病毒病中樞神經(jīng)機(jī)制研究進(jìn)展

病毒病中樞神經(jīng)機(jī)制研究進(jìn)展

病毒（也稱為感染性海綿狀?。┦且环N慢性、致命和退行性傳染病，可在多個(gè)個(gè)體之間傳播。在動(dòng)物中主要包括牛海綿狀腦病(Bovinespongiformencephalopathy,BSE)、羊癢病(Scrapie)、貂傳染性腦病(Transmissibleminkencephalopathy,TME)、鹿的慢性消耗性病(ChronicWastingDisease,CWD)及貓科動(dòng)物海綿狀腦病(Felinespongiformencephalopathy,FSE)。在人類包括庫(kù)魯病(Kuru病)、克雅氏病(Creutzfeldt-Jakob,CJD)、變異型克雅氏病(VariantCreutzfeldt-Jakobdisease,VCJD)、格氏病(Gerstmann-Straussler-Scheinker,GSS)和致死性家族失眠癥(Fatalfamilialinsomnia,FFI)等。該類疾病與一種具有傳染性的蛋白質(zhì)因子(proteinaceousinfectiousparticle,Prion)相關(guān),稱為朊蛋白。目前普遍認(rèn)為其致病因子是由異常變構(gòu)形成錯(cuò)誤折疊的朊蛋白(PrPSc),PrPSc本身具有復(fù)制能力,可以誘導(dǎo)正常的朊蛋白(PrPC)轉(zhuǎn)變成PrPSc,從而可以傳染并導(dǎo)致疾病。先前的研究證實(shí)通過(guò)腹腔注射,靜脈內(nèi)注射,腦內(nèi)注射、皮膚刺破,眼球灌注以及口服感染等接種方式能夠?qū)е聞?dòng)物感染朊病毒,但是不同的接種途徑其致病因子的復(fù)制及傳播機(jī)制不同。通過(guò)胃內(nèi)接種羊癢病的小鼠,PrPSc首先在派伊爾氏淋巴集結(jié)(Peyer’spatches,PPs)和頸部淋巴結(jié)復(fù)制,然后再出現(xiàn)在脾臟和中樞神經(jīng)系統(tǒng)(centralnervoussystem,CNS),切除脾臟并不影響疾病的潛伏期,表明入侵可不起始于脾臟。而通過(guò)腹腔注射、靜脈以及皮下接種(頸部皮下和足底)的研究表明PrPSc從淋巴網(wǎng)狀系統(tǒng)到CNS的神經(jīng)入侵路徑首先發(fā)生在脾臟(大概為內(nèi)臟淋巴結(jié)),沿著自主神經(jīng)如內(nèi)臟神經(jīng)到達(dá)中胸段脊髓,然后向CNS的其余部分包括腦和腰椎逐漸擴(kuò)散,但是由于鼠的自主神經(jīng)以及神經(jīng)節(jié)很小難以采樣,因此還缺乏有關(guān)起始于脾臟-胸部脊髓路徑的直接證據(jù)。但是已經(jīng)獲得以檢測(cè)脾臟基質(zhì)層為依據(jù)的間接證據(jù),在這些部位神經(jīng)末梢PrPSc十分豐富,并且從脊髓和腦向周圍神經(jīng)離心傳播已經(jīng)得到證實(shí)。通過(guò)口服或者腹膜內(nèi)接種倉(cāng)鼠,Baldauf等證實(shí)263K朊病毒株進(jìn)入腦組織可能是通過(guò)迷走神經(jīng),它被認(rèn)為是最有可能的一條直接路徑。通過(guò)感染性實(shí)驗(yàn)以及免疫組織化學(xué)(IHC)或者石蠟組織包埋印跡檢測(cè)PrPsc的方法證實(shí),在羊癢病的倉(cāng)鼠模型中,腸和腹膜神經(jīng)節(jié)參與了早期的神經(jīng)入侵。