細胞因子在重癥瘧疾中的作用研究進展

張 依，馮 輝

(中國醫科大學 基礎醫學院 免疫學教研室，遼寧 沈陽 110122)

瘧疾是嚴重的蟲媒傳染病，通過按蚊叮咬或輸入帶瘧原蟲者的血液而感染。據世界衛生組織(World Health Organization，WHO)發布的《2016年世界瘧疾報告》顯示，全球有超過25億的臨床病例，2015年瘧疾新增病例2.12億，死亡病例42.9 萬。撒哈拉以南的非洲地區在全球瘧疾負擔中所占的比例最大[1]。高風險人群主要包括嬰兒、5歲以下兒童以及孕婦[2]。瘧疾臨床表現為不規律發熱、肝脾腫大及貧血。重癥瘧疾貧血癥(severe malarial anemia，SMA)和腦瘧是瘧疾感染的重癥臨床表現[3]。瘧疾感染誘導宿主產生一系列促炎細胞因子、抗炎細胞因子及趨化因子。另外，炎性反應介質釋放時間和水平既可影響宿主對原蟲血癥的控制，也可誘發機體損傷。為此，本文就細胞因子在瘧疾感染及其嚴重并發癥中的作用進行綜述。

1 促炎細胞因子(pro-inflammatory cytokines)

1.1 白細胞介素- 1(interleukin- 1，IL- 1)

IL- 1既可參與瘧疾發病，又參與瘧原蟲感染的紅細胞在血管內皮的黏附。瘧色素通過激活炎性反應蛋白復合物誘導IL- 1β產生[4]。在科威特以60例男性惡性瘧患者和30例健康個體作為對象的研究顯示， 瘧疾感染紅內期實驗組瘦素水平顯著升高(24.3 ng/mLvs7.9 ng/mL，P<0.001)，TNF和IL- 1α水平亦明顯升高。血清瘦素與TNF和IL- 1α表達水平呈正相關。由此提示，IL- 1α和TNF有促進炎性反應和瘦素分泌的作用[5]。

1.2 腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)

瘧原蟲誘導免疫細胞產生TNF。TNF在體液中可發揮殺傷瘧原蟲的作用。腦瘧患兒腦脊液中TNF-α高水平表達與隨后的神經系統發育和認知功能障礙有關[6]。尿液TNF受體對妊娠瘧疾有診斷意義。對喀麥隆妊娠期和非妊娠期婦女尿液可溶性腫瘤壞死因子受體(soluble tumor necrosis factor receptor,sTNFR)(sTNFR- 1和sTNFR- 2)的檢測發現，妊娠期婦女尿液sTNFR水平比非妊娠期婦女表達量高。在妊娠期婦女尿液組中，瘧疾鏡檢陽性組比陰性組尿液sTNFR- 1和sTNFR- 2水平升高更為明顯。sTNFR- 1和sTNFR- 2水平與原蟲血癥相關。由此提示，尿液sTNFR可作為非侵入性檢查，在妊娠瘧疾診斷中發揮作用[7]。

1.3 白細胞介素- 12(interleukin- 12，IL- 12)

IL- 12是一種有效的免疫調節因子，不僅促進細胞免疫應答，而且對瘧疾感染預后有重要意義。一項基于瘧原蟲蟲負荷分組的研究顯示，惡性瘧和間日瘧患者血清IL- 12水平顯著升高，然而高原蟲負荷組IL- 12水平沒有低蟲負荷組升高明顯[8]。體外實驗顯示，采用瘧原蟲感染紅細胞，刺激正常人外周血單個核細胞，其中γδT細胞可在IL- 12和IL- 18聯合作用下，表面高表達Tim- 3(T cell immunoglobulin domain and mucin domain protein- 3,Tim- 3)分子[9]。IL- 12家族成員IL- 27亦參與瘧疾感染。鼠瘧研究發現，分泌IL- 27的瘧原蟲抗原特異性CD4+Foxp3-CD11a+CD49d+T細胞，具有抑制IL- 2分泌和T細胞克隆性增殖的作用[10]。

