风湿性疾病患者结核分枝杆菌潜伏感染激活机制的研究进展

2022-11-24吴文琪钟剑球何娟邓国防王庆文

中国防痨杂志 2022年9期

吴文琪钟剑球何娟邓国防王庆文

风湿性疾病(rheumatic disease)是一组累及关节、骨骼、肌肉、血管、相关软组织及结缔组织的自身免疫与炎症性疾病。据估计，中国风湿性疾病的患病率在11.6%～46.4%之间，因受调查人群的地区、研究方案和年龄而异[1]。随着现代医学的进步，风湿性疾病的治疗从传统的激素、免疫抑制剂迈向生物制剂及小分子靶向药时代，为初始常规治疗无效或耐药的患者带来了新的治疗方案。但因生物制剂及小分子靶向药对免疫系统的干扰作用，如抑制细胞因子的产生及其信号转导、阻碍T细胞活化、清除B细胞等，也大大增加了风湿性疾病患者感染的风险[2]，其中结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)感染、结核分枝杆菌潜伏感染(latent tuberculosis infection，LTBI)激活的风险增加是风湿性疾病患者治疗过程中不得不面对的突出问题。人体感染MTB的结局取决于机体免疫反应清除或控制感染的能力[3]。机体内感染MTB后，没有发生临床结核病，没有活动性结核病临床病原学或者影像学方面的证据，称作LTBI[4]。据世界卫生组织(World Health Organization，WHO)最新报告，全球约四分之一的人口感染MTB[5]，这其中有5%～10%的LTBI会发展为活动性结核病[6-7]。LTBI是否会被激活为活动性结核病主要取决于MTB的毒力、宿主的免疫状态及炎症的程度[8]。其中，宿主免疫状态尤为重要。而几乎所有风湿性疾病患者都存在免疫状态失衡的问题。另外，某些生物制剂及免疫抑制剂在风湿性疾病患者中的应用也增加了其LTBI激活的风险。目前，风湿性疾病患者中LTBI激活的机制尚未完全阐明。本文中，笔者将就风湿性疾病患者LTBI激活机制的研究进展进行综述。

一、 MTB感染的免疫反应机制

MTB主要通过吸入含有活菌的气溶胶传播，在进入宿主后，固有免疫是机体防御MTB感染的第一道防线，能识别病原体并启动吞噬体防御系统，还能呈递抗原以激活适应性免疫反应。而适应性免疫反应则通过抗原特异性T细胞的直接抗菌作用及分泌各种细胞因子来产生对MTB的保护性免疫，并且控制细菌的复制[9]。感染灶中，固有免疫的重要分子之一——巨噬细胞是启动针对MTB免疫反应的第一免疫细胞，起着关键的哨兵作用，也是MTB的主要复制场所。巨噬细胞识别MTB后，将其吞噬并隔离在吞噬体中，吞噬体通过与溶酶体融合及自身的酸化来消灭病原体。巨噬细胞吞噬MTB后，通过产生细胞因子启动炎症反应，从而诱导其他免疫细胞如中性粒细胞向感染灶迁移，抑制细菌复制[10]。固有免疫在MTB感染期间的另一个重要功能是启动适应性免疫反应，如树突状细胞除了与巨噬细胞一起吞噬分枝杆菌外，还在主要组织相容性复合体、共刺激分子和细胞因子的背景下呈递MTB抗原来启动适应性免疫。然而，MTB通过各种机制抑制吞噬体的生成和吞噬体的成熟，从而能够在吞噬体中生存和复制[8,11]。当巨噬细胞对MTB的固有反应不充分和(或)细菌在巨噬细胞内复制到足够数量时，受感染的巨噬细胞破裂，从而释放细菌，导致邻近细胞感染[12]。而吞噬了MTB的巨噬细胞则迁移到区域淋巴结[13]，激活CD4+和CD8+T细胞。T细胞介导的免疫反应在机体应对MTB感染所产生的免疫应答中至关重要，尤其是由CD4+T细胞介导的抗原特异性适应性免疫应答。MTB扩散到淋巴结后，刺激抗原特异性T细胞增殖并迁移到感染灶，与Th1、Th2、Th17等辅助性T细胞和调节性T细胞一起组成肉芽肿的一部分。这些细胞主要通过释放可溶性细胞因子发挥其功能，其中，产生γ-干扰素(interferon-γ，IFN-γ)的Th1细胞在MTB清除中至关重要，主要通过激活诱导型一氧化氮合酶途径[14]和诱导吞噬体酸化、成熟和自噬[15]等机制增强巨噬细胞清除微生物的作用。此外，CD8+T细胞介导的免疫作用也在MTB感染中发挥重要作用，可通过分泌穿孔素来裂解MTB感染的巨噬细胞[16]，还可以在细胞毒性颗粒中释放颗粒溶素，直接杀死细胞内的MTB[17]。抗原呈递细胞在MTB刺激后产生的肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)与IFN-γ协同作用，增强对MTB的清除，从而有助于MTB的控制。抗原呈递细胞还产生白细胞介素(interleukin，IL)-12和IL-1β，它们也是抗MTB所必需的细胞因子。目前B细胞在MTB感染中的作用及机制研究仍较为有限。有研究表明，在小鼠和非人灵长类动物模型中，B细胞介导的抗MTB免疫反应在感染的早期阶段起着关键作用[18]。B细胞可作为抗原呈递细胞参与适应性免疫，吞噬病原体并将其呈递给CD4+T细胞，有助于诱导CD4+T细胞对MTB的反应，提供早期抗感染保护作用[19]。van Rensburg等[20]还发现，B细胞能被MTB抗原激活分化成活化的浆细胞，这些浆细胞能够分泌结核特异性抗体及产生细胞因子如TNF-α、IL-10、IL-1β、IL-17和IL-21[21]，从而调节效应器功能。而Th2、调节性T细胞亚群在MTB感染中作用的研究目前报道较少，还需进一步阐明。

