發(fā)布時(shí)間：2019-12-28所屬分類：醫(yī)學(xué)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要 流行性感冒病毒簡稱流感病毒, 可以引起禽、豬(Sus)等多種動物以及人的感染和發(fā)病, 是重要的人畜共患病病原. 近年來, 多種新型禽流感病毒的出現(xiàn)及其在世界范圍內(nèi)的流行, 導(dǎo)致人感染禽流感病例增加, 加劇了禽流感病毒的公共衛(wèi)生學(xué)危害. 流感病毒感染宿主
摘要 流行性感冒病毒簡稱流感病毒, 可以引起禽、豬(Sus)等多種動物以及人的感染和發(fā)病, 是重要的人畜共患病病原. 近年來, 多種新型禽流感病毒的出現(xiàn)及其在世界范圍內(nèi)的流行, 導(dǎo)致人感染禽流感病例增加, 加劇了禽流感病毒的公共衛(wèi)生學(xué)危害. 流感病毒感染宿主后, 除主要引起呼吸系統(tǒng)疾病外, 也可以導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)等相關(guān)病癥, 與疾病的預(yù)后密切相關(guān). 本文綜述了人流感病毒和禽流感病毒神經(jīng)嗜性的相關(guān)研究進(jìn)展, 從流感病毒相關(guān)性腦病的臨床特點(diǎn)、流感病毒入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng)的途徑, 以及發(fā)生神經(jīng)嗜性的分子機(jī)制等幾個方面來闡述流感病毒引發(fā)神經(jīng)嗜性的過程與機(jī)制, 以期加深對人和禽流感病毒神經(jīng)嗜性的認(rèn)識和理解.
關(guān)鍵詞 流感病毒, 神經(jīng)嗜性, 人, 禽
流行性感冒病毒(influenza virus)簡稱流感病毒, 屬于正黏病毒科(Orthomyxoviridae), 是一種有囊膜、分節(jié)段的單股負(fù)鏈RNA病毒. 根據(jù)核蛋白(nuclear protein, NP)及基質(zhì)蛋白(matrix protein, M)抗原性的差異, 可將流感病毒分為A, B, C和D四大類型. A型流感病毒可在禽類、哺乳動物及其他多種恒溫動物中廣泛流行, 宿主種類最多; B型流感病毒僅在人類中流行; C型流感病毒主要在人及豬群中流行; 而新發(fā)現(xiàn)的D型流感病毒主要感染豬和牛[1,2]. 其中A型流感病毒亞型眾多, 根據(jù)血凝素和神經(jīng)氨酸酶的不同, 可以將其分為 H1~H18和N1~N11, 其中H17N10及H18N11分別于 2009和2010年在食果蝙蝠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)[3,4]. 該型病毒的抗原性容易發(fā)生變異, 曾多次引起世界性大流行. 目前, 在人類歷史上可以追蹤到至少5次流感病毒大流行, 分別是1918年西班牙流感大流行、1957年H2N2亞洲流感大流行、1968年H3N2香港流感大流行、1977年 H1N1俄羅斯流感和2009年H1N1流感大流行[5]. 此外, 流感病毒每年不斷進(jìn)化, 產(chǎn)生新的抗原性毒株, 造成持續(xù)的流感病毒季節(jié)性流行. 2009年pH1N1流感病毒和H3N2亞型流感病毒是當(dāng)前主要流行的季節(jié)性流感病毒亞型(http://www.who.int/en/news-room/fact-sheets/ detail/influenza-(seasonal)). 值得注意的是, 自1997年首次報(bào)道禽流感病毒(avian influenza virus, AIV)感染人事件以來, 該病毒不斷突破種間屏障感染人類. 截至 2018年11月1日, 人感染H5N1亞型AIV病例確診860例, 其中454人死亡, 死亡率為53%; H7N9流感病毒自2013年爆發(fā)后, 截至2018年11月7日, 已引起1567人感染, 其中615人死亡, 患者死亡率超過39%(http://www.who. int/influenza/human_animal_interface). H9N2亞型AIV 也可以感染人, 血清學(xué)證據(jù)表明在被調(diào)查的人群中感染率可以達(dá)到33.5%[6]. 因此, A型流感病毒, 特別是 H1N1, H3N2亞型人流感病毒和H5, H7以及H9亞型 AIV對人類健康產(chǎn)生較大威脅.
