視神經脊髓炎譜系疾病發病機制的研究進展

賈琳琳, 蔣玙姝, 張夢歌, 馬偉鋒, 張 濤, 李 瑋,

(1. 新鄉醫學院河南省人民醫院 神經內科, 河南 鄭州, 450003;2. 鄭州大學人民醫院/河南省人民醫院 神經內科, 河南 鄭州, 450003)

視神經脊髓炎譜系疾病(NMOSD)是一種由體液免疫、細胞免疫參與，累及視神經、脊髓的中樞神經系統(CNS)炎性脫髓鞘性疾病[1]，其發病率與種族、地理位置具有相關性。流行病學研究[2]顯示，非高加索人群對NMOSD易感性高，NMOSD可見于各年齡階段，但以青壯年多見，成人水通道蛋白4(AQP4)抗體陽性亞群中以女性為多。2015年國際視神經脊髓炎(NMO)診斷小組更新了診斷標準[3]，并統一使用“視神經脊髓炎譜系疾病”這一術語。大多數NMOSD患者血清或腦脊液中可發現AQP4抗體陽性[4], NMOSD發病除由抗體介導外，還有多種免疫細胞的參與，包括B細胞、T細胞，此外細胞因子及腸道菌群也在其中發揮著重要作用。本文總結了NMOSD發病機制的研究進展，現綜述如下。

1 AQP4抗體

AQP4是水通道蛋白家族的一員，能夠快速轉運水的膜蛋白，在星形膠質細胞、室管膜細胞中表達，發揮調控腦組織水穩態的作用。然而AQP4在胃腸道、腎臟等外周器官中也會表達，因外周存在補體調節蛋白，可避免表達AQP4的外周組織受到損傷[5]。AQP4抗體屬于免疫球蛋白G(IgG)1亞類，最常見的亞型是M1、M23，M1、M23亞型以及不同區域和器官中補體調節蛋白表達存在差異，故表達AQP4組織對NMOSD易感性也有差異[6-7]。CNS細胞中可見M23表達明顯升高，隨著M23豐度的增加，M1-AQP4完全內化促進正交粒子陣列(OAP)形成[8]，OAP是補體C1q與AQP4抗體結合的關鍵。

60%～70%的NMOSD患者AQP4抗體呈陽性[2], AQP4抗體是NMOSD的特異性標志物。人源性AQP4抗體在體內、體外均可誘導NMOSD病理性改變。AQP4抗體與星形膠質細胞AQP4結合引起神經系統炎癥急性發作，并誘發CNS出現相應病理改變，包括星形膠質細胞病變、補體依賴性細胞毒性、抗體依賴性細胞毒性、血腦屏障(BBB)破壞、神經炎癥、脫髓鞘和神經元損傷。

細胞外環C是人類AQP4 抗體最常見的靶點[9], 在易感人群中，反應性T細胞、抗原抗體反應有利于細胞外環C暴露，促進幼稚T細胞呈遞白細胞介素-6膜結合受體(MIL-6R)/白細胞介素(IL)-6B從而使IL-6水平升高，促進輔助性T細胞(Th)17細胞分化進一步刺激B細胞激活，誘導產生AQP4抗體介導NMOSD發生。一項縱向研究[10]發現，AQP4抗體滴度在復發時升高3倍，經免疫治療后抗體滴度降低，提示AQP4抗體滴度與疾病的活動性存在相關性[11]。另一項研究[12]表明，抗體滴度的升高可提示疾病發作期的嚴重程度，提示AQP4抗體參與NMOSD的發生。

2 補體途徑

補體系統在固有免疫監控中發揮著至關重要的作用，包括啟動對病原體的防御反應以及清除有毒有害物質來維持宿主的動態平衡。AQP4抗體與抗原結合后激活補體，可引起原發性星形膠質細胞損傷和炎癥反應，同時造成脫髓鞘和神經元損傷，所以抑制補體激活可減輕抗原抗體結合后的下游反應。

