阿尔兹海默病与病毒感染的神经免疫进展①

2021-03-29王咏纯

中国免疫学杂志 2021年23期

王咏纯孙莉

（吉林大学第一医院神经内科，长春 130021）

阿尔兹海默病（Alzheimer's disease，AD）是一种神经退行性疾病，是老年人最常见的痴呆类型，常表现为记忆力下降，认知功能减退及精神行为异常等。其主要病理特征为大脑皮质和海马区淀粉样蛋白（amyloid-β，Aβ）沉积形成的老年斑和Tau 蛋白过度磷酸化形成的神经纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFTs）。其他特征还包括线粒体缺陷、氧化应激、金属离子代谢异常等。以上病理变化导致突触功能障碍、神经元萎缩，进而导致认知功能损伤［1］。AD 严重影响患者日常生活能力，随着我国老龄化日益加重，造成了巨大的社会经济负担。业内学者虽然对AD 的发病机制进行了广泛研究，但目前尚无有效阻止AD 进展的手段，仍存在多个影响AD进展的未知因素。

随着研究深入，神经炎症已被证明与包括AD在内的多种神经退行性疾病有关，而病原体是引起神经炎症的关键因素［2］。导致AD的病原体中，研究较多的为单纯疱疹病毒1 型（herpes simplex virus-1，HSV-1），同时随着新型冠状病毒暴发，其对认知功能的潜在影响也引起广泛关注。本文围绕AD 与病毒感染的神经免疫机制研究进行综述。

1 病毒感染与AD

1.1 HSV-1 与AD AD 与病毒研究主要集中于单纯疱疹病毒。1991 年首次在大脑中发现了HSV-1，随后发现HSV-1 与AD 的淀粉样斑块具有共同定位，提示AD 与HSV 感染有关［3-5］。随后研究发现，HSV IgM 阳性的老年患者AD 发病率更高，提示AD发生可能与病毒再激活有关［5］。

HSV-1 是一种双链DNA 病毒，多数人在婴儿时期即有感染，导致口唇等部位黏膜疱疹。初次感染后随着病毒清除，残余病毒会随着感觉纤维到达三叉神经节，并在三叉神经节保持休眠状态［6］。但在免疫力低下（如年龄增加）等情况下会被重新激活，也可能是反复激活，导致感染复发。再次复制的病毒一部分随着神经纤维投射至脑干的三叉神经核内，进一步投射到脑内［7］。同时病毒重新激活会导致炎症因子释放，激活小胶质细胞和星型胶质细胞，导致神经炎症和血脑屏障功能障碍，而后病毒可直接感染毛细血管内皮细胞，并通过内皮细胞连接部位扩散至脑内。此外，病原体还可通过感染的淋巴细胞或单核/巨噬细胞穿过受损的血脑屏障［8］。

HSV-1 进入脑内后，可通过病毒的直接损伤和炎症的慢性损伤两种方式参与AD 进展［9-10］。直接方式可引起颅内轻度局限性“疱疹病毒性脑炎”（herpes virus encephalitis,HSE），尽管不甚剧烈，但可引起神经元损伤［9］。虽然与HSE 病程不同，但损伤部位（如双侧海马、颞叶）与AD 相同，且均可导致语言、认知等功能改变［11］。病毒反复感染可导致神经元累积损伤。同时病毒感染会激活免疫系统，释放IFN-γ 等细胞因子，协同激活的病毒会进一步激活胶质细胞，促使细胞因子IL-β、IL-6、TNF-α 及其表面Toll 样受体、TLR-4 等表达增加，导致神经炎症［12］。同时促进活性氧（reactive oxygen species，ROS）和反应性氮（reactive nitrogen，RNS）增加而导致氧化损伤，进一步促发神经退行性病变［13-15］。此外，氧化应激进一步促进炎症反应，导致炎症因子IL-β、IL-6、TNF-α释放，不受控制的细胞因子循环扩大，诱导神经元损伤、细胞凋亡和慢性疾病进展。也有研究提示，HSV-1 可与氧化应激共同引起细胞内溶酶体损伤，导致有毒物质积累，并进一步加速神经退行性变化［16-17］。