神經(jīng)嗜性是指病毒入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng)后, 在神經(jīng)系統(tǒng)中有效復(fù)制, 并引起神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的能力[7]. 流感病毒感染宿主后, 主要引起呼吸系統(tǒng)疾病, 有時(shí)也會導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)外的疾病, 如中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)病癥[8,9], 導(dǎo)致病情加重, 預(yù)后不良. H1N1和H3N2亞型人流感病毒可引起嬰幼兒和孕婦的腦病, 增加了患者的死亡率[10,11]. 近些年, 對H5N1, H7N9以及H9N2等亞型 AIV感染人的病例進(jìn)行臨床特征調(diào)查發(fā)現(xiàn), 感染病例也會出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥, 常見腦炎、驚厥、瑞氏綜合征[12~14]. 本文在對人流感病毒神經(jīng)嗜性研究進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步增加了禽流感病毒的神經(jīng)嗜性相關(guān)研究進(jìn)展, 綜合闡述了不同流感病毒的神經(jīng)嗜性相關(guān)腦病的發(fā)病特點(diǎn)、發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制, 以期為流感病毒相關(guān)腦病的防治提供參考資料.
1 A型流感病毒的神經(jīng)嗜性及其引起的腦病
1.1 人流感病毒的神經(jīng)嗜性及其引起的腦病
人流感病毒感染引起人的急性腦病, 又稱流感相關(guān)性腦病(influenza associated encephalitis/encephalopathy, IAE), 是指在急性流感病毒感染過程中伴隨中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system, CNS)功能障礙的一種臨床綜合征, 其導(dǎo)致的病情輕重不一, 典型的臨床癥狀為急性高熱后突發(fā)驚厥, 患者會快速進(jìn)入昏迷期甚至死亡. 其中近1/4的病例發(fā)生對稱性雙側(cè)丘腦壞死, 稱之為急性壞死性腦病(acute necrotizing encephalopathy, ANE)[15,16]. 早在1918年西班牙流感大流行時(shí)期, 就發(fā)現(xiàn)嗜睡性腦炎與流感相關(guān). 1957年亞洲流感大流行后正式報(bào)道了IAE[17]. 患者初發(fā)癥狀為高熱, 之后在極短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)痙攣、意識障礙等神經(jīng)系統(tǒng)綜合征, 預(yù)后極其不良. 流感病毒感染機(jī)體后, 會導(dǎo)致不同程度的神經(jīng)病理損傷或者嚴(yán)重的腦炎. 流感病毒引起的腦炎在孕婦和嬰幼兒中最為常見, 嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致死亡. 1996~2000年, 流感病毒引起的大腦炎在日本廣泛流行, 每年有100~500個感染流感病毒的患者表現(xiàn)出大腦炎的癥狀[18]. 大部分患者年齡在5歲以下, 主要臨床癥狀表現(xiàn)為癲癇、意識喪失和昏迷等, 死亡率約為 30%[19].
除了日本, 流感病毒在其他國家和地區(qū)流行過程中也會引起大腦炎和CNS綜合征. 2009年pH1N1流感病毒爆發(fā)期間, 有很多CNS功能紊亂的病例報(bào)道, 引起了公眾的關(guān)注[20~23]. 患者常表現(xiàn)出輕微的意識喪失、精神錯亂或出現(xiàn)幻覺等臨床癥狀. 患病前, 他們大多性格良好且自制力強(qiáng). 但患病后, CNS綜合征導(dǎo)致患者的自殺率明顯提高. 這些患者都服用了奧司他韋進(jìn)行治療, 這一藥物的使用也有可能致使精神錯亂[24]. 病原學(xué)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn), 流感病毒曾在有中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷癥狀患者的腦脊液及大腦中被檢測到, 其中包括H1N1和H3N2亞型流感病毒[11,25,26]. 除此之外, 流感病毒入侵神經(jīng)系統(tǒng)后會導(dǎo)致帕金森綜合征和癲癇等嚴(yán)重的后遺癥[27,28].
