結核分枝桿菌感染與細胞因子的關系*

韓 梅,韓 璞,鄒靜波 綜述,陳耀凱△ 審校

1．重慶市公共衛生醫療救治中心，重慶 400036;2.武警重慶總隊醫院，重慶 400061;3.重慶市永川區疾病預防控制中心，重慶 402160

結核病的發生和治療轉歸與機體免疫狀態有密切關系。細胞因子在結核感染免疫應答過程中發揮重要作用。有研究顯示，細胞因子在結核分枝桿菌(MTB)感染人體時具有重要的免疫介導作用，T細胞反應性不足將導致宿主不能有效清除病原菌，從而導致MTB的持續感染[1]，增強T細胞免疫反應可提高抗分枝桿菌的免疫力。 T細胞分泌的細胞因子對于結核感染和病情判斷具有一定的輔助診斷意義[1-3]。本文對幾種重要的細胞因子與MTB感染的關系進行綜述。

1 MTB與細胞因子的關系

MTB可以作為深入研究細胞因子和趨化因子免疫調節作用的重要指示性探針。在人類和MTB的共進化過程中，MTB更像一個工具和策略用于操控人類的免疫反應以確保有效的傳播。上述結論基于2個事實：一是MTB作為一種弗氏佐劑的重要組成用于刺激脊椎動物的免疫反應；二是MTB抗原通過皮下接種可引起強烈和敏感的T細胞介導的炎性反應進而指示MTB感染。正是MTB導致了細胞因子和趨化因子的產生進而導致炎性細胞的活化。

2 細胞因子與炎性反應控制

細胞因子是一類由細胞產生的可溶性小分子蛋白，他們可以通過旁分泌的方式極大地影響其他細胞的活動。目前發現的細胞因子主要包括干擾素類(IFNs)、白細胞介素類(IL)、腫瘤壞死因子類(TNF)、趨化因子類。

當人體感染外界微生物時，免疫系統會立即自發啟動免疫系統進行抵抗。如果免疫反應劇烈，機體組織液中會出現多種細胞因子水平的異常升高，從而對人體組織造成病理損傷，這種現象稱為細胞因子風暴。細胞因子風暴會導致患者死于感染性休克。所以，對于炎癥及其引發的劇烈反應，必須加以控制和調節。但僅通過藥物激發機體的免疫力，反而會增加細胞因子風暴發生的風險。因此，在感染及其引發的炎性反應過程中，通過監測細胞因子的水平，進而指導醫生合理用藥，適度調節機體免疫應答，可有效避免細胞因子風暴的發生。

3 細胞因子網絡對于結核病輔助診斷的意義

3.1與MTB感染相關的細胞因子

3.1.1IFNs 已知IFNs中即使相似的細胞因子對于結核病感染也有保護性和致病性之分。基于其序列同源性和受體的差異，IFNs 可分為Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型包括IFN-α和IFN-β，Ⅱ型包括IFN-γ。IFN-γ具有廣泛的抗病毒、抗胞內寄生菌及免疫調節能力[1]。一旦細胞免疫應答啟動，CD4+T細胞即分泌IFN-γ激活巨噬細胞發揮溶菌效應。事實上IFN-γ的作用不僅僅在于激活巨噬細胞，它對于結核病感染的作用更多體現在限制中性粒細胞產生的炎性反應。患者在被MTB感染后，IFN-γ水平會升高，在強化治療2個月后患者血清中IFN-γ水平較治療前顯著降低。但IFN-γ只是機體控制感染的必要而非充分因素，對小鼠模型的研究顯示[4]，如果只有IFN-γ而缺乏其他細胞因子如TNF-α、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)、IL-1、IL-6等，宿主依然會感染MTB；LI等[5]對結核性胸膜炎程序性細胞死亡蛋白1(PD-1)調節的T細胞免疫應答研究發現，IL-12通過選擇性地誘導CD4+PD-1+T-bet+和CD8+PD-1+T細胞中的信號傳導及轉錄激活蛋白(STAT)4磷酸化來增強PD-1的表達并恢復強烈的IFN-γ反應。

