病原体的致病作用及免疫逃逸机制

二、病原体的致病作用及免疫逃逸机制

引起人类感染的病原体主要有病毒、细菌、真菌和寄生虫。病原体对宿主的致病作用包括侵袭力和毒性作用,其致病性的强弱程度则以毒力来衡量。病原体主要通过机械损伤、营养竞争、毒性作用、免疫损伤、致癌致畸等机制,造成对宿主的直接或间接病理损伤。

(一)病毒的致病作用及免疫逃逸机制

1.致病作用 病毒具有严格的胞内寄生性,其致病作用体现在两个方面:一是病毒对于宿主的侵袭能力,二是病毒对宿主细胞的危害性作用。病毒一般以病毒吸附蛋白与宿主细胞表面病毒受体相结合作为致病作用的起始,如人HIV-1的刺突gp120与人T细胞的CD4分子结合成为HIV 感染的开端。病毒对宿主细胞的损伤作用也可以分为直接与间接两方面。

(1)直接损伤作用有 ①溶细胞作用,病毒进入宿主机体可在细胞内繁殖,通过病毒复制干扰宿主细胞的蛋白合成,可导致宿主细胞直接溶解死亡;②致宿主细胞增生、转化,病毒产生的调节蛋白可使宿主原癌基因活化并高表达,导致宿主细胞转化;③细胞凋亡,病毒可启动宿主细胞的程序化死亡,引起宿主细胞凋亡;④细胞基因组DNA 改变,病毒感染细胞后,可将其核酸整合于宿主细胞基因组内,使宿主细胞遗传性状发生改变;⑤细胞膜改变,病毒感染宿主细胞引起细胞融合或编码病毒蛋白使宿主细胞膜出现新抗原。

(2)间接损伤作用 指病毒与机体免疫系统相互作用所造成的损害:①细胞毒损伤,感染病毒的宿主细胞受到自身免疫系统的攻击而引起免疫损伤;②病毒免疫复合物损伤,病毒抗原与抗体形成的免疫复合物引起Ⅲ型超敏反应;③继发免疫缺陷,病毒感染后可导致免疫系统功能暂时或永久性的缺失。

2.病毒的逃逸策略与机制 病毒采取的免疫逃逸策略种类多样,可针对抗病毒免疫效应机制的多个环节,具体如下。

(1)逃逸识别策略 ①抗原调变,病毒抗原调变发生频率极高,典型的例子是流感病毒的抗原转换(antigenic drift)。流感病毒包膜的血凝素和神经氨酸酶极易突变而形成新的病毒亚型,机体对原病毒亚型所产生的特异性免疫不能识别和抵抗新亚型感染。因此,每当流感病毒抗原变异出现一种新亚型,便可在人群中引起一次世界性大流行。同样,HIV 病毒的包膜糖蛋白gp120亦极易突变,成为HIV持续性感染的原因之一;乙肝病毒前C区启动子基因突变后,HBeAg不表达,可致使T细胞失去攻击靶标;②阻止MHC分子表达,人类腺病毒能通过下调MHCⅠ类分子的表达,干扰CD8+T细胞的抗原识别,从而逃逸Tc的免疫清除。腺病毒下调MHCⅠ类分子的机制是其能够合成一种整合膜蛋白,可与内质网中的MHCⅠ类分子结合,并阻止该分子转位到细胞膜表面。巨细胞病毒可产生与MHCⅠ类分子交联的蛋白,阻止TCR与MHCⅠ类分子结合;巨细胞病毒还可产生一种与Ii链竞争结合MHCⅡ类分子的蛋白,干扰MHCⅡ类分子的荷肽过程。疱疹病毒可以形成某种干扰肽与TAP结合,导致MHCⅠ类分子不能表达。HIV 的nef基因编码蛋白可将宿主细胞的网格蛋白与MHCⅠ类、Ⅱ类分子连接,导致MHC分子内化降解。人乳头瘤病毒、HIV 都可形成阻止内体酸化的蛋白,阻断抗原肽的形成;③干扰DC成熟,HTLV-1、HSV-1、牛痘病毒可阻断未成熟DC分化为成熟DC;痘病毒、麻疹病毒可促进DC凋亡;巨细胞病毒可诱导DC维持免疫耐受。