流感病毒引起的發(fā)熱也會導(dǎo)致彌漫性腦水腫, 即急性腦病. 這類疾病在嬰幼兒中較常發(fā)生, 典型的臨床癥狀表現(xiàn)為急性高熱后突發(fā)驚厥、意識喪失、癲癇及顱內(nèi)壓增高等[29]. 急性腦病會導(dǎo)致患者長時(shí)間的意識喪失, 患者的昏迷指數(shù)小于等于13, 持續(xù)時(shí)間長于 24 h.
急性腦病的發(fā)生主要與流感病毒介導(dǎo)的過量細(xì)胞因子的表達(dá)有關(guān)[29]. 當(dāng)機(jī)體為流感病毒易感體質(zhì)時(shí)(如編碼細(xì)胞核膜蛋白、RAN結(jié)合蛋白2、線粒體酶和肉堿棕櫚酮轉(zhuǎn)移酶的基因發(fā)生突變), 流感病毒感染機(jī)體后則更容易引起急性壞死性腦病[30~32]. 大量促炎因子的分泌(TNF-α和IL-6)會導(dǎo)致大腦和其他組織血管內(nèi)皮損傷及實(shí)質(zhì)細(xì)胞調(diào)亡, 進(jìn)而破壞血腦屏障, 引起腦水腫和全身多器官損傷[27]. 血-腦屏障的破壞會導(dǎo)致炎性細(xì)胞、病毒和大量蛋白質(zhì)進(jìn)入腦脊液; 非甾體抗炎藥 (雙氯芬酸鈉和甲滅酸)的使用也會增加腦病患者的死亡率[29]. 除了上述較常見的腦病之外, 流感病毒感染機(jī)體還會引起其他腦病綜合征, 包括急性腦病伴隨雙側(cè)癲癇和遲發(fā)性擴(kuò)散(acute encephalopathy with biphasic seizures and late reduced diffusion, AESD)以及臨床輕微腦病伴隨可逆的夾肌損傷(clinically mild encephalitis/encephalopathy with a reversible splenial lesion, MERS)等, 同樣值得關(guān)注[33,34].
1.2 禽流感病毒的神經(jīng)嗜性及其引起的腦病
禽類在感染高致病性H5N1亞型AIV后, 會表現(xiàn)出明顯的神經(jīng)癥狀[35,36]. 研究發(fā)現(xiàn), 高致病性H5N1亞型 AIV感染雞后, 對血管內(nèi)皮細(xì)胞有很強(qiáng)的親和力, 可由血液傳送至不同組織的實(shí)質(zhì)細(xì)胞, 包括大腦的神經(jīng)細(xì)胞[37]. 雞和鴨感染高致病性H5N1亞型AIV后會表現(xiàn)出中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂、全身抖動、身體失去平衡和頭頸震顫等臨床癥狀[38,39], 鴿子感染高致病性H5N1亞型 AIV后會出現(xiàn)頭頸歪斜、眼球震顫和羽翼麻痹等癥狀[40]. 盡管目前還沒有禽類感染H7N9流感病毒出現(xiàn)神經(jīng)癥狀的相關(guān)報(bào)道, 但是有研究表明, 從感染H7N9的禽的大腦中可以檢測到較高滴度的流感病毒[41], 但是其有無神經(jīng)癥狀的出現(xiàn), 仍需進(jìn)一步調(diào)查.
近年來, 隨著禽流感病毒不斷地發(fā)生基因重排, 病毒已經(jīng)跨越了種間障礙, 獲得了感染哺乳動物的能力. H9N2, H5Nx和H7N9亞型AIV感染人的病例相繼被報(bào)道[14,42~44]. 除了這幾種亞型AIV外, H10N7亞型AIV也可以在哺乳動物體內(nèi)不斷適應(yīng)之后, 呈現(xiàn)廣泛的組織嗜性, 甚至突破血腦屏障感染哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)[45]. 對人感染H5N1亞型高致病性禽流感的臨床特征分析顯示, 在236例人感染禽流感病例中, 74例表現(xiàn)易激惹 (31.36%), 59例表現(xiàn)意識障礙(25%)的神經(jīng)癥狀[12]. 病原學(xué)數(shù)據(jù)證明, 在1997年香港發(fā)生人感染禽流感期間, 從第三個人感染病例中成功分離到了H5N1亞型AIV, 該分離株具有對小鼠(Mus musculus)的神經(jīng)毒性[46]. 此外, Pringproa等人[47]利用體外感染實(shí)驗(yàn)研究顯示, 人的神經(jīng)元細(xì)胞對H5N1亞型高致病性禽流感病毒非常敏感, 并且病毒感染后可顯著上調(diào)TNF-α的水平, 影響神經(jīng)細(xì)胞的增殖和分化. 可見, 禽流感病毒腦病既是病毒對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的直接侵襲, 同時(shí)也是細(xì)胞因子介導(dǎo)的反應(yīng). 此外, 對感染禽源H7N9病毒的6個病例的臨床分析顯示, 其中2例呈現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥[13]. 體外研究表明, 與2009年pH1N1病毒相比, H7N9亞型流感病毒更易感染星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元, 并能在其中有效轉(zhuǎn)錄和復(fù)制[44].