1.2 新型冠状病毒与AD 目前，世界正处于通过呼吸道传播的2019 年新型冠状病毒（COVID-19）大流行，该病毒感染的表现是发烧、咳嗽、多器官功能障碍等广泛症状，具有个体差异［18］。虽然症状主要集中于呼吸道、心血管和肾脏，但超过1/3患者出现神经系统症状，包括意识模糊、头痛和味觉减退等，作为一种嗜神经病毒，其导致的慢性神经系统并发症也引起广泛关注。

阿根廷一项研究提示，感染COVID-19后3～6个月内，约20%老年患者出现短期记忆下降，34%患者出现更严重障碍，如“找词困难”或“长期记忆困难”等，多数患者还出现嗅觉障碍，而嗅觉区域与记忆至关重要的区域直接相关，嗅觉丧失有时是AD 或帕金森病（Parkinson's disease，PD）的早期症状。通过对300 多例因COVID-19 住院的老年患者进行血液检测发现，血液中神经炎症、脑细胞损伤和AD 相关蛋白水平明显升高［19］。虽然这些蛋白的产生可能是大脑应对损伤的一种方式，但其是否真的会导致AD需要长时间观察。

AD 与COVID-19 存在潜在的相互作用。作为SARS-COV-2 结合蛋白受体，血管紧张素转换酶2（angiotensin，converting enzyme 2，ACE2）已被证明在AD 患者中表达上调［20-21］。一方面，由于受体表达上调，AD 患者感染COVID-19 风险增加，病毒感染后病毒载量升高，更易发展为危重或死亡病例，且载脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）4 阳性个体相对于其他类型个体风险更高，与病毒感染后损伤修复有关［22］。另一方面，COVID-19 患者更易患AD 且疾病进展较快，与其引发免疫反应和炎症有关。因此，AD 患者需更密切地关注和隔离。虽然COVID-19大流行的总影响尚不清楚，但其无疑会直接或间接影响AD患者［23］。

1.3 其他病毒与AD 疱疹病毒家族其他成员，如人类疱疹病毒6/7（human herpesvirus 6/7，HHV-6/7）、单纯疱疹病毒2型（HSV-2）和巨细胞病毒（cytomegalo virus，CMV）也在AD 患者大脑中被检测到且与AD发病有关［7］。

HHV-6/7 被认为在AD 患者大脑中负荷最高，尽管这一发现的真实性受到了质疑［24-25］。但HHV-6在AD 中的流行率远高于同龄人正常大脑（70% vs 40%），并与HSV-1 在AD 大脑中广泛重叠［26］。但HHV-6 与HSV-1 不同，在AD 中与APOE-ε4 无直接联系，其致病机制尚未阐明［9］。研究表明，HHV-6可能是老年人认知能力下降和AD 进展的环境风险因素。一项为期5年的研究显示，AD患者外周血白细胞样本中，HHV-6 阳性率为23%，而对照组为4%［27］。HHV-7被认为是HHV-6的共同影响因素。但HHV-6和HHV-7在AD中的作用仍需更多研究验证。

HSV-2 是与HSV-1 高度同源的疱疹病毒，在感染神经元中保持潜伏状态，但能够重新激活，可如同HSV-1 一样感染大脑并引发神经系统症状。已发现HSV-2 感染会导致Aβ 和过磷酸化Tau 蛋白积累增加［28］。此外，2017 年一项研究表明，HSV-2 导致的眼带状疱疹患者的痴呆发病率是对照组的2.97倍［29］。

