宋雅琴 韋愛萍 彭 薇 周秀英 謝政軍

1 遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬(珠海)醫(yī)院血液內(nèi)科,廣東省珠海市 519100; 2 遵義醫(yī)科大學(xué)珠海校區(qū)

人巨細(xì)胞病毒(Human cytomegalovirus,HCMV)是皰疹病毒科β亞科中的成員,也是感染人體最久遠(yuǎn)的病毒,具有230～240kbp的線性雙鏈DNA基因組[1],在人群中普遍感染,感染率在60%～90%[2]。HCMV感染機(jī)體進(jìn)入宿主細(xì)胞,便以潛伏狀態(tài)長(zhǎng)期留存于宿主體內(nèi),不表現(xiàn)出任何臨床癥狀[3],之后可能發(fā)生間斷、不定期的復(fù)制激活。自Pawelec等[4]對(duì)1995—2005這10年間大量無嚴(yán)重基礎(chǔ)疾病的瑞典老年人群的免疫情況開展了大規(guī)模調(diào)查研究,發(fā)現(xiàn)老年人群中HCMV感染會(huì)導(dǎo)致免疫衰老的加重及巨細(xì)胞病毒病發(fā)病率的上升,從而提示HCMV潛伏感染可能會(huì)加速機(jī)體免疫衰老過程,人們便展開了對(duì)HCMV潛伏感染狀態(tài)下引起免疫衰老背后原因的探究,其中多種因素交錯(cuò)相互影響。眾所周知,機(jī)體免疫衰老與年齡高度相關(guān),那么,HCMV、年齡在機(jī)體免疫衰老過程中扮演著什么角色和作用,以及HCMV感染后機(jī)體免疫衰老的演進(jìn)過程如何,尚未完全明了,本文對(duì)近十余年的相關(guān)研究總結(jié)如下。

1 HCMV潛伏感染宿主細(xì)胞對(duì)免疫系統(tǒng)的影響

HCMV有能力誘導(dǎo)活動(dòng)性感染和潛伏性感染,從而在原發(fā)感染后的人類宿主中建立終身持久性。在活動(dòng)性感染中,HCMV復(fù)制過程經(jīng)歷即刻早期(IE)、早期(E)和晚期(L)階段[5]。最關(guān)鍵的病毒活動(dòng)性基因產(chǎn)物是病毒IE蛋白,它控制著隨后的病毒基因表達(dá)和病毒復(fù)制。因此,這些主要的IE基因產(chǎn)物本質(zhì)上決定了HCMV的感染狀態(tài)：HCMV的靜態(tài)(IE基因被抑制)或再激活(IE基因被表達(dá))均與IE基因的表達(dá)狀態(tài)相關(guān)。潛伏性感染是HCMV感染最重要的特征,其潛伏期病毒的存在方式是以靜態(tài)為主,病毒基因組存在于染色體外質(zhì)粒,多數(shù)情況下無法檢測(cè)到傳染性病毒載量的變化,但在特定的刺激因素作用后可重新被激活,引起病毒復(fù)制和載量增加,產(chǎn)生新的感染性病毒顆粒,這種再感染在宿主體內(nèi)可能多次發(fā)生,形成一種慢性持續(xù)的炎癥反應(yīng),最終引起機(jī)體眾多組織和器官的嚴(yán)重?fù)p害和功能障礙。

HCMV通常在特定的細(xì)胞建立病毒潛伏期,主要累及CD34+造血祖細(xì)胞和髓系細(xì)胞。雖然原發(fā)性HCMV感染會(huì)引起廣泛的先天和固有免疫反應(yīng),但是為了逃避宿主的抗病毒反應(yīng),HCMV開發(fā)了不同的免疫逃避策略,以改變宿主在活動(dòng)性感染和潛伏感染期間的免疫識(shí)別。尤其是HCMV限制了最主要組織相容性復(fù)合體(Major histocompatibility complex,MHC)Ⅰ類和Ⅱ類分子抗原呈遞作用,使病毒能夠在受感染的個(gè)體中存活、傳播和持續(xù)存在。在具有免疫能力的個(gè)體中,原發(fā)性和終生持續(xù)的HCMV感染通常仍然是亞臨床的,并受到宿主免疫系統(tǒng)的良好控制。