盡管禽流感病毒感染人導(dǎo)致的高死亡率引起了廣泛關(guān)注, 但是該病毒引起的神經(jīng)癥狀卻常常被忽視. 這種高死亡率可能與禽流感病毒的神經(jīng)嗜性密切相關(guān). 因此, 我們應(yīng)該對禽流感病毒的神經(jīng)嗜性給予高度重視, 并深入探討禽流感病毒和人流感病毒神經(jīng)嗜性的獲得以及對神經(jīng)中樞致病機(jī)制的異同, 以探究不同的防治措施.
2 流感病毒入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng)的途徑
與其他嗜神經(jīng)性病毒一樣, 具有神經(jīng)嗜性的流感病毒也可通過多種途徑入侵機(jī)體的中樞神經(jīng)系統(tǒng). 對流感病毒入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng)途徑的研究將有助于理解病毒的神經(jīng)嗜性機(jī)制以及開發(fā)特效的阻斷劑阻止流感病毒對機(jī)體中樞神經(jīng)系統(tǒng)的感染. 中樞神經(jīng)系統(tǒng)是由血腦屏障保護(hù)的機(jī)體特異性器官, 因此, 病毒需要穿越血腦屏障入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng). 目前認(rèn)為, 流感病毒可通過細(xì)胞和細(xì)胞間隙兩種方式穿越血腦屏障, 前者為直接感染血腦屏障組成細(xì)胞和跨細(xì)胞途徑, 后者為破壞內(nèi)皮細(xì)胞間緊密連接及“特洛伊木馬”途徑. 除了穿越血腦屏障外, 流感病毒還可以通過神經(jīng)途徑直接入侵機(jī)體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)(圖1).
2.1 流感病毒穿越血腦屏障的兩種途徑
血腦屏障位于血管和腦組織之間, 可以選擇性地阻止一些物質(zhì)由血液進(jìn)入大腦, 是血-腦、血-腦脊液和腦脊液-腦三種屏障的總稱. 電子顯微鏡下觀察血腦屏障的超微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn): 血腦屏障主要由腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞(brain microvascular endothelial cell, BMEC)及其細(xì)胞間的緊密連接、基膜、小膠質(zhì)細(xì)胞、周細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞圍成的神經(jīng)膠質(zhì)膜構(gòu)成[48,49]. 其中BMEC 是血腦屏障的主要結(jié)構(gòu), 它通過頂端面與血流接觸, 通過基底面與腦內(nèi)相通, BMEC之間的緊密連接可有效抑制細(xì)胞旁路途徑的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)[50]. 除此之外, 小膠質(zhì)細(xì)胞會在病原體刺激下釋放細(xì)胞因子, 來清除病原體; 周細(xì)胞可調(diào)控血管的形成及血管的完整性; 星形膠質(zhì)細(xì)胞通過分泌可溶性因子來促進(jìn)緊密連接及血腦屏障的完整性[50]. 這些結(jié)構(gòu)均可有效抑制病毒入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng).
血腦屏障可維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài), 限制血液中大多數(shù)病原體的入侵; 然而部分病毒可穿越血腦屏障侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng), 導(dǎo)致中樞神經(jīng)功能紊亂及炎性反應(yīng). 流感病毒穿越血腦屏障后通過表面蛋白與腦細(xì)胞表面蛋白相互作用, 介導(dǎo)了炎性因子的表達(dá)并促進(jìn)病毒在神經(jīng)元中的有效復(fù)制, 最終導(dǎo)致神經(jīng)元變性壞死, 引起驚厥、意識障礙等腦炎癥狀. 流感病毒主要通過細(xì)胞途徑和細(xì)胞間隙途徑穿越血腦屏障.
