風濕性疾病患者結核分枝桿菌潛伏感染激活機制的研究進展

吳文琪 鐘劍球 何娟 鄧國防 王慶文

風濕性疾病(rheumatic disease)是一組累及關節、骨骼、肌肉、血管、相關軟組織及結締組織的自身免疫與炎癥性疾病。據估計，中國風濕性疾病的患病率在11.6%～46.4%之間，因受調查人群的地區、研究方案和年齡而異[1]。隨著現代醫學的進步，風濕性疾病的治療從傳統的激素、免疫抑制劑邁向生物制劑及小分子靶向藥時代，為初始常規治療無效或耐藥的患者帶來了新的治療方案。但因生物制劑及小分子靶向藥對免疫系統的干擾作用，如抑制細胞因子的產生及其信號轉導、阻礙T細胞活化、清除B細胞等，也大大增加了風濕性疾病患者感染的風險[2]，其中結核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)感染、結核分枝桿菌潛伏感染(latent tuberculosis infection，LTBI)激活的風險增加是風濕性疾病患者治療過程中不得不面對的突出問題。人體感染MTB的結局取決于機體免疫反應清除或控制感染的能力[3]。機體內感染MTB后，沒有發生臨床結核病，沒有活動性結核病臨床病原學或者影像學方面的證據，稱作LTBI[4]。據世界衛生組織(World Health Organization，WHO)最新報告，全球約四分之一的人口感染MTB[5]，這其中有5%～10%的LTBI會發展為活動性結核病[6-7]。LTBI是否會被激活為活動性結核病主要取決于MTB的毒力、宿主的免疫狀態及炎癥的程度[8]。其中，宿主免疫狀態尤為重要。而幾乎所有風濕性疾病患者都存在免疫狀態失衡的問題。另外，某些生物制劑及免疫抑制劑在風濕性疾病患者中的應用也增加了其LTBI激活的風險。目前，風濕性疾病患者中LTBI激活的機制尚未完全闡明。本文中，筆者將就風濕性疾病患者LTBI激活機制的研究進展進行綜述。

一、 MTB感染的免疫反應機制

MTB主要通過吸入含有活菌的氣溶膠傳播，在進入宿主后，固有免疫是機體防御MTB感染的第一道防線，能識別病原體并啟動吞噬體防御系統，還能呈遞抗原以激活適應性免疫反應。而適應性免疫反應則通過抗原特異性T細胞的直接抗菌作用及分泌各種細胞因子來產生對MTB的保護性免疫，并且控制細菌的復制[9]。感染灶中，固有免疫的重要分子之一——巨噬細胞是啟動針對MTB免疫反應的第一免疫細胞，起著關鍵的哨兵作用，也是MTB的主要復制場所。巨噬細胞識別MTB后，將其吞噬并隔離在吞噬體中，吞噬體通過與溶酶體融合及自身的酸化來消滅病原體。巨噬細胞吞噬MTB后，通過產生細胞因子啟動炎癥反應，從而誘導其他免疫細胞如中性粒細胞向感染灶遷移，抑制細菌復制[10]。固有免疫在MTB感染期間的另一個重要功能是啟動適應性免疫反應，如樹突狀細胞除了與巨噬細胞一起吞噬分枝桿菌外，還在主要組織相容性復合體、共刺激分子和細胞因子的背景下呈遞MTB抗原來啟動適應性免疫。然而，MTB通過各種機制抑制吞噬體的生成和吞噬體的成熟，從而能夠在吞噬體中生存和復制[8,11]。當巨噬細胞對MTB的固有反應不充分和(或)細菌在巨噬細胞內復制到足夠數量時，受感染的巨噬細胞破裂，從而釋放細菌，導致鄰近細胞感染[12]。而吞噬了MTB的巨噬細胞則遷移到區域淋巴結[13]，激活CD4+和CD8+T細胞。T細胞介導的免疫反應在機體應對MTB感染所產生的免疫應答中至關重要，尤其是由CD4+T細胞介導的抗原特異性適應性免疫應答。MTB擴散到淋巴結后，刺激抗原特異性T細胞增殖并遷移到感染灶，與Th1、Th2、Th17等輔助性T細胞和調節性T細胞一起組成肉芽腫的一部分。這些細胞主要通過釋放可溶性細胞因子發揮其功能，其中，產生γ-干擾素(interferon-γ，IFN-γ)的Th1細胞在MTB清除中至關重要，主要通過激活誘導型一氧化氮合酶途徑[14]和誘導吞噬體酸化、成熟和自噬[15]等機制增強巨噬細胞清除微生物的作用。此外，CD8+T細胞介導的免疫作用也在MTB感染中發揮重要作用，可通過分泌穿孔素來裂解MTB感染的巨噬細胞[16]，還可以在細胞毒性顆粒中釋放顆粒溶素，直接殺死細胞內的MTB[17]。抗原呈遞細胞在MTB刺激后產生的腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)與IFN-γ協同作用，增強對MTB的清除，從而有助于MTB的控制。抗原呈遞細胞還產生白細胞介素(interleukin，IL)-12和IL-1β，它們也是抗MTB所必需的細胞因子。目前B細胞在MTB感染中的作用及機制研究仍較為有限。有研究表明，在小鼠和非人靈長類動物模型中，B細胞介導的抗MTB免疫反應在感染的早期階段起著關鍵作用[18]。B細胞可作為抗原呈遞細胞參與適應性免疫，吞噬病原體并將其呈遞給CD4+T細胞，有助于誘導CD4+T細胞對MTB的反應，提供早期抗感染保護作用[19]。van Rensburg等[20]還發現，B細胞能被MTB抗原激活分化成活化的漿細胞，這些漿細胞能夠分泌結核特異性抗體及產生細胞因子如TNF-α、IL-10、IL-1β、IL-17和IL-21[21]，從而調節效應器功能。而Th2、調節性T細胞亞群在MTB感染中作用的研究目前報道較少，還需進一步闡明。

