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儿童呼吸道合胞病毒感染的免疫机制研究进展

2024-06-18 86 上传者：管理员

摘要：呼吸道合胞病毒(RSV)是世界范围内引起儿童(特别是5岁以下的儿童)急性下呼吸道感染的常见且最重要的病原体，也是造成儿童住院的主要原因之一。RSV感染后的临床症状轻重不一，可仅表现为轻微的上呼吸道感染，也可导致毛细支气管炎、肺炎等严重的急性下呼吸道感染,重者可合并肺出血或其他系统并发症，甚至死亡。RSV感染也可引起呼吸系统不同程度的后遗症，如气道重塑、气道高反应性，明显增加哮喘的发病率。

关键词：
临床症状
儿童
免疫机制
呼吸道合胞病毒
感染
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呼吸道合胞病毒(RSV)是世界范围内引起儿童(特别是5岁以下的儿童)急性下呼吸道感染的常见且最重要的病原体，也是造成儿童住院的主要原因之一。RSV感染后的临床症状轻重不一，可仅表现为轻微的上呼吸道感染，也可导致毛细支气管炎、肺炎等严重的急性下呼吸道感染[1],重者可合并肺出血或其他系统并发症，甚至死亡[2]。RSV感染也可引起呼吸系统不同程度的后遗症，如气道重塑、气道高反应性，明显增加哮喘的发病率[3]。据估算，2015年全球约有3 310万人患RSV导致的急性下呼吸道感染，320万人住院治疗，导致约59 600名5岁以下住院患儿死亡。约有140万6个月以下患儿因RSV导致的急性下呼吸道感染而住院，其中27 300名患儿死亡[4]。目前，RSV感染尚无特效治疗药物及安全有效的预防措施，理解RSV感染引起的机体免疫应答过程对于更好地治疗RSV感染相关性疾病及研发更理想的疫苗有重要意义，现对近年来RSV免疫机制的研究进行综述。

1、RSV的病原学特点

目前，RSV被分类为肺病毒科正肺病毒属，也称为人正肺病毒，是直径120～300 nm的负义单链RNA多型包膜病毒，基因组由约15 000个核苷酸组成，包含10个基因，3'至5'分布为NS1-NS2-N-P-M-SH-G-F-M2-L[5](见图1),编码2种非结构蛋白(NS1、NS2)和9种结构蛋白(包膜蛋白：G、F及SH;内膜蛋白：M;核衣壳和调控蛋白：N、P、M2.1、M2.2及L)。其中，G蛋白(粘附蛋白)、F蛋白(融合蛋白)、SH蛋白(孔蛋白)组成的疏水性表面糖蛋白能使病毒最大程度发挥融合能力，进而感染靶细胞。病毒经呼吸道感染人体后，通过G蛋白附着于气道靶细胞后，F蛋白介导病毒与靶细胞膜融合，使病毒基因进入靶细胞内，另外F蛋白也具有粘附作用，可以使相邻的未感染细胞与已感染细胞发生融合，这也是病毒名称的由来[6]。根据G蛋白抗原的不同，RSV分为A、B两种亚型。

图1 RSV基因组结构示意图

2、机体感染RSV后的免疫应答

RSV感染人体后，主要侵入呼吸道上皮细胞并大量复制，损伤气道内膜，导致局部免疫屏障破坏，使气道内分泌物排出受阻，更容易继发细菌感染。另外，RSV也可诱发呼吸道上皮细胞产生大量的细胞因子和趋化因子，募集自然杀伤细胞(NK细胞)、嗜酸性粒细胞等在局部聚集并参与免疫反应，局部炎症失衡，使呼吸道上皮细胞损伤加重[7]。

2.1呼吸道屏障

正常情况下，呼吸道上皮细胞在气道内形成紧密连接，并分泌黏蛋白，通过纤毛摆动清除病原体，发挥物理屏障作用[8],同时也发挥吞噬细胞的作用，可以吸收吞噬细菌和真菌，这种清除能力也与疾病结局直接相关[9]。RSV可破坏呼吸道屏障的完整性，主要机制是通过上调激活的受体相互作用蛋白激酶1(RIPK1)和混合谱系激酶结构域样假激酶(MLKL)导致呼吸道上皮细胞出现坏死性凋亡、脱落并阻塞呼吸道，同时释放促炎因子高迁移率族蛋白1(HMGB1)。通过抑制RIPK1磷酸化激酶或MLKL的活性，可减少呼吸道上皮细胞的坏死性凋亡及HMGB1的释放，降低2型炎症的发生，同时也可降低病毒载量，这一机制的发现也为治疗RSV导致的急性下呼吸道感染和预防支气管哮喘提供了一种新的治疗靶点[10]。