對(duì)目前已知的傳播途徑歸納起來(lái)主要包括消化道途徑、血液循環(huán)途徑、外周神經(jīng)及組織途徑,根據(jù)接種方式的不同PrPSc可通過(guò)一種或者二種途徑感染機(jī)體。研究最多且比較清楚的是消化道途徑,其次是血液途徑,而外周神經(jīng)及組織則了解較少,已知經(jīng)坐骨神經(jīng)途徑接種癢病可使小鼠或者倉(cāng)鼠發(fā)病,本文從消化道和血液兩個(gè)途徑進(jìn)行介紹。1陰道感染朊病毒從感染進(jìn)入機(jī)體到到達(dá)大腦發(fā)病部位大致可分為入侵、復(fù)制和沉積、傳送3個(gè)階段。1.1prpsc在腸道組織中的復(fù)制途徑人們認(rèn)為最初英國(guó)牛海綿狀腦病(BSE)的發(fā)生是由于在牛的飼料中添加了含有BSE感染因子的反芻動(dòng)物肉骨粉;人類的變異型克雅氏病(vCJD)以及庫(kù)魯病是由于采食了朊病毒污染的食物,其中vCJD是由于食用BSE污染的牛肉所致,而庫(kù)魯病則是由于當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)俗習(xí)慣食用死者的腦組織所致。因此消化道途徑被認(rèn)為是朊病毒病最重要的自然傳播途徑,也是目前研究最多的接種途徑。PrPSc經(jīng)口腔進(jìn)入胃腸道后,如果要進(jìn)入機(jī)體并在腸相關(guān)淋巴組織中復(fù)制和聚集,首先要通過(guò)腸上皮細(xì)胞,研究表明有以下3種可能的通過(guò)途徑:第一種是通過(guò)位于長(zhǎng)絨毛上皮和派伊爾氏淋巴集結(jié)濾泡相關(guān)上皮內(nèi)的微皺細(xì)胞也就是M細(xì)胞的胞轉(zhuǎn)作用。M細(xì)胞被認(rèn)為是腸上皮中唯一一種具有跨膜運(yùn)輸大分子和顆粒的細(xì)胞,能夠使機(jī)體免疫系統(tǒng)從腸道管腔內(nèi)容物中抽取樣品,并引起免疫應(yīng)答,而一些病原微生物則能夠利用它進(jìn)入粘膜組織。體外實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)M細(xì)胞能夠通過(guò)穿胞作用將癢病因子運(yùn)送至上皮細(xì)胞的底外側(cè),盡管體內(nèi)實(shí)驗(yàn)還未見(jiàn)報(bào)道,但是M細(xì)胞被認(rèn)為是最有可能跨上皮運(yùn)輸PrPSc穿過(guò)腸上皮的細(xì)胞。第二種方式是通過(guò)與鐵蛋白形成復(fù)合物進(jìn)入,有實(shí)驗(yàn)證實(shí)將散發(fā)型克雅氏病(sCJD)患者腦組織勻漿經(jīng)胃蛋白酶處理后形成具有與蛋白酶K相似的PrPSc片段,該片段能夠與鐵蛋白形成復(fù)合物,然后通過(guò)依賴鐵蛋白的機(jī)制經(jīng)腸上皮細(xì)胞的吞噬作用轉(zhuǎn)運(yùn)至一囊泡狀結(jié)構(gòu)。第三種方式是樹(shù)突狀細(xì)胞的單獨(dú)攝取。樹(shù)突狀細(xì)胞能夠不依賴M細(xì)胞的作用,將自身的樹(shù)突穿過(guò)上皮細(xì)胞間隙直接到達(dá)腸腔,然后從腸腔攝取抗原物質(zhì)。1.2復(fù)制到身體組織和器官1.2.1prpsc在臟器組織中的復(fù)制目前研究認(rèn)為PrPSc穿過(guò)腸上皮細(xì)胞后,在傳播至神經(jīng)系統(tǒng)之前,首先在淋巴組織中沉積或者復(fù)制,這些淋巴組織包括脾臟、淋巴結(jié)、扁桃體、盲腸和派伊爾氏淋巴集結(jié),但是不同動(dòng)物傳染性海綿狀腦病(TSE)疾病沉積或者復(fù)制的部位不同,例如在感染BSE的人類和綿羊的淋巴組織中檢測(cè)出大量的PrPSc,但在自然感染的牛淋巴組織中則沒(méi)有檢測(cè)到PrPSc。