李蓉 魏亞軒 尹榕 葛朝明

結(jié)核性腦膜炎（Tuberculous meningitis，TBM）是由結(jié)核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis，MTB）引起的一種嚴重中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染性疾病。結(jié)核病每年影響全球約1 000 萬人，其中2%～5%患有TBM。TBM 中有超過一半的患者預后不良，發(fā)生死亡或有神經(jīng)后遺癥[1]。免疫系統(tǒng)被認為是TBM 預后不良的原因:一方面是對MTB 殺滅不徹底，另一方面是過度炎癥導致組織損傷[2]。MTB 感染機體后，多種免疫細胞及細胞因子參與免疫應答并相互作用，包括巨噬細胞、中性粒細胞等介導的先天性免疫反應，CD4+T 和CD8+T 等介導的適應性免疫反應，小膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元等大腦宿主細胞對MTB的免疫反應以及腫瘤壞死因子α（TNF-α）和干擾素（IFN-γ）等細胞因子和趨化因子驅(qū)動的宿主炎癥反應[3]。近幾年，相關(guān)研究對于上述免疫細胞、細胞因子及趨化因子在TBM 發(fā)病機制中的作用有了更多認識?，F(xiàn)就一些免疫細胞及細胞因子在TBM發(fā)病機制中的作用進行闡述。

1 先天性免疫應答

1.1 巨噬細胞巨噬細胞是MTB 生長的首選環(huán)境。機體被MTB 感染后，來自細菌抗原和輔助T 細胞炎癥細胞因子中的TNF-α 和IFN-γ 刺激誘導了巨噬細胞的激活[4]。TBM 中，MTB 通過受感染的免疫細胞，如巨噬細胞和中性粒細胞進入大腦（“特洛伊木馬”機制），與大腦內(nèi)皮細胞結(jié)合，穿透血腦屏障，導致大腦中常駐免疫細胞被激活[5]。另外，活化的巨噬細胞對肉芽腫的形成至關(guān)重要。主要受宿主精細調(diào)控，巨噬細胞分化為M1 型和M2 型。M1型促進促炎反應，將先天性和適應性免疫應答相結(jié)合，是防御炎癥反應的關(guān)鍵；而M2 型促進抗炎反應，防止慢性炎癥狀態(tài)的加重，同時促進組織穩(wěn)態(tài)的維持。兩者相互作用，調(diào)節(jié)肉芽腫的形成[4]。

1.2 樹突狀細胞（DC）DC 作為專業(yè)的抗原提呈細胞，在啟動免疫應答中發(fā)揮重要作用，也是連接先天性免疫和適應性免疫的橋梁。DC 存在兩個亞群，即髓系樹突狀細胞（mDCs）和漿細胞樣樹突狀細胞（pDCs）。mDCs 主要參與抗原攝取、T 細胞活化和IL-12 分泌，而pDCs 與IFN-γ 的產(chǎn)生相關(guān)，抗原呈遞作用有限。DC 和巨噬細胞主要負責蛋白水解過程和抗原呈遞，其功能包括:調(diào)節(jié)整體免疫反應，啟動抗原呈遞細胞活化，刺激T 淋巴細胞，激活自然殺傷（NK）細胞，增加IFN-γ 的產(chǎn)生，以及刺激抗原誘導細胞毒性[4]。Rao 等[6]研究發(fā)現(xiàn)，MTB 感染似乎與較低頻率的pDCs 有關(guān)。而在人類免疫缺陷病毒（HIV）相關(guān)TBM 患者中，pDCs 越少，臨床表現(xiàn)越嚴重。

