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第四节 丙型肝炎病毒免疫逃逸机制
一、 HCV 对先天免疫应答的调节与逃逸
HCV利用多种方式来调节并且干扰先天免疫应答以致病毒不能被清除。宿主抵抗HCV感染的研究中,PAMP信号传导通路中IRF-3、IFN受体、ISG效应子是宿主免疫控制和逃逸的主要靶点。
1. NS3/4A 蛋白酶是IRF-3激活和IFN-β表达的拮抗剂。研究证明,无论是细胞内HCV复制还是外源感染残留得到的HCV表达的NS3/4A,均可以参与阻断IRF-3的激活。NS3/4A通过阻断IRF-3的磷酸化从而阻断IRF-3的激活。NS3是双功能的酶,N端编码丝氨酸蛋白酶,C端编码RNA解旋酶。更重要的是,NS3/4A复合物构成了基本的病毒蛋白酶,它在病毒复制的时候能将HCV多蛋白中的非结构蛋白释放出来。IRF-3的活性调节不需要NS3解旋酶活性,却需要NS3/4A蛋白激酶。证明HCV阻断IRF-3的激活是通过NS3/4A水解宿主细胞内能够引起PAMP信号的蛋白而起作用的。NS3/4A直接阻止IRF-3磷酸化导致RIG-1信号通路受阻。研究证明,NS3/4A能通过破坏CARD同源功能域信号来阻断宿主RIG-1通路是通过的破坏,而这个信号能诱导RIG-1与HCV RNA PAMP配体的结合。NS3/4A阻断RIG-1信号的同时减弱NF-κB的活性。NS3/4A能同时调节IRF-3以及NF-κB,表明NS3/4A是针对并且清除IRF-3以及NF-κB活化的共同作用因子,但是作用因子具体的作用机制还不清楚。
2. NS3/4A还可以调节TLR3信号传导。现已证实NS3/4A蛋白酶可以在C372和S373aa之间切断TRIF(Toll-IL-1-receptor domain contain adaptor inducing IFN-β,TRIF)适配蛋白。其切割位点与NS5A/B切割HCV多肽蛋白的位点相同。结构功能研究表明,NS3/4A与切割位点相邻的富含脯氨酸区域结合后识别TRIF。TRIF对于TLR3信号通路很重要,但对RIG-1通路没有作用。NS3/4A切断TRIF可以阻断TLR3信号,因此可以阻断IRF-3 和NF-KB,从而阻止IFN的产生。
NS3/4A通过对RIG-1以及TLR3的作用,促使HCV可以逃逸产生IFN的两个途径以及宿主应答。现已经通过药理研究验证,利用多肽活性位点NS3蛋白酶抑制剂,来评价NS3/4A蛋白酶活性对宿主免疫应答的调节。结果证实,细胞经过蛋白酶抑制剂处理后,功能性NS3/4A不能阻断RIG-1 和TLR3,因此恢复了IRF-3的磷酸化/活化以及NF-KB的活性 。用蛋白酶抑制剂处理细胞后也能保护TRIF不被NS3/4A。
3. HCV破坏RIG-1和TLR3信号通路后将下调特异性免疫。通过对上述信号通路的调节,可导致以下改变:①病毒感染的细胞和组织中,IFN的表达量减少;②信号通路中的许多复合物是通过IFN反应的,即使在IFN表达量很低的情况下也有反应性,当IFN与细胞或者组织反应后,这些复合物的表达量就会增加。IFN反应中产生的作用因子可以循环放大宿主应答。NS3/4A破坏了作用因子的扩增循环。经过IFN治疗后,限制ISG的表达水平;③由于HCV感染减弱了宿主反应和IFN的产生,受感染肝组织中的抗原呈递发生变化,尤其是细胞毒性T细胞无法被激活,无法进入获得性免疫应答阶段来清除HCV。肝内ISG的高表达以及活性高的T细胞可以识别HCV的各种抗原决定簇从而清除病毒,反之则导致慢性感染;④有研究报道IRF3有促进凋亡及肿瘤抑制作用。IRF3的活化受抑制后,可能引起肝细胞癌;⑤阻断NF-κB的功能可能会干扰各种依赖于NF-KB的趋化因子以及细胞因子基因,从而引起炎症反应。
二、 HCV通过先天免疫应答细胞干扰获得性免疫应答
1. DCs的影响
树突细胞(DCs)可识别入侵病原体细胞,此外,在激活原T淋巴细胞继而引发病毒特异的T细胞应答的过程中起关键作用。研究者长期以来致力于研究树突细胞,包括起源于单核细胞的树突细胞(MDCs)及外周血中类浆细胞样树突状细胞(plasmacytoid dendritic cells,PDCs)。PDCs是IFN-α的主要合成者,并通过表达TLR 7及TLR 9特异性的结合于病毒核酸正义链。