在原發(fā)感染的早期階段,適應(yīng)性免疫的主體是HCMV特異性CD4+T細(xì)胞,該亞群中的Th1細(xì)胞通過產(chǎn)生細(xì)胞因子IFN-γ和TNF-α對(duì)HCMV作免疫應(yīng)答。在初始HCMV特異性CD4+T細(xì)胞反應(yīng)的1周后,出現(xiàn)增殖且可以在血液中檢測(cè)到高水平的HCMV特異性CD8+T細(xì)胞,該亞群細(xì)胞在之后的感染期內(nèi)一直保持存在,以防止HCMV重新激活和保護(hù)宿主免受再次感染。此外,HCMV的體液反應(yīng)也有助于控制病毒載量和防止人類的原發(fā)性感染。在原發(fā)感染后,B細(xì)胞在HCMV特異性CD4+T細(xì)胞的幫助下被抗原激活,主要是Th2細(xì)胞,導(dǎo)致產(chǎn)生一些HCMV蛋白特異性抗體。這些HCMV特異性抗體可以通過中和細(xì)胞外病毒子來阻止病毒顆粒的播散,這一方式對(duì)于保護(hù)胎兒免受先天性HCMV感染尤為重要。

2 HCMV感染致免疫衰老

2.1 HCMV、年齡、免疫衰老如影相隨 持續(xù)的HCMV感染需要宿主免疫系統(tǒng)的持續(xù)控制,而宿主免疫系統(tǒng)本身會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而改變[6]。報(bào)告顯示,老年人群被感染者HCMV的發(fā)病率和死亡率明顯要高于青年人,其重要原因之一就是免疫衰老。衰老的特點(diǎn)是在細(xì)胞和分子水平上都有明顯的免疫重塑[7]。免疫衰老的始因在于隨著年齡增大導(dǎo)致的胸腺退化,從而導(dǎo)致機(jī)體的免疫系統(tǒng)對(duì)病原體的反應(yīng)能力逐漸弱化。HCMV長(zhǎng)期潛伏感染被認(rèn)為是人類免疫衰老的驅(qū)動(dòng)因素之一[8]。調(diào)查還證實(shí),HCMV持續(xù)性潛伏感染與老年人的總生存率下降和免疫風(fēng)險(xiǎn)表型(Immunological risk phenotypes,IRP)相互聯(lián)系,IRP是一組評(píng)價(jià)機(jī)體免疫功能水平的重要指標(biāo),可以預(yù)測(cè)老年人2年死亡率。此外,老年人的抗HCMV IgG滴度與對(duì)病毒感染的抗體反應(yīng)較低有關(guān)[9]。然而,仍然缺乏直接證據(jù)表明HCMV感染是否以及如何與免疫衰老有關(guān)。

2.2 HCMV感染狀態(tài)下免疫衰老相關(guān)的免疫細(xì)胞變化 NK細(xì)胞是淋巴因子活化殺傷細(xì)胞(Lymphokine activated killer cells,LAK)的前體細(xì)胞,是機(jī)體在固有免疫應(yīng)答過程中的關(guān)鍵免疫細(xì)胞,并在對(duì)HCMV的免疫監(jiān)視中起到了關(guān)鍵作用。在HCMV感染者中NK細(xì)胞殺傷靶細(xì)胞的能力也隨著年齡的增長(zhǎng)而降低,表現(xiàn)為NK細(xì)胞功能的衰減,體現(xiàn)為IL-2誘導(dǎo)的 NK細(xì)胞分泌 IFN-γ減少,HCMV感染致死率與老年人 NK功能下降呈正相關(guān)。在小鼠試驗(yàn)研究中可推斷出鼠巨細(xì)胞病毒(Mouse cytomegaloviru,MCMV)潛伏感染后,NK細(xì)胞在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著抗MCMV感染的免疫反應(yīng),NK細(xì)胞功能缺陷的小鼠趨向于患更嚴(yán)重的MCMV感染,亦有相關(guān)研究報(bào)告稱,NK細(xì)胞功能缺陷的患者更易于發(fā)展成巨細(xì)胞病毒病。