1.3 中性粒細胞在TBM 中，中性粒細胞浸潤至大腦，執(zhí)行吞噬、脫顆粒和中性粒細胞胞外誘捕網(wǎng)凋零（Neutrophil extracellular traposis，NETosis）的抗菌功能。中性粒細胞也介導中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥、組織破壞和免疫病理。中性粒細胞釋放的多種介質(zhì)具有重要作用，包括:基質(zhì)金屬蛋白酶（Matrix metalloproteinase，MMPs）可降解腦細胞外基質(zhì)（Extracellular matrix，ECM），TNF-α 驅(qū)動炎癥，而驅(qū)動細胞壞死的活性氧（Reactive oxygen species，ROS）和中性粒細胞胞外誘捕網(wǎng)（Neutrophil extracellular traps，NETs）與血小板相互作用形成血栓，可能導致缺血性卒中。中性粒細胞抗菌庫如NETs、絲氨酸蛋白酶、MMPs 和ROS 是TBM 先天性免疫反應的一部分。中性粒細胞也與其他免疫細胞，如單核細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞和T 淋巴細胞等多方向相互作用，連接先天性免疫反應和適應性免疫反應，在遏制MTB 感染過程中發(fā)揮重要作用[7]。研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞在TBM 免疫發(fā)病機制中發(fā)揮著重要作用，缺乏或過量對TBM 可能均有害[8]。Thuong 等[9]在越南TBM 臨床試驗中發(fā)現(xiàn)HIV 陽性個體腦脊液中平均中性粒細胞百分比和細胞因子的整體表達較HIV 陰性個體更高。Marais 等[10]及Thuong 等[11]縱向分析了南非與HIV 相關(guān)TBM血液和腦脊液樣本，發(fā)現(xiàn)中性粒細胞依賴性的炎癥激活信號可以在結(jié)核病治療開始前于外周血中檢測到，因此可能預測免疫炎癥重建綜合征（Immune reconstitution inflammatory syndrome，IRIS）。上述兩個研究結(jié)果表明，中性粒細胞在HIV 相關(guān)TBM 免疫發(fā)病機制中發(fā)揮了重要作用。

1.4 NK 細胞NK 細胞作為先天淋巴細胞，可在MTB 感染初始階段發(fā)揮細胞毒性，殺死細胞外MTB，有產(chǎn)生細胞因子的活性，可觸發(fā)巨噬細胞效應機制[12，13]。Laarhoven 等[13]證明NK 細胞是TBM患者腦脊液中富集的主要淋巴樣細胞之一。另一項研究表明，NK 細胞只有在MTB 感染活躍期才會被激活并進入組織[14]。目前，NK 細胞在TBM 中的相關(guān)研究較少，且作用不同，具體機制仍不明確。

2 適應性免疫應答

細胞免疫在控制胞內(nèi)MTB 感染過程中起重要作用。細胞介導的免疫機制，包括Th1 型CD4+T 細胞、CD8+T 細胞、γδT細胞、CD1 限制性和HLA-E限制性T 細胞，都已被證明具有殺死巨噬細胞內(nèi)MTB 的能力。體液免疫，特別是針對MTB 細胞壁成分的分泌型IgA，也可能有助于阻斷MTB 與上皮細胞和巨噬細胞的結(jié)合，從而參與對MTB 的保護性免疫應答[15]。對不同時間點TBM 兒童血液轉(zhuǎn)錄組分析表明，T 細胞增殖和免疫反應減少與疾病進展相關(guān)[16]。

3 大腦中宿主細胞

3.1 小膠質(zhì)細胞小膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)MTB感染的主要靶點。作為對抗腦內(nèi)MTB 感染的第一道屏障，其很可能是疾病嚴重程度和臨床預后的關(guān)鍵決定因素。在病原體被識別后，MTB 在小膠質(zhì)細胞內(nèi)被內(nèi)化和復制[5]。同時，小膠質(zhì)細胞還通過多種抗菌機制破壞MTB，包括細胞因子介導的機制、抗菌肽、炎癥小體、ROS 和將抗原呈遞給CD4+T 淋巴細胞用于啟動適應性免疫[17]。一旦MTB 穿透中樞神經(jīng)系統(tǒng)屏障，小膠質(zhì)細胞被激活，釋放多種細胞因子。這些細胞因子在啟動、協(xié)調(diào)和調(diào)節(jié)結(jié)核免疫反應中有重要作用，不僅介導炎癥，而且破壞血腦屏障，允許先天性和適應性免疫細胞從外周流入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，導致腦損傷[4]。Zhou 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，CD11b 抗體偶聯(lián)的可降解聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）納米顆?？勺鳛橐环N有效的miR-124-3p 特異性傳遞給小膠質(zhì)細胞，miR-124-3p 可通過抑制STAT3 信號通路誘導感染的小膠質(zhì)細胞凋亡，從而控制MTB 增殖。該發(fā)現(xiàn)為開發(fā)新的TBM 治療策略提供了依據(jù)。