研究发现,CHC患者体内循环的PDCs及其表达的IFN-α含量降低,其T细胞激活能力受损。有趣的是,作为PDCs标志物的CD123及BDCA2在CHC患者肝脏中的表达水平反而有所上升,可能因为肝脏中PDCs数目增加。据报道,树突细胞在肝内含量丰富,这种现象可能归结为HCV E2蛋白/CD81介导的对常规T细胞的表达及分泌激活作用的调节。尽管肝内环境是免疫耐受的,感染HCV的肝中的单核树突细胞表达了较高含量的Ⅱ型MHC;而分泌的IL-10的含量则相对较低。与此相反,研究者们发现,PDCs在感染HCV的肝中含量较低,但其却表达较高水平的调节受体BDCA2并展现出较强的激活T细胞的能力。
尽管对于HCV感染树突细胞的机制还不清楚,但从DCs中克隆的HCV准种序列带有内部核糖体进入位点,而其在肝、淋巴细胞、及原始树突细胞中翻译效率很低,这意味着HCV进入树突细胞后功能受到显著影响。目前已清楚的了解HCV在体内表达的蛋白会影响免疫系统的功能。对小鼠进行的实验表明,在其体内表达HCV NS蛋白会导致单核树突细胞及PDC激活T细胞的能力下降,而过量表达结构蛋白会导致树突细胞成熟过程中Ⅰ型主要组织相容性复合体的表达受损。
抗病毒治疗也可能影响树突细胞的功能。利巴韦林及IFN-α联合治疗可通过抑制IL-10的生成,同时持续生成IL-12(p70)及肿瘤坏死因子(TNF-α)来改变成熟过程中的DCs分泌的细胞因子谱,这一机制有利于通过对T细胞发展的下游影响来清除病毒。而CHC患者的单核树突细胞受损,也无法驱使Th1细胞对IFN-α应答。
2. NK细胞的影响
NK细胞是针对病毒感染及癌细胞的快速的、强有力的天然免疫应答组分之一,同时参与激活获得性免疫应答。NK细胞除了释放细胞因子、化学因子外,还参与了细胞溶解过程。NK细胞推动了机体抗HCV的免疫应答,而且能被HCV蛋白或被其感染的细胞激活。在体外,NK细胞通过细胞穿孔素裂解肝细胞,该反应依赖于细胞间的直接接触但不依赖于MHC-I。然而仅能在细胞因子激活的NK细胞中观察到这种强有力的细胞裂解效应,这意味着感染HCV的细胞很难激活NK细胞,换句话说,这种效应仅在已建立特异的HCV免疫应答中才有效。已报道HCV E2蛋白协助CD81分子与NK细胞结合,可抑制NK细胞CD-16分子介导的细胞毒效应。NK细胞激活机制受损可归因于成熟DC上NKG2D(Natural killer cell group of 2D)配基表达量降低,及通过增加CD94/NKG2A和转化生长因子的表达量来抑制NK细胞。最近,在丙肝患者NK细胞中发现,特异性活化受体NKp30和NKp46表达量上升,后者参与了不依赖于MHC-I的天然细胞毒活性。从丙肝患者体内最新分离到的NK细胞中,IL-10显著表达,同时还有正常含量的IFN-γ。因此,HCV感染期间NK细胞与DC间及NK细胞与T细胞间无法相互作用,这进一步导致了获得性免疫应答丧失效应,并对病毒失去控制,这一切都可归结于NK细胞受体的非正常表达及细胞免疫调节因子的上调表达。
三、 HCV对体液免疫应答的调节
在病毒感染的早期,特异性抗体的产生及其滴度的高低可能与疾病的转归有关。HCV逃避宿主体液免疫可能是由于B细胞表位突变而不能刺激机体产生中和抗体。研究显示,HCV E2蛋白能够诱导机体产生中和抗体,主要靶目标是HVR1。HCV类似于其他RNA病毒,其复制酶缺少纠错功能,据报道每个位点核苷酸的突变率为10 -3~10 -4核苷酸位点/年。大量的间接证据表明,CHC患者积极的免疫选择导致了E2 HVR1的高突变,产生新的B细胞抗原表位,使得机体针对原HVR1产生的抗体失去识别和有效的中和能力,致使宿主不能产生保护性的体液免疫,如此循环,导致持续性感染。
除此之外,HCV基因组的突变可诱使病毒对PMBC的感染,病毒和HCV抗体的复合物可通过FC受体进入某些PMBC中,PMBC也可以通过吞噬作用从而受到HCV的感染。丙肝患者的体外淋巴细胞中能够检测到负链RNA。HCV感染者容易激发B细胞淋巴瘤,这些表明B细胞容易受到HCV的感染。PBMC是T细胞、B细胞、单核巨噬细胞、NK细胞的集合体,HCV侵犯PBMC发生免疫反应可引起机体紊乱,从而使PBMC得数量减少或者活性下降,免疫系统受到损害。
四、 HCV对细胞免疫应答的调节
