免疫细胞及细胞因子在结核性脑膜炎发病机制中的作用

李蓉 魏亚轩 尹榕 葛朝明

结核性脑膜炎（Tuberculous meningitis，TBM）是由结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis，MTB）引起的一种严重中枢神经系统感染性疾病。结核病每年影响全球约1 000 万人，其中2%～5%患有TBM。TBM 中有超过一半的患者预后不良，发生死亡或有神经后遗症[1]。免疫系统被认为是TBM 预后不良的原因:一方面是对MTB 杀灭不彻底，另一方面是过度炎症导致组织损伤[2]。MTB 感染机体后，多种免疫细胞及细胞因子参与免疫应答并相互作用，包括巨噬细胞、中性粒细胞等介导的先天性免疫反应，CD4+T 和CD8+T 等介导的适应性免疫反应，小胶质细胞、神经元等大脑宿主细胞对MTB的免疫反应以及肿瘤坏死因子α（TNF-α）和干扰素（IFN-γ）等细胞因子和趋化因子驱动的宿主炎症反应[3]。近几年，相关研究对于上述免疫细胞、细胞因子及趋化因子在TBM 发病机制中的作用有了更多认识。现就一些免疫细胞及细胞因子在TBM发病机制中的作用进行阐述。

1 先天性免疫应答

1.1 巨噬细胞巨噬细胞是MTB 生长的首选环境。机体被MTB 感染后，来自细菌抗原和辅助T 细胞炎症细胞因子中的TNF-α 和IFN-γ 刺激诱导了巨噬细胞的激活[4]。TBM 中，MTB 通过受感染的免疫细胞，如巨噬细胞和中性粒细胞进入大脑（“特洛伊木马”机制），与大脑内皮细胞结合，穿透血脑屏障，导致大脑中常驻免疫细胞被激活[5]。另外，活化的巨噬细胞对肉芽肿的形成至关重要。主要受宿主精细调控，巨噬细胞分化为M1 型和M2 型。M1型促进促炎反应，将先天性和适应性免疫应答相结合，是防御炎症反应的关键；而M2 型促进抗炎反应，防止慢性炎症状态的加重，同时促进组织稳态的维持。两者相互作用，调节肉芽肿的形成[4]。

1.2 树突状细胞（DC）DC 作为专业的抗原提呈细胞，在启动免疫应答中发挥重要作用，也是连接先天性免疫和适应性免疫的桥梁。DC 存在两个亚群，即髓系树突状细胞（mDCs）和浆细胞样树突状细胞（pDCs）。mDCs 主要参与抗原摄取、T 细胞活化和IL-12 分泌，而pDCs 与IFN-γ 的产生相关，抗原呈递作用有限。DC 和巨噬细胞主要负责蛋白水解过程和抗原呈递，其功能包括:调节整体免疫反应，启动抗原呈递细胞活化，刺激T 淋巴细胞，激活自然杀伤（NK）细胞，增加IFN-γ 的产生，以及刺激抗原诱导细胞毒性[4]。Rao 等[6]研究发现，MTB 感染似乎与较低频率的pDCs 有关。而在人类免疫缺陷病毒（HIV）相关TBM 患者中，pDCs 越少，临床表现越严重。