(2)逃逸杀灭策略 ①进入免疫赦免区,HSV-1可长期潜伏在三叉神经节和颈上神经节中,躲避机体免疫细胞的攻击;②阻断干扰素作用,EBV表达一种干扰素合成必须的生长因子受体,竞争结合生长因子,导致巨噬细胞不能合成干扰素。牛痘病毒、HCV 都可以合成对抗干扰素诱生的抗病毒蛋白的蛋白。HSV-8、腺病毒可产生模拟宿主转录因子的蛋白,竞争抑制干扰素激活的信号转导通路;③抑制NK激活,巨细胞病毒可合成与NK细胞杀伤抑制性受体结合的模拟MHCⅠ类分子模拟物,阻止NK 激活;④阻止抗体形成与效应,麻疹病毒可合成一种抑制B细胞活化的蛋白。HSV-1在宿主细胞表面表达病毒诱导的FcγR,结合抗病毒抗体,封阻ADCC与补体激活。

(3)免疫抑制策略 主要表现为病毒源性细胞因子的合成,如痘病毒可合成趋化性细胞因子类似物,结合趋化因子受体,阻断免疫细胞的趋化效应。EBV可合成IL-12类似物,竞争性抑制宿主IL-12活性,麻疹病毒亦可合成阻断IL-12合成的蛋白,IL-12则是Th1细胞分化的关键因子。

(二)细菌的致病作用及免疫逃逸机制

1.致病作用 细菌的致病力主要包括侵袭力和毒素作用。(https://www.daowen.com)

侵袭力:侵袭力(invasiveness)即致病菌突破宿主皮肤黏膜屏障,进入机体内定植、繁殖和扩散的能力。包括黏附素(革兰阴性菌的菌毛和革兰阳性菌的磷壁酸)对宿主上皮细胞的黏附作用;荚膜的抗吞噬和抗杀伤作用;以及细菌释放到胞外的侵袭性酶类物质对细胞和组织的溶解破坏作用。这些侵袭性物质可协助致病菌抗吞噬或向四周扩散。

毒素作用:细菌可通过产生毒性物质对宿主细胞造成直接损伤或引起炎症反应。毒性物质主要包括外毒素和内毒素。在细菌代谢过程中合成、分泌至菌体外的毒性蛋白为外毒素。外毒素毒性强,不同细菌的外毒素作用机制不一。内毒素是革兰阴性菌胞壁中的脂多糖(LPS)。脂质A是内毒素的主要毒性组分,不同细菌LPS的脂质A结构相同,故感染时引起的毒性作用相似,如发热、白细胞数增多,严重时引起内毒素血症、内毒素休克、DIC等。

2.胞外菌的逃逸策略与机制 胞外菌的免疫逃逸策略集中于杀灭逃逸,表现为:①抑制补体作用,肺炎链球菌荚膜中的唾液酸可抑制补体旁路途径激活;A 族溶血性链球菌M蛋白能结合H 因子,抑制补体旁路途径激活;明尼苏达沙门菌分泌porin蛋白可竞争结合C1q,阻断补体经典途径激活;铜绿假单胞菌分泌的弹性蛋白酶能灭活C3a、C5a等,使之丧失趋化与炎症介质作用;鼠疫耶尔森菌产生的胞浆素原活化因子能降解C3b与C5a,阻止调理与趋化作用;②抗吞噬作用,白喉杆菌外毒素能麻痹吞噬细胞,阻止其趋化移动;肺炎链球菌荚膜、链球菌M 蛋白、伤寒杆菌Vi抗原等均能抵抗吞噬细胞摄入;金黄色葡萄球菌分泌的凝固酶,可使宿主血浆中的纤维蛋白原转变为纤维蛋白,包绕菌体,抵抗吞噬。福氏志贺菌可诱导吞噬细胞凋亡;致病性葡萄球菌产生的杀白细胞素可损伤吞噬细胞;③灭活抗体作用,淋病奈瑟菌、脑膜炎奈瑟菌、流感嗜血杆菌、溶脲脲原体等能产生Ig A 蛋白酶,在铰链区切断sIg A。虽然sIg A Fab段仍可以结合细菌,但由于其失去了Fc段,也就失去了与补体和吞噬细胞的结合能力;而sIg A Fab段与细菌表位的结合,又遮蔽了可激活补体旁路途径和MBL途径的分子结构,并阻止特异性IgG对表位的识别,从而多机制阻碍对细菌的清除。金黄色葡萄球菌产生的A 蛋白(SPA)能与吞噬细胞竞争结合IgG Fc段,使其不能发挥调理作用;④抗原变异,介导黏附的淋球菌菌毛可发生高频变异,菌毛抗原的频繁转换不仅逃避特异性抗体的抑制黏附效应,还可使具有高毒力(即高黏附力)的菌株成为优势菌株,难以清除。回归热螺旋体在感染过程中,其外膜蛋白抗原的不断变异导致临床典型的回归热型,如不加干预,此种回归热将反复发作,直至体内拥有所有突变型的特异性抗体为止。

