免疫系统的一个重要的特征就是具有识别“自己”和“非己”成分,对异己有害物质(体外入侵病毒、细菌等或体内产生的损伤细胞和肿瘤细胞等)加以清除,对自身正常组织成分维持免疫耐受,以维持内环境稳定。肝炎病毒感染过程的免疫清除机制十分复杂。不同类型肝炎病毒免疫清除机制不同,同一类型肝炎病毒感染在急性期和慢性期的清除机制亦有所不同。肝炎病毒的清除机制包括固有免疫细胞的作用、适应性免疫细胞的激活、效应细胞的细胞毒作用、细胞因子的非溶细胞作用等不同环节。本章将按照不同类型的肝炎病毒阐述其免疫清除的可能机制。
甲型肝炎病毒是最常见的引起急性肝炎的病因,多数为自限性疾病,少数发生急性肝衰竭导致死亡。HAV不引起慢性肝炎,感染后可获得持久的免疫。
甲型肝炎病毒主要经粪-口途径进行传播。摄食后,HAV沿胃肠道而下,经血行运输到达肝脏。病毒通过表面受体进入肝细胞,然后脱壳、复制包装成囊泡释放到胆小管中,随后经胆道排泄到肠道中。在病毒感染的初始阶段,HAV在肝细胞内大量复制,肝细胞损伤并不明显。HAV抗原主要集中在病毒衣壳上,可诱导机体产生特异性免疫应答。HAV感染患者血清中可测到多种类型的特异性抗体,包括IgM、IgG及IgA。血清中IgM型抗体在血清出现HAV RNA数天后即可检出,在2~4周达高峰,持续3~6周后开始下降,3~6个月消失。IgG型抗体在起病后1个月开始出现,3个月达高峰,并可维持20年以上。因此,IgM是近期感染的证据,而IgG是保护性抗体,具有很强的中和HAV的作用,可保护机体免受HAV的再次感染。急性期测到的主要是针对HAV衣壳蛋白VP1的抗体,恢复期则可测及抗VP3的抗体。IgA型抗体在发病早期即可在血清中测到,持续时间较IgM长,其滴度随病情的进展及病程的延长而增高,对病情及预后判断具有一定的意义。
新近资料表明,某些固有免疫细胞可非特异性溶解HAV感染的肝细胞。这些具有细胞毒效应的固有细胞,包括NK细胞及NK T细胞等,在感染早期病毒清除中起重要作用。细胞毒性T淋巴细胞在HAV清除过程亦发挥重要的作用。人肝细胞的HLA-Ⅰ类分子与HAV感染后产生的新抗原相结合并表达在肝细胞表面,具有特异TCR的CTL克隆识别抗原肽-HLA-Ⅰ类分子复合体,在协同刺激分子和细胞因子的作用下活化,直接攻击感染的肝细胞而达到清除病毒的目的。活化的NKT、CTL及Th1细胞可释放大量IFN-γ,后者可增强NK细胞及巨噬细胞的活性,促进病毒感染细胞的清除。值得注意的是,上述具有细胞毒效应的免疫细胞在清除HAV的同时,亦造成肝细胞的损伤。
HBV是非致细胞病变病毒,其清除需要固有免疫和适应性免疫的协调作用。90%以上有免疫力的成人,其免疫应答是相当激烈的,这导致急性自限性(self-limited)肝炎、病毒负荷的迅速减少和长时间免疫力的维持。然而,5%有免疫力的成人和大多数HBV垂直感染者发生持续性感染和慢性坏死炎症性肝脏疾病,最终可导致肝硬化和肝癌。固有免疫在病毒感染早期发挥清除病毒的作用,特异性针对病毒蛋白的适应性免疫应答在感染后期显得更重要。HBV侵入血液循环后,首先感染以肝细胞为主的多种靶细胞,在细胞内复制、转录,并表达分泌HBsAg、HBcAg及HBeAg等病毒抗原和完整的病毒颗粒,此时,机体固有免疫系统可通过多种途径清除病毒;当肝细胞膜表面的病毒抗原达到一定数量后,可诱导机体免疫应答,直接或间接杀伤靶细胞,使HBV自靶细胞释放出来,由细胞免疫应答的CTL及体液免疫应答产生的抗-HBs抗体等对病毒进行清除。研究显示IFN-γ可介导非靶细胞损伤性抗细胞内病毒效应。在大多数感染患者中,几种免疫功能同时发挥对病毒复制的限制作用。
固有免疫应答效应机制包括补体系统、干扰素系统、NK细胞、NK T细胞等多重作用。近几年来,随着研究人员对固有免疫系统及其作用机制研究的深入,人们对固有免疫在HBV感染中的作用机制有了较多的认识。
固有免疫在感染的起始阶段具有一定的作用,病毒的最终清除及预防再感染需要适应性免疫反应的参与。适应性免疫反应需要特定抗原诱发后方能发挥效应。诱发机体发生适应性免疫应答的HBV靶抗原主要包括包膜抗原HBsAg、核心抗原HBcAg以及HBV的非结构蛋白HBeAg。此外,其他包膜抗原(pre-S1、pre-S2及S抗原)、HBx Ag和DNA聚合酶也可成为靶抗原。体液免疫应答和细胞免疫应答所针对的靶抗原可以是相同的,也可以对不同的抗原决定簇各具优势。
随着研究的不断深入,人们已经认识到肝脏是重要的免疫器官,肝细胞不仅仅是HBV感染、效应T细胞攻击的靶细胞,而且是积极的免疫调节细胞,甚至可能是抑制、清除HBV的效应细胞之一。目前认为,肝细胞对病毒的制约更像是通过细胞因子介导的细胞内灭活作用而不是通过直接杀伤感染的细胞得以排除。这种非细胞病变的病毒清除机制并非为HBV所特有。