二、风湿性疾病合并LTBI者结核病激活的机制

1.T细胞功能紊乱和T细胞耗竭：在机体中，CD4+T细胞能产生不同的细胞因子调节机体免疫。这种由CD4+T细胞主导的细胞免疫在机体抗MTB感染过程中至关重要。在感染MTB后，T细胞被激活并分化为效应和记忆T细胞，限制病原体的生长并介导其清除，在机体维持一种长期的保护作用，防止后续感染[22]。一项在猴免疫缺陷病毒感染合并LTBI的灵长类动物中诱导LTBI激活的研究发现，LTBI激活组的细菌负荷比LTBI未激活组更大，而LTBI未激活组中增殖的CD8+记忆T细胞数量明显高于LTBI激活组[23]。目前大部分关于LTBI激活的研究均使用激活风险公认较高的HIV阳性队列，对HIV阳性LTBI者的两项研究观察到，CD4+T细胞具有特定的中央记忆表型，可以防止LTBI激活[24-25]。而在类风湿关节炎患者中，T细胞的功能紊乱及异常活化在疾病的起始和持续中起着关键作用。在类风湿关节炎的发病过程中，原始CD4+T细胞转化为记忆效应T细胞过程中出现了错误分化，未转化为相对静止的记忆T细胞，而是转化为高度增殖的、具有组织侵袭性和促炎性的效应细胞，可快速诱导滑膜炎，产生过强的自身免疫，从而极大削弱类风湿关节炎合并LTBI患者的抗MTB作用，使其更易激活[26]。T细胞耗竭是在许多慢性感染和癌症期间出现的一种T细胞功能障碍状态，其定义是T细胞的效应功能不足、抑制性受体持续表达，表现为不同于功能效应性T细胞或记忆性T细胞的转录状态[27]。T细胞耗竭破坏了机体控制感染和肿瘤的最佳状态。在风湿性疾病患者中，尤其是慢性炎症活动时，持续性抗原刺激导致T细胞内稳态改变，使T细胞表达耗竭表型。这些耗竭T细胞会竞争生长因子和空间，导致有功能可用于对抗外来抗原的T细胞大量减少[28]，打破LTBI的免疫平衡状态，从而使其激活。此外，细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T-lymphocyte associated antigen 4，CTLA-4)作为一种传递抑制信号的因子[29-30]，能通过多种方式抑制T细胞的激活，以及诱导调节性T细胞的发育和功能来平衡自身免疫[31]。阿巴西普(abatacept)是一种通过重组脱氧核糖核酸技术合成的CTLA-4融合蛋白，目前临床上多用于类风湿关节炎的治疗。阿巴西普的药物说明指出，在开始阿巴西普治疗前，应筛查有无潜在的MTB感染[32]，也可能是基于考虑该药品抑制了T细胞的激活，有增加MTB感染或LTBI激活风险的可能。