3.1.2IL IL-1家族包括IL-1α、IL-1β、IL-18。IL-1在細胞中的存在通過其受體IL-1R1、IL-18Rα、IL-18Rβ被證實，IL-1R1存在于內皮細胞、單核細胞、巨噬細胞和T細胞[6]，IL-18的活化基于其受體IL-18Rα、IL-18Rβ的存在。IL-1R和IL-18R共用MyD88作為信使，而MyD88正是機體受到MTB感染后啟動免疫反應的必要組成。MTB感染的牛血漿中IL-1β水平高于非結核分枝桿菌(NTM)感染或未感染的動物[6-7]。IL-1β、IL-18在MTB感染患者體內水平明顯低于潛伏感染者，但隨著抗結核治療進程的推進又逐漸上升[7]。MAMISHI等[8]的研究認為IL-2可以區分結核潛伏感染與活動期結核，但SUZUKAWA 等[9]研究則認為IL-2 定量在臨床上不能進行區分。因此，單一的細胞因子作為MTB感染的診斷標志物作用有限，多種細胞因子的聯合篩查，可以作為研究MTB感染診斷策略的方向之一。IL-6可以通過激活淋巴細胞參與機體免疫反應。ZAMBUZI等[10]通過對活動期肺結核、潛伏期肺結核、非結核感染者進行對照研究顯示，IL-6對活動性肺結核診斷的陽性預測值可達83%，與新診斷的結核病患者相比，結核病多藥耐藥組患者的血清IL-6水平顯著升高。提示IL-6是MTB感染引起的主要細胞因子，并在病理過程中發揮作用，因此可能作為診斷結核病的有效生物標志物。IL-10最早被認為是由輔助性T淋巴細胞2型(Th2)細胞產生的一類“細胞因子合成抑制因子”，但后來發現在其他免疫細胞中也能產生。它通過對促進炎性反應的多種細胞因子如IL-8、IL-12、IFN-γ、TNF-α進行抑制實現對巨噬細胞和樹突狀細胞的調控。IL-10 在潛伏期結核病感染者中的水平高于活動性肺結核感染者[6，11]。Meta分析顯示，在歐洲人群中，MTB感染風險與IL-10基因-1082G/A相關，在亞洲人群中與-592A/C相關[12]。IL-23依賴性細胞因子家族包括IL-17細胞因子家族和IL-22。IL-17細胞因子家族由IL-17 A～F組成，其中IL-17A和IL-17F是被研究得較多的兩種。隨著機體被MTB感染，定居在肺部的γδT細胞最早產生IL-17。IL-17還可調節MTB感染誘導的IL-10。在對卡介苗(BCG)接種效果研究中發現，樹突狀細胞(DC)會產生前列腺素2(PGE2)，PGE2是產生IL-10和IL-23的必要因子，而IL-23又會誘導IL-17的生成；IL-17還被認為可通過下調IL-10而導致IL-12增高，IL-12又可以刺激IFN-γ的產生；同時，IL-17被認為是能較好區分活動性肺結核的細胞因子標志物[13]。調節性細胞因子包括IL-4、IL-5、IL-13。在MTB感染過程中，IL-4的水平受外周血淋巴細胞(PBMC)中信使RNA(mRNA)水平影響極大，產生IL-4的T細胞可以從結核病患者體內分離得到，從活動性MTB培養陽性患者體內分離到的PBMC則表現出IL-4表達減少[14]。

3.1.3TNF 腫瘤壞死因子α(TNF-α)是由活化巨噬細胞產生的一種重要免疫調節因子。由于大多數的免疫細胞都表現出對TNF-α的反應性，因此TNF-α也被認為是一種主要的炎性介導因子。在MTB感染的小鼠模型中，TNF-α受體缺失或者TNF被中和的小鼠表現出對MTB的極大敏感性[15]。MTB侵入機體時，TNF-α促進肉芽腫的形成，導致組織壞死、空洞形成。國內外研究顯示，結核病患者血清中的TNF-α水平高于健康人群，治療有效患者體內 TNF-α水平低于未治療者[16]。