在NMOSD患者中，AQP4抗體可與視神經、脊髓上AQP4的表位結合導致反應性星形膠質細胞生成、粒細胞募集，從而激活補體級聯反應。AQP4抗體通過經典途徑導致補體激活產生C3a、C5a, 表明補體途徑參與NMOSD的發生。一項實驗[13]表明, C3a在CNS過量表達后可加重實驗性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)小鼠血管周圍炎性細胞的浸潤。補體成分C5a既是促炎因子，也是中性粒細胞、嗜酸性粒細胞的趨化因子，可破壞BBB功能，刺激補體激活[9], 從而導致炎癥反應擴大、AQP4內化、興奮性氨基酸轉運體2下調，并導致谷氨酸興奮性毒性以及補體依賴、抗體依賴的細胞毒性。補體成分C5b可促進膜攻擊復合物形成從而產生細胞毒性。以上研究均表明，補體途徑在NMOSD發病中發揮作用。補體C5抑制劑Eculizumab是一種新型的人源化IgG2/4單克隆抗體，可選擇性地與補體成分C5高親和力地結合抑制其裂解成C5a和C5b。一項開放性試驗[14]證實了C5抑制劑的有效性，另一項關于補體抑制劑Eculizumab的隨機雙盲Ⅲ期臨床試驗[15]發現，長期應用Eculizumab可持續降低AQP4陽性NMOSD復發風險，該藥于2019年已在美國等國家被批準用于成人AQP4抗體陽性NMOSD患者的治療。目前，針對補體途徑不同組成部分藥物的臨床試驗正在進行中[16]，期待未來有更多有效的藥物可用于NMOSD的臨床治療。

3 B細胞

B細胞通過分泌AQP4抗體、呈遞抗原、產生細胞因子等多方面影響NMOSD的發生。腦脊液中AQP4抗體滴度相對較低甚至不存在，故認為B細胞首先在外周被激活并合成AQP4抗體[17], AQP4抗體通過BBB通透性增強的區域進入CNS。EAE模型中B細胞可以分泌IL-6, IL-6可進一步促進B細胞產生AQP4抗體[18]。在NMOSD中，B細胞首先在CNS外被激活發生體液免疫反應，同時B細胞通過BBB交換使血液、腦脊液中存在抗體相關B細胞和漿細胞[19]。

細胞表面CD19、CD20的表達可用于識別B細胞，CD20在B細胞上表達，但在漿細胞上顯著下調[20]，而CD19在前B細胞、漿細胞和漿母細胞上均表達。這些細胞表面蛋白是B細胞靶向治療的常見靶點，如CD20單克隆抗體Rituximab可降低疾病復發率，提示B細胞耗竭治療有效，但Rituximab治療并非對所有患者有效，因外周漿細胞、漿母細胞不表達CD20, 產生AQP4抗體的細胞沒有耗盡[21]。抗CD19單克隆抗體Inebilizumab能夠直接殺傷產生抗體的漿母細胞、漿細胞，其抑制抗體的能力比Rituximab更全面。Inebilizumab的Ⅲ期臨床試驗[22]中，隨機對照試驗顯示，應用Inebilizumab后擴展殘疾狀態量表(EDSS)評分惡化人數減少，改良Rankin評分量表(MRS)評分有更高的改善可能性，急性期受累病灶數量減少，住院次數減少，且CD20+細胞持續減少, N-MOmentum實驗顯示，長期應用Inebilizumab治療能持續減少NMOSD復發次數，延緩殘疾的發生。

3.1 記憶性B細胞

研究[23]發現，采用Natalizumab治療后, NMOSD患者外周血B細胞由調節性B細胞轉換為記憶B細胞表型，證實記憶B細胞增多可加重疾病。記憶B細胞分泌IL-6可能通過促進漿細胞存活、刺激AQP4-Ab產生、破壞BBB完整性、促進Th17分化等不同機制增強疾病活動性。

3.2 漿細胞

NMOSD患者外周血產生AQP4抗體的漿細胞數量顯著增加，復發時漿細胞數目可達到高峰[24], 而腦脊液中幾乎檢測不到漿細胞[25]。NMOSD外周血中具有漿細胞表型的CD19intCD27highCD38highCD180-B細胞(PBs)可見明顯擴增，在IL-6刺激后分泌AQP4抗體。在NMOSD中，升高的PBs以CD138+人類白細胞抗原-DR(HLA-DR)+表型為主，HLA-DR+PB表型頻率增加表明抗原驅動B細胞活化。有學者[26]在腦脊液中發現B細胞具有體細胞超突變信號，存在抗原識別，同時在腦脊液中發現B細胞活化因子(BAFF)、增殖誘導配體(APRIL)、趨化因子CXC配體13(CXCL13)和IL-6水平升高, PBs在產生AQP4-Ab的細胞募集和維持中起關鍵作用。