2.2模式识别受体

模式识别受体(PRRs)是一类可以直接识别病原体、凋亡的宿主细胞及受损的衰老细胞表面特定分子结构的受体，是非特异性免疫和特异性免疫的桥梁。PRRs通过识别和结合配体，可产生非特异性抗感染、抗肿瘤等免疫保护作用。PRRs可以分为5种类型：Toll样受体(TLRs)、核苷酸寡聚域样受体(NLRs)、视黄酸诱导基因1样受体(RLRs)、c型凝集素受体(CLRs)以及黑素瘤-2(AIM2)样受体(ALRs),每种PRR可识别一种或多种病原相关分子模式[11],其中识别RSV的主要PRRs是TLRs,如TLR4、TLR3、TLR2/6及TLR7/8等。机体感染RSV后，首先由呼吸道上皮细胞、成纤维细胞及呼吸道抗原呈递细胞(APC)进行早期识别，RSV进入细胞后，复制过程中会产生新生的双链RNA(dsRNA),dsRNA激活细胞特异性PRRs,调节核因子-κB(NF-κB)和干扰素(IFN)调节因子家族，促进抗病毒因子、趋化因子及促炎细胞因子的上调释放，包括IFN、白细胞介素(IL)及白细胞等[12]。

2.3免疫细胞及各种细胞因子

RSV感染后，机体产生免疫反应，主要的免疫细胞均参与其中，包括：中性粒细胞、单核细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞、树突状细胞(DCs)、肺泡巨噬细胞(AMs)、NK细胞、B细胞及T细胞。呼吸道上皮细胞、AMs、DCs及单核细胞是最早被病毒感染的细胞，发挥快速起效的固有免疫作用，同时也启动强大的适应性免疫作用，而由各种免疫细胞分泌的各种趋化因子、细胞因子及免疫分子等是免疫过程中的关键因素。RSV感染后，机体不同部位(如上呼吸道、下呼吸道及中枢神经系统)细胞因子的分泌水平也不尽相同[13]。

2.3.1 IFN

IFN根据结合的受体不同分为Ⅰ型(IFN-α、IFN-β、IFN-κ、IFN-δ、IFN-ε、IFN-τ、IFN-ω及IFN-ζ)、Ⅱ型(IFN-γ)、Ⅲ型(IFN-λ)。Ⅰ型IFN在机体抗RSV感染过程中发挥重要的作用。RSV进入呼吸道后，被呼吸道上皮细胞表面的TLR识别，RSV的G蛋白可以抑制TLR4活性，导致细胞信号抑制因子(SOCS1/3)表达上调，最终导致Ⅰ型IFN表达受抑制，使机体抗病毒能力降低。另外，RSV的NS1、NS2可以抑制DCs成熟、干扰Th17细胞增生及促进Th2细胞分化，也可以导致Ⅰ型IFN产生受阻。小婴儿更易感染RSV,且感染后更易引起严重的病情，与其产生IFN的能力有密切关系。IFN应答反应的恢复重建可以帮助清除RSV,减轻疾病的严重程度，也进一步说明IFN在抗RSV感染的固有免疫机制中发挥重要作用[14]。在IFN-γ分泌降低的情况下，RSV更容易引起严重的急性下呼吸道感染，更易出现低氧血症，提示IFN-γ在RSV感染过程也发挥保护作用[15]。但是，也有研究[16]结果显示：急性感染后，RSV相关性复发性喘息患儿血浆IFN-γ浓度持续升高1年，提示该细胞因子可作为复发性喘息风险的标志物，并可能在发病机制中发挥作用。

