温热对免疫系统的影响及其在感染性皮肤病中的应用

肖海璐,卢彬,马蕾,齐瑞群

机体发热反映感染和炎症存在,表现为核心体温升高1～4 ℃,起到杀灭肿瘤细胞、抗炎抗感染作用,在一定程度上对机体是一种保护[1]。于是,人们逐渐探索通过外在方式使体温升高,以达到抵抗疾病的作用。目前,温热疗法是迅速发展的研究领域,已较广泛地应用于肿瘤、病毒、深部真菌、细菌性疾病的治疗。皮肤是人体最大的器官,也是人体免疫系统的第一道防线。近年来,较多研究表明温热疗法对人乳头瘤病毒(human papilloma virus, HPV)感染相关的皮肤病,如跖疣、尖锐湿疣、扁平疣、寻常疣疗效显著,且较传统激光、冷冻等治疗措施具有无创无痛、复发少见的优势,临床广为接受[2-4]。温热对免疫系统的作用机制尚未完全阐明,本文旨在对温热疗法对机体免疫系统的影响,以及在感染性皮肤病等中的应用进展作一阐述。

1 温热对免疫系统的影响

温热时,机体通过细胞稳态过程,如热休克反应(heat shock reaction, HSR)和自噬反应,从而产生耐热性并降低温热治疗的效果[5]。热休克蛋白(heat shock proteins, HSPs)是一组细胞保护蛋白,最初是在热休克(42～45 ℃)的背景下发现的,其中HSP 70和HSP 90参与了体温诱导的先天性免疫和获得性免疫的调节,同时也通过HSP 90-A4整合素途径促进T淋巴细胞的运输[6-7]。温热诱导的蛋白质变性可增强热休克因子-1(heat shock factor, HSF-1)的磷酸化和HSPs合成,从而维持机体有利的生存环境[5]。Liu等[8]研究表明温热疗法通过提高靶点温度(温度范围为39～45 ℃)以诱导热应激,刺激活性氧(reactive oxygen species,ROS)形成、p38 MAPK和Akt信号传导以及增加HSF-1以刺激机体产生HSPs。HSPs在环境应激下(包括热休克、氧化应激和化学应激)大量表达,可预防和逆转热诱导的蛋白质错误折叠,并通过分子伴侣作用修复细胞损伤[9]。一些HSPs暴露于细胞外,作为信号分子在邻近细胞中诱导HSR。HSR在正常细胞和应激细胞中都具有缓解应激和折叠变性蛋白的重要功能。在非应激环境下,HSF与细胞质中的HSP 70和HSP 90结合;在热应激时,HSP 70和HSP 90从HSF中分离出来作为伴侣分子,进而介导局部的促炎反应、免疫激活、细胞死亡和微环境的改变,从而发挥靶向治疗作用[10]。此外,温热(42～43 ℃)可以降低抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL的总表达和线粒体表达,并增加促凋亡蛋白Bax、Bak、Puma和Noxa的表达,通过扰乱这些抗凋亡和促凋亡家族蛋白之间的平衡,以达到温热的促凋亡条件[11]。自噬和凋亡依赖于ROS的产生,ROS通过分解错误折叠和聚集的蛋白质来激活自噬过程,从而维持细胞存活条件[5]。因此抑制自噬过程可以增强细胞对温热介导的细胞凋亡的敏感性。

温热对免疫系统的影响是多因素的,主要通过HSPs的产生与释放增强免疫应答,HSPs释放到细胞外环境的增加刺激下游免疫活性并增加抗原呈递,一旦抗原摄取发生,热应激促进抗原提呈细胞(antigen presenting cell, APC)向淋巴结的迁移,部分是通过上调APC中MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ和共刺激分子(如CD80、CD86、CD40),随后激活T细胞[12]。此外,温热还被证明可以通过上调APC如树突状细胞(dendritic cell, DC)中Toll样受体4 (TLR4)的表达,诱导相关细胞因子的释放,从而增强T细胞的免疫监视[12]。

