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1. 细胞因子风暴假说
该假说目前被广泛接受。Ichiyama等发现,与未出现神经系统症状的流感病毒感染者相比,IAE患者血清细胞因子白细胞介素(IL)-6、IL-10与肿瘤坏死因子(TNF)-α升高;与轻症治愈者相比,IAE死亡病例血清中细胞因子显著升高,患者外周血单个核细胞(PBMC)中有核因子κB(NF-κB)通路激活,表明PBMC在病程中分泌细胞因子。与不伴并发症的流感患者相比,IAE患者脑脊液中IL-6与TNF-α升高,且患者症状的严重程度与细胞因子水平呈正相关。有研究表明,过度表达的IL-6会产生神经毒性,同时,TNF-α可损伤血管内皮细胞,二者共同作用会导致CNS损伤,而IL-10可降低IL-6与TNF-α水平,所以在IAE病程中患者亦会出现IL-10的反应性升高。Hasegawa等通过对比不同严重程度的IAE患者血清中的可溶性CD163受体后发现,该受体升高程度与患者的病情及预后密切相关,表明外周单核巨噬细胞也参与了IAE的发作。目前国际上普遍认为IAE发病是由于流感病毒感染机体后引起炎症反应,PBMC分泌细胞因子增多,引发细胞因子风暴,透过损伤的血脑屏障进入CNS,从而引起病变。
2 流感病毒直接感染CNS
病毒感染机体后进入外周血引起病毒血症,这是病毒进入CNS的第一步。一般病毒可直接穿过血脑屏障或通过感染周围神经系统进入CNS。病毒穿过血脑屏障有4种方式:感染上皮细胞、细胞旁途径、"特洛伊木马"途径(病毒感染白细胞后由白细胞跨过血脑屏障携带病毒进入CNS)与跨上皮细胞途径。许多研究人员认为,流感病毒通过感染外周神经末梢进入。研究表明,在IAE病程中,患者不一定表现出呼吸道症状。经尾静脉注射的小鼠并未出现神经系统症状,病理切片也未见异常,与之前对鸡进行静脉注射H5N1禽流感病毒的结果相悖,所以病毒进入CNS的路径可能与病毒分型和宿主有关。
3 胶质细胞的激活
小胶质细胞在CNS中执行免疫功能,对衰老死亡的神经细胞进行吞噬。星形胶质细胞约占脑内细胞总数的50%,对神经细胞起支持和营养作用。2种胶质细胞均能释放促炎细胞因子,在维持脑内微环境中起重要作用。急性坏死性脑病(ANE)患者死亡后尸检,取脑部组织切片并染色,可见小胶质细胞增生,呈激活状态。免疫组织化学染色显示小胶质细胞胞质中TNF-α及α干扰素(IFN-α)抗原呈阳性,且存在NF-κB通路激活,表明小胶质细胞在病程中发挥免疫活性作用。小鼠的IAE模型实验表明,星形胶质细胞和小胶质细胞表面存在唾液酸受体,可作为流感病毒感染的靶细胞,体外实验也证实流感病毒可感染星形胶质细胞。另有尸检结果表明,IAE患者脑部有星形胶质细胞凋亡。故有学者认为是流感病毒直接感染胶质细胞,导致其释放细胞因子,最终凋亡。然而仅少数患者CSF中流感病毒核酸检测呈阳性,且无法从其中分离出有活性的流感病毒。这表明病毒无法在脑部进行复制,其引发的症状可能是病毒核酸通过血脑屏障后引起的免疫反应。以上研究结果表明,IAE的发生与CNS本身的免疫活动相关。小胶质细胞激活可能由CSF中细胞因子升高后破坏神经细胞导致,激活后发挥其吞噬清除作用,并释放促炎细胞因子,进一步加重病变。
4 代谢障碍因素