二、 風濕性疾病合并LTBI者結核病激活的機制

1.T細胞功能紊亂和T細胞耗竭：在機體中，CD4+T細胞能產生不同的細胞因子調節機體免疫。這種由CD4+T細胞主導的細胞免疫在機體抗MTB感染過程中至關重要。在感染MTB后，T細胞被激活并分化為效應和記憶T細胞，限制病原體的生長并介導其清除，在機體維持一種長期的保護作用，防止后續感染[22]。一項在猴免疫缺陷病毒感染合并LTBI的靈長類動物中誘導LTBI激活的研究發現，LTBI激活組的細菌負荷比LTBI未激活組更大，而LTBI未激活組中增殖的CD8+記憶T細胞數量明顯高于LTBI激活組[23]。目前大部分關于LTBI激活的研究均使用激活風險公認較高的HIV陽性隊列，對HIV陽性LTBI者的兩項研究觀察到，CD4+T細胞具有特定的中央記憶表型，可以防止LTBI激活[24-25]。而在類風濕關節炎患者中，T細胞的功能紊亂及異常活化在疾病的起始和持續中起著關鍵作用。在類風濕關節炎的發病過程中，原始CD4+T細胞轉化為記憶效應T細胞過程中出現了錯誤分化，未轉化為相對靜止的記憶T細胞，而是轉化為高度增殖的、具有組織侵襲性和促炎性的效應細胞，可快速誘導滑膜炎，產生過強的自身免疫，從而極大削弱類風濕關節炎合并LTBI患者的抗MTB作用，使其更易激活[26]。T細胞耗竭是在許多慢性感染和癌癥期間出現的一種T細胞功能障礙狀態，其定義是T細胞的效應功能不足、抑制性受體持續表達，表現為不同于功能效應性T細胞或記憶性T細胞的轉錄狀態[27]。T細胞耗竭破壞了機體控制感染和腫瘤的最佳狀態。在風濕性疾病患者中，尤其是慢性炎癥活動時，持續性抗原刺激導致T細胞內穩態改變，使T細胞表達耗竭表型。這些耗竭T細胞會競爭生長因子和空間，導致有功能可用于對抗外來抗原的T細胞大量減少[28]，打破LTBI的免疫平衡狀態，從而使其激活。此外，細胞毒性T淋巴細胞相關抗原4(cytotoxic T-lymphocyte associated antigen 4，CTLA-4)作為一種傳遞抑制信號的因子[29-30]，能通過多種方式抑制T細胞的激活，以及誘導調節性T細胞的發育和功能來平衡自身免疫[31]。阿巴西普(abatacept)是一種通過重組脫氧核糖核酸技術合成的CTLA-4融合蛋白，目前臨床上多用于類風濕關節炎的治療。阿巴西普的藥物說明指出，在開始阿巴西普治療前，應篩查有無潛在的MTB感染[32]，也可能是基于考慮該藥品抑制了T細胞的激活，有增加MTB感染或LTBI激活風險的可能。