B細(xì)胞主要參與體液免疫應(yīng)答、疫苗接種產(chǎn)生特異性高親和力抗體。免疫衰老會(huì)影響B(tài)細(xì)胞質(zhì)量、數(shù)量以及使受體多樣性降低,從而導(dǎo)致抗體數(shù)量減少,降低機(jī)體對(duì)病毒感染和疫苗接種的反應(yīng)性,并加速自身對(duì)反應(yīng)性抗體的形成。在與年齡相關(guān)的B細(xì)胞數(shù)量變化中,在小鼠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明衰老會(huì)減少初始B細(xì)胞和血漿細(xì)胞的數(shù)量,以CD27+記憶B細(xì)胞的數(shù)量變化為主。由于隨著年齡增長(zhǎng),不成熟B淋巴細(xì)胞向外周淋巴器官歸巢缺陷,使B細(xì)胞對(duì)抗原的特異性識(shí)別功能逐漸下降,也會(huì)導(dǎo)致初始 B細(xì)胞數(shù)量下降,同時(shí)外周淋巴器官記憶B細(xì)胞的數(shù)量增加,而這種疲乏的記憶B細(xì)胞功能也是減弱的,而且對(duì)外來侵襲的病毒缺乏免疫應(yīng)答能力。此外,與年齡相關(guān)的慢性巨細(xì)胞病毒感染可導(dǎo)致B細(xì)胞功能的改變。Wang等人[10]檢查了在年輕人和老年人中編碼免疫球蛋白重鏈的基因組庫(kù),以確定衰老和HCMV感染對(duì)B細(xì)胞亞群的影響,發(fā)現(xiàn)年齡并不影響變量、多樣性或連接段的使用;然而,年齡段中較長(zhǎng)互補(bǔ)決定區(qū)域3段(CDR3)的選擇缺失表明,不同年齡組使用的耐受機(jī)制之間存在與年齡相關(guān)的差異,從而推測(cè)B細(xì)胞的免疫衰老可能與HCMV感染及其感染時(shí)限有關(guān)[11]。

HCMV長(zhǎng)期潛伏感染宿主同時(shí)在慢性炎癥刺激下會(huì)導(dǎo)致HCMV特異性T細(xì)胞克隆的大量擴(kuò)增,主要免疫特征為CD8+CD27-CD28-的記憶性T細(xì)胞,隨著年齡的增長(zhǎng)特別是在老年人中,這被認(rèn)為破壞了機(jī)體對(duì)其他病原體的免疫力,加速了免疫衰老。同時(shí)出現(xiàn)初始T細(xì)胞數(shù)量逐漸減少,TCR多樣性減少,Treg、Th17、TFH亞群數(shù)量的增多。這些T細(xì)胞的變化會(huì)連鎖引起以上B細(xì)胞、NK細(xì)胞功能的變化。

老年人的HCMV感染與免疫衰老有一定的相關(guān)性,并可能會(huì)影響宿主免疫力和加重衰老過程。然而,亦有人認(rèn)為HCMV在免疫衰老過程中的病因作用仍存在相當(dāng)大的不確定性。不能排除HCMV可能改善CD8+T細(xì)胞的多功能,從而有利于宿主免疫系統(tǒng),至少在年輕健康個(gè)體中是這樣。此外,目前還不清楚HCMV的再激活在老年人中是否比年輕人更頻繁。因此,HCMV特異性CD8+T細(xì)胞隨時(shí)間的延展是否真的有害仍不清楚。累積的功能失調(diào)的記憶T細(xì)胞在多大程度上會(huì)導(dǎo)致免疫衰老,以及這些細(xì)胞對(duì)其他免疫成分,如NK細(xì)胞、B細(xì)胞和T細(xì)胞有多大危害,這一點(diǎn)還有待觀察。最后,宿主免疫系統(tǒng)可能在衰老期間無效地控制潛在的HCMV再激活,從而擴(kuò)展病毒特異性T細(xì)胞克隆并進(jìn)一步增強(qiáng)免疫衰老特性[12]。因此,在未來關(guān)于HCMV與免疫衰老的研究中,必須考慮到HCMV感染狀態(tài)和HCMV控制狀況。