2.3.2 IL及固有免疫细胞

目前，RSV感染后，IL-2、IL-4、IL-6及IL-10的水平变化在不同的研究中得出的结果并不完全一致，其在RSV感染过程中的免疫作用机制也不十分清楚。IL-2是T细胞增殖及产生效应细胞和记忆细胞所必需的细胞因子，在生命早期可以抑制T卵泡辅助细胞(Tfh细胞)的分化成熟，抑制IL-2时，可能有助于病毒感染后的体液免疫[17]。一项研究[18]结果显示：RSV肺炎患儿的血清IL-2水平明显降低，而IL-4和IL-10水平则明显升高。另一项研究[19]也显示RSV感染机体后，血清IL-4水平明显升高，且与疾病严重程度可能有关。一项样本量较大的临床研究[20]结果则显示：与对照组相比，RSV感染组血清IL-2、IL-4、IL-6及IL-10水平并没有明显差异。

IL-8由中性粒细胞产生，中性粒细胞表面的TRL4识别RSV的F蛋白后，上调IL-8的表达释放，同时启动中性粒细胞的一种新的死亡方式——NETosis,即活化后的中性粒细胞通过向细胞外释放由解聚的染色质和细胞内颗粒蛋白组成的细胞捕获网，捕获并杀死病原体。IL-8水平升高与RSV引起的疾病严重程度密切相关，高IL-8水平的患儿更容易出现低氧血症或需要呼吸支持[21]。有研究[22]显示：小年龄是RSV感染急性期出现中性粒细胞减少的危险因素，但中性粒细胞减少的患儿并没有出现继发严重感染的情况，提示中性粒细胞短期减少在RSV急性感染期不一定是有害因素，相反有可能是减轻炎症损伤的有益因素。

IL-17A是IL-17的家族成员之一，由Th17细胞、NK细胞、中性粒细胞及DCs等产生，参与固有免疫过程。IL-17A与其受体结合后，可以促进IL-6、IL-8等细胞因子及趋化因子的分泌，引起中性粒细胞、淋巴细胞等募集，参与炎症反应。目前，IL-17A在RSV感染后致病机制中的作用尚不十分明确。部分研究[23]结果认为IL-17A对RSV感染后的机体具有保护作用，重症RSV感染患儿IL-17A水平明显降低，拮抗IL-17A处理后，RSV感染的小鼠模型气道高反应性及黏液分泌明显加重[24]。也有研究[25]结果提示IL-17A可以加重气道炎症及高反应性，并抑制RSV清除，最终加重RSV引起的呼吸道损伤。

AMs位于肺泡表面，在调节宿主防御、肺部炎症及呼吸道病毒感染后的组织损伤中发挥关键作用。AMs被RSV激活后，会同时上调促炎因子肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和抑炎因子IL-10,TNF-α能介导感染RSV的细胞发生坏死，抑制病毒进一步复制，而IL-10可以抑制TNF-α及其他促炎因子的释放，避免过度的炎症反应[26]。另外，RSV感染后，AMs也会上调IL-33的表达水平[27]。IL-33可以促进2型炎症细胞因子的释放，同时可以通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号途径激活NF-κB,最终激活B细胞，启动细胞免疫[28],抑制IL-33时，可以明显减轻RSV感染引起的过敏性炎症反应[29]。

NK细胞在激活和抑制信号下处于动态平衡中，在RSV感染的不同时期发挥不同的作用，在此过程中，主要是炎症细胞因子发挥作用，而不是由穿孔素介导的直接细胞毒作用。在感染初期，NK细胞可以识别并吞噬病毒颗粒，并使其局限化，发挥抗病毒作用，同时也大量释放促炎因子，如IFN-γ、IL-4、IL-5及IL-13等2型炎症细胞因子，导致气道损伤，与后期的气道高反应性及过敏性哮喘发病密切相关。在感染后期，NK细胞通过IFN-γ激活CD8+T细胞，启动细胞免疫过程[30]。

DCs分为浆细胞样DC(pDCs)和常规DC(cDCs),机体感染RSV后，外周血中cDCs数量下降，而气道内cDCs数量明显上升，可能是在急性感染期外周cDCs向感染部位聚集所致[31]。DCs通过直接识别病毒或吞噬RSV感染的其他细胞获取病毒抗原，启动下游信号通路，促进DCs成熟并分泌促炎细胞因子及Ⅰ型IFN,发挥直接抗病毒作用。另外，激活的DCs转移至淋巴结内，将RSV的蛋白分子与主要组织相容性抗原Ⅰ或Ⅱ分子结合，激活CD8+T或CD4+T细胞，启动细胞免疫，发挥抗原呈递作用。肺内的DCs又分为pDCs、cDC1s及cDC2s等亚型，其中pDCs是分泌Ⅰ型IFN的主要细胞，也发挥介导RSV相关的细胞毒性T细胞功能的重要作用。cDC1s激活CD8+T细胞而清除病毒，cDC2s主要参与RSV引起的2型炎症反应[32],IL-4Rα是其中的关键细胞因子，可导致免疫损伤[33]。通过抑制脂肪酸合成，干扰DCs的线粒体功能，感染RSV后，2型炎症反应可以转变为1型炎症反应，从而减少免疫损伤[34]。