(1) 細(xì)胞途徑. BMEC是血腦屏障的主要結(jié)構(gòu), 對 BMEC的有效感染是病毒入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng)必經(jīng)之路之一[51]; 人多瘤病毒JC[52]和人嗜T細(xì)胞病毒1型[53]均可感染人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞(human brain microvascular endothelial cell, HBMEC), 并在HBMEC內(nèi)復(fù)制并釋放子代病毒, 造成神經(jīng)元變性與壞死, 然而流感病毒是否也會通過感染HBMEC入侵宿主的中樞神經(jīng)系統(tǒng)尚未見報(bào)道. 但是, 多項(xiàng)研究表明流感病毒可以感染小膠質(zhì)細(xì)胞、周細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞, 這些細(xì)胞也是血腦屏障的組成部分[44,47]. 因此, 流感病毒可以通過感染這些細(xì)胞穿越血腦屏障.
此外, 正常情況下血腦屏障是非滲透性的, 但存在多種特殊的跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)作用, 如內(nèi)吞與胞吞作用[50]. Verma等人[54]應(yīng)用體外血腦屏障模型, 發(fā)現(xiàn)西尼羅病毒可利用BMEC的巨胞飲作用, 在不破壞血腦屏障完整性的前提下可穿越血腦屏障. BMEC的巨胞飲作用作為該細(xì)胞的活動特性, 或許一定程度上也為流感病毒穿越血腦屏障、入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng)提供了有效的途徑.
(2) 細(xì)胞間隙途徑. BMEC間的緊密連接是維持血腦屏障結(jié)構(gòu)與功能完整性的基礎(chǔ), 可調(diào)控物質(zhì)運(yùn)輸并限制病原體通過細(xì)胞旁路途徑進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng). 緊密連接由連接黏附分子、封閉蛋白及閉合蛋白等多種跨膜蛋白組成, 通過緊密連接分子等固定附著在內(nèi)皮細(xì)胞上[49]. 流感病毒的感染會破壞緊密連接, 導(dǎo)致緊密連接的通透性増加, 使病毒可穿越血腦屏障入侵并感染中樞神經(jīng)系統(tǒng).
血腦屏障處細(xì)胞因子的表達(dá)與其效應(yīng)之間的平衡是錯綜復(fù)雜的. 通常情況下, 流感病毒特別是H5N1和 H7N9亞型AIV感染星形膠質(zhì)細(xì)胞可刺激促炎因子的釋放, 如IL-1β, IL-6, IFN-λ和TNFα[44,47]. 大量炎性因子的產(chǎn)生會導(dǎo)致緊密連接間的通透性增加, 一定程度上破壞了血腦屏障的完整性, 促進(jìn)流感病毒對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的入侵和感染. BMEC、周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞及白細(xì)胞等均可產(chǎn)生上述細(xì)胞因子. 不同細(xì)胞因子的作用機(jī)制各不相同, 對血腦屏障的影響也不同. 西尼羅病毒感染星形膠質(zhì)細(xì)胞時(shí)可產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶 (matrix metalloproteinase, MMP), MMP會通過直接降解緊密連接, 來破壞血腦屏障, 加速病毒對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的感染[55]; 而IFN-β則可穩(wěn)定緊密連接, 并激活 BMEC中的TAM(Tyro3, Ax1和Mertk)受體來協(xié)同干擾素的作用, 增強(qiáng)緊密連接的穩(wěn)定性, 從而維持血腦屏障的完整性[55].
此外, 病毒還可通過“特洛伊木馬”途徑入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng), 即感染白細(xì)胞后, 由白細(xì)胞攜帶穿越血腦屏障. 免疫缺陷病毒(包括猴免疫缺陷病毒和人類免疫缺陷病毒就可利用這一途徑, 由被感染的單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞攜帶穿越血腦屏障[55]. 有研究表明, H5N1亞型AIV可以利用樹突狀細(xì)胞作為“運(yùn)載工具”感染多個臟器, 包括腦, 其有可能就是利用“特洛伊木馬”途徑入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng)[56].
