氨酸残基数目、位置及是否存在中间氨基酸，趋化因子家族被分为4 个主要亚家族（C、CC、CXC 和CX3C）。这些趋化因子被7 次跨膜的G 蛋白偶联受体识别，根据其趋化因子配体来源，分别被分类并命名为CCR、CXCR、CX3CR 和XCR[25-26]。 本文主要阐述趋化因子CXCL8、CXCL9、CXCL10、CXCL11、CXCL13、CCL19等与VE 发生、发展的关系。

2.1 CXCL8

CXCL8 又称为IL-8，在VE 患者CSF 中明显升高[27-29]，且明显超过血清水平，可能与CNS 病毒感染诱导星形胶质细胞和小胶质细胞增殖，分泌CXCL8 有关[28]，CXCL8 可趋化中性粒细胞进入CNS[27]。而且CSF 中CXCL8 水平与CSF 中病毒载量、浸润性多核白细胞计数呈正相关，表明CXCL8 对病毒的反应具有载量依赖性[27]。预后较差的患者CSF 中CXCL8 持续升高，提示CXCL8 与预后不良相关[29]。

2.2 CXCL9、CXCL10和CXCL11

CXCL9、CXCL10 和CXCL11 均通过与CX3CR结合发挥作用，参与Th1 细胞趋化反应。在感染、炎症或损伤的情况下，CXCL9、CXCL10 和CXCL11由血液和组织细胞中最经典的Th1 型细胞因子IFNγ 诱导产生。CNS 感染早期就可诱导产生CXCL11，而且可能通过趋化保护性免疫细胞进入CNS 而发挥重要作用[30]。LIND 等[8]发现，单纯疱疹病毒性脑炎（herpes simplex encephalitis, HSE）和单纯疱疹病毒性脑膜炎（herpes simplex meningitis, HSM）患者CSF中CXCL9 和CXCL10 显著升高，但CSF 中CXCL11升高只与HSM 有关，与HSE 无关，推测CSF 中CXCL11 水平可用于鉴别HSE 与HSM。与此类似，LIND 等[27]在另一项研究中还发现，VZV 脑炎患者CSF 中CXCL9、CXCL10 显著升高，且高于血清水平，而CXCL11 仅在VZV 脑膜炎患者CSF 中升高，亦提示CSF 中CXCL11 水平作为标志物可区分VZV脑炎与VZV 脑膜炎。TBE 急性期CSF 中的CXCL10和CXCL11 显著高于血清水平，治疗后CSF 中CXCL10 和CXCL11 水平低于治疗前，但仍高于血清水平。据此推测，可以通过监测CSF 中CXCL10 和CXCL11 水平评价TBE 的疗效。动物实验结果表明，CD8+T 细胞趋化因子CXCL9 表达下调的小鼠感染HSV-1 后，HSV-1 特异性CD8+T 细胞在感染部位的聚集减少，导致感染小鼠病死率升高；将CXCL9直接注射到CNS 感染部位，可显著提高感染小鼠的存活率，CXCL9 可将CD8+T 细胞招募到感染部位，这对降低小鼠病死率至关重要[31]。

2.3 CXCL13

CXCL13 又称为B 细胞趋化因子1，由基质细胞、滤泡树突细胞和Th17 细胞产生，是启动感染部位淋巴细胞体液免疫反应的关键因子之一[32-34]。CNS 中小胶质细胞通过Toll 样受体4（Toll like receptor 4, TLR4）和TLR9 激活后表达CXCL13，CXCL13 可能通过与CXCR5 结合，促进B 细胞的迁移和CNS 浸润[34]。CSF 中CXCL13 升高可反映B 细胞急性募集及鞘内抗体产生，CXCL13 等关键性趋化因子水平可用于诊断和监测CNS 鞘内炎症，可能是脑炎免疫治疗的潜在靶点[20]。

2.4 CCL19

CCL19 属于CC 亚家族趋化因子，是在生理稳态下免疫监测，发育过程中及病理状态下诱导T 细胞活化、免疫耐受及炎症反应的关键因子。CCL19与表达在T 细胞和B 细胞上的CCR7 受体结合，是在CNS 中稳定性表达的几种趋化因子之一。嗜神经病毒感染可促进CCL19 的产生，是将保护性抗病毒的CD8+T 细胞招募到CNS 的关键环节[27，35-36]。VZV脑炎患者CSF 中CCL19 水平显著升高，且显著高于血清水平，CCL19 由CSF 到血液趋化因子的梯度对白细胞、淋巴细胞聚集到CNS 有重要意义[27]。

除了上述细胞因子和趋化因子，CXCL1、CCL2、IL-1、IL-10、IFN-γ、TGF-β 等也不同程度地参与了VE 的发生、发展过程。

3 结语

细胞因子和趋化因子在VE 的发生、发展中发挥重要作用。一方面，细胞因子和趋化因子在机体抗病毒感染的免疫过程中发挥积极作用，抵抗CNS病毒感染；另一方面，失调的细胞因子和趋化因子参与机体免疫损伤过程，导致VE 患者病情加重。目前还有很多参与VE 免疫反应的细胞因子和趋化因子尚未明确，其具体作用机制及相互作用仍未知，相关研究的开展将提高大家对VE 的认识，发现治疗靶点，进而减少VE 的病死率和致残率。