温热刺激通过热休克蛋白介导的机制激活巨噬细胞,热休克蛋白一方面可增加诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、趋化因子(C-C motif)配体(CXCLs)的表达以及白细胞介素(interleukin, IL)和一氧化氮的释放,从而激活巨噬细胞的功能[13]。另一方面可通过诱导IκBα降解增强核因子κb(NF-κb)信号通路,以增加巨噬细胞的吞噬活性[14]。巨噬细胞具有促炎和抗炎两种特性,M1型巨噬细胞主要通过产生TNF-α以产生促炎作用,而M2型巨噬细胞通过产生IL-10等细胞因子以产生抗炎作用。研究证实温热作用具有诱导巨噬细胞特性从促炎转变为抗炎(M1型到 M2型)的能力[15]。Krenacs等[16]研究发现在38.5 ℃温热刺激下可诱导共培养的巨噬细胞产生较多的IL-10,同时抑制TNF-α的产生,也支持这一观点。局部温热刺激通过对免疫系统的作用,从而扩展到全身产生“远隔”效应。

2 温热在感染性皮肤病的应用

2.1病毒性皮肤病 温热疗法在病毒性皮肤病的研究方面已取得长足进展。研究发现,簇集蛋白(Clusterin, CLU)和磷酸化ERK(p-ERK)是人角质形成细胞高温损伤的重要保护因子,温热可诱导CLU和p-ERK的表达,降低人永生化表皮细胞(HaCaT细胞)的增殖,并通过NF-κB依赖途径促进与抗病毒活性有关的细胞因子的表达[17-18]。Liu 等[19]研究表明DNAJA4通过调节HaCaT细胞中F-肌动蛋白的表达参与温热反应,而DNAJA4的缺乏可增强温热对表皮的抗病毒效应,提示DNAJA4是温热疗法治疗皮肤HPV感染的可能靶点[18]。此外,局部温热疗法可以增加Ⅰ型和Ⅱ型IFN和IFN依赖性信号通路的能力,在病毒性疾病的治疗中发挥重要作用[20]。通过温热引起机体抗感染免疫研究中,Khan等[21]通过体内和体外实验得出,温热可促进cGAS-STING途径,导致干扰素-β表达增加,并介导其抗病毒作用。

一项双中心、评估者单盲随机对照试验[2]通过对多发性皮肤病毒疣患者(诊断包括寻常疣、跖疣和尖锐湿疣)的靶病变应用局部热疗或冷冻疗法来评估总体清除效果,研究发现温热组对靶区以外的皮损有“远位”治疗效应,对多发性病毒疣感染具有治疗优势。另一项前瞻性、多中心、非随机、平行对照临床试验[3]纳入1 027例接受冷冻治疗或温热疗法的跖疣患者,结果显示两组病毒疣清除率相当,但温热组疼痛评分明显较冷冻组低,且复发率低。Yang 等[22]发现,44 ℃的局部热疗可安全有效地清除宫颈高危型HPV感染,进而防止病毒播散以及持续HPV感染引起宫颈癌的潜在风险。一项多中心临床观察[4]发现,43 ℃局部热疗与冷冻治疗扁平疣疗效相当,且治疗副作用小,安全性高。此外,对于一些特殊病例,如儿童、巨大疣体、甲下疣/甲周疣、反复复发病例或合并基础疾病(如库欣综合征等)的病毒疣患者,冷冻或激光难以达到理想的效果,应用温热疗法可达到完全治愈,且少见复发。

高雅迪[23]通过蛋白质谱检测差异表达蛋白的分析发现,44 ℃温热治疗可以通过调控传染性软疣病毒(molluscum contagiosum virus,MCV)基因表达、增强细胞防御能力及抗病毒能力、促进细胞免疫等机制,以产生对传染性软疣的治疗效果。一项队列研究[24]发现温热疗法治疗传染性软疣21例,57.14%(12/21)的患者在12周内痊愈,疗效与其他方法相当,无明显副作用,且未见复发病例。温热作为免疫疗法,通过对机体局部免疫的调节达到清除病毒的目的,目前已被写入病毒疣诊疗指南[25]。