1.3 中性粒细胞在TBM 中，中性粒细胞浸润至大脑，执行吞噬、脱颗粒和中性粒细胞胞外诱捕网凋零（Neutrophil extracellular traposis，NETosis）的抗菌功能。中性粒细胞也介导中枢神经系统炎症、组织破坏和免疫病理。中性粒细胞释放的多种介质具有重要作用，包括:基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinase，MMPs）可降解脑细胞外基质（Extracellular matrix，ECM），TNF-α 驱动炎症，而驱动细胞坏死的活性氧（Reactive oxygen species，ROS）和中性粒细胞胞外诱捕网（Neutrophil extracellular traps，NETs）与血小板相互作用形成血栓，可能导致缺血性卒中。中性粒细胞抗菌库如NETs、丝氨酸蛋白酶、MMPs 和ROS 是TBM 先天性免疫反应的一部分。中性粒细胞也与其他免疫细胞，如单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞和T 淋巴细胞等多方向相互作用，连接先天性免疫反应和适应性免疫反应，在遏制MTB 感染过程中发挥重要作用[7]。研究发现，中性粒细胞在TBM 免疫发病机制中发挥着重要作用，缺乏或过量对TBM 可能均有害[8]。Thuong 等[9]在越南TBM 临床试验中发现HIV 阳性个体脑脊液中平均中性粒细胞百分比和细胞因子的整体表达较HIV 阴性个体更高。Marais 等[10]及Thuong 等[11]纵向分析了南非与HIV 相关TBM血液和脑脊液样本，发现中性粒细胞依赖性的炎症激活信号可以在结核病治疗开始前于外周血中检测到，因此可能预测免疫炎症重建综合征（Immune reconstitution inflammatory syndrome，IRIS）。上述两个研究结果表明，中性粒细胞在HIV 相关TBM 免疫发病机制中发挥了重要作用。

1.4 NK 细胞NK 细胞作为先天淋巴细胞，可在MTB 感染初始阶段发挥细胞毒性，杀死细胞外MTB，有产生细胞因子的活性，可触发巨噬细胞效应机制[12，13]。Laarhoven 等[13]证明NK 细胞是TBM患者脑脊液中富集的主要淋巴样细胞之一。另一项研究表明，NK 细胞只有在MTB 感染活跃期才会被激活并进入组织[14]。目前，NK 细胞在TBM 中的相关研究较少，且作用不同，具体机制仍不明确。

2 适应性免疫应答

细胞免疫在控制胞内MTB 感染过程中起重要作用。细胞介导的免疫机制，包括Th1 型CD4+T 细胞、CD8+T 细胞、γδT细胞、CD1 限制性和HLA-E限制性T 细胞，都已被证明具有杀死巨噬细胞内MTB 的能力。体液免疫，特别是针对MTB 细胞壁成分的分泌型IgA，也可能有助于阻断MTB 与上皮细胞和巨噬细胞的结合，从而参与对MTB 的保护性免疫应答[15]。对不同时间点TBM 儿童血液转录组分析表明，T 细胞增殖和免疫反应减少与疾病进展相关[16]。

3 大脑中宿主细胞

3.1 小胶质细胞小胶质细胞是中枢神经系统MTB感染的主要靶点。作为对抗脑内MTB 感染的第一道屏障，其很可能是疾病严重程度和临床预后的关键决定因素。在病原体被识别后，MTB 在小胶质细胞内被内化和复制[5]。同时，小胶质细胞还通过多种抗菌机制破坏MTB，包括细胞因子介导的机制、抗菌肽、炎症小体、ROS 和将抗原呈递给CD4+T 淋巴细胞用于启动适应性免疫[17]。一旦MTB 穿透中枢神经系统屏障，小胶质细胞被激活，释放多种细胞因子。这些细胞因子在启动、协调和调节结核免疫反应中有重要作用，不仅介导炎症，而且破坏血脑屏障，允许先天性和适应性免疫细胞从外周流入中枢神经系统，导致脑损伤[4]。Zhou 等[17]研究发现，CD11b 抗体偶联的可降解聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）纳米颗粒可作为一种有效的miR-124-3p 特异性传递给小胶质细胞，miR-124-3p 可通过抑制STAT3 信号通路诱导感染的小胶质细胞凋亡，从而控制MTB 增殖。该发现为开发新的TBM 治疗策略提供了依据。