3 HCMV致免疫衰老的T細(xì)胞亞群改變特征

3.1 隨年齡增長(zhǎng)HCMV感染人群中初始、記憶T 細(xì)胞等T細(xì)胞亞群數(shù)量變化及功能下降 細(xì)胞免疫功能減退逐步演進(jìn)為免疫衰老是HCMV感染人群主要的免疫學(xué)變化,在老年人群中更甚。細(xì)胞免疫的變化以T細(xì)胞組成變化(初始與記憶T細(xì)胞亞群)為主,表現(xiàn)為CD3+T細(xì)胞、CD4+的初始T細(xì)胞數(shù)量的減少,記憶T細(xì)胞增加,這一狀況隨著年齡增加會(huì)更加明顯。老年人HCMV感染者中CD27、CD28、CD122(IL-2R)、CD127(IL-7R)在CD4+或CD8+的記憶性T細(xì)胞亞群上表達(dá)水平均有下降,并同時(shí)伴有血漿中IL-2水平下降。

與隨著年齡的增長(zhǎng)免疫受損相比,記憶T細(xì)胞的比例在早期會(huì)增加,在整個(gè)成年期保持穩(wěn)定,但在大約65歲后開始出現(xiàn)衰老變化。青少年時(shí)期產(chǎn)生的記憶T細(xì)胞可以很好地保存并在數(shù)十年內(nèi)維持強(qiáng)大的保護(hù)作用,而老年時(shí)期產(chǎn)生的T細(xì)胞記憶反應(yīng)受到嚴(yán)重?fù)p害。IL-7是維持T細(xì)胞平衡的關(guān)鍵因子,雖然衰老不會(huì)改變IL-7的水平,但通常會(huì)減少初始T細(xì)胞的數(shù)量,增加衰老T細(xì)胞的數(shù)量[13]。

3.2 隨年齡增長(zhǎng)HCMV感染人群中CD8+CD28-T細(xì)胞聚集性增加 免疫衰老的另一個(gè)特征是 CD8+CD28-T細(xì)胞的聚集,這些 CD8+CD28-T細(xì)胞的端粒較短,功能衰退,提示細(xì)胞處于終末分化階段,同時(shí)這群細(xì)胞能夠抵御TCR交聯(lián)和細(xì)胞凋亡 ,使這群細(xì)胞有克隆聚集的能力,它們的聚集機(jī)制可能是對(duì)衰老個(gè)體初始 CD8+T細(xì)胞輸出減少的代償效應(yīng),機(jī)體試圖通過這些細(xì)胞控制潛在的病毒感染,填充有效的T細(xì)胞空間。然而,該T細(xì)胞亞群的單克隆聚集競(jìng)爭(zhēng)性抑制了新抗原入侵誘導(dǎo)的 TCR基因重排,當(dāng)這些克隆聚集達(dá)到機(jī)體的極限水平后,T細(xì)胞對(duì)抗新感染的免疫保護(hù)能力就開始發(fā)生隨年齡的增長(zhǎng)下降。在衰老的進(jìn)程中,CD4+和 CD8+T細(xì)胞的表型變化不大,而有復(fù)制衰老特征的CD8+T細(xì)胞的變化則更為明顯,慢性病毒感染或機(jī)體衰老均可導(dǎo)致 CD8+T細(xì)胞的 CD28表達(dá)缺陷,而 CD4+T細(xì)胞的表現(xiàn)相對(duì)較輕,因此,老年個(gè)體的單克隆擴(kuò)增 CD8+CD28-細(xì)胞的大量聚集是免疫衰老的重要特征之一。