1.4 白細胞介素- 17(interleukin- 17, IL- 17)

惡性瘧造成的多器官功能衰竭和急性腎功能衰竭與IL- 17有關。對印度222名瘧疾患者和3組志愿者(健康個體、膿毒癥和腦炎患者)進行血漿促炎因子、抑炎因子和趨化因子測定。在待檢26種細胞因子和趨化因子中，19種細胞因子在瘧疾患者中顯著增加。在多器官功能障礙患者中IL- 17、干擾素誘導蛋白- 10(interferon-inducible protein- 10，IP- 10)和IL- 10水平明顯增加。患有急性腎功能衰竭的重癥瘧疾患者IL- 17水平升高。由此表明，IL- 17可作為預測多器官功能衰竭和急性腎功能衰竭的檢測指標[11]。對非洲個體IL17A、IL17F和IL17RA基因多態性分析顯示，IL17F和IL17RA基因多態性明顯與腦瘧易感性有關。IL17F和IL17RA遺傳變異體會增加腦型瘧的患病風險[12]。妊娠期瘧疾會促進IL- 17分泌增加，IL- 10和轉化生長因子-β(transform-ing growth factor-β，TGF-β)水平降低，從而干擾機體免疫系統平衡[13]。

2 抗炎細胞因子(anti-inflammatory cytokines)

2.1 白細胞介素- 10(interleukin- 10, IL- 10)

抗炎反應與促炎反應平衡在清除瘧疾感染中發揮重要作用。IL- 10是一類具有免疫抑制功能的細胞因子。瘧疾感染導致CD4+T細胞產生IL- 10增強，但尚不清楚是瘧原蟲的直接作用還是抗原呈遞細胞的間接作用。約氏瘧原蟲感染的小鼠模型顯示，CD11c+CD11b+CD8-樹突狀細胞(dendritic cells, DC)產生IL- 10水平明顯升高，并誘導CD4+Tr1細胞分泌IL- 10。為IL- 10體內來源及作用提供了更多的實驗數據[14]。

IL- 10可導致不良的妊娠結果。在胎盤惡性瘧疾小鼠模型中，雌性小鼠初次受孕前用伯氏瘧原蟲P.bK173感染并進行藥物治療，測量孕前孕后細胞因子水平。結果顯示，除IL- 10升高外，其他所檢測的細胞因子水平均降低。高水平IL- 10和低水平細胞因子與胎盤瘧疾的不良妊娠結局相關[15]。

新近研究發現了IL- 10與免疫記憶的關系。利用IFN-γ-黃色熒光蛋白(YFP)和IL- 10-綠色熒光蛋白(GFP)雙報告基因小鼠的研究顯示，瘧疾初次感染誘導產生的CD4+YFP+GFP+T細胞記憶功能有限，不穩定表達IL- 10。而CD4+YFP+GFP-T細胞在再次感染期間迅速擴增并上調IL- 10表達。CD4+IFN-γ+記憶T細胞在繼發瘧疾感染期間迅速增殖并產生IL- 10，參與抑制抗瘧強炎性反應應答，為IL- 10在原發性和繼發性瘧疾感染的作用提供了新見解[16]。

2.2 轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1, TGF-β1)

TGF-β1對細胞的增殖、分化和免疫功能都有重要的調節作用，可抑制免疫活性細胞的增殖和細胞因子的產生。血小板是TGF-β1的主要來源。對75例烏干達腦瘧患兒、67例無并發癥瘧疾患兒和62名社區健康兒童對比分析研究顯示，腦瘧患兒TGF-β1與IFN-γ、IL- 6和IL- 10水平呈負相關。TGF-β1濃度隨惡性瘧嚴重程度的增加而降低。腦瘧患者血小板減少與TGF-β1降低有關。由此提示，血小板減少導致TGF-β1降低，進而影響瘧疾預后[17]。已知鐮狀細胞病患者對惡性瘧感染具有保護作用。一項針對13歲以下瘧疾患兒的研究顯示，血紅蛋白S(HbS)單核苷酸多樣性位點rs334與TGF-β表達上調有關[18]，從基因水平對瘧疾易感進行了相關性分析。