2.細胞因子的改變及相應生物制劑的使用：在結核病患者中觀察到，促炎細胞因子的滴度水平升高[33]，如IFN-γ、TNF-α、IL-17A和IL-1β、IL-12等[34]，其中，IL-12和IFN-γ主要是Th1細胞激活后所產生的[35]，提示Th1型細胞因子能增強巨噬細胞殺滅MTB的能力。雖然對結核病的反應主要依賴于Th1型細胞因子如IL-12、TNF-α和INF-γ，但Th2型細胞因子如IL-6、IL-10也參與其中[36]。這些細胞因子共同參與感染進程，并與免疫物質的產生和淋巴細胞的激活、吸引與增殖有關。在MTB感染的病灶中，TNF-α能夠促進病灶周圍肉芽腫的形成，以防止MTB感染的進一步擴散。體外研究表明，TNF通過一氧化氮依賴和非一氧化氮依賴途徑增加巨噬細胞吞噬和殺死分枝桿菌和其他細胞內病原體的能力[37]。TNF在控制和遏制細胞內病原體、招募炎癥細胞到感染灶、刺激肉芽腫的形成和維持方面起著至關重要的作用[38]。研究證明，TNF基因敲除小鼠感染MTB后，存活時間從50 d減少到33 d[39]，同時，肺、肝、脾和腎出現彌漫性膿腫和非典型肉芽腫。因此，使用TNF抑制劑(tumor necrosis factor inhibitor，TNFi)治療的患者LTBI被激活的風險增加，可導致肺結核、肺外結核或結核播散。除此之外，在類風濕關節炎患者中使用抗TNF-α抗體療法會導致分泌顆粒溶素且表達細胞表面TNF的效應記憶CD8+T細胞亞群的耗竭[40]。而TNFi是目前類風濕關節炎、強直性脊柱炎等風濕性疾病患者治療中最常用的生物制劑。這可能是接受TNFi療法的風濕性疾病患者LTBI激活發生率增加的原因之一。除此之外，理論上阻斷其他Th1型細胞因子如IL-17A、IL-23也可能會促進LTBI的激活[41]。

3.補體系統的紊亂：補體系統是先天免疫系統的重要組成部分，通過結合補體識別分子隨后激活三種主要途徑來對抗微生物感染，在預防感染、維持免疫內環境平衡方面起著至關重要的作用[42]。補體系統在MTB感染中的具體作用機制尚不清楚，但已經有一些研究顯示補體系統參與MTB感染[43]。當MTB入侵機體時，補體系統參與協調多方面免疫反應。巨噬細胞吞噬MTB后，通過細菌細胞表面蛋白或激活補體途徑的分泌蛋白將MTB內化，補體成分C3能調節MTB細胞表面配體，以便巨噬細胞通過補體受體將其識別[44]，隨后激活三種補體途徑以清除MTB[44]。目前尚缺乏LTBI中補體系統的研究，但有文章顯示補體因子的缺乏與系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)的發生及對感染的易感性增加密切相關[45]。此外，SLE患者紅細胞、淋巴細胞和中性粒細胞中的補體受體缺乏也可能干擾補體介導的微生物清除[46]，打破原有的LTBI狀態，使免疫的天平從潛伏向激活傾斜。

4.代謝因素：研究發現，LTBI患者的維生素D水平明顯低于健康人[47]。維生素D的生物活性形式1,25-二羥維生素D可與維生素D受體結合，激活其信號，調節免疫并誘導一系列抗微生物感染反應，如誘導自噬、激活抗結核菌肽LL-37和殺死細胞內的MTB等[48-51]。越高的維生素D水平往往伴隨著越低的LTBI發生率。一項研究通過重組分枝桿菌生長限制(BCG-lux分析)發現，與安慰劑組相比，維生素D組對分枝桿菌的先天免疫水平明顯提高，但獲得性免疫應答的參數沒有改善[52]。另一項研究顯示，服用維生素D的普通人群比空白對照組表現出更強的抗結核免疫力[53]。綜上所述，維生素D可能會抑制LTBI向活動性結核病進展，而在大部分風濕性疾病患者的血清中，如類風濕關節炎[54]、SLE[55]、強直性脊柱炎[56]等，維生素D濃度水平均明顯下降，在部分SLE患者中，還可發現抗維生素D抗體，這可能是風濕性疾病患者中LTBI激活風險增加的另一機制[57]。