2.2 神經(jīng)途徑
除了通過細(xì)胞途徑和細(xì)胞間隙途徑穿越血腦屏障入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng)外, 流感病毒還可通過神經(jīng)通路直接入侵哺乳動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng). 在小鼠體內(nèi)的研究結(jié)果表明, 流感病毒既可通過鼻腔的嗅神經(jīng)和三叉神經(jīng)入侵小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)[44,57,58], 也可通過肺部的迷走神經(jīng)和交感神經(jīng)入侵小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)[46]. 在雪貂中, 高致病性H5N1亞型AIV能夠感染嗅神經(jīng)的鼻黏膜受體神經(jīng)元(olfactory receptor neurons, ORNs), ORNs上有一個通過篩狀板延伸到嗅球突觸球?qū)拥妮S突, 從這里傳播到嗅球, 感染嗅球中的軸突突觸和神經(jīng)細(xì)胞, 進(jìn)而傳播到中樞神經(jīng)系統(tǒng)[59]. 目前已有研究表明高致病性禽流感病毒能在軸突間進(jìn)行傳播[60,61], 對 ORNs的感染為H5N1亞型AIV入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng)提供了更直接的路徑[62]. 在人體內(nèi), 流感病毒也可利用神經(jīng)通路作為捷徑入侵機(jī)體中樞神經(jīng)系統(tǒng). 臨床上, 曾在一個免疫功能不全的兒童體內(nèi)發(fā)現(xiàn)季節(jié)性H3N2亞型流感病毒可通過嗅神經(jīng)通路入侵中樞神經(jīng)系統(tǒng)[63]. Simon等人[64]報(bào)道過一個病例, 發(fā)現(xiàn)健康男子在感染流感病毒后, 并未出現(xiàn)任何呼吸系統(tǒng)疾病相關(guān)癥狀, 但表現(xiàn)出致死性腦炎的癥狀, 對病毒的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn), 可以在病人的鼻洗液和腦組織中檢測到病毒, 而在肺部和腦脊液中均未檢測到病毒的存在. 除此之外, 臨床上還有兩例有高致病性H5N1亞型AIV傳播到中樞神經(jīng)系統(tǒng)但是并沒有引起嚴(yán)重呼吸道疾病的病例報(bào)告(2 個兒童有嚴(yán)重的腦膜炎但是沒有呼吸系統(tǒng)疾病), 證明流感病毒可通過神經(jīng)通路傳導(dǎo)到中樞神經(jīng)系統(tǒng)[65].
由此可見, 流感病毒可以通過多種途徑入侵宿主的中樞神經(jīng)系統(tǒng). 然而, 人流感病毒和禽流感病毒是否依賴相同的感染途徑尚未可知, 目前研究表明禽流感病毒偏向利用神經(jīng)途徑入侵宿主的中樞神經(jīng)系統(tǒng), 其具體的原因有待探究. 但是, 近些年禽流感病毒組織嗜性的增強(qiáng)更易造成宿主出現(xiàn)病毒血癥, 這或許增加了禽流感病毒對宿主中樞神經(jīng)系統(tǒng)的威脅. 因此, 應(yīng)對極易造成病毒血癥的禽流感病毒給予重視.
3 影響流感病毒神經(jīng)嗜性的關(guān)鍵因素
3.1 病毒關(guān)鍵基因片段及毒力位點(diǎn)
小鼠常被作為哺乳動物模型, 研究流感病毒對神經(jīng)系統(tǒng)的入侵途徑及影響神經(jīng)嗜性的分子機(jī)制等. 與流感病毒感染呼吸系統(tǒng)的分子機(jī)制研究相比, 流感病毒神經(jīng)嗜性機(jī)制研究相對薄弱. 但根據(jù)有限的報(bào)道, 可以發(fā)現(xiàn)流感病毒的血凝素基因(HA)、神經(jīng)氨酸酶基因(NA)、基質(zhì)蛋白基因(M)以及非結(jié)構(gòu)蛋白(NS)片段在其神經(jīng)嗜性中發(fā)揮著重要的作用. 除了這幾個片段外, 聚合酶PB2基因及其編碼蛋白對禽流感病毒的神經(jīng)嗜性可能起到關(guān)鍵作用(表1).