3.2多種細胞因子檢測的臨床意義 細胞因子之間通常是相互影響、聯合作用的。余艷艷等[17]研究證明，IFN-γ與IL-2聯合檢測可提高結核病的檢出率。傅雅靜等[18]對我國廣西地區艾滋病(HIV)、結核病雙重感染、單純感染及健康對照者血清細胞因子進行直接檢測及比較，發現單純結核病感染者IL-10及TNF-α水平明顯升高，雙重感染者上升更加顯著，提示結核病患者體內這兩種細胞因子的分泌及表達失平衡更為明顯。此外，在兒童結核病和潛伏性結核病患者中，IFN-γ、IL-1ra、IL-2、IL-13、趨化因子-10(IP-10)、巨噬細胞炎性蛋白-1β(MIP-1β)和TNF-α的中位數水平均顯著高于非結核病對照組，IL-18/IL-37 /IP-10可以作為區分活動性和非活動性結核的標志物[19]。

因此，單一的細胞因子作為感染診斷的標志物功能有限。在疾病診斷和治療過程中，對機體的多種細胞因子進行監測，進而對免疫狀態進行指導性調節尤為重要。在類似結核病這樣復雜的疾病進程中，任何一種細胞因子的作用，其導致的保護性或者致病性取決于其他細胞因子的相互影響。多種細胞因子在血漿中的水平可以反映機體是否處于免疫平衡狀態。雖然這種聯合作用對于結核病的診斷尚不明確，但檢測未經特異性抗原刺激的外周血中的多種細胞因子，將是MTB感染篩查的一種極有價值的方法。

4 細胞因子水平與淋巴細胞亞群計數的關系

淋巴細胞按照功能可分為T淋巴細胞、B淋巴細胞和自然殺傷細胞(NK)。輔助性T淋巴細胞(Th)是T細胞的主要亞群,根據其表面標志物不同可分為Th1、Th2、Th17共3個亞群，各亞群在機體免疫平衡中各具重要作用。

細胞因子表達的增加和降低與疾病病理過程有關，嚴重感染患者早期血液細胞因子水平可作為衡量患者預后的指標。CD4+T/CD8+T淋巴細胞計數檢測與細胞因子檢測結果具有一定的相關性。有研究顯示，在結核合并艾滋病感染者中，與正常組比較，CD4+細胞數與Th1細胞因子IFN-γ水平顯著下降，而Th2細胞因子IL-4水平顯著升高，隨著艾滋病病情的加重，Th1細胞因子水平降低與CD4+細胞絕對數降低呈顯著正相關，Th2細胞因子水平增高與CD4+細胞的絕對數降低呈顯著負相關[5]。

雖然CD8+T在調節免疫系統抵抗TB感染中起著重要作用，但T細胞的保護作用最初主要是由CD4+T細胞介導的[1]。在進行感染和炎性反應監控中，細胞因子比淋巴細胞亞群變化更靈敏，更早監測到。細胞因子變化通常早于降鈣素原和C反應蛋白，聯合降鈣素原與TNF-α、ICAM-1等細胞因子聯合測定能夠更早、準確、靈敏地診斷某些感染發生。

5 小 結

綜合考慮，除了IFN-γ，一系列細胞因子、趨化因子以及其他因子都表現出對機體MTB感染后的保護作用[6]。細胞因子與結核病的發生、發展關系密切，可通過監測機體血清中的某些細胞因子的水平，判斷機體對MTB感染后的免疫反應。基于當前MTB感染診斷的現狀，傳統培養耗時長，分子診斷檢出率低，受樣本類型和樣本質量影響大，結果穩定性不夠等因素的影響，細胞因子的檢測有助于及早發現感染，采取有效治療，避免發生MTB感染合并膿毒癥或敗血癥。調節機體失衡的細胞因子網絡，是近年來出現的一種新的免疫治療方法。檢測這些關鍵的細胞因子是否平衡以及當失去平衡后對疾病的影響對于研究MTB致病機制非常重要。

對細胞因子的檢測方法除了傳統的體外培養檢測生物活性外，越來越多的新檢測技術提高了細胞因子檢測的靈敏度和特異度，包括Real-Time PCR、流式免疫熒光、單核苷酸多態性分型(SNP-genotyping)、蛋白印跡雜交(WB)、酶聯免疫吸附試驗(ELISA)。由于細胞因子水平在機體外周血中的水平極其不穩定，而細胞因子痕量水平的變化都將反應機體免疫狀態的變化，或者導致機體嚴重的病理損傷，因此對于細胞因子監測，較好的策略應該具有高靈敏度和高特異度的特點，同時采用多因子進行聯合檢測。