3.3 調節性B細胞

調節性B細胞(Breg)可通過多種途徑影響T細胞活性及細胞因子的表達。在NMOSD患者外周血中, Breg絕對數量減少[27]。使用類固醇或免疫抑制劑的系統性紅斑狼瘡患者中，CD19+CD24highCD38highBreg數量增加，研究[28]同時發現調節性B細胞中CD19+CD39+CD1d+IL-10+(B10)在NMOSD患者中細胞頻率升高, B10細胞與AQP4抗體滴度存在相關性, B10細胞對AQP4抗體介導的炎癥級聯反應可出現代償性增殖。

3.4 BAFF

BAFF是腫瘤壞死因子家族中的一員，由單核細胞、樹突狀細胞、骨髓基質細胞等多種類型細胞產生。BAFF受體與B細胞結合時激活經典、非經典核因子-кB(NF-кB)信號通路。NMOSD患者血清及腦脊液中BAFF、增殖誘導配體(APRIL)水平顯著升高，BAFF水平與外周血B細胞的數量和BAFF受體的表達呈負相關[29]。血清BAFF水平升高與自身免疫性疾病抗體水平升高有關[30]。CNS星形膠質細胞可產生BAFF，在NMOSD患者中，血清BAFF水平升高可致過渡性B細胞增多，促進AQP4抗體生成，進一步促進B細胞和T細胞反應[31]。

4 T細胞

NMOSD是一種致殘甚至致命的CNS自身免疫性炎癥性脫髓鞘疾病。動物試驗[32]表明，效應性T細胞可能在AQP4抗體陽性NMOSD小鼠的發病機制中發揮作用。在NMOSD患者中, AQP4特異性T細胞出現明顯擴增并表現出Th17極化，且Th17細胞數量以及Th17細胞因子IL-17a、IL-6、IL-21水平在腦脊液和血清中均增加或升高。AQP4抗體與髓鞘特異性T細胞共同轉移至野生型小鼠可誘導CNS炎癥病變[33]。由此表明，T細胞在NMOSD發病機制中具有潛在作用。

4.1 Th17細胞

Th17細胞的標志性細胞因子是IL-17家族，由幼稚CD4+T細胞分化而來。T細胞受體(TCR)識別抗原呈遞細胞呈遞的抗原，由IL-6、轉化生長因子-β(TGF-β)通過信號轉導及轉錄激活因子3、Smads共同刺激，以激活Th17細胞特異性轉錄因子類視黃醇相關受體Yt磷酸化啟動Th17分化，進一步促進B細胞分化和AQP4抗體產生。

NMOSD急性發作期, Th17細胞水平升高，IL-17+調節性T細胞(Treg)在NMOSD緩解期的細胞比例高于急性發作期，提示該細胞在控制疾病狀態中起重要作用[28]。NMOSD患者腦脊液中IL-17A、IL-8水平與疾病總脊髓病變程度呈正相關[34], 表明NMOSD患者存在明顯Th17相關反應，經治療后炎癥減輕，視神經結構完整性得以保留，Th17細胞及其相關細胞因子通過多種途徑參與NMOSD疾病的CNS炎癥反應。

NMOSD急性期患者經免疫治療后記憶Th17細胞減少; 一項轉移致病性AQP4反應性T細胞至野生型小鼠的試驗[35]發現, AQP4反應性T細胞(尤其是Th17細胞)能夠觸發針對視神經、脊髓的炎癥。

4.2 Treg

Treg在免疫反應中扮演重要的角色，當Treg頻率或功能降低時可導致自身免疫性疾病。NMOSD患者Treg中, TNF受體相關因子1(TRAF1)、人類白細胞抗原-DRB1(HLA-DRB1)表達顯著降低, TRAF1可促進NF-кB信號通路激活促進外周Treg存活。NMOSD患者外周血單個核細胞(PBMC)中叉頭樣轉錄因子3(Foxp3)顯著降低[36], Foxp3在靜息、活化的Treg中表達顯著升高[37], 表明Treg參與NMOSD的發生。

4.3 濾泡輔助性T細胞(Tfh)

Tfh數量減少或功能失調可導致自身免疫性疾病。Tfh可分為Tfh2、Tfh17、Tfh1，Tfh2+Tfh17/Tfh1升高與NMOSD疾病活動性相關[38]。一項研究[39]發現，NMOSD患者CC趨化因子受體7(CCR7)-、CCR7-可誘導共刺激分子(ICOS)+記憶Tfh細胞比例與血漿中AQP4抗體水平呈正相關，CCR7+和CCR7+ICOS+記憶Tfh細胞百分比與腦脊液白細胞計數、腦脊液蛋白水平和腦脊液IL-21水平均呈正相關，提示記憶Tfh細胞參與外周AQP4抗體產生的同時還參與NMOSD的CNS免疫反應。