3.2 星形膠質(zhì)細胞星形膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的大膠質(zhì)細胞，是血腦屏障的重要組成部分。它們通過結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)和代謝等方式支持神經(jīng)元活動，在調(diào)節(jié)神經(jīng)能量學和穩(wěn)態(tài)功能方面起著關(guān)鍵作用[5]。有研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元的凋亡和星形膠質(zhì)細胞的存活可能在TBM 的進展中發(fā)揮潛在作用[18]。Mason[19]也提出了星形膠質(zhì)細胞-小膠質(zhì)細胞乳酸穿梭（AMLS）假說，即星形膠質(zhì)細胞通過糖酵解產(chǎn)生高水平的乳酸，這些乳酸通過穿梭系統(tǒng)運輸?shù)郊毎饪臻g，并指向小膠質(zhì)細胞。小膠質(zhì)細胞吸收乳酸，將其轉(zhuǎn)化為丙酮酸，并立即在三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化途徑中利用它來產(chǎn)生ATP 和自由基以對抗MTB。

3.3 神經(jīng)元神經(jīng)元通過先天免疫途徑被激活，在巨噬細胞中表達、結(jié)合和識別由細胞表面分子所介導，包括Fc 受體、甘露糖受體、補體受體和toll 樣受體（TLRs）[20]。其中，TLR2 和TLR4 對MTB 的保護性免疫功能至關(guān)重要[5]。Randall 等[20]首次觀察到神經(jīng)元可被MTB 感染，并通過分泌IL-1β、IL-6和IL-10 進行免疫應答促進炎癥狀態(tài)。兒童TBM轉(zhuǎn)錄組學研究顯示，與腰椎腦脊液相比，腦室腦脊液有神經(jīng)元興奮性毒性和腦損傷相關(guān)的顯著富集，存在神經(jīng)元損傷的相關(guān)信號，上述過程主要由谷氨酸釋放和NMDA 結(jié)合及受體攝取驅(qū)動[21]。神經(jīng)元在MTB 感染后發(fā)生免疫應答的機制目前仍不明確，還需要進一步研究來證明。

為進一步了解TBM 的發(fā)病機制，未來還需要更詳細地研究小膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元的具體作用及其各自產(chǎn)生的炎癥介質(zhì)，以及對血腦屏障和血腦脊液屏障的影響。

4 細胞因子和趨化因子

細胞因子和趨化因子在MTB 感染后的免疫反應中發(fā)揮了重要作用。促炎細胞因子和抗炎細胞因子的不平衡影響了TBM 的嚴重程度和病程[8]。在TBM 發(fā)病機制研究中，已探討了多種細胞因子和趨化因子，如TNF-α、IFN-γ、IL-6、IL-8、IL-10、IL-18、IL-23、單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）、γ-干擾素誘導蛋白-10（IP-10）、S100B 蛋白、MMP-2 和MMP-9 等[22]，近幾年研究較多的主要有以下幾種。

4.1 TNF-αTNF-α 主要由巨噬細胞和單核細胞產(chǎn)生，由依賴于TLR-2、TLR-4 和主要組織相容性復合體（MHC）Ⅱ類分子啟動。在宿主對MTB 的反應過程中發(fā)揮著微妙的平衡作用，可以防止不受控制的MTB 復制。然而，如果濃度過高，可能會導致過度炎癥狀態(tài)，出現(xiàn)嚴重的組織損傷和多種臨床癥狀[4，23]。Kumar 等[24]在兔TBM 實驗模型中發(fā)現(xiàn)，TNF-α 的促炎作用可以促進巨噬細胞活化，調(diào)節(jié)肉芽腫形成。當TNF-α 水平過高時，巨噬細胞可能聚集肉芽腫性炎癥，從而導致組織破壞、蛋白質(zhì)水平增加和葡萄糖水平降低。印度的一項研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，TBM 患者的TNF-α、IFN-γ和IL-6 水平均顯著升高，而在確診的TBM 和可能的TBM 亞組分析中，確診的TBM 中TNF-α 水平顯著升高[25]。Bhasin 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生腦梗死TBM 患者較未發(fā)生腦梗死TBM 患者TNF-α 水平明顯升高，其次是IL-6。當只分析腦脊液生物標志物時，TNF-α 和IL-6 與腦卒中的發(fā)生密切相關(guān)，TNF-α、IL-6 是TBM 后腦卒中最有效的預測因子。這是因為TNF-α 介導的炎癥反應引起血管炎，并且TNF-α 和IL-1、IL-6 促進內(nèi)皮損傷，形成動脈內(nèi)膜炎。內(nèi)皮細胞和毛細血管對這種壞死性效應的誘導特別敏感。Sharma 等[27]研究發(fā)現(xiàn)，HIV 相關(guān)TBM 患者腦脊液中TNF-α 水平與疾病的嚴重程度有關(guān)。Kalita 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α基因的表達可以預測TBM 患者退熱時間。另外，有多項研究表明TNF-α 抑制劑沙利度胺可能改善患者對抗生素治療的反應，尤其是在傳統(tǒng)的高劑量皮質(zhì)類固醇治療不能控制慢性炎癥以及出現(xiàn)TBM相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的情況下[29，30]。調(diào)節(jié)有助于免疫的細胞因子是支持宿主防御或控制TBM 中過度有害炎癥的潛在策略。TNF-α 抑制劑可以限制TNF-α 過量引起的免疫病理，是一種很有前景的宿主定向治療方法，尤其是在皮質(zhì)類固醇激素治療失敗的難治性TBM 中[23]。關(guān)于TNF-α 抑制劑（沙利度胺）、抗TNF-α 單克隆抗體（英夫利昔單抗、阿達木單抗）和可溶性TNF-α 受體（依那西普）在TBM 治療中的作用還需要更多的實驗研究來證實。