CMV 也参与AD 发病机制［30］。抗CMV 阳性患者患AD 的风险增加2 倍，认知能力下降更快，且有更多的感染标志物［31-32］。

此外，其他类型病毒，如乙型肝炎病毒（HBV）、丙型肝炎病毒（HCV）和人类免疫缺陷病毒（HIV）也与AD有关。

2 AD与感染免疫

2.1 Aβ沉积与感染免疫病毒感染会导致炎症因子水平上调，而炎症因子可通过上调γ-分泌酶活性促使Aβ 沉积［2］。Aβ 既往被认为参与AD 疾病进展，但最近研究提示，Aβ可起抗感染作用。

Aβ可能是机体应对病毒感染，将感染局限化的一种生理反应。实验研究发现，具有Aβ 沉积的5XFAD（transgenic mice with five familial AD）转基因小鼠被疱疹病毒感染后损伤更小，生存率更高。进一步研究发现，类似的Aβ 寡聚物通过其肝素结合域与HSV 表面糖蛋白结合，聚集成纤丝状Aβ，与病毒结合的Aβ 寡聚体进一步寡聚化，从而包裹病毒，限制病毒感染［33］。说明Aβ 可将感染局限化，限制病毒扩散。此外，体外实验提示Aβ40 和Aβ42 对甲型流感病毒复制和包膜形成具有抑制作用［34］。

Aβ同时具有抗微生物活性，SOSCIA 等［35］报道，Aβ 活性与已知的脑内抗微生物蛋白LL-37 的抗微生物活性相当，而AD 患者脑组织样本较非AD 患者脑组织样本抗微生物活性显著升高。因此，Aβ具有生理保护作用。而HSV-1 病毒反复激活导致炎症反应失控，Aβ大量沉积，导致AD［36］。因此治疗时应将Aβ量控制在适当范围，而非完全清除。

2.2 Tau 蛋白与感染免疫 Tau 蛋白为细胞内微管蛋白，附着于微管结构（与核骨架和细胞骨架连接），主要位于细胞轴突，用于稳定细胞结构，保护核膜稳定和宿主DNA免受损伤和修饰［37］。

当病毒侵入脑内，HSV-1 可提高细胞CDK5、GSK3β、PKA 和激酶B活性，同时降低几种磷酸酶活性，使Tau 蛋白在S214 和T212 等位置磷酸化，形成成对螺旋丝（paired spiral yarn，PHF）和NFTs，其密度与疾病严重程度和痴呆相关［38］。磷酸化的Tau蛋白溶解度提高导致细胞结构不稳定，病毒得以进入细胞内［39］。此外，病毒可导致微管结构重排，病毒颗粒可顺着微管抵达细胞核内，从而在宿主细胞内完成复制［40］。且磷酸化的Tau 蛋白DNA 保护作用弱，病毒所致的累积的DNA 损伤使神经元死亡进而发展为AD。

2.3 免疫细胞及内源性活性物质与感染免疫病毒侵入脑内后，导致胶质细胞激活及内源性活性物质产生，通过炎症反应促使AD 发生发展。进入大脑的病原体会触发炎症介质释放，并激活先天免疫反应［41］。生理条件下，急性炎症反应有利于损伤修复和脑内稳态恢复。但慢性炎症条件下，小胶质细胞可能被持续激活并转化为促炎亚型，导致进一步炎症损伤。激活的胶质细胞释放ROS 和RNS 增加，导致氧化损伤，加速神经退化进程。

同时，作为炎症免疫过程的主要参与者，炎症因子与神经肽水平与AD 患者认知功能显著相关。部分AD 患者虽有Aβ 沉积，但无明显的痴呆症状，可能与神经免疫过程中的炎症抑制有关。血浆中炎症细胞因子，尤其是IL-1β、IL-6 和TNF-α 水平升高与AD 患者更严重的认知功能下降有关。此外，IL-17 和IL-23 水平在AD 患者中也显著高于对照组［42］。而IL-12、IFN-γ 水平升高可延缓认知能力下降，无论脑内是否有Aβ，IL-12、IFN-γ 水平升高均与认知能力下降较慢有关［43］。目前对此的解释是星形胶质细胞通过释放IL-3 将杀伤性小胶质细胞转变为专注于消灭Aβ 和NFTs 的小胶质细胞，因此较低的IL-3水平与更差的认知功能相关［44］。