2.细胞因子的改变及相应生物制剂的使用：在结核病患者中观察到，促炎细胞因子的滴度水平升高[33]，如IFN-γ、TNF-α、IL-17A和IL-1β、IL-12等[34]，其中，IL-12和IFN-γ主要是Th1细胞激活后所产生的[35]，提示Th1型细胞因子能增强巨噬细胞杀灭MTB的能力。虽然对结核病的反应主要依赖于Th1型细胞因子如IL-12、TNF-α和INF-γ，但Th2型细胞因子如IL-6、IL-10也参与其中[36]。这些细胞因子共同参与感染进程，并与免疫物质的产生和淋巴细胞的激活、吸引与增殖有关。在MTB感染的病灶中，TNF-α能够促进病灶周围肉芽肿的形成，以防止MTB感染的进一步扩散。体外研究表明，TNF通过一氧化氮依赖和非一氧化氮依赖途径增加巨噬细胞吞噬和杀死分枝杆菌和其他细胞内病原体的能力[37]。TNF在控制和遏制细胞内病原体、招募炎症细胞到感染灶、刺激肉芽肿的形成和维持方面起着至关重要的作用[38]。研究证明，TNF基因敲除小鼠感染MTB后，存活时间从50 d减少到33 d[39]，同时，肺、肝、脾和肾出现弥漫性脓肿和非典型肉芽肿。因此，使用TNF抑制剂(tumor necrosis factor inhibitor，TNFi)治疗的患者LTBI被激活的风险增加，可导致肺结核、肺外结核或结核播散。除此之外，在类风湿关节炎患者中使用抗TNF-α抗体疗法会导致分泌颗粒溶素且表达细胞表面TNF的效应记忆CD8+T细胞亚群的耗竭[40]。而TNFi是目前类风湿关节炎、强直性脊柱炎等风湿性疾病患者治疗中最常用的生物制剂。这可能是接受TNFi疗法的风湿性疾病患者LTBI激活发生率增加的原因之一。除此之外，理论上阻断其他Th1型细胞因子如IL-17A、IL-23也可能会促进LTBI的激活[41]。

3.补体系统的紊乱：补体系统是先天免疫系统的重要组成部分，通过结合补体识别分子随后激活三种主要途径来对抗微生物感染，在预防感染、维持免疫内环境平衡方面起着至关重要的作用[42]。补体系统在MTB感染中的具体作用机制尚不清楚，但已经有一些研究显示补体系统参与MTB感染[43]。当MTB入侵机体时，补体系统参与协调多方面免疫反应。巨噬细胞吞噬MTB后，通过细菌细胞表面蛋白或激活补体途径的分泌蛋白将MTB内化，补体成分C3能调节MTB细胞表面配体，以便巨噬细胞通过补体受体将其识别[44]，随后激活三种补体途径以清除MTB[44]。目前尚缺乏LTBI中补体系统的研究，但有文章显示补体因子的缺乏与系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)的发生及对感染的易感性增加密切相关[45]。此外，SLE患者红细胞、淋巴细胞和中性粒细胞中的补体受体缺乏也可能干扰补体介导的微生物清除[46]，打破原有的LTBI状态，使免疫的天平从潜伏向激活倾斜。