(1) HA的作用. 流感病毒的HA基因, 編碼病毒的表面蛋白血凝素. HA蛋白介導(dǎo)流感病毒對宿主細(xì)胞唾液酸受體的吸附, 是流感病毒感染宿主細(xì)胞的第一步. 在病毒復(fù)制過程中, HA的mRNA被翻譯成HA0, HA0 被水解為HA1和HA2的過程中會引起位于HA2-N末端的“融合肽(fusion peptide)”的產(chǎn)生. 正常情況下, 融合肽呈環(huán)狀[77], 當(dāng)HA處于酸性條件下時(shí), 其環(huán)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成螺旋結(jié)構(gòu), 導(dǎo)致融合蛋白上升并插入胞內(nèi)體膜中, 完成膜融合過程[78]. HA蛋白的裂解活性決定著流感病毒的感染性[79]. Nakajima等人[80]在體外神經(jīng)元中最早證明了HA的裂解對流感病毒神經(jīng)嗜性的獲得具有重要作用, 研究發(fā)現(xiàn)流感病毒的HA在不同的細(xì)胞類型中具有不同的裂解活性, HA的高裂解活性使得病毒能夠在部分神經(jīng)細(xì)胞中有效復(fù)制, 有利于子代病毒粒子的組裝. Zhang等人[66]報(bào)道了H5N1 HA裂解位點(diǎn)處325位 (P6位)絲氨酸增強(qiáng)了病毒HA的裂解活性, 使得流感病毒獲得了對小鼠的神經(jīng)毒性. HA多堿性氨基酸裂解位點(diǎn)的存在也貢獻(xiàn)了流感病毒對雪貂的神經(jīng)嗜性[67]. 在 WSN/H1N1病毒中, 當(dāng)把HA裂解位點(diǎn)P2位的酪氨酸 (328Y)替換為H1亞型上常見的絲氨酸后, 病毒在小鼠腦中的復(fù)制能力顯著降低, 說明328Y對WSN/H1N1病毒的神經(jīng)嗜性至關(guān)重要[68]. 值得注意的是, 當(dāng)人為地在季節(jié)性H3N2病毒中引入多堿性氨基酸裂解位點(diǎn), 病毒仍舊無法獲得在哺乳動物體內(nèi)的神經(jīng)嗜性, 證明多堿性氨基酸裂解位點(diǎn)對于流感病毒的神經(jīng)嗜性是必要不充分條件[67]. 其次, HA受體結(jié)合位點(diǎn)也對流感病毒的神經(jīng)嗜性十分重要. Yen等人[56]發(fā)現(xiàn)A/Vietnam/ 1203/04(H5N1)引入HA-S227N和158位去糖基化后, 病毒在腦中的復(fù)制滴度明顯下降, 感染病毒的小鼠的神經(jīng)癥狀消失, 表明了受體結(jié)合區(qū)域在這一過程中的重要作用.
(2) NA的作用. 神經(jīng)氨酸酶基因(NA)編碼病毒的另一個表面蛋白, 具有酶活性糖基化的神經(jīng)氨酸酶, 能催化唾液酸末端殘基和鄰近糖鏈上的殘基之間酮苷鍵的裂解, 促進(jìn)子代病毒粒子的出芽[81]. 神經(jīng)氨酸酶被認(rèn)為是決定WSN/H1N1病毒神經(jīng)嗜性的另一關(guān)鍵基因片段, NA-C末端具有結(jié)合纖溶蛋白酶原的能力, 146 位糖基化位點(diǎn)的缺失可增加NA結(jié)合纖溶蛋白酶原的能力, 并將纖溶蛋白酶原轉(zhuǎn)化成纖溶蛋白酶, 促進(jìn)HA 的裂解, 從而使病毒對小鼠具有神經(jīng)毒性[69]. 具有神經(jīng)嗜性的H10N7鼠適應(yīng)性毒株的NA基因也出現(xiàn)兩個關(guān)鍵的氨基酸變異, K110E和S453I. 其中K110E的突變顯著增強(qiáng)了病毒的神經(jīng)氨酸酶活性, 雖然單獨(dú)的 K110E突變并不能引起病毒對哺乳動物的神經(jīng)嗜性, 但當(dāng)其與PB2上的位點(diǎn)協(xié)同突變時(shí), 可以導(dǎo)致病毒對小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)的感染[45]. 此外, Maurizi[82]認(rèn)為 1918年流感大流行引起的高死亡率主要是由于病毒對人的神經(jīng)毒性, 其中病毒神經(jīng)氨酸酶的種類對流感病毒的神經(jīng)毒性起關(guān)鍵作用, 然而該研究并沒有給出具體的實(shí)驗(yàn)證據(jù). 神經(jīng)氨酸酶對流感病毒神經(jīng)嗜性的獲得究竟如何作用, 仍需要進(jìn)一步探究.
