流行性感冒相关细胞因子的研究进展

王嘉瑜，俞雪莲，张曦

上海市疾病预防控制中心，上海 200336

流行性感冒(简称流感)是流感病毒(influenza virus) 引起的一种急性上呼吸道传染病，传染性强、传播快、潜伏期短、发病率高。其中，甲型流感病毒由于抗原变异率高，极易造成大范围流行。在1918～1919年流感大流行中，世界20亿人口约一半被感染，死亡人数达2 000万，高于第一次世界大战中死亡人数的总和。1957年7月，H2N2亚洲流感(Asian influenza)在中国暴发，随即在全球流行；该病毒在美国造成约70 000人死亡。1968年，由亚洲流感病毒抗原转变进化的H3N2甲型流感病毒(香港流感)在美国造成约34 000人死亡。1997年，中国香港地区发生H5N1禽流感疫情，造成6人死亡。禽流感病毒感染人后，病死率近50%，引起广泛关注。2009年4月，由四源基因重配[1]变异形成的新型甲型H1N1(pdm09)流感病毒(即2009甲型H1N1流感病毒)由于在人群中引起较高的发病率，对世界公共卫生构成了严重威胁。相较于季节性流感，新型甲型H1N1流感的易感人群为18岁以下，且青少年群体在重症患者中占极大比例[2-7]。有研究指出[8]，青少年患者的重症感染可能与过度免疫应答相关。因此，开展对流感及其相关细胞因子的研究，有助于分析外周血细胞因子表达水平与病毒致病能力的关系，了解流感病毒的致病机制，从而促进对疾病的研究和防治。

1 细胞因子在抗流感病毒感染中的免疫调节作用

天然免疫(innate immunity)是机体对抗病原体侵袭的第1道屏障。研究显示[9]，流感病毒进入机体后首先入侵呼吸道上皮细胞，细胞经历凋亡/坏死后启动机体天然免疫应答，并产生趋化因子(chemokine)，如单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemoattractant protein 1，MCP-1)、调节激活正常T细胞表达和分泌因子(regulated upon activation，normal T cell expressed and secreted，RANTES)、白细胞介素8(interleukin 8，IL-8)等[10]，介导中性粒细胞及巨噬细胞浸润。Mogensen等[11]研究指出，外周血IL-1、IL-6、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)和IL-8等炎性细胞因子的高表达已成为病毒感染的标志。研究显示，IL、TNF-α及趋化因子对介导炎症反应发生、调节免疫应答强度起重要作用[12]。TNF-α可通过激活T细胞，促进IL-1、IL-2、IL-6的产生及分泌[13]。IL-1是机体抗病毒感染早期产生的效应分子，可合成急性反应蛋白，并促进IL-8的分泌[11,14]。IL-8是主要的炎性细胞因子，对中性粒细胞及T细胞有趋化作用。IL-6调节机体免疫应答，参与机体抗感染防御[15]。IL-1、IL-6、IL-12、IL-23等在外周血含量上升将导致机体发热、血管通透性增加及巨噬细胞招募等一系列炎性反应产生。

单核-巨噬细胞招募至肺实质及肺泡部位是适应性免疫初始激活的关键。实际上，流感病毒感染引起的细胞或体液免疫是由T辅助细胞(T helper cell，Th细胞)通过分泌不同细胞因子所诱导的[16]。Th细胞根据其分泌细胞因子的不同可分为Th1细胞﹝γ干扰素(interferon γ，IFN-γ)、IL-1、IL-2、IL-6、IL-12、TNF-α﹞和Th2细胞(IL-4、IL-5、IL-10)2个亚群。外周血IL-2、IL-12等Th1类细胞因子表达上调可促使细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte，CTL)分化，活化自然杀伤(nature killer，NK)细胞，清除流感病毒。IL-2 是T细胞生长因子(T cell growth factor，TCGF)，可促使已活化的T细胞增殖、分化，成熟为效应CTL，并刺激其他细胞因子(如TNF、IFN-γ)分泌。IL-12可引起Thl细胞分化，并抑制由IL-4介导的Th2细胞分化；此外，IL-12可刺激外周血T细胞、NK细胞分泌IFN-γ，抑制流感病毒复制。在体液免疫方面，IL-5等Th2类细胞因子有助于刺激B细胞生长和免疫球蛋白产生，阻断病毒与细胞表面受体结合，激活补体或NK细胞，并最终清除病毒及受感染细胞。Th17细胞是一类新近被定义的Th细胞，其分泌的细胞因子(IL-6、IL-17、IL-21、IL-22)中，IL-17是主要效应分子，可迅速启动由中性粒细胞介导的炎症反应，并促进IL-1、TNF-α大量分泌[17]；另一方面，IL-17的大量产生亦可导致患者严重的病理损伤[18-20]。