2.3.3 B细胞与免疫球蛋白

浆细胞通过抗体直接中和或协助清除细胞外病毒颗粒，在防止病毒再次感染方面发挥重要作用。以免疫球蛋白A(IgA)和免疫球蛋白G(IgG)为主要效应分子，中和的主要目标是RSV的G蛋白和F蛋白，在下呼吸道中，IgG发挥主要作用。在儿童特别是6月龄以内的婴儿中，母体抗体消耗及免疫系统不成熟可能导致急性RSV感染诱导的抗体反应减弱，因此RSV在婴儿期感染更明显，引起的症状更重。RSV感染后，病毒成分如抗原蛋白，与呼吸道的淋巴结滤泡外和边缘区B细胞受体结合，激活B细胞，使其转化为浆细胞分泌特异性抗体，发挥体液免疫。治疗RSV的单克隆抗体主要针对F蛋白，目前已上市并进入临床应用的只有帕利珠单抗，但一般需要3～5个疗程，且在RSV高危患儿中只有50%的有效率，而以G蛋白和N蛋白作为潜在治疗靶点的单克隆抗体仍处于研究阶段[35]。

2.3.4 T细胞

CD4+T细胞分泌的细胞因子在机体免疫稳态中发挥重要作用，既发挥清除病原体的作用，又抑制过度的炎症反应，减轻免疫损伤。机体感染RSV时，会引起Th2(IL-4、IL-5及IL-13)、Th9(IL-9)及Th17(IL-17)的异常反应和相应的细胞因子异常释放，与气道高反应性相关，同时Treg(IL-10)反应不足，免疫抑制作用减弱，导致自身免疫损伤，也是早期RSV疫苗(福尔马林灭活疫苗)失败的重要原因。机体自然感染RSV后并不能产生长期的免疫记忆，感染风险贯穿整个生命周期。CD8+T细胞的功能也具有两面性，既参与RSV的清除，又可能导致自身免疫损伤。RSV感染后可以通过DCs将抗原呈递给CD8+T细胞，并激活CD8+T细胞，促进其增殖并产生IFN-γ、TNF-α及IL-2,前两者发挥病毒清除作用，也会产生免疫损伤，后者强化CD8+T细胞的激活过程并产生记忆T细胞[36]。CD8+T细胞在RSV感染的第8～10天清除病毒能力达到高峰，此后维持一个稳定的数量，并形成RSV特异的3类记忆性T细胞，分别分布于血液、淋巴系统和肺组织。记忆性CD8+T细胞通过分泌颗粒酶B产生的细胞毒作用在RSV感染的细胞免疫机制中不可或缺，与清除病毒密切相关，RSV可以通过抑制STAT3磷酸化，进而抑制记忆CD8+T细胞成熟，也是其免疫逃避机制之一[37]。

3、RSV疫苗

RSV的结构特点及带来的疾病负担已被人们广泛认识和重视，然而确定一种安全且具有免疫原性的疫苗一直是重要但难以实现的目标。对疫苗安全性的担忧，以及对RSV的免疫反应及其与临床疾病严重程度的关系的有限理解是两个最主要的障碍[38]。

RSV疫苗应用的主要目标人群包括2岁以下的儿童、65岁以上的老人及干细胞移植或者肺移植的患者。理想的候选疫苗应该能够预防RSV引起的严重疾病，并限制病毒传播。截至目前，多个疫苗已进入临床试验阶段，包括蛋白重组疫苗、病毒载体疫苗和减毒活疫苗[39]。

参考文献:

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文章来源:徐东,黄永建,舒赛男.儿童呼吸道合胞病毒感染的免疫机制研究进展[J].中国妇幼保健,2024,39(12):2325-2328.