5 固有淋巴細胞(ILCs)

研究[40]表明，在NMOSD患者外周血淋巴細胞亞群中，急性發作期和緩解期外周血CD19+B細胞水平顯著高于健康人群，且與脊髓病變長度呈正相關, CD4+/CD8+細胞比率和自然殺傷(NK)細胞(CD56+CD16)水平顯著低于健康人群，外周血淋巴細胞亞群水平與疾病狀態有關。

2型固有淋巴細胞(ILC2)是缺乏克隆分布抗原受體的特異性先天效應細胞，可產生2型免疫相關細胞因子，其作用是調節免疫和炎癥反應。ILC2可與警示信號(如IL-33)相互作用產生IL-5、IL-13, 導致外周組織啟動2型免疫反應[41]。一項研究[42]發現, NMOSD患者外周血中ILC2水平降低，而在顱內注射人NMOSD IgG和補體誘導的NMOSD小鼠模型中，小鼠大腦中表達IL-5的ILC2浸潤明顯增加，應用ILC2拮抗劑可導致CNS損傷體積增大、CNS中糖代謝降低、星形膠質細胞損傷和脫髓鞘加重，同時補體末端通路活性標志物C5b-9增加，表明ILC2缺失可使NMOSD進一步惡化，而ILC2擴增后星形膠質細胞損傷減少，提示ILC2可作為NMOSD潛在的治療靶點。在EAE模型中, IL-33激活CNS中ILC2通過減弱Th17反應來改善疾病[43]。

6 細胞因子

NMOSD患者血清、腦脊液中IL-6水平升高，急性期尤其顯著, IL-6可與IL-6受體結合，通過不同途徑廣泛參與NMOSD的病理生理過程，如漿細胞誘導T細胞/B細胞異常活化，產生Th17細胞、AQP4抗體。

IL-6由多種類型細胞產生。NMOSD急性期腦脊液中IL-6、可溶性IL-6受體水平增高[23]。IL-6與B細胞相互作用促進炎癥進展，誘導B細胞分化成漿細胞，維持外周漿細胞存活及漿母細胞分泌AQP4抗體[44]，同時誘導T細胞活化促進Th17生成。

機體發生感染時, IL-6迅速合成，誘導急性期蛋白促進宿主防御和炎癥反應。相關研究[45]顯示, IL-6可加重小鼠抗體依賴性脊髓損傷；另一項研究[46]提出, IL-6與脊髓病灶長度、腦脊液AQP4抗體滴度、炎性細胞計數具有相關性。對于難治性NMOSD, IL-6 受體拮抗劑tocilizumab可阻斷IL-6與受體結合，同時減弱B細胞產生抗體能力，顯著降低復發率，延長復發時間，提示tocilizumab可能對耐藥的NMOSD患者有效[47]。人源化單克隆抗體satralizumab的臨床試驗[48]顯示, satralizumab可顯著降低AQP4陽性NMOSD復發風險。

粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)由T細胞產生，協同IL-23、IL-1誘導巨噬細胞、樹突細胞分泌IL-23、IL-6。NMOSD病變小鼠應用GM-CSF后可增加病變風險[49], GM-CSF在致病性Th17細胞擴增中起重要作用。

IL-17在NMOSD患者血清、腦脊液中水平升高，且復發期IL-17升高尤為明顯，加重NMOSD患者病變部位炎性滲出、組織壞死，故復發期升高的IL-17可解釋活動性NMOSD病變中中性粒細胞的高濃度。IL-17基因多態性與AQP4抗體陽性疾病相關，提示IL-17在NMOSD疾病發展中起重要作用，能促進抗體產生和炎癥細胞浸潤。

NMOSD中升高的細胞因子還有IL-21，IL-21是一種多向性細胞因子，可在體外與CD40L結合促進Th17增殖并加重炎癥反應，抑制保護性Treg分化，進一步誘導B細胞向漿細胞分化。此外, IL-21的信號轉導可促進Th17分化并刺激IL-23受體表達, IL-21通過促進Th17分化加重NMOSD炎癥反應。