3.2 星形胶质细胞星形胶质细胞是中枢神经系统中最丰富的大胶质细胞，是血脑屏障的重要组成部分。它们通过结构、营养和代谢等方式支持神经元活动，在调节神经能量学和稳态功能方面起着关键作用[5]。有研究发现，神经元的凋亡和星形胶质细胞的存活可能在TBM 的进展中发挥潜在作用[18]。Mason[19]也提出了星形胶质细胞-小胶质细胞乳酸穿梭（AMLS）假说，即星形胶质细胞通过糖酵解产生高水平的乳酸，这些乳酸通过穿梭系统运输到细胞外空间，并指向小胶质细胞。小胶质细胞吸收乳酸，将其转化为丙酮酸，并立即在三羧酸循环和氧化磷酸化途径中利用它来产生ATP 和自由基以对抗MTB。

3.3 神经元神经元通过先天免疫途径被激活，在巨噬细胞中表达、结合和识别由细胞表面分子所介导，包括Fc 受体、甘露糖受体、补体受体和toll 样受体（TLRs）[20]。其中，TLR2 和TLR4 对MTB 的保护性免疫功能至关重要[5]。Randall 等[20]首次观察到神经元可被MTB 感染，并通过分泌IL-1β、IL-6和IL-10 进行免疫应答促进炎症状态。儿童TBM转录组学研究显示，与腰椎脑脊液相比，脑室脑脊液有神经元兴奋性毒性和脑损伤相关的显著富集，存在神经元损伤的相关信号，上述过程主要由谷氨酸释放和NMDA 结合及受体摄取驱动[21]。神经元在MTB 感染后发生免疫应答的机制目前仍不明确，还需要进一步研究来证明。

为进一步了解TBM 的发病机制，未来还需要更详细地研究小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元的具体作用及其各自产生的炎症介质，以及对血脑屏障和血脑脊液屏障的影响。

4 细胞因子和趋化因子

细胞因子和趋化因子在MTB 感染后的免疫反应中发挥了重要作用。促炎细胞因子和抗炎细胞因子的不平衡影响了TBM 的严重程度和病程[8]。在TBM 发病机制研究中，已探讨了多种细胞因子和趋化因子，如TNF-α、IFN-γ、IL-6、IL-8、IL-10、IL-18、IL-23、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）、γ-干扰素诱导蛋白-10（IP-10）、S100B 蛋白、MMP-2 和MMP-9 等[22]，近几年研究较多的主要有以下几种。

4.1 TNF-αTNF-α 主要由巨噬细胞和单核细胞产生，由依赖于TLR-2、TLR-4 和主要组织相容性复合体（MHC）Ⅱ类分子启动。在宿主对MTB 的反应过程中发挥着微妙的平衡作用，可以防止不受控制的MTB 复制。然而，如果浓度过高，可能会导致过度炎症状态，出现严重的组织损伤和多种临床症状[4，23]。Kumar 等[24]在兔TBM 实验模型中发现，TNF-α 的促炎作用可以促进巨噬细胞活化，调节肉芽肿形成。当TNF-α 水平过高时，巨噬细胞可能聚集肉芽肿性炎症，从而导致组织破坏、蛋白质水平增加和葡萄糖水平降低。印度的一项研究发现，与对照组相比，TBM 患者的TNF-α、IFN-γ和IL-6 水平均显著升高，而在确诊的TBM 和可能的TBM 亚组分析中，确诊的TBM 中TNF-α 水平显著升高[25]。Bhasin 等[26]研究发现，发生脑梗死TBM 患者较未发生脑梗死TBM 患者TNF-α 水平明显升高，其次是IL-6。当只分析脑脊液生物标志物时，TNF-α 和IL-6 与脑卒中的发生密切相关，TNF-α、IL-6 是TBM 后脑卒中最有效的预测因子。这是因为TNF-α 介导的炎症反应引起血管炎，并且TNF-α 和IL-1、IL-6 促进内皮损伤，形成动脉内膜炎。内皮细胞和毛细血管对这种坏死性效应的诱导特别敏感。Sharma 等[27]研究发现，HIV 相关TBM 患者脑脊液中TNF-α 水平与疾病的严重程度有关。Kalita 等[28]研究发现，TNF-α基因的表达可以预测TBM 患者退热时间。另外，有多项研究表明TNF-α 抑制剂沙利度胺可能改善患者对抗生素治疗的反应，尤其是在传统的高剂量皮质类固醇治疗不能控制慢性炎症以及出现TBM相关神经系统并发症的情况下[29，30]。调节有助于免疫的细胞因子是支持宿主防御或控制TBM 中过度有害炎症的潜在策略。TNF-α 抑制剂可以限制TNF-α 过量引起的免疫病理，是一种很有前景的宿主定向治疗方法，尤其是在皮质类固醇激素治疗失败的难治性TBM 中[23]。关于TNF-α 抑制剂（沙利度胺）、抗TNF-α 单克隆抗体（英夫利昔单抗、阿达木单抗）和可溶性TNF-α 受体（依那西普）在TBM 治疗中的作用还需要更多的实验研究来证实。