肝细胞在HBV清除过程中扮演着双重角色:一方面,肝细胞以免疫调节细胞身份积极参与机体抗HBV免疫应答。主要通过上调肝细胞膜的MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ类分子、黏附分子及细胞因子受体的表达,诱导并增强细胞免疫反应等,HBV感染肝细胞常常成为活化T淋巴细胞攻击的靶细胞。另一方面,肝细胞受细胞因子激活后启动细胞内抗病毒机制积极发挥抑制、清除HBV作用,除免疫应答过程诱生的细胞因子外,肝细胞自身也可能表达内生性的IFN-γ和TNF-α等细胞因子。肝细胞非溶细胞的清除病毒机制对于保护肝脏这一重要器官功能的完整性具有重要意义,使之免受大量的免疫介导的细胞破坏。然而,肝细胞内复杂信号通路如何发挥协同作用以及肝细胞与其他肝脏细胞的相互关系等问题均有待于进一步研究。
丙型肝炎病毒感染的显著特点是,除少数急性感染者可自发清除HCV外,约80%可发展为慢性持续性感染,并最终可能进展为肝硬化和肝细胞癌。与HBV感染相似,HCV感染后亦可激发机体的固有免疫系统和适应性免疫系统产生应答。固有免疫系统在病毒感染的早期,通过诱生各类干扰素、激活NK细胞及NK T细胞等固有免疫细胞,从而发挥抗病毒作用。与此同时,固有免疫可通过不同途径启动适应性免疫应答,诱导抗体产生及效应T细胞的活化,在抗病毒感染过程中发挥更重要的作用。
固有免疫系统是机体抵抗病毒感染的第一道防线。近几年来,有关病毒感染激发和调节固有免疫应答的分子机制不断被发现和证实。HCV属于RNA病毒,在感染过程中会释放出病毒所特有的物质,包括激发固有应答的病原体相关分子模式(pathogen associated molecular pattern,PAMP),例如单链或双链 RNA 以及多尿嘧啶核苷等。病毒感染宿主细胞后,宿主细胞常常表达PAMP的受体,称作模式识别受体(pattern recognition receptor,PRR),后者通过结合病毒来源的PAMP并启动一系列细胞内反应发挥抗病毒效应。
在肝脏细胞,HCV的dsDNA与肝细胞表面的PRR相互作用后可激发下游的干扰素信号通路级联反应,最终诱导干扰素刺激基因(interferon stimulated genes,ISGs)的表达,如图3-13-1所示。
机体对HCV的适应性免疫应答包括抗体和T细胞免疫两个方面,并以CD8 + CTL应答作为制约病毒感染的主要机制。针对HCV的特异性免疫应答可引起免疫损伤,这在丙型肝炎发病机制中起决定性作用。
图3-13-1 HCV dsDNA诱导Ⅰ型干扰素产生及发挥作用的信号通路
PAMP(pathogen associated molecular pattern,病原体相关分子模式);dsDNA(doublestranded DNA,双链 DNA);RIG-Ⅰ(retinoic acid inducible gene Ⅰ,视黄酸诱导基因Ⅰ);IPS-1(interferon-β promoter stimulator 1,IFN-β启动子刺激器1);IRF-3(interferon regulatory factor 3,干扰素调节因子 -3);ISGFs(interferon stimulated genes,干扰素刺激生长因子);TLR3(Toll like receptor 3,Toll样受体3);TRIF(TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β,TIR 结构域接头分子);OAS(2',5'-oligoadenylate synthetase,2',5'-寡腺苷酸合成酶);TYK(tyrosine kinase,酪氨酸激酶);STAT(signal transducers and activators of transcription,信号传导及转录活化蛋白)。
丁型肝炎病毒是一种缺陷病毒,它不能独立复制,必须在HBV或其他嗜肝病毒的辅助下,随“辅助者”病毒的复制而共同增殖。“辅助者”HBV为其包膜提供HBsAg。HDV与HBV伴发感染存在两种方式,即共同感染(co-infection)和重叠感染(super-infection)。共同感染指HDV与HBV同时感染,而重叠感染指在慢性HBV感染基础上感染HDV。共同感染多呈现急性肝炎,随着HBsAg的消失,HDV不能继续存在,IgM型抗-HDV常短暂存在且滴度低,无继发IgG型抗-HDV产生,故疾病常为自限性。重叠感染多发生于HBs无症状携带者,由于HBV持续存在,HDV大量复制,使得原有的肝组织病变加重。因此,重叠感染常表现为严重的急性肝炎,部分可发展为慢性活动性肝炎和肝硬化。从临床表现可见,合并HDV感染的乙型肝炎患者,其急性重型肝炎、慢性活动性肝炎和肝硬化的发病率比单纯的HBV感染者大大增高。免疫系统在HDV清除中的作用还未完全阐明。
戊型肝炎病毒与HAV相似,亦为单股正链RNA病毒。已有证据支持HEV的肝损伤与宿主免疫应答有关。临床资料显示,HEV病毒血症的出现与肝细胞损害程度无一致关系,且不少含有HEV颗粒的肝细胞并未发生病变,提示HEV并不直接导致肝细胞损伤。免疫组化检测发现,在肝组织坏死灶浸润的淋巴细胞大多为CD8 + T细胞及NK细胞,且可见淋巴细胞与HEV-Ag阳性细胞密切接触;另有报道,HEV急性患者外周CD4 + T细胞数量升高,体外用ORF2抗原刺激CD4 + T细胞后,其细胞增殖能力增强并释放更多的Th1型细胞因子(如IFN-γ)。上述资料表明细胞免疫应答参与HEV清除过程。
(张秋玉)