淺析埃博拉病毒致病機制

盛子洋 范東瀛 安 靜

(首都醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院微生物學教研室，北京100069)

埃博拉病毒(Ebola virus，EBOV)屬于絲狀病毒科(Filoviridae)埃博拉病毒屬(Ebolavirus)的單股負鏈RNA病毒，其基因組共編碼7種蛋白，包括核蛋白NP、病毒粒子結構蛋白 VP35、VP30、糖蛋白 GP、基質空間蛋白VP40、VP24和RNA-dependent RNA聚合酶(L)［1］。EBOV分5個種，根據(jù)其最初被發(fā)現(xiàn)的地點分別命名為扎伊爾埃博拉病毒(Zaire Ebolavirus，ZEBOV)、蘇丹埃博拉病毒(Sudan Ebolavirus，SUDV)、塔伊森林埃博拉病毒(Ta? Forest Ebolavirus，TAFV)、本迪布焦埃博拉病毒(Bundibugyo Ebolavirus，BDBV)和雷斯頓埃博拉病毒(Reston Ebolavirus，RESTV)。EBOV感染可引起嚴重甚至致命的出血熱疾病，但種間的致病力和致死率不同，扎伊爾種、蘇丹種、本迪布焦種都曾在非洲大陸引發(fā)過較大規(guī)模的疫情，其中扎伊爾種致死率高達90%［2］。

人體感染EBOV后，若患者未能及時建立有效的免疫應答，則可在2-21 d的潛伏期后出現(xiàn)埃博拉病毒病(Ebola virus disease，EVD，也稱埃博拉病毒性出血熱，EHF)［2］。早期癥狀類似流感，包括發(fā)熱、疲勞、頭痛、肌痛、惡心、嘔吐、腹瀉等。隨著疾病的進展，體內外可呈現(xiàn)出血癥狀，包括皮下、臟器、消化道出血等。與其他出血熱病毒(馬爾堡病毒、拉薩熱)感染者相似，EVD患者還可能出現(xiàn)記憶力減退、中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂、大量脫發(fā)等癥狀。該病預后極差，約50%的患者可能死于彌散性血管內凝血(disseminated intravascular coagulation，DIC)、感染性休克及多器官衰竭綜合征(multiple organ failure syndrome，MODS)等。盡管目前EVD的臨床經(jīng)過相對明確，然而由于取材困難、疫情暴發(fā)地區(qū)偏遠、研究條件要求高等原因，EBOV的致病機制尚不清楚［3］。EVD的臨床特點以出血為主，因此，EBOV致出血機制是研究者關注的重點。

在EVD患者及/或感染動物模型體內可以觀察到兩大類病理改變，一是宿主針對病毒的免疫應答引起的免疫病理學改變，二是病毒對宿主結締組織與細胞產(chǎn)生的病變。二者互為因果，協(xié)同作用，被認為是病毒致病的重要機制。

為研究EBOV的感染機制，學者們利用豬、恒河猴、獼猴等動物模型探尋EBOV的靶細胞［45］。研究者發(fā)現(xiàn)病毒進入體內后，首先感染單核細胞、樹突狀細胞及巨噬細胞(淋巴組織內網(wǎng)狀細胞及肝內枯否細胞)，這些細胞能夠支持病毒的復制，并且是病毒持續(xù)攻擊的對象;隨之受累的是肝和腎上腺的實質細胞和內皮細胞;最終感染上皮細胞［45］。病毒在宿主細胞內復制，其組分及病毒顆粒以囊泡(vacuoles)的形式存在，成熟后以出芽的形式釋放，這一過程有助于病毒逃避宿主的免疫監(jiān)視［6］。

研究表明［7-8］，EVD的發(fā)生與機體受到感染后的免疫應答水平密切相關。研究人員利用最致命的ZEBOV進行體外實驗及動物實驗，結果顯示機體在感染后出現(xiàn)高水平的病毒血癥，產(chǎn)生大量的促炎性細胞因子和趨化因子，并有淋巴細胞凋亡和廣泛的組織破壞等現(xiàn)象，這些最終導致內皮細胞損傷和MODS。