4.2 IFN-γIFN-γ 主要由激活的CD4+T、CD8+T细胞和NK 细胞产生。IFN-γ 在免疫介导抑制MTB 感染中发挥重要作用。首先，IFN-γ 作为巨噬细胞激活因子（MAF），诱导释放过氧化氢（H2O2），介导抗菌作用；其次，IFN-γ 作为免疫调节剂，主要通过抑制CD4+T 细胞介导的IL-17 生成来限制中性粒细胞募集和组织炎症[31]。目前实验研究表明，IFN-γ 的升高可能是抗TBM 宿主防御的关键，而IFN-γ 的极度升高可能导致血脑屏障破坏和疾病传播[4]。Thuong 等[9]研究发现，IFN-γ 的升高与TBM 的严重程度呈正相关。研究认为脑脊液IFN-γ 水平可作为诊断TBM 的一种手段，但假阳性率较高[8]。Bhasin 等[26]比较卒中和非卒中TBM之间的生物标志物时发现在没有脑血管意外或血管异常的患者中IFN-γ 水平显著高于其他患者。

4.3 IL-1IL-1 由星形胶质细胞、小胶质细胞以及受损的血脑屏障产生，该细胞因子增加了血脑屏障的通透性[32]。其家族成员包括IL-1α 和IL-1β，两者均通过IL-1 受体Ⅰ型（IL-1R Ⅰ）与辅助蛋白作用，并与 IL-1R 拮抗剂（IL-1Rα）竞争性结合[33]。IL-1α 可以诱导IL-2 分泌，在对抗TBM 免疫反应中起重要作用。此外，IL-1α 与TNF-α 协同作用会导致肉芽肿性炎症。IL-1β 是一种宿主抵御MTB 感染的重要促炎因子。实验研究表明，全身给予IL-1β 可导致小胶质细胞激活，加重中枢神经系统炎症和脱髓鞘改变，并且这种作用在受损和完全恢复的血脑屏障中均存在[34]。Sharma 等[27]研究发现，HIV 相关TBM 患者脑脊液中IL-1β 水平与疾病的严重程度有关。Koeken 等[35]研究发现，在未感染HIV 的TBM 患者中，脑脊液中IL-1β 水平升高，但与死亡率无关。在sst1 易感（Sst1S）基因型背景下，B6.Sst1S 同源小鼠出现了广泛MTB 感染图像，IL-1 表达增加[36]。上述研究表明，IL-1 信号通路可能在TBM 进展过程中具有重要作用，尤其是IL-1β与TBM 的免疫病理有关，可能是宿主定向治疗的一个潜在靶点，下一步还需要更多的研究来证实。

4.4 IL-12IL-12 是由IL-12A（p35）和IL-12B（p40）两种亚基编码形成的异源二聚体，由抗原提呈细胞与MTB 相互作用后产生。而IL-12p40 在MTB 感染中的作用更为重要[37]。IL-12 在促进细胞介导的抗微生物病原体免疫过程中发挥着重要作用，是NK 细胞和Th1 细胞释放IFN-γ 的关键细胞因子。一项关于儿童TBM 患者脑脊液中细胞因子的研究发现，由IL-12p40 促进的局部Th1 反应，表现为IP-10 和MCP-1 浓度升高，可能促进了结核瘤形成。而趋化因子TNF-α、重组人巨噬细胞炎症蛋白-1α（MIP-1α）、IL-6 和IL-8 升高可能引起弥漫性细胞浸润和炎症，导致更广泛的梗死[38]。在一项疑似TBM 患者脑脊液中细胞因子和趋化因子水平的诊断价值研究中发现IL-12p40 水平升高可作为诊断TBM 的辅助手段[37]。