同樣是羊的癢病,如果其朊蛋白基因的表型或者癢病毒株不同則感染因子在羊體內(nèi)的分布也不同。經(jīng)口感染癢病的小鼠,在侵入神經(jīng)前PrPSc主要在腸相關(guān)淋巴組織(GALT)如派伊爾氏淋巴集結(jié)、腸系膜淋巴結(jié)中沉積。在感染早期,PrPSc在淋巴組織內(nèi)沉積對(duì)其以后的神經(jīng)入侵很重要,給切除派伊爾氏淋巴集結(jié)的小鼠口服PrPSc進(jìn)行感染,或者通過(guò)腹膜內(nèi)接種切除脾臟的小鼠,發(fā)現(xiàn)癢病的神經(jīng)入侵過(guò)程都會(huì)受到影響。PrPSc進(jìn)入淋巴組織后,早期主要沉積在B淋巴濾泡生發(fā)中心的濾泡樹(shù)突狀細(xì)胞(FDCs)和巨噬細(xì)胞上,分布于FDCs細(xì)胞膜和樹(shù)突細(xì)胞外的周圍空間。在朊病毒神經(jīng)入侵過(guò)程中,PrPSc在FDCs的沉積十分重要,當(dāng)缺少FDCs時(shí),疾病的潛伏期延遲,傳染性降低。由于B細(xì)胞能夠?yàn)榫S持FDCs的活性狀態(tài)提供重要的細(xì)胞因子,如淋巴毒素(LT)α1β1和腫瘤壞死因子(TNF)α,因此PrPSc不能在缺失B細(xì)胞或者LTα1β1和TNFα并同時(shí)缺少FDCs的小鼠淋巴組織內(nèi)沉積,如果通過(guò)藥物臨時(shí)性阻斷FDCs與LTα1β1和TNFα結(jié)合的受體信號(hào)通道,則能夠降低接種TSE因子通過(guò)外周途徑感染宿主的易感性。雖然這為治療TSE相關(guān)疾病提供了一種思路,但是這離實(shí)際應(yīng)用還很遠(yuǎn),因?yàn)橹挥性谠摬“l(fā)生早期即神經(jīng)入侵前這種方法才能阻礙PrPSc的感染,而目前神經(jīng)入侵的準(zhǔn)確時(shí)間段還無(wú)法確定。PrPsc的沉積還需要正常細(xì)胞型PrPc的表達(dá),并且表達(dá)量與疾病的發(fā)生程度有一定的關(guān)系,PrP的基因表達(dá)量能夠決定疾病的持續(xù)時(shí)間,而FDCs的PrPc表達(dá)量似乎很高,這有助于解釋為什么FDCs對(duì)PrPSc的沉積至關(guān)重要,與FDCs相比,淋巴細(xì)胞的表達(dá)量則很低,但是即使淋巴細(xì)胞不表達(dá)PrPc也不能阻止PrPSc在脾臟中的沉積以及隨后的神經(jīng)入侵,并且有些細(xì)胞雖然PrPc的表達(dá)量很高,但是未發(fā)現(xiàn)PrPSc的復(fù)制,因此PrPSc的復(fù)制和沉積除與PrPc的表達(dá)相關(guān)外還與其它細(xì)胞因素相關(guān)。FDCs能夠?qū)⒖乖悦庖邚?fù)合物的形式長(zhǎng)期保留在細(xì)胞表面,這種免疫復(fù)合物通常由抗原、抗體或者補(bǔ)體成分組成,并且不經(jīng)過(guò)加工處理,這種特性在PrPSc的復(fù)制及沉積中十分重要,但是這種特性依賴于補(bǔ)體或者補(bǔ)體受體的參與,當(dāng)缺少補(bǔ)體C1q、C2、C3、因子B和細(xì)胞型補(bǔ)體受體時(shí),PrPSc在脾臟中的沉積會(huì)受到影響,有實(shí)驗(yàn)表明補(bǔ)體C1q能夠與構(gòu)象發(fā)生改變的PrP結(jié)合,而FDCs自身能夠合成C1q,因此補(bǔ)體有可能直接與PrPSc相結(jié)合,許多其它細(xì)胞也能夠表達(dá)補(bǔ)體受體,因此補(bǔ)體有可能通過(guò)樹(shù)突狀細(xì)胞的游走或者巨噬細(xì)胞的吞噬作用促進(jìn)PrPSc的攝入和體內(nèi)運(yùn)輸。