(3) M和NS的作用. 流感病毒的M和NS基因均可編碼兩種病毒蛋白, 分別為M1, M2, NS1和NS2. M1蛋白的解離促進(jìn)了病毒vRNP的入核; M1蛋白決定了流感病毒的復(fù)制速率[83]. NS1和NS2蛋白作為流感病毒的兩個非結(jié)構(gòu)蛋白, 在流感病毒抵御宿主先天免疫過程中發(fā)揮重要作用[84], 此外, NS2蛋白也能夠與M1蛋白直接互作, 參與子代病毒粒子的組裝過程[85]. M和 NS基因似乎也一定程度上決定了流感病毒的神經(jīng)嗜性. 有研究報(bào)道, M141位的纈氨酸和139位的丙氨酸對 WSN/H1N1病毒神經(jīng)嗜性的獲得起決定作用, 但是其具體作用機(jī)制仍不清楚[70]. 此外, 流感病毒復(fù)制過程中, 非結(jié)構(gòu)蛋白NS1和NS2的相對含量也影響著病毒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄水平, 甚至也決定了病毒的神經(jīng)嗜性. 研究表明, 不具有神經(jīng)嗜性的A/WS/33(H1N1)病毒的 NS1的表達(dá)低于NS2的表達(dá)水平; 相反, 具有神經(jīng)嗜性的WSN/H1N1病毒NS1的表達(dá)量顯著高于NS2[71], 暗示NS1蛋白的高表達(dá)或許在流感病毒神經(jīng)嗜性的獲得中起到重要作用.
(4) 其他基因的作用. 除此之外, 許多研究表明, 流感病毒的其他內(nèi)部基因也對其神經(jīng)嗜性的獲得具有重要作用. 尤其是禽流感病毒PB2 E627K變異可通過提高病毒在哺乳動物細(xì)胞中的聚合酶活性, 影響H5N1 禽流感病毒對哺乳動物的神經(jīng)毒性[72]. 并且, Lin等人[73]報(bào)道稱引入2009 pH1N1 PB2基因的H5N1亞型 AIV獲得了對小鼠的神經(jīng)毒性, 可見, 流感病毒基因片段之間的不斷重排也是流感病毒獲得神經(jīng)嗜性的重要原因. 此外, Zhang等人[45]報(bào)道了H10N7鼠適應(yīng)性毒株的PB2 E158G和M631L也可影響H10N7亞型禽流感病毒的神經(jīng)嗜性.
由此可見, 流感病毒HA, NA, PB2, M和NS基因?qū)ζ渖窠?jīng)嗜性均有重要貢獻(xiàn). 在這些基因中, 它們對人流感病毒和禽流感病毒的貢獻(xiàn)各不相同. 多項(xiàng)研究表明, 與其他片段相比, 聚合酶基因在禽流感病毒神經(jīng)嗜性的獲得中似乎起著更重要的作用. 可見, 更多的神經(jīng)嗜性機(jī)制研究將有利于更全面認(rèn)識流感病毒各基因?qū)α鞲胁《旧窠?jīng)嗜性的影響.
相關(guān)論文推薦：A型流感病毒及其M1蛋白概述
摘要：A型流感病毒是一種流行廣泛且死亡率很高的病毒，對人類及動物都造成了極大的影響。M1蛋白作為維持A型流感病毒基本形態(tài)的蛋白，在其生命周期中起著重要作用，但其具體結(jié)構(gòu)和功能仍有待探討。對A型流感病毒的基本分子生物學(xué)特性進(jìn)行了綜述，并對其基質(zhì)蛋白M1的生物學(xué)特性、功能和結(jié)構(gòu)做了闡述。