以人類EBOV感染者樣本為實驗材料的研究寥寥可數(shù)。在1999年的一篇報道中，學者們［9］收集了1995年在剛果金被ZEBOV感染后2名幸存者與7名死亡者的血液樣本，比較血清中細胞因子水平發(fā)現(xiàn)，死亡者的體內存在細胞因子風暴的現(xiàn)象，包括白介素-2(interleukin-2，IL-2)、IL-10、腫瘤壞死因子 α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、干擾素 γ (interferonγ，IFN-γ)和 IFN-α在內的細胞因子水平均顯著升高，因此作者認為疾病晚期免疫系統(tǒng)的過度活化可能是重要的死亡原因。另有研究［10］顯示疾病晚期的細胞因子風暴是疾病早期機體的免疫應答缺如導致的，后者是病毒致死的根本原因。該研究小組收集了1996年加蓬地區(qū)兩起EVD疫情中ZEBOV感染后8名幸存者與9名死亡者的血液樣本(以12例疫區(qū)未感染者血清為對照)，對比研究急性期和恢復期的細胞因子水平后發(fā)現(xiàn)，在感染早期，幸存者體內包括IL-1b、TNF-α、IL-6、巨噬細胞炎性反應蛋白(macrophage inflammatory protein，MIP)1a和MIP-1b在內的細胞因子水平顯著上升，而恢復期這些細胞因子的水平下降。與之相反，死亡者體內細胞因子水平在急性期升高不明顯，而疾病晚期則明顯增加。這些細胞因子均有促進炎性反應的作用，因此，作者認為感染初期適當?shù)难仔苑磻兄跈C體限制病毒的復制和擴散，降低患者的病死率。據(jù)此作者指出，細胞因子表達量的差異可以作為患者預后的評估指標，急性期高水平的IL-6和IL-1b預示著良好的疾病轉歸，而IL-1受體拮抗蛋白(IL-1receptor antagonist protein，IL-1RA)或新喋呤的升高則可能預后不良，若患者體內IL-10持續(xù)高表達，則預后極差。一篇發(fā)表于2010年的文獻［8］，通過更大的樣本量對感染后人體內免疫狀態(tài)、免疫反應強度與疾病的關系進行了分析，作者收集1996～2003年間加蓬及剛果布地區(qū)五起疫情中的56例ZEBOV感染者的血液標本，包括14幸存者與42例死亡者，且以30例疫區(qū)未感染者血清為對照，通過對循環(huán)血中細胞因子、趨化因子、生長因子的檢測以及T淋巴細胞總量及亞型的研究發(fā)現(xiàn)，EVD的重要死亡原因是疾病早期固有免疫和適應性免疫處于抑制狀態(tài)，而疾病晚期出現(xiàn)異常的細胞因子風暴，最終出現(xiàn)休克、MODS等并發(fā)癥。SEBOV感染也可在體內造成持續(xù)的炎性反應［11］。這一結論與之前研究的觀點是一致的。