1.2.2樹(shù)突狀細(xì)胞對(duì)m細(xì)胞原代地質(zhì)細(xì)胞的作用PrPSc穿過(guò)腸上皮細(xì)胞后,將會(huì)被運(yùn)輸?shù)脚梢翣柺狭馨图Y(jié)淋巴濾泡的FDCs,由于在派伊爾氏淋巴集結(jié)內(nèi)FDCs位于濾泡相關(guān)上皮的遠(yuǎn)端,因此當(dāng)PrPSc穿過(guò)上皮細(xì)胞層后必須被其它細(xì)胞運(yùn)送至FDCs。在M細(xì)胞基底外側(cè)膜端有一凹陷被稱為內(nèi)上皮袋,抗原物質(zhì)經(jīng)M細(xì)胞胞轉(zhuǎn)后可以進(jìn)入內(nèi)上皮袋,然后經(jīng)袋內(nèi)的B細(xì)胞、T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞處理,而樹(shù)突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞也正好位于粘膜固有層的下面,可以對(duì)進(jìn)入機(jī)體的抗原物質(zhì)進(jìn)行處理,因此PrPSc經(jīng)M細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)后可被內(nèi)上皮袋內(nèi)或者下面的細(xì)胞獲取,隨后被運(yùn)送至FDCs,其中樹(shù)突狀細(xì)胞發(fā)揮著重要作用。樹(shù)突狀細(xì)胞是專職抗原遞呈細(xì)胞,它能高效地?cái)z取、加工處理和遞呈外周抗原給淋巴組織并引起機(jī)體免疫應(yīng)答,同時(shí)在M細(xì)胞內(nèi)上皮袋下方的位置也有利于攝取從消化道胞轉(zhuǎn)來(lái)的抗原,然后遞呈給腸相關(guān)淋巴組織(GALT),并且樹(shù)突狀細(xì)胞還能不依賴M細(xì)胞通過(guò)樹(shù)突直接從腸腔攝取抗原。樹(shù)突狀細(xì)胞攝取抗原后,能將抗原分解成短的多肽并遞呈給主要組織相容性復(fù)合體2(MHC2)類分子相關(guān)的細(xì)胞表面。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),一些樹(shù)突狀細(xì)胞在獲取PrPSc后在半胱氨酸蛋白酶的作用下能將PrPSc降解并清除,因此樹(shù)突狀細(xì)胞雖可轉(zhuǎn)運(yùn)PrPSc,但不太可能將PrPSc以傳染性狀態(tài)傳送給淋巴濾泡,但也有報(bào)道稱有些樹(shù)突狀細(xì)胞能以原始非降解狀態(tài)保留蛋白抗原和PrPSc。1.3通過(guò)某種方式將prpsc傳輸?shù)街袠猩窠?jīng)系統(tǒng)1.3.1prpsc與外來(lái)體PrPSc在淋巴組織的FDCs復(fù)制及聚集后,如何被轉(zhuǎn)運(yùn)至外周神經(jīng)系統(tǒng)呢?