3 趨化因子(chemokines)

MCP- 1/CCL2(monocyte chemoattractant protein- 1)是單核細胞趨化因子，由幾種類型的細胞產生，如上皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞和星形膠質細胞等，并且可被TNF、IL- 1和內毒素誘導。間日瘧感染紅內期，IL- 6和MCP- 1顯著升高，提示IL- 6和MCP- 1 / CCL2存在相關性[19]。鼠瘧模型顯示，IFN-γ、淋巴毒素-α(lymphtoxin，LT)和趨化因子配體10(chemokine ligand- 10，CXCL10)對腦瘧發展必不可少。加納腦瘧患兒血清和腦脊液中CXCL10明顯升高，且與IFN-γ和LT-α高水平有關[20]。此外，CXCL10還可誘導瘧疾患者內皮祖細胞凋亡，內皮祖細胞是微血管內皮細胞前體，從而引起微血管功能障礙[21]。ELISA分析喀麥隆1 045名瘧疾患者和健康志愿者趨化因子的結果顯示，瘧疾患者血清CXCL5水平降低，CCL28水平升高。CXCL11平均濃度在有癥狀組高于無癥狀組，而CCL28平均濃度在有癥狀組中較低。因此，趨化因子與瘧疾表型嚴重程度相關[22]。

4 細胞因子的綜合作用

重癥瘧疾貧血是非洲兒童死亡的主要原因之一。對加蓬地區發熱患兒血清10種細胞因子檢測發現，瘧疾患兒血清的IFN-γ(500±100)pg/mL、IL- 6(64±14)pg/mL、IL- 10(505±35)pg/mL和IL- 13(30.6±5.6)pg/mL明顯高于未感染兒童[分別為(210±20)pg/mL, 17.5pg/mL, (50±26)pg/mL, 17.5 pg/mL] (P< 0.03)。與無并發癥瘧疾患兒相比，SMA患兒血清IFN-γ明顯降低，而IL- 6、IL- 10和IL- 17明顯升高并伴隨高原蟲血癥。在嚴重貧血患兒中IL- 21降低。由此顯示，IFN-γ有助于防止惡性瘧貧血發生并與清除瘧原蟲作用相關，而IL- 6和IL- 10在SMA中發揮促炎和免疫病理作用[23]。

一項對743名坦桑尼亞新生兒臍帶血8種細胞因子的研究顯示，低水平TNF、TNF-RI、IL- 1β、IL- 5和高水平TNF-RII在不同程度上會增加SMA風險(Hb <50 g/L)。TNF、TNF-RI和IL- 1β濃度與SMA發生風險呈負相關和對數相關。檢測新生兒臍帶血相關細胞因子可對重癥瘧疾發生風險進行預測[24]。

對達喀爾腦瘧和無腦瘧患者血清29種生物標志物的分析顯示，腦瘧患者促炎因子IL- 6和IL- 8水平明顯高于無腦瘧者，而Th2型細胞因子IL- 5水平在腦瘧患者中明顯降低。此外，嗜酸性粒細胞活化趨化因子(eotaxin)、單核細胞趨化蛋白- 1(monocyte chemotactic protein- 1，MCP- 1)、IL- 15和TNF-α在腦瘧死亡患者中顯著增加，且腎功能衰竭與腦瘧死亡明顯相關[25]。

5 小結

細胞因子參與了瘧疾感染過程并形成了復雜的調節網絡。細胞因子之間協同、拮抗、重疊和多效等效應在瘧疾發病，特別是在SMA和腦瘧發生中作用顯著。動態監測細胞因子水平進而對瘧疾發病和進展進行風險評估，有效調控細胞因子水平，深入探討細胞因子間的協同拮抗等作用，可為瘧疾治療和預防提供新的作用靶點和方向。