三、增加風濕性疾病合并LTBI患者結核病再激活風險的主要治療藥物

除了前文所述針對免疫系統中各種細胞及細胞因子的生物制劑的使用，其他藥物如糖皮質激素、傳統改善病情抗風濕藥(traditional disease-modifying anti-rheumatic drugs，tDMARD)等均會不同程度地抑制風濕性疾病合并LTBI患者的免疫系統，增加結核病風險[58]。

1.糖皮質激素：研究顯示，使用糖皮質激素治療的風濕性疾病患者，其結核病再激活風險增加2.8～7.7倍[59]，因為糖皮質激素能影響控制MTB所需的細胞免疫反應，抑制淋巴因子效應和單核細胞趨化作用，還可阻斷Fc受體的結合和功能[60-61]。同時，糖皮質激素抑制T細胞的激活，導致T細胞增殖不足和相應細胞因子(如IL-1和TNF)的產生減少，誘導淋巴細胞(主要是T細胞)從循環中重新分布，導致外周淋巴細胞減少[62]。糖皮質激素對免疫系統的這些不同作用導致了風濕性疾病合并LTBI患者結核病激活的風險明顯增加。

2.tDMARD：tDMARD的主要代表藥品有甲氨蝶呤、來氟米特、環孢素、艾拉莫德等。與普通人群相比，使用tDMARD 的類風濕關節炎患者發生活動性結核病的風險增加了3.17倍，其中，使用來氟米特、甲氨蝶呤、環孢素的風險較高[63]。來氟米特通過其活性代謝物A77 1726阻斷二氫乳酸脫氫酶[64]，從而抑制T、B細胞的嘧啶合成，來發揮其免疫抑制作用。該藥品還可抑制酪氨酸激酶活性，中斷TNF-α信號通路[65]，影響結核肉芽腫的完整性和功能，導致結核病再激活的風險增加。甲氨蝶呤通過抑制二氫葉酸還原酶干擾葉酸代謝，阻斷嘌呤和嘧啶合成，減少抗原依賴性T細胞增殖，增強細胞外腺苷，從而產生抗炎作用[66]。甲氨蝶呤對結核肉芽腫和MTB生長的作用尚不清楚。理論上，甲氨蝶呤誘導的對人體細胞和MTB二氫葉酸還原酶的抑制可能對LTBI激活有保護作用[67]，但這種積極作用可能被免疫抑制活性所抵消[8]。環孢素是一種通過抑制T細胞活化發揮作用的免疫抑制劑[68]，其對T細胞免疫反應的抑制作用可能導致治療時LTBI激活的風險增加。

3.小分子靶向藥：目前臨床用于風濕性疾病治療的小分子靶向藥主要是托法替布等。托法替布通過抑制JAK3、JAK1酪氨酸蛋白激酶來阻斷STAT信號通路，從而抑制相關細胞因子如IL-2、IL-4、IL-15、IL-21的產生，防止炎癥進展[69]。一項評估托法替尼在類風濕關節炎中的長期安全性的研究表明，使用托法替布的患者中結核病的發病率為200/10萬[70]，同時，托法替布的藥物說明也強調了使用其治療時有發生活動性結核病的風險[71]，但具體機制尚不明確，還需在今后的臨床使用中積累更多的數據，以及開展進一步的研究。

四、問題與展望

由于風濕性疾病患者的自身免疫及代謝的紊亂、生物制劑及免疫抑制劑的使用，其LTBI激活的概率大大增加。目前，關于LTBI激活機制的研究多使用HIV和MTB共感染的模型，尚缺乏風濕性疾病合并LTBI的研究模型。風濕性疾病合并LTBI者的結核病激活機制仍不明確，有待未來進一步探索。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻吳文琪：查閱文獻，撰寫論文；鐘劍球、何娟、鄧國防：審閱修改；王慶文：指導撰寫，審閱修改