由于FDCs的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不可移動(dòng)并且FDCs與交感神經(jīng)之間在解剖學(xué)上位于完全不同的兩個(gè)空間,因此PrPSc從FDCs轉(zhuǎn)運(yùn)至外周神經(jīng)系統(tǒng)需要借助可移動(dòng)的中間細(xì)胞或物質(zhì),外來(lái)體(Trojanexosomes)被認(rèn)為與此相關(guān),外來(lái)體被認(rèn)為在細(xì)胞內(nèi)病毒傳播過(guò)程中可能發(fā)揮重要作用,外來(lái)體內(nèi)含有許多糖基化磷脂酰肌醇(GPI)錨定的蛋白,包括PrPc,最近的研究認(rèn)為PrPSc能夠以感染的形式釋放與外來(lái)體有關(guān),因此PrPSc從一個(gè)細(xì)胞向另一個(gè)細(xì)胞的傳播可能通過(guò)外來(lái)體從感染細(xì)胞轉(zhuǎn)移至未感染細(xì)胞。同時(shí)FDCs與外周神經(jīng)間的距離影響PrPSc神經(jīng)入侵的速度,在鼠癢病的研究中發(fā)現(xiàn),淋巴組織的微結(jié)構(gòu)控制朊病毒神經(jīng)入侵的效力,濾泡樹(shù)突狀細(xì)胞與脾臟主要神經(jīng)的距離影響其神經(jīng)入侵的速度,樹(shù)突狀細(xì)胞也被認(rèn)為具有將TSE因子直接轉(zhuǎn)運(yùn)至外周神經(jīng)系統(tǒng)的潛力,1.3.2prpsc在cns中的表達(dá)當(dāng)PrPSc運(yùn)送至外周神經(jīng)系統(tǒng)后如何轉(zhuǎn)運(yùn)到中樞神經(jīng)系統(tǒng)?目前認(rèn)為主要是沿著神經(jīng)解剖學(xué)上兩種截然不同的途徑,一條路徑是沿著內(nèi)臟神經(jīng)的交感神經(jīng)傳播,到達(dá)胸椎中段的中間外側(cè)細(xì)胞柱(IML),隨后沿著脊髓以尾至顱的方向傳播至腦;另一種傳播方式能夠不依賴脊髓,直接沿著副交感神經(jīng)的迷走神經(jīng)到達(dá)腦部延髓內(nèi)的迷走神經(jīng)運(yùn)動(dòng)背核(DMNV)。兩種不同路徑最初都是沿著神經(jīng)節(jié)循序漸進(jìn)的以退行的方式傳播的。許多嚙齒類動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持腸道神經(jīng)在疾病發(fā)生中的作用,并支持交感神經(jīng)負(fù)責(zé)將傳染因子從脾臟傳至脊髓。首先這種傳遞方式依賴PrPc,而腸道中PrPcmRNA的表達(dá)量很高,其次脾臟受神經(jīng)高度支配,脾臟神經(jīng)密度分布增高的鼠其疾病潛伏期縮短、感染滴度增高,而PrPSc主要聚集在這里,但切除脾臟神經(jīng)支配的鼠仍然能夠發(fā)生癢病,即脾臟的切除不能阻止該病的發(fā)生,這說(shuō)明神經(jīng)入侵還有其他途徑。副交感神經(jīng)中的迷走神經(jīng)一直被認(rèn)為是最有可能的途徑,但是切除副交感神經(jīng)的嚙齒類動(dòng)物模型一直很難獲得,因此缺少這方面的直接實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。腸神經(jīng)系統(tǒng)已經(jīng)被證實(shí)是最先被入侵的神經(jīng),進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在腸神經(jīng)系統(tǒng)中最先感染發(fā)生在十二指腸和回腸,然后向胃腸道的上方和下方傳播。