2.2真菌性皮肤病 温热疗法对于真菌性皮肤病中的应用以病例报道为主。Wang 等[26]通过体外小鼠模型证实41 ℃局部温热疗法可有效治疗孢子丝菌病。Ikezaki 等[27]发现温热应激下,白念珠菌菌丝相延长,从而增加其对抗真菌药物米卡芬净的敏感性。Saito等[28]报道1例右下肢皮肤暗色丝孢霉病患者,既往合并房颤和大疱性类天疱疮,采用局部温热疗法治疗3周,皮损逐渐变平缩小,后联合口服特比萘芬口服,5个月后成功治愈。Huang等[29]报道1例局部温热单一疗法成功治疗着色芽生菌病的病例,该患者利用一次性温热贴,每天局部外敷8 h,持续8周痊愈。真菌的生长具有温度敏感性,且局部热疗无全身副作用,因此对于皮肤真菌感染,温热疗法是一种合理的治疗选择。

2.3细菌性皮肤病 目前主要通过体外实验探索温热在细菌性皮肤病中的应用。Hop等[30]研究证明了热应激诱导的先天免疫反应可显著降低体外和体内流产布鲁氏菌的细胞内存活率,其中,转录因子NF-κB是关键激活与调控因子。Keitelman等[31]在体外实验研究温热对中性粒细胞攻击铜绿假单胞菌的影响时发现,温热疗法可通过促进一种新的细胞死亡方式,即中性粒细胞的炎性细胞死亡方式(NETosis),并通过减少促炎细胞因子趋化因子(C-X-C Motif)、配体8/白介素8(CXCL8/IL-8)和IL-1β等炎性细胞因子的分泌,以调节中性粒细胞对细菌接触的反应。细菌感染期间的温热效应可能会导致中性粒细胞触发紧急反应,促进NET的形成,从而困住细菌,以隔离感染并减少其促炎细胞因子的释放,以限制炎症反应[31]。

皮肤海洋分枝杆菌感染是一种难治性的非结核分枝杆菌(non-tuberculous mycobacteria, NTM)感染,其最佳生长温度为28～32 ℃,超过37 ℃时生长受到抑制。1963年,Philpott等[32]首次提出通过局部热疗治疗海洋分枝杆菌感染,证明温热对皮肤海洋分枝杆菌感染、溃疡分枝杆菌和龟分枝杆菌感染有效。当引起NTM感染的分枝杆菌对热敏感时,可考虑联合温热治疗。

3 温热临床应用方法

人们最初通过简易的一次性局部化学敷贴以实现温热效果[29]。尽管一次性温热贴的治疗温度难以恒定,但病例的成功治愈给临床医生以启示。目前国内广泛应用的红外特定波光能温热治疗仪温度可控,治疗一处靶向皮损得到全身皮损消失的临床疗效,且治愈后极少复发,其治疗过程中无明显不适及不良反应,已在感染性皮肤病中广泛应用[2,4,24]。研究发现,温热疗法与磁等离子体纳米平台介导的磁热疗法相结合,可以提高温热疗效[33]。

4 小结

温热疗法是临床医生最基本的工具之一,在现代医疗中的实用价值值得重新审视。温热可通过直接抗菌活性和调节机体免疫进而调节炎症反应两方面来发挥作用[34],由于微生物耐药性或抗菌药不良反应时有发生,温热疗法可以说是一种相对简单且安全的替代方案。目前温热疗法在皮肤科领域主要用于HPV等病毒疣的治疗,在难治性分枝杆菌、孢子丝菌病等细菌真菌感染中的应用也取得一些进展,目前的研究热点在于进一步阐明温热疗法的作用机制,拓展温热疗法在皮肤科领域的应用范围,并寻找新的安全高效的治疗方式。