7 腸道菌群

腸道菌群是人體中最大的微生物庫，對維持宿主體內免疫和神經系統平衡至關重要。NMOSD患者的細胞經大腸桿菌刺激后表現出更顯著的Th17反應性，與IL-1、IL-6、IL-17增多和IL-10減少有關[50]。NMOSD患者外周血單個核細胞培養中，CD4+T細胞增殖更快, IL-6、IL-17水平升高，而這些改變與神經功能障礙、脂多糖水平均相關[50]，脂多糖可能通過激活免疫系統破壞BBB。腸道菌群的代謝產物短鏈脂肪酸(SCFAs)可以直接調節機體免疫反應，抑制炎癥反應。NMOSD患者糞便中SCFAs水平顯著降低，而且糞便中乙酸和丁酸與疾病嚴重度呈負相關，提示其可能在NMOSD的發生中起重要作用[51]。SCFAs促進Treg數目增加，抑制Th17分化，同時影響BBB的發育和維持。Treg有利于髓鞘再生、少突膠質細胞分化而起到神經保護作用。無菌(GF)小鼠Th17細胞數量減少，分段絲狀細菌定植GF小鼠可見Th17細胞增殖，腸道共生梭菌屬改變可影響小鼠Th17和Treg之間的平衡[52]。

NMOSD患者T細胞出現增殖，主要表現為Th17表型，同時T細胞與產氣莢膜梭菌(CPs)蛋白中的同源肽序列發生交叉反應, CPs促進Th17產生且可對AQP4產生免疫反應[53]。NMOSD患者腸道微生物群中CPs明顯富集[54], CPs過度生長引起AQP4特異性T細胞和B細胞的增殖，促進NMO的發生與發展。CPs中B型、D型可產生具有神經毒性的ε毒素(ETX)損傷神經元、星形膠質細胞及少突膠質細胞[55]。CPs與腸道M蛋白結合，同時高度特化吞噬微生物抗原并將其呈遞給抗原提呈細胞(APCs)，經過APCs處理后的CPs可能引起AQP4特異性T細胞和B細胞反應，促使漿細胞生成增多，進而促進NMOSD發生。

8 其他

高濃度氯化鈉、高鹽膳食攝入能促進Th17分化，導致嚴重EAE，因IL-23信號下游分子血清糖皮質激素激酶1在鹽濃度升高后增加，促進IL-23受體表達，增強Th17分化，一項前瞻性研究[52]表明較高的鈉攝入量與多發性硬化(MS)疾病活動度增加呈正相關。

在缺氧條件下，絲裂原活化蛋白激酶p38、NF-кB磷酸化增加向小膠質細胞誘導星形膠質細胞AQP4過表達，體溫過低會增加星形膠質細胞質膜中AQP4豐度。

維生素D可誘導細胞的激活、增殖、凋亡和T細胞分化、漿細胞產生、基因表達以及細胞因子、抗體產生，維生素D水平降低與NMOSD的疾病活動狀態相關，其參與NMOSD發病過程[56]。一些研究表明，血清25-羥基維生素D水平與疾病嚴重程度、進展、治療效果均具有相關性。

妊娠晚期、產后期雌激素水平升高，患者的NMOSD復發率增高，此外NMOSD孕婦出現流產、先兆子癇等并發癥的概率高，而產后6個月左右并發癥可反向促進NMOSD復發[57]。小鼠試驗[58]結果表明, AQP4抗體與孕婦胎盤中的合胞滋養層結合后通過激活補體方式潛在導致流產率增加，提示妊娠后激素水平與NMOSD存在相關性。

9 總結與展望

NMOSD是一組以自身免疫異常引起的腦、脊髓和視神經髓鞘損傷為特征的疾病，隨著AQP4抗體等診斷標志物的出現，臨床人員對NMOSD有了更深入的了解。外周B細胞可產生AQP4抗體，該抗體可與抗原結合觸發補體級聯反應，形成膜攻擊復合物、抗體及補體依賴性細胞毒性。AQP4抗原刺激可致Th17免疫反應及Th17相關細胞因子如IL-6的分泌, IL-6又可促進AQP4產生、T細胞向Th17分化，從而刺激B細胞激活，同時增強BBB的通透性，促進抗體和促炎細胞向CNS浸潤，故細胞免疫、抗體、補體途徑等均參與NMOSD的發生，但具體的細胞免疫表型的致病機制還需繼續深入了解。腸道中CPs通過破壞BBB完整性或Th17與Treg之間平衡參與NMOSD發病機制，未來還需進一步研究腸道菌群的改變是否引起相應細胞亞群、細胞免疫表型、細胞因子的變化，是否可通過飲食干預、藥物治療、糞便微生物群移植等方法改變NMOSD患者腸道菌群而達到治療疾病的目的，以及是否可通過調節相應細胞亞群、細胞因子等方式減輕NMOSD炎癥反應，以期找到新的治療靶點。