4.2 IFN-γIFN-γ 主要由激活的CD4+T、CD8+T細胞和NK 細胞產(chǎn)生。IFN-γ 在免疫介導抑制MTB 感染中發(fā)揮重要作用。首先，IFN-γ 作為巨噬細胞激活因子（MAF），誘導釋放過氧化氫（H2O2），介導抗菌作用；其次，IFN-γ 作為免疫調(diào)節(jié)劑，主要通過抑制CD4+T 細胞介導的IL-17 生成來限制中性粒細胞募集和組織炎癥[31]。目前實驗研究表明，IFN-γ 的升高可能是抗TBM 宿主防御的關(guān)鍵，而IFN-γ 的極度升高可能導致血腦屏障破壞和疾病傳播[4]。Thuong 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，IFN-γ 的升高與TBM 的嚴重程度呈正相關(guān)。研究認為腦脊液IFN-γ 水平可作為診斷TBM 的一種手段，但假陽性率較高[8]。Bhasin 等[26]比較卒中和非卒中TBM之間的生物標志物時發(fā)現(xiàn)在沒有腦血管意外或血管異常的患者中IFN-γ 水平顯著高于其他患者。

4.3 IL-1IL-1 由星形膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞以及受損的血腦屏障產(chǎn)生，該細胞因子增加了血腦屏障的通透性[32]。其家族成員包括IL-1α 和IL-1β，兩者均通過IL-1 受體Ⅰ型（IL-1R Ⅰ）與輔助蛋白作用，并與 IL-1R 拮抗劑（IL-1Rα）競爭性結(jié)合[33]。IL-1α 可以誘導IL-2 分泌，在對抗TBM 免疫反應中起重要作用。此外，IL-1α 與TNF-α 協(xié)同作用會導致肉芽腫性炎癥。IL-1β 是一種宿主抵御MTB 感染的重要促炎因子。實驗研究表明，全身給予IL-1β 可導致小膠質(zhì)細胞激活，加重中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥和脫髓鞘改變，并且這種作用在受損和完全恢復的血腦屏障中均存在[34]。Sharma 等[27]研究發(fā)現(xiàn)，HIV 相關(guān)TBM 患者腦脊液中IL-1β 水平與疾病的嚴重程度有關(guān)。Koeken 等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在未感染HIV 的TBM 患者中，腦脊液中IL-1β 水平升高，但與死亡率無關(guān)。在sst1 易感（Sst1S）基因型背景下，B6.Sst1S 同源小鼠出現(xiàn)了廣泛MTB 感染圖像，IL-1 表達增加[36]。上述研究表明，IL-1 信號通路可能在TBM 進展過程中具有重要作用，尤其是IL-1β與TBM 的免疫病理有關(guān)，可能是宿主定向治療的一個潛在靶點，下一步還需要更多的研究來證實。

4.4 IL-12IL-12 是由IL-12A（p35）和IL-12B（p40）兩種亞基編碼形成的異源二聚體，由抗原提呈細胞與MTB 相互作用后產(chǎn)生。而IL-12p40 在MTB 感染中的作用更為重要[37]。IL-12 在促進細胞介導的抗微生物病原體免疫過程中發(fā)揮著重要作用，是NK 細胞和Th1 細胞釋放IFN-γ 的關(guān)鍵細胞因子。一項關(guān)于兒童TBM 患者腦脊液中細胞因子的研究發(fā)現(xiàn)，由IL-12p40 促進的局部Th1 反應，表現(xiàn)為IP-10 和MCP-1 濃度升高，可能促進了結(jié)核瘤形成。而趨化因子TNF-α、重組人巨噬細胞炎癥蛋白-1α（MIP-1α）、IL-6 和IL-8 升高可能引起彌漫性細胞浸潤和炎癥，導致更廣泛的梗死[38]。在一項疑似TBM 患者腦脊液中細胞因子和趨化因子水平的診斷價值研究中發(fā)現(xiàn)IL-12p40 水平升高可作為診斷TBM 的輔助手段[37]。