2 细胞因子参与和介导免疫病理损伤

2009年11月，Bermejo-Martin等[21]报道了新型甲型H1N1流感重症患者体内Th1、Th17类细胞因子上升的现象，这是较早对新型甲型H1N1流感患者体内细胞因子表达失调的研究。事实上，流感病毒感染机体后，一方面，呼吸道上皮细胞释放趋化因子，诱导巨噬细胞等炎性细胞浸润，并招募外周血T细胞渗透至感染的肺组织，抵抗病毒感染；另一方面，炎性细胞浸润也会造成机体早期炎症性病理损伤，加重疾病的严重程度。近期一项对轻、重症新型甲型H1N1流感患者血清细胞因子表达水平的研究结果显示[22]，当患者处于疾病早期，体内IL-1、IL-12、IFN-γ、IL-6、TNF-α、IL-5、IL-10、IL-17、IL-23等细胞因子血清浓度均有所上升，这与此前的一些研究结果相符[21,23-25]。这一现象说明，在感染初期，病毒诱导天然免疫系统产生大量促炎细胞因子参与机体免疫应答，高表达的IL-1、IL-6、IL-12和IL-23与发热等流感样症状相关。该研究进一步指出[22]，随着病程进展，患者体内IL-6、IL-10表达水平显著上升。IL-6作为重要的促炎细胞因子，介导组织炎症反应，调节免疫应答。IL-10作为抗炎细胞因子，调节炎症反应强度，诱导T细胞分化。与普通季节性流感相比，新型甲型H1N1流感重症患者的适应性免疫应答相对处于抑制状态。Lee等[26]研究显示，新型甲型流感重症患者体内IL-17、IL-23表达水平略有上升，可能是由其他原因造成的[24,27]。一些研究指出，在新型甲型H1N1流感重症肺炎患者体内，T细胞免疫应答下调[ 28,29]，Th17等T细胞亚群功能受损[30-32]。在某些程度上，造成病毒在体内持续复制，病毒清除时间增加，从而导致炎性反应持续增强，使肺组织等损伤[22,28,33]，导致并发症。

1997年，在中国香港地区暴发的H5N1禽流感疫情因其高病死率而受到广泛关注。研究显示，由H5N1禽流感病毒介导的细胞因子失调与病毒的高致病性相关[34-36]。体外研究证实，与H3N2和H1N1流感病毒相比，H5N1流感病毒能更有效地诱导人原代巨噬细胞分泌炎性细胞因子[10]，这可能与NS1蛋白结构的不同相关。这一发现为甲型H5N1流感病例中出现的以炎性细胞因子过度表达及功能失调为特点的“细胞因子风暴”(cytokine storm)现象提供了佐证。“细胞因子风暴”是机体天然免疫系统由于某些原因致使多种炎性介质(包括细胞因子、氧自由基、凝血因子等)表达上调的现象[37]，患者血清中可检测到炎性细胞因子(TNF-α、IL-1、IL-6等)及抗炎细胞因子(IL-10、IL-6等)表达均显著上升，两者相互作用往往导致广泛的肺组织水肿、感染性肺炎、肺泡出血等症状，许多病例由此发展成急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)，甚至死亡。

“细胞因子风暴”最初由外周血 IL-6、TNF-α高表达引起[37]。上皮细胞发生凋亡后，被招募至感染部位的巨噬细胞被子代病毒感染而发生凋亡[38]，同时诱导大量炎性细胞因子产生，引起机体发热、厌食、关节痛、中性粒细胞增多、血流动力学异常改变等[39]。这些炎性细胞的大量出现会加重病情，引发严重的呼吸道功能失调及致死性的肺部病理损伤，并通过诱导包括T细胞、B细胞、中性粒细胞在内的相关血液单核细胞活化并迁移至感染部位，促进肺部免疫病理损伤。另外，由IL-1、TNF-α等诱导而高表达的IL-8、巨噬细胞炎性蛋白10(macrophage inflammatory protein 10，MIP-10)等趋化因子可活化中性粒细胞并迁移至感染部位，进一步造成疾病恶化。IL-8属于趋化因子CXC家族，是一种强力的中性粒细胞趋化和活化介质，可诱导其变形、趋化、脱颗粒，胞质内钙短暂上升，生物活性脂类合成，整合素上调，呼吸爆发等[40]。外周血IL-8表达水平在感染、创伤及某些自身免疫性疾病中明显升高，且高浓度IL-8与病死率有关。有研究指出，中性粒细胞的炎性浸润与病原体造成的肺部损伤相关[41]，中性粒细胞产生的髓过氧化物酶和弹性蛋白酶会造成急性肺部损伤。外周血IL-8表达上调，可激活中性粒细胞运动装置，使其能定向游走，促使表达黏附分子，并促进中性粒细胞溶酶体酶(髓过氧化物酶、弹性蛋白酶、β葡萄糖醛酸酶)释放[42]。

3 结语

综上所述，细胞因子在机体抗流感免疫调节过程中发挥作用。研究证实，在此过程中，由细胞因子介导的免疫病理损伤确实存在。通过这方面的研究，可了解甲型流感病毒的致病原理，探索流感病毒如何致宿主严重呼吸道感染，揭示呼吸道感染性疾病的发病机制，为制定甲型流感防控措施提供一定的科学依据。

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