IAE患者常伴肝、肾功能障碍,故有学者推测该病的发作与代谢因素相关。有学者发现,与正常小鼠相比,流感病毒感染的小鼠脑中总肉毒碱与长链肉毒碱均有所上升,提示流感病毒感染会明显影响脑细胞线粒体对脂质的代谢,造成器官脂质沉积,或因异常内源性代谢产物的产生加重损伤。先前有研究表明,IAE的严重程度与肉碱棕榈转移酶-Ⅱ(CPT-Ⅱ)基因相关,CPT-Ⅱ是线粒体膜上用于脂肪酸转运的酶,其活性会对长链脂肪酸的β-氧化产生影响。Shinohara等研究发现,对比不同类型CPT-Ⅱ在37 ℃与41 ℃的活性,发现CIM相关基因型表达的CPT-Ⅱ酶在2种温度下活性均低,IAE患者线粒体中该类型酶占比较高,表明CIM型酶含量高与IAE发作有关;进一步对比ANE与急性脑病伴双相惊厥发作与迟发性扩散(ASED)患者的CPT-Ⅱ基因型未发现差异,猜测这2种类型发病机制相似,即均为体温升高导致酶发生变化,酶发生不同的变化导致患者表现为不同脑病类型,基于此结果,其认为其他病毒,如疱疹病毒、腺病毒,也可能通过该途径引起脑病。由此结果可看出,ANE患者可用低温治疗以降低体温,保证酶活性,从而改善患者预后。
5 遗传因素
有研究发现,虽本病在全球各地均被报道,但其发病主要集中于东亚,提示本病发病可能与基因相关。Shinohara等将ASED患者与正常人基因进行对比发现,患者多为腺苷受体A2A(ADORA2A)的基因纯合子,ADORA2A可促进兴奋性神经递质释放,维持癫痫持续状态,因此认为ADORA2A纯合子可通过增强该基因的表达使机体易发生AESD。Sell等则发现,ANE患者基因中RAN结合蛋白2(RANBP2)基因发生错义突变,该突变可能与患者预后相关,RANBP2在神经细胞的代谢中起重要作用,该蛋白基因突变会导致CNS在急性感染病程中能量代谢崩溃。因此,持有ADORA2A纯合子基因或RANBP2基因错配也可能是该病发生的危险因素。
6 病毒变异
表面血凝素(HA)是流感病毒重要的组成蛋白,位于病毒表面,可在相关酶的作用下裂解为HA1与HA2,HA1与宿主细胞表面特异性唾液酸蛋白受体结合,启动感染过程。Mori等在6例感染H3N2的IAE患儿脑脊液中分离出流感病毒核酸,同时,在3例未出现脑病的H3N2型流感病毒患儿的咽拭子中分离出病毒,将二者的HA1基因进行比较,发现9个样本的HA1基因同源性达99.6%~100.0%,进化分析证实与A/Chile/2115/96病毒亲缘关系最近,但6份IAE患儿分离株中,均出现了HA1蛋白质分子第137位氨基酸的替换(酪氨酸→苯丙氨酸),6份中又有4份出现第291位氨基酸的替换(天冬氨酸→谷氨酸),这2个氨基酸均位于HA1分子受体结合袋上,该位点突变可能导致病毒结合细胞的特异性发生改变。在3份普通流感患儿样本中均未出现以上替换。
7 合并其他病原感染
Sugaya等发现,以上假说无法解释为何IAE在日本发病率远高于其他国家,于是推测有其他具有神经毒性病毒参与了IAE的发病。人疱疹病毒(HHV)6型与7型可感染儿童,引起与IAE相似的神经系统症状,在日本发病率较高,且HHV-6曾被报道与其他病毒共同感染引起脑炎。所以Sugaya等选取了8例IAE患儿(呼吸道样本流感病毒阳性),检测其脑脊液样本,结果8例患儿中4例HHV-6或HHV-7核酸呈阳性,推测IAE的发作可能与流感病毒和HHV合并感染有关,呼吸道症状由流感病毒引起,而神经系统症状是由HHV感染导致。
引用本文: 赵宏伟, 谢正德, 许黎黎. 流感病毒相关性脑病/脑炎研究进展 [J] . 中华实用儿科临床杂志, 2021, 36(15) : 1194-1198. DOI: 10.3760/cma.j.cn101070-20200911-01499.
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