3.3 隨年齡增長(zhǎng)HCMV感染人群中Th17、Treg、TFH細(xì)胞數(shù)量的變化 鑒于細(xì)胞因子是T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)控分子,人們已經(jīng)注意到,與衰老相關(guān)的T細(xì)胞缺陷可能起源于細(xì)胞因子產(chǎn)生的改變。特別是,細(xì)胞因子圖譜的變化表明,年齡較大的T細(xì)胞主要顯示出Th2樣的表型[14]。Th17細(xì)胞保護(hù)宿主免受細(xì)胞外病原體的侵害,并與人類自身免疫性疾病和慢性炎癥性疾病的發(fā)展有關(guān)[15]。在HCMV感染者中Th17和Treg的比例似乎隨著年齡的增加而增加,Schmitt等人[16]認(rèn)為,這一比例的變化可以解釋自身免疫性疾病頻率增加和對(duì)老年人感染反應(yīng)減弱的原因。特別是老年人Th17細(xì)胞與Treg細(xì)胞的比例隨年齡依賴性增加,可能會(huì)引發(fā)支持炎癥細(xì)胞基底水平的改變,并導(dǎo)致自身免疫性疾病和對(duì)感染的免疫反應(yīng)下降。TFH細(xì)胞在B細(xì)胞的免疫形成和抗體產(chǎn)生過程中發(fā)揮重要作用,TFH在高齡HCMV感染者中的數(shù)量會(huì)下降。

4 HCMV感染致免疫衰老的關(guān)鍵分子生物學(xué)事件

4.1 TCR多樣性減少的背后分子變化 隨增齡性變化,TCR多樣性減少。在增齡和HCMV慢性炎癥對(duì)免疫系統(tǒng)的共同作用下,宿主對(duì)新病原體和異型細(xì)胞的識(shí)別能力以及抵抗病原體的能力逐漸下降,感染性疾病和腫瘤性疾病發(fā)生率增加[17]。衰老的T細(xì)胞發(fā)生明顯變化,降低了TCR的表達(dá),導(dǎo)致人類CD4+T細(xì)胞中與年齡相關(guān)的TCR誘導(dǎo)基因的表達(dá)發(fā)生改變[18]。使用高通量Illumina測(cè)序平臺(tái)分析顯示,老年期TCR多樣性明顯減少。研究表明到40歲時(shí),初始T細(xì)胞和TCR-β多樣性的數(shù)量開始出現(xiàn)減少[19]。

4.2 T細(xì)胞端?？s短及背后的分子變化 衰老期間免疫記憶的逐漸喪失與T細(xì)胞增殖能力降低和端?？s短有關(guān)。端粒是位于真核生物染色體3'末端的DNA重復(fù)序列,能組成特殊 DNA-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。端粒縮短可誘導(dǎo)DNA損傷反應(yīng),如果DNA損傷沒有修復(fù),那么會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡(凋亡)或復(fù)制性衰老。由于染色體末端 DNA聚合酶的缺陷,每次外周血單個(gè)核細(xì)胞分化都會(huì)導(dǎo)致約 50．100bp端粒DNA的缺失,在HCMV慢性病毒感染期間,這種缺失有可能增加,端粒缺失可引起染色體的不穩(wěn)定和末端融合,啟動(dòng) p53控制的 DNA損傷修復(fù)序列,進(jìn)一步加快凋亡的發(fā)生。老年HCMV感染者CD4+、CD8+T細(xì)胞的端粒較青年人短,端粒過短的后果是CD8+T細(xì)胞的復(fù)制衰老過早誘導(dǎo),從中可以發(fā)現(xiàn),人類記憶性T細(xì)胞端粒縮短的速率并不相同,HCMV特異性T細(xì)胞分化程度更高,對(duì)細(xì)胞衰老可能更加敏感,這些功能缺陷型 HCMV特異性T細(xì)胞可以進(jìn)行自我調(diào)節(jié)如胞體變大,這樣可以延緩 HCMV 感染[20]。綜上所述,HCMV感染會(huì)導(dǎo)致更快的端粒縮短和免疫衰老。