不同腸神經(jīng)系統(tǒng)叢的感染來(lái)自不同的組織,腸絨毛皮下的細(xì)神經(jīng)纖維能夠?qū)魅拘詡鹘o粘膜下神經(jīng)叢,派伊爾氏淋巴集結(jié)濾泡的神經(jīng)末梢也能將傳染因子傳給粘膜下神經(jīng)叢,派伊爾氏淋巴集結(jié)和腸神經(jīng)系統(tǒng)之間淋巴細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸?shù)拈g接接觸也能傳播感染性,Heggebo等研究表明脾臟中的PrPSc主要沉積在邊緣區(qū),該區(qū)受神經(jīng)高度支配,因此通過(guò)交感神經(jīng)退行性傳播可以將脾臟和脊髓兩者聯(lián)系起來(lái),上述解釋是以傳染因子能夠進(jìn)入迷走神經(jīng)背運(yùn)動(dòng)背核(DMNV)為基礎(chǔ)的,感染因子從腸神經(jīng)系統(tǒng)沿著迷走神經(jīng)傳出副交感神經(jīng)逆行到DMNV或者沿著其它神經(jīng)核如弧束核順行到DMNV,而PrPSc在三叉神經(jīng)神經(jīng)元和結(jié)節(jié)性神經(jīng)節(jié)的沉積要比在腦組織晚,這表明這些神經(jīng)節(jié)的感染是由于向下傳播導(dǎo)致的。以時(shí)空方式研究PrPSc的沉積表明迷走神經(jīng)的背運(yùn)動(dòng)核(DMNV)和胸部脊髓的中間外側(cè)柱(IMLC)是PrPSc在CNS中最先聚集的兩個(gè)點(diǎn)位。PrPSc從外周神經(jīng)系統(tǒng)(ENS)進(jìn)入CNS通過(guò)兩個(gè)不同的循環(huán),內(nèi)臟神經(jīng)回路和迷走神經(jīng)回路,內(nèi)臟神經(jīng)回路涉及到腹腔和腸系膜神經(jīng)節(jié)、中間外側(cè)柱以及隨后的背根神經(jīng)節(jié)。迷走神經(jīng)回路涉及到通過(guò)結(jié)狀神經(jīng)節(jié)的迷走神經(jīng)背運(yùn)動(dòng)核。后來(lái)對(duì)倉(cāng)鼠生物測(cè)定也證實(shí)了迷走神經(jīng)和顱腸系膜神經(jīng)節(jié)具有傳染性。2血液感染的發(fā)生機(jī)制早在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始研究關(guān)于感染朊病毒的動(dòng)物或人的血液是否具有傳染性,先前的研究表明,感染朊病毒的全血具有傳染性,包括感染癢病羊的血液、感染BSE牛的血液以及感染CWD鹿的血液都具有傳染性,而且已經(jīng)證實(shí)有5例vCJD是由于輸入含有PrPSc污染的血液制品所致。感染朊病毒的血漿也具有傳染性,自然感染癢病綿羊的血漿棕黃層通過(guò)靜脈注射健康綿羊能夠?qū)е掳l(fā)病,人工感染BSE的小鼠血漿通過(guò)腦內(nèi)接種健康小鼠能導(dǎo)致部分小鼠發(fā)病,人工感染BSE小卷尾猴的血漿通過(guò)腦內(nèi)接種能感染小卷尾猴致其發(fā)病,這些研究都能說(shuō)明血漿具有傳染性;另外相關(guān)的研究表明,將人工感染GSS綜合癥的小鼠血漿棕黃層通過(guò)腹膜注射感染小鼠,檢測(cè)的7個(gè)樣品中有4個(gè)表現(xiàn)為陽(yáng)性。血液中具體哪些成分具有傳染性目前還不清楚。至于血液感染的傳播途徑,研究表明通過(guò)靜脈注射要比腹膜內(nèi)和皮下接種感染的潛伏期短,Millson等用139A癢病毒株研究發(fā)現(xiàn)靜脈注射后觀察到“病毒感染期”非常短,因此他認(rèn)為血液傳播最有可能的一種方式是PrPSc通過(guò)血液傳送至脾臟和