3.胞内菌的逃逸策略与机制 胞内菌采取的免疫逃逸策略通常也以逃逸杀灭为主:①抗杀灭作用,许多胞内菌为避免吞噬溶酶体的杀灭作用进化形成了相应的逃逸机制。普氏立克次体通过产生磷脂酶A破坏吞噬体膜而进入胞质进行增殖;李斯特菌能产生特殊的溶素(listeriolysin)分解吞噬体膜进入胞质,以免被溶酶体中各种杀菌物质破坏;嗜肺军闭菌通过与CR1/CR3结合进入吞噬细胞,可不引起呼吸爆发,避免ROI的杀伤;沙门菌能产生超氧化物歧化酶(SOD)等,清除O-2,避免被杀伤;嗜肺军团菌、伤寒沙门菌能阻止溶酶体与吞噬体融合,致使溶酶体中杀菌物质不能进入吞噬体而避免被杀伤。结核分枝杆菌则既能通过抑制吞噬体酸化,阻止吞噬体与溶酶体融合,也能产生SOD降解O-2。此外,许多胞内菌还以侵入非吞噬细胞的方式逃逸吞噬杀灭;②抗识别作用,针对T细胞需要经APC提呈方可完成抗原识别的免疫机制,胞内菌在此环节上亦形成相应逃逸机制。李斯特菌被巨噬细胞吞噬后,可抑制巨噬细胞加工抗原,阻止CD4+T细胞的识别。而在针对中和抗体的阻断作用上,胞内菌采取了宿主细胞间直接转移的策略,如李斯特菌可诱导宿主细胞形成伪足样结构的囊泡,使邻近细胞摄入这个含有细菌的伪足样囊泡,再经磷脂酶作用分解囊泡,完成细胞间的胞内菌转移,逃逸胞外转移时,可能发生的抗体中和作用。

(三)真菌的致病作用及免疫逃逸机制

1.致病作用 致病性真菌感染机体后,可在局部大量繁殖,通过机械性刺激和代谢产物引起局部炎症和病变。有些真菌可产生毒素,引起多种中毒症状或具有致癌作用,导致癌症发生。如黄曲霉毒素具有潜在的致肝癌作用,有些真菌孢子或菌丝经吸入、食入或接触后,还可引起机体产生超敏反应。

2.真菌的免疫逃逸策略 真菌采取的免疫逃逸策略因其类型及侵袭阶段而异:某些真菌可分泌阻断B细胞增殖、分化的抑制因子,从而抑制抗体产生,阻止补体结合;分泌抑制共刺激分子表达的抑制因子;诱导免疫偏离;激活Treg等。

(四)寄生虫的致病作用及免疫逃逸机制

1.致病作用 寄生虫对宿主的危害主要通过与宿主竞争营养物质、直接机械性损伤、分泌物、代谢物的化学损伤以及免疫性损伤引起宿主机体的病理变化。如蛔虫引起的肠梗阻;血吸虫毛蚴分泌物所致化学损伤造成的肉芽肿;疟原虫引起的溶血性损伤;某些寄生虫童虫移行所致的超敏反应等,均是寄生虫致病作用的表现。

2.原虫的逃逸策略与机制 原虫采取的免疫逃逸策略与病毒相似:①抗原调变,布氏锥虫和东非锥虫可发生程序性抗原突变,其编码主要表面抗原的可变表面糖蛋白(VSG)基因数量多达上百种,其基因的转换不受免疫压力影响,其自发的抗原转换,可逃避抗体的识别与攻击;②逃逸吞噬,刚地弓形虫可阻止巨噬细胞吞噬体与溶酶体的融合。克氏锥虫可在吞噬体与溶酶体前,裂解吞噬体逸入胞质。硕大利什曼原虫可抑制溶酶体内的呼吸爆发;③阻止补体效应,非洲锥虫可以产生一层厚衣壳抵抗补体的攻击。硕大利什曼原虫无鞭毛体也可通过表达一种修饰型的表面磷酸脂多糖(lipophosphoglycan,LPG)抑制补体攻膜复合体的插入;④免疫抑制,恶性疟原虫可诱导T细胞分泌IL-10,以降低MHCⅡ类分子的表达。并可经红细胞介导阻止巨噬细胞活化与DC 成熟。硕大利什曼原虫可形成封阻CR3、FcγR的蛋白,以阻止巨噬细胞产生IL-12。

蠕虫为多细胞无脊椎动物,借助肌肉的伸缩而蠕动,蠕虫在宿主体内生长成熟,在生活史周期中常有穿越组织器官的移行活动。蠕虫的免疫逃逸主要有逃逸抗识别作用、阻止补体效应、分泌诱导耐受的抗原物质及抑制因子等。