4.3 表觀遺傳學(xué)變化及免疫衰老 還有大量證據(jù)表明,表觀遺傳變化在自然和病理免疫老化以及HCMV感染疾病中起著至關(guān)重要的作用。表觀遺傳學(xué)是指在DNA序列沒有改變的前提下,通過DNA甲基化、組蛋白修飾和RNA轉(zhuǎn)錄相關(guān)而發(fā)生的基因表達(dá)可遺傳變化,其引起的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化是衰老過程的特征,導(dǎo)致衰老細(xì)胞功能障礙。據(jù)報(bào)道,從鮭魚、牛、大鼠和老鼠到人類的許多不同生物組織的總體DNA甲基化水平會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而下降,研究已經(jīng)證實(shí),年齡相關(guān)的甲基化變化取決于特定的白細(xì)胞種群和T細(xì)胞亞群[21-22]。在各種免疫細(xì)胞群中,T細(xì)胞亞群可能受到衰老過程的影響最大[22-23]。一項(xiàng)研究報(bào)告了與年齡相關(guān)的高甲基化位點(diǎn),主要位于沉默基因的CpG島。然而,研究者也觀察到干擾素、CCL5、CCL7、CD27和其他T細(xì)胞功能基因的甲基化變化與基因表達(dá)之間有很強(qiáng)的相關(guān)性,且表觀遺傳調(diào)控在IL-2和IFN-γ的免疫應(yīng)答和年齡相關(guān)差異基因表達(dá)中起著突出的作用。此外,考慮到HCMV在衰老過程中宿主免疫功能中的關(guān)鍵作用,進(jìn)一步了解潛在的HCMV感染對(duì)跨調(diào)節(jié)元件表觀遺傳特征的影響可能為克服免疫缺陷提供一條新的途徑。

5 小結(jié)

HCMV長(zhǎng)期潛伏性感染是免疫衰老的始動(dòng)環(huán)節(jié)。在反復(fù)的HCMV抗原暴露情況下,機(jī)體的NK細(xì)胞、B細(xì)胞、T細(xì)胞等主要免疫效應(yīng)細(xì)胞功能下降以至最終衰竭。這一免疫衰老現(xiàn)象隨年齡增長(zhǎng)及感染時(shí)限的延長(zhǎng)會(huì)逐步加重,表現(xiàn)為這些免疫效應(yīng)細(xì)胞數(shù)量及亞群的變化,中間還有細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)的變化在起重要作用,但其中的先后關(guān)系及關(guān)鍵作用環(huán)節(jié)仍不清楚。以上提示年齡與免疫衰老只是表象上的相關(guān),近年來隨著分子免疫學(xué)、分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等新技術(shù)的應(yīng)用,HCMV分子學(xué)機(jī)制以及免疫衰老的細(xì)胞分子學(xué)基礎(chǔ)研究上取得了較大的進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)TCR表達(dá)水平的變化、T細(xì)胞端粒酶的縮短、共刺激因子、T細(xì)胞CD28表達(dá)水平、DNA甲基化、組蛋白修飾及關(guān)鍵信號(hào)的RNA轉(zhuǎn)錄水平的異常等環(huán)節(jié)可能是免疫衰老的主要原因。而這些關(guān)鍵分子事件的變化與HCMV的感染狀態(tài)及感染時(shí)限息息相關(guān),同步探索和闡明HCMV慢性感染后機(jī)體免疫系統(tǒng)的改變和免疫衰老的部分分子學(xué)機(jī)制,或者證實(shí)是 HCMV誘導(dǎo)免疫衰老還是HCMV僅僅是一個(gè)伴隨相關(guān)性病原體,其致免疫衰老的主要原因仍然需要大量實(shí)驗(yàn)證據(jù),以及合適的動(dòng)物模型印證,以此找到免疫衰老的真正核心風(fēng)險(xiǎn)因子。從而從整體上增強(qiáng)老年人群的免疫能力,延緩免疫衰老,降低巨細(xì)胞病毒病發(fā)病率和死亡率,從細(xì)胞免疫角度提供解決的方向。