4.5 IL-17IL-17 主要由Th1、Th17 和Th22 細胞分泌，可被IL-23 誘導。IL-17 通過誘導中性粒細胞招募，促進自身免疫性疾病的炎癥病理，保護宿主免受多種病原體影響的作用已得到證實。此外，IL-17 可觸發(fā)下游細胞因子如IL-6 和IL-8 的產(chǎn)生[39]。雖然IL-17 與MTB 感染密切相關(guān)，但MTB可能會減少IL-17 的分泌。有研究表明，HIV 相關(guān)TBM 患者腦脊液中IL-17 水平低于HIV 相關(guān)隱球菌腦膜炎患者[40]。

4.6 IL-6在MTB 感染后，IL-6 以TLR2 依賴的方式在DC 中產(chǎn)生。研究表明，IL-6 和IL-10 的共表達與信號轉(zhuǎn)導和STAT3 的構(gòu)成性磷酸化有關(guān)，持續(xù)激活STAT3 的高表達表明T 細胞應答在結(jié)核病中受損[41]。Bhasin 等[26]在TBM 的研究中發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)癥狀時的腦脊液IL-6 濃度與疾病的嚴重程度獨立相關(guān)。另一項研究顯示，腦脊液和血清中各種細胞因子的濃度與TBM 的嚴重程度和影像學變化存在差異，TBM 嚴重程度分期與血清IL-6 不相關(guān)，但與腦脊液IL-6 相關(guān)[27]。

4.7 其他

4.7.1 MMPs MMPs 是一個鋅依賴的內(nèi)肽酶家族，在降解細胞外基質(zhì)大分子中起重要作用。MMPs 參與TBM 的發(fā)病機制，MMP-2 和MMP-9 可降解Ⅳ型膠原蛋白和層粘連蛋白等，并在血腦屏障破壞和腦組織損傷中發(fā)揮重要作用[42]。

4.7.2 血管內(nèi)皮生長因子（VEGF） VEGF 是一種有效的內(nèi)皮生長因子，在血管生成中發(fā)揮多種作用，具有血管毒性，促血栓形成，減少腦血流量，產(chǎn)生一氧化氮和無氧自由基等作用。在TBM 中，VEGF 與腦水腫和血腦屏障破壞有關(guān)[42]。

5 小結(jié)

TBM 的發(fā)病機制至今仍不明確，但通過大量研究，尤其是近年來興起的當代分子生物學“組學”技術(shù)在臨床樣本中的應用，研究者更清楚地掌握了TBM 患者腦脊液和血清樣本中的細胞因子譜，發(fā)現(xiàn)一些免疫細胞及細胞因子參與了TBM 的免疫應答，更好地認識了MTB 感染引起的免疫反應機制。探索免疫細胞、細胞因子和趨化因子在TBM 中的作用是了解其發(fā)病機制的關(guān)鍵步驟。結(jié)合多項實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，免疫細胞和細胞因子在TBM 發(fā)病中的作用是復雜的、多面的，過量或缺乏都可能對機體有害，并且各種免疫細胞、趨化因子及細胞因子之間相互作用。目前TBM 的治療中，皮質(zhì)類固醇激素及阿司匹林的有效性已被廣泛認可，雖然其具體的作用機制還不清楚，但免疫治療很可能是治療腦膜炎的一種策略。如研究較多的沙利度胺，是一種TNF-α 抑制劑，已有多項研究探究其治療TBM 的作用及預后[23，24，29，30]，但藥物的致畸性和T 細胞激活功能限制了其臨床使用[24，30]，如何利用治療的有效性而又避免或減少治療期間對機體的副作用，有針對性及靶向性地殺死MTB 是我們下一步研究的重點。同時還需要探究更多的免疫細胞及細胞因子作用機制，以利于開發(fā)有效的抗結(jié)核藥物，指導靶向免疫治療以及疫苗的研制。