4.5 IL-17IL-17 主要由Th1、Th17 和Th22 细胞分泌，可被IL-23 诱导。IL-17 通过诱导中性粒细胞招募，促进自身免疫性疾病的炎症病理，保护宿主免受多种病原体影响的作用已得到证实。此外，IL-17 可触发下游细胞因子如IL-6 和IL-8 的产生[39]。虽然IL-17 与MTB 感染密切相关，但MTB可能会减少IL-17 的分泌。有研究表明，HIV 相关TBM 患者脑脊液中IL-17 水平低于HIV 相关隐球菌脑膜炎患者[40]。

4.6 IL-6在MTB 感染后，IL-6 以TLR2 依赖的方式在DC 中产生。研究表明，IL-6 和IL-10 的共表达与信号转导和STAT3 的构成性磷酸化有关，持续激活STAT3 的高表达表明T 细胞应答在结核病中受损[41]。Bhasin 等[26]在TBM 的研究中发现，出现症状时的脑脊液IL-6 浓度与疾病的严重程度独立相关。另一项研究显示，脑脊液和血清中各种细胞因子的浓度与TBM 的严重程度和影像学变化存在差异，TBM 严重程度分期与血清IL-6 不相关，但与脑脊液IL-6 相关[27]。

4.7 其他

4.7.1 MMPs MMPs 是一个锌依赖的内肽酶家族，在降解细胞外基质大分子中起重要作用。MMPs 参与TBM 的发病机制，MMP-2 和MMP-9 可降解Ⅳ型胶原蛋白和层粘连蛋白等，并在血脑屏障破坏和脑组织损伤中发挥重要作用[42]。

4.7.2 血管内皮生长因子（VEGF） VEGF 是一种有效的内皮生长因子，在血管生成中发挥多种作用，具有血管毒性，促血栓形成，减少脑血流量，产生一氧化氮和无氧自由基等作用。在TBM 中，VEGF 与脑水肿和血脑屏障破坏有关[42]。

5 小结

TBM 的发病机制至今仍不明确，但通过大量研究，尤其是近年来兴起的当代分子生物学“组学”技术在临床样本中的应用，研究者更清楚地掌握了TBM 患者脑脊液和血清样本中的细胞因子谱，发现一些免疫细胞及细胞因子参与了TBM 的免疫应答，更好地认识了MTB 感染引起的免疫反应机制。探索免疫细胞、细胞因子和趋化因子在TBM 中的作用是了解其发病机制的关键步骤。结合多项实验结果发现，免疫细胞和细胞因子在TBM 发病中的作用是复杂的、多面的，过量或缺乏都可能对机体有害，并且各种免疫细胞、趋化因子及细胞因子之间相互作用。目前TBM 的治疗中，皮质类固醇激素及阿司匹林的有效性已被广泛认可，虽然其具体的作用机制还不清楚，但免疫治疗很可能是治疗脑膜炎的一种策略。如研究较多的沙利度胺，是一种TNF-α 抑制剂，已有多项研究探究其治疗TBM 的作用及预后[23，24，29，30]，但药物的致畸性和T 细胞激活功能限制了其临床使用[24，30]，如何利用治疗的有效性而又避免或减少治疗期间对机体的副作用，有针对性及靶向性地杀死MTB 是我们下一步研究的重点。同时还需要探究更多的免疫细胞及细胞因子作用机制，以利于开发有效的抗结核药物，指导靶向免疫治疗以及疫苗的研制。