HCV感染宿主后的特异性抗体反应出现较迟,产生的体液免疫应答并不能将其完全清除,即使出现了循环抗体,仍能观察到HCV的持续性感染。因此,在抵抗HCV感染的过程中,细胞介导的免疫应答起到重要的作用。研究表明,在HCV感染的早期,机体如能产生持久的细胞免疫应答,可有效控制其感染,反之HCV将不能被清除,易导致HCV感染的慢性化。目前为止,HCV介导的细胞免疫应答的作用机制仍不清楚,可能与HCV具有逃避机体的免疫识别、破坏宿主细胞免疫的能力有关。
1. 改变T淋巴细胞的识别表位
(1) 改变CTL细胞识别的表位:
目前报道的能特异性识别HCV的CTL表位有十几个,而高度保守的C蛋白和NS蛋白是CTL的重要靶位。CTL免疫反应在CHC患者体内长期存在,但是HCV并不能被完全清除,而且还造成了严重的肝组织免疫损伤,主要原因可能是HCV特异的CTL表位发生突变。在人类的HCV感染中,发现了抑制CTL识别的表位氨基酸类似体。Tsai等研究患者体内的HVR 1的一个10肽CTL表位,结果HCV感染恢复者该表位未出现变异,但在其余慢性感染的患者中,该表位出现了异常,变异的表位可拮抗迅速出现的特异性CTL反应,其机制可能是变异的表位发挥TCR拮抗剂的作用。由此得出,HCV在选择压力下发生CTL作用位点的突变,并通过变异表位对CTL作用进行拮抗,造成了HCV的持续感染,表位变异不是持续性感染的唯一原因,却可以通过其削弱T细胞抗病毒活性,实现免疫逃逸。但是机体在HCV蛋白中存在多个被CTL识别的表位,因而单个或几个表位并不足以引起病毒突变逃避免疫系统的监视,而即使是高突变的RNA病毒,多个CTL表位同时突变的可能性很小,但HCV感染仍呈慢性化趋势,因此这种突变在HCV持续感染发生与发展中的确切作用有待进一步研究。
(2) 改变Th细胞识别的表位:
研究发现,在机体免疫选择压力下,CHC患者体内的Th表位也存在变异,变异的表位不能刺激T细胞增生,针对该表位的Th细胞丧失了对特异性细胞和体液免疫的辅助和协调作用,可能通过拮抗TCR,抑制信号转导,可使HCV逃避宿主免疫的攻击。
2. CTL细胞免疫与HCV
在HCV早期感染的过程中,CTL能够直接杀死被感染的细胞,并且分泌较强的抗病毒细胞因子IFN-γ。研究发现,急性丙肝患者体内可产生较强的CTL反应,而CHC患者的CTL反应性弱,由于CTL的功能存在缺陷,如再刺激后增生能力下降、穿孔素分泌减少、细胞毒作用降低等,且只能识别有限的病毒表位,不足以清除受感染的细胞,这很可能是导致慢性化的原因。
Kantzanou等在HCV感染的患者中观察了较为保守的抗原表位(NS3aa 1073-81)应答水平,发现感染一旦成为慢性持续性,针对不易突变的抗原表位的CTL应答明显减弱。除此外,在体外细胞学实验中发现,核心蛋白能与T细胞补体的受体(C1qR)结合,抑制T细胞应答,抑制IL-2、IL-2受体的表达,从而能抑制CTL的产生。NS5B与其他的NS蛋白组成了膜相关的RNA复制复合体,下调包括MHC-I的细胞表面蛋白分子表达,受感染细胞表面MHC-I的减少也能抑制CTL清除受感染的细胞。
3. Th细胞免疫与HCV
Th细胞主要功能是:调控特异性抗体的产生、CTLs的激活和增生,在抗病毒免疫反应中起重要的作用。CHC可能是因为Th免疫反应较弱或者缺乏引起的。如果缺乏持续性的CD4 +T细胞的辅助,会引起CD8 +T细胞所识别的MHC-I限制表位的病毒抗原不断变异,抑制CTL的活性,导致持续性感染。在急性丙肝患者体内,Th1细胞占优势,IL-2、IFN-Γ等Th1型细胞因子分泌较多,促进细胞免疫,有利于病毒清除,但导致肝脏的炎症损害;而慢性HCV感染者为Th2型细胞反应为主,IL-4、IL-10等Th2型细胞因子分泌较多,Th1型细胞免疫应答低下,导致HCV长期持续感染。
4. 其他因素与HCV
近年来调控T细胞(Regulatory T cells,Tregs)被认为是T细胞免疫的重要调节因子。Tregs表面CD4、CD25呈阳性,无论在体内还是体外都能抑制T细胞的激活。Tregs可以通过控制炎症反应来限制肝脏的损伤,或者能抑制免疫反应促使感染持续性。近期有报道,Tregs能减弱HBV慢性感染患者体内的免疫反应。HCV慢性感染中,CD4 +T细胞的数量和功能也有明显变化,通过测定CD4 +T活化标志CD25的量和IFN-Γ的 分泌情况,发现在慢性HCV感染的患者中CD4 +T的数量明显减少且存在功能。