關于EBOV引起免疫抑制，可能是多途徑調控的結果。EBOV進入體內后，首先感染單核巨噬細胞及樹突狀細胞，被感染的樹突狀細胞成熟受到抑制，從而使機體無法激發(fā)T細胞免疫應答［12］;另外，EBOV本身雖不感染T淋巴細胞，卻可以通過Fas/FasL途徑導致T淋巴細胞的凋亡［8］。特別值得關注的是病毒蛋白對機體免疫功能的影響。例如，VP35蛋白上有多個固有免疫拮抗域(innate response antagonist domains，IRADs)，其協(xié)同作用可抑制樹突狀細胞的成熟，任何一個IRAD的丟失突變，病毒則會失去該作用［12］;VP35蛋白能夠抑制人干擾素調節(jié)因子(interferon regulatory factor，IRF)的活化，從而抑制 IFN-α/β的合成，這一作用與病毒的毒力密切相關［13］，VP35還可與VP24蛋白聯(lián)合作用，通過下調人IRF的表達而抑制多條干擾素信號通路，進而抑制宿主細胞的固有抗病毒反應［14-16］。綜上，感染通過多種機制破壞了固有免疫和適應性免疫的功能，使得機體處于免疫抑制狀態(tài)，不能限制病毒在體內的復制和播散，病毒入血后大量復制形成高病毒血癥，導致機體出現(xiàn)細胞因子風暴，最終致死。炎性反應過程可以控制的病毒復制和誘導特異性免疫應答，因而是固有免疫和特異性免疫的關鍵因素。若機體在感染初期能夠誘導產(chǎn)生炎性反應，及時清除病毒，則患者可能幸存。所以感染初期免疫水平與病毒感染的嚴重程度密切相關，是決定疾病轉歸的重要因素。

EVD的另一病理改變即結締組織出血。EBOV感染引起的出血大都是由于血管通透性增加而發(fā)生的滲出性出血。其機制可能有:①EBOV具有泛嗜細胞性，多種組織細胞均可被感染，因而器官受損。臨床研究證明，EVD患者肝、腎受累最重。肝臟是凝血因子一個重要來源，肝臟受損直接導致凝血因子合成下降。另外，體外試驗也證明病毒感染肝細胞可下調凝血相關產(chǎn)物的表達，說明病毒致肝臟損害，凝血因子合成減少是EBOV感染后出血的重要原因之一［17］;②細胞因子風暴及其引發(fā)的一氧化氮的大量釋放，均可直接改變內皮細胞形態(tài)和功能，甚至破壞血管，增加血管通透性。細胞因子中，TNF-α可通過多個機制促進血管通透性增加［18］，它可通過與特定的內皮細胞受體結合，激活內皮細胞，進而增加內皮細胞的通透性［19］;TNF-α還可降低內皮細胞的抗凝活性、上調表達白細胞、血小板的黏附分子等，從而促進出血的發(fā)生［6］。通過對獼猴實驗模型的觀察也顯示，在EBOV感染導致的凝血障礙機制中，免疫病理反應介導的內皮細胞功能障礙可能占重要地位，細胞因子風暴刺激組織因子的表達［17］，啟動凝血級聯(lián)反應，最終導致DIC［6］;③多項研究顯示，病毒能夠直接破壞血管內皮細胞，這在 EVD發(fā)生過程起著至關重要的作用［3］，其重要機制之一是GP蛋白可直接與內皮細胞結合導致內皮細胞的表面分子下調表達、附著力下降，嚴重者內皮細胞死亡，以上病理變化均可導致血管通透性增加，引起出血［20］;另外，實驗［21］表明EBOV的GP1，2蛋白與巨噬細胞結合，隨之啟動細胞信號通路，影響宿主細胞基因，特別是炎性反應因子相關基因的表達水平，后者在調控感染后機體免疫應答強度的同時，也影響內皮細胞的功能和通透性，進而成為出血的另一重要原因。

綜上，人體感染EBOV后，機體免疫狀態(tài)的改變以及宿主細胞的形態(tài)和功能變化密切相關，兩者互為因果，相互影響，決定疾病的預后。機體免疫狀態(tài)過度激活和細胞因子風暴可以使宿主細胞受累，而宿主細胞的損傷又可以引發(fā)進一步的細胞因子風暴。這種多細胞、多因子、多個信號通路參與的致病機制給治療帶來了諸多困難，故目前針對EVD的治療仍以支持治療及對癥治療為主，缺乏有效的、特異性抗病毒手段。相信隨著醫(yī)學的進步和研究的深入，闡明EBOV致病機制、找到高效安全的預防和治療方法應該為期不遠。

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