神经肽是整个中枢神经系统中广泛表达的具有活性的小分子物质，具有免疫调节作用。近年神经肽在AD 中的作用得到认可，其主要具有神经保护作用，并广泛分布于负责学习和记忆过程的大脑区域［45］。目前研究提示，这些神经肽及其受体水平在AD 中发生变化。神经肽对Aβ 诱导的神经元毒性具有显著神经保护作用，涉及多种细胞内机制，包括α-分泌酶和Aβ 降解酶激活，神经营养素产生，神经元葡萄糖摄取增加，抑制内质网应激和自噬等［46］。且由于神经肽及其受体水平在Aβ 沉积和神经元丢失前可能发生变化，提示可对其进行研究，从而提高早期诊断能力并提供新的治疗方向。

3 ApoE在病毒与AD中的作用

虽然病毒感染具有普遍性，但AD 却并非那么普遍。越来越多研究表示，只有当HSV-1 存在于ApoE4 携带者身上，HSV-1 才是AD 的重要危险因素，而这两种等位基因本身都不是AD 的危险因素［47-49］。

ApoE具有调节机体脂质和脂蛋白代谢、影响机体血脂水平的作用，是中枢神经系统最重要的脂蛋白，在脂质动员、分布及排泄等代谢过程中起重要作用，还参与神经细胞生长和损伤后的修复过程。多项研究证明ApoE4 基因携带者更易发生AD。据统计，脑内携带病毒的AD 患者约60%是ApoE4 携带者，可能由于ApoE4 是调节免疫系统的重要分子之一，可控制多种病原体感染后的结局。

目前对此已提出几种猜想。ApoE 和HSV-1 可能通过共同受体硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPG）竞争进入细胞内，因此，与HSV-1 竞争能力较差的ApoE亚型将允许更多病毒颗粒进入细胞，导致更严重损伤。与其他亚型相比，ApoE4 进入神经细胞的能力可能比HSV-1 弱，导致其允许更多病毒载量的颗粒进入细胞，造成更严重损伤［50］。第二个提出的解释涉及病毒损伤后的细胞恢复。神经元损伤后，ApoE在损伤部位聚集，通过清除可能具有神经毒性的多余脂质和提供所需脂肪参与修复过程。ApoE亚型修复神经细胞的能力不同，因此对疾病的易感性及感染后的修复困难可能是AD疾病进展的原因。

4 病毒感染免疫与AD治疗

基于病毒在体内的重要作用，靶向抗病毒治疗可能是AD 治疗的重要领域。目前针对HSV 的药物包括阿昔洛韦、伐昔洛韦、膦甲酸钠等，主要通过抑制病毒DNA 复制途径发挥作用。最近队列研究提示，HSV-1携带者的痴呆发病率比对照组高2.56倍。而使用抗病毒药物后，痴呆发病率明显降低［51］。提示有必要对AD 高危人群进行抗病毒治疗，尤其是ApoE携带者。

体外实验表明，Tau 蛋白过磷酸化与病毒在体内复制有关，使用阿昔洛韦、伐昔洛韦后，Tau 蛋白磷酸化水平明显降低。而Aβ 累积与病毒复制的关系并不确切，而是与病毒传播扩散有关。结合既往研究，Aβ 并非AD 发病中完全有害的物质，而是限制病毒扩散的有益物质，因此对Aβ 最好的处理不是完全清除，而是将其控制在合理浓度范围内［52］。因此，使用抗病毒药物是安全合理的，通过抑制病毒DNA 复制，不仅可有效清除过度磷酸化的Tau 蛋白，同时可有效保留部分Aβ 沉积。作用效果方面伐昔洛韦强于膦甲酸钠。虽然目前还没有抗病毒治疗改善认知的临床试验，但是有必要进行的，尤其在AD发病早期，或单纯有认知功能障碍的人群。