4.代谢因素：研究发现，LTBI患者的维生素D水平明显低于健康人[47]。维生素D的生物活性形式1,25-二羟维生素D可与维生素D受体结合，激活其信号，调节免疫并诱导一系列抗微生物感染反应，如诱导自噬、激活抗结核菌肽LL-37和杀死细胞内的MTB等[48-51]。越高的维生素D水平往往伴随着越低的LTBI发生率。一项研究通过重组分枝杆菌生长限制(BCG-lux分析)发现，与安慰剂组相比，维生素D组对分枝杆菌的先天免疫水平明显提高，但获得性免疫应答的参数没有改善[52]。另一项研究显示，服用维生素D的普通人群比空白对照组表现出更强的抗结核免疫力[53]。综上所述，维生素D可能会抑制LTBI向活动性结核病进展，而在大部分风湿性疾病患者的血清中，如类风湿关节炎[54]、SLE[55]、强直性脊柱炎[56]等，维生素D浓度水平均明显下降，在部分SLE患者中，还可发现抗维生素D抗体，这可能是风湿性疾病患者中LTBI激活风险增加的另一机制[57]。

三、增加风湿性疾病合并LTBI患者结核病再激活风险的主要治疗药物

除了前文所述针对免疫系统中各种细胞及细胞因子的生物制剂的使用，其他药物如糖皮质激素、传统改善病情抗风湿药(traditional disease-modifying anti-rheumatic drugs，tDMARD)等均会不同程度地抑制风湿性疾病合并LTBI患者的免疫系统，增加结核病风险[58]。

1.糖皮质激素：研究显示，使用糖皮质激素治疗的风湿性疾病患者，其结核病再激活风险增加2.8～7.7倍[59]，因为糖皮质激素能影响控制MTB所需的细胞免疫反应，抑制淋巴因子效应和单核细胞趋化作用，还可阻断Fc受体的结合和功能[60-61]。同时，糖皮质激素抑制T细胞的激活，导致T细胞增殖不足和相应细胞因子(如IL-1和TNF)的产生减少，诱导淋巴细胞(主要是T细胞)从循环中重新分布，导致外周淋巴细胞减少[62]。糖皮质激素对免疫系统的这些不同作用导致了风湿性疾病合并LTBI患者结核病激活的风险明显增加。

2.tDMARD：tDMARD的主要代表药品有甲氨蝶呤、来氟米特、环孢素、艾拉莫德等。与普通人群相比，使用tDMARD 的类风湿关节炎患者发生活动性结核病的风险增加了3.17倍，其中，使用来氟米特、甲氨蝶呤、环孢素的风险较高[63]。来氟米特通过其活性代谢物A77 1726阻断二氢乳酸脱氢酶[64]，从而抑制T、B细胞的嘧啶合成，来发挥其免疫抑制作用。该药品还可抑制酪氨酸激酶活性，中断TNF-α信号通路[65]，影响结核肉芽肿的完整性和功能，导致结核病再激活的风险增加。甲氨蝶呤通过抑制二氢叶酸还原酶干扰叶酸代谢，阻断嘌呤和嘧啶合成，减少抗原依赖性T细胞增殖，增强细胞外腺苷，从而产生抗炎作用[66]。甲氨蝶呤对结核肉芽肿和MTB生长的作用尚不清楚。理论上，甲氨蝶呤诱导的对人体细胞和MTB二氢叶酸还原酶的抑制可能对LTBI激活有保护作用[67]，但这种积极作用可能被免疫抑制活性所抵消[8]。环孢素是一种通过抑制T细胞活化发挥作用的免疫抑制剂[68]，其对T细胞免疫反应的抑制作用可能导致治疗时LTBI激活的风险增加。

3.小分子靶向药：目前临床用于风湿性疾病治疗的小分子靶向药主要是托法替布等。托法替布通过抑制JAK3、JAK1酪氨酸蛋白激酶来阻断STAT信号通路，从而抑制相关细胞因子如IL-2、IL-4、IL-15、IL-21的产生，防止炎症进展[69]。一项评估托法替尼在类风湿关节炎中的长期安全性的研究表明，使用托法替布的患者中结核病的发病率为200/10万[70]，同时，托法替布的药物说明也强调了使用其治疗时有发生活动性结核病的风险[71]，但具体机制尚不明确，还需在今后的临床使用中积累更多的数据，以及开展进一步的研究。