儿童腺病毒肺炎免疫学发病机制研究进展

赖小雪 邹映雪

天津市儿童医院（天津大学儿童医院）马场院区呼吸科

赖小雪现在赣州市妇幼保健院

国际儿科学杂志, 2022,49(5) : 343-347.

《国际儿科学杂志》创刊于1974年，由国家卫生健康委员会主管，是中华医学会系列杂志。

摘要

人腺病毒肺炎(简称腺病毒肺炎)是儿童社区获得性肺炎的重要类型之一。重症易发生于婴幼儿或免疫功能受损者，可导致急性肺损伤及肺部后遗症。严重感染时，炎症细胞和细胞因子反应的显著失衡引起组织损伤。该文就人腺病毒的分类、结构、感染受体及腺病毒肺炎的免疫学发病机制进行阐述。

Progress on immunological pathogenesis of adenovirus pneumonia in children

Abstract

Human adenovirus pneumonia(adenovirus pneumonia for short)is one of the important types of community-acquired pneumonia in children.Severe pneumonia can easily occur in infants or patients with impaired immune function, which can lead to acute lung injury and pulmonary sequelae.In severe infection, the significant imbalance between inflammatory cells and cytokines leads to tissue damage.In this paper, the classification, structure, infection receptor of human adenovirus and the immunological pathogenesis of adenovirus pneumonia are described.

人腺病毒(human adenovirus，HAdV)引起的肺炎约占儿童社区获得性肺炎的3.5%~11%，约占婴幼儿重症肺炎的19.3%[1,2]。腺病毒肺炎常发生于6月龄至5岁儿童，特别是2岁以下婴幼儿，14%~60%重症患儿遗留有不同程度的肺部后遗症[3]。近年来，国内由HAdV引起的呼吸道感染发病率有所回升，部分地区暴发流行[4]。对儿童的生命健康造成了严重威胁，应引起足够重视。腺病毒肺炎的发病机制尚未完全阐明，目前认为HAdV引起的肺内外损伤与病毒本身的致病作用及机体免疫功能紊乱有关。

1　HAdV概述

1.1　HAdV的分类

HAdV属于腺病毒科哺乳动物腺病毒属，目前已发现104个基因型(截止2021年4月，http：//hadvwg.gmu.edu/)。根据基因、化学及生物学特性可分为A~G共7个亚属。不同型别HAdV组织嗜性不同，能引起人类呼吸道、消化道、泌尿道和眼部等感染，导致不同的疾病[5]。与呼吸道感染相关的主要有B亚属(HAdV3、7、11、14、21、55)，C亚属(HAdV1、2、5)和E亚属(HAdV4)[6]。HAdV3和HAdV7为引起儿童腺病毒肺炎的主要型别，HAdV7更易引起重症和死亡[7]。

1.2　HAdV的结构

HAdV为无包膜的双链DNA病毒，由衣壳和病毒核心两部分组成。衣壳由252个壳粒组成独特的二十面体结构，直径约90 nm，其中非顶点壳粒240个，为六邻体蛋白(Hexon)，顶点壳粒12个，为五邻体蛋白(Penton)，每个五邻体上连接着纤突蛋白(Fiber)[8]。六邻体有4个环状结构即Loop1~Loop4，其中Loop1、Loop2包含主要的血清中和抗原表位，存在7个高变区，可能发生突变造成免疫逃逸[9]。除了F亚属，其他HAdV五邻体均有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)基序，涉及病毒的内化过程。纤突蛋白分为尾区、轴区和结节区3个区域。尾区将纤突蛋白锚定于五邻体基底，轴区长度在每个亚属间有显著差异，结节区是细胞受体结合区域，其抗原表位具有血清特异性。三种主要衣壳蛋白的差异在一定程度上决定了不同血清型进入宿主细胞的途径和免疫学特性。此外，构成衣壳的蛋白还包括Ⅲa、Ⅵ、Ⅷ和Ⅸ。衣壳内包裹着病毒DNA和相关的核心蛋白，基因组的长度约为36 kb，分为早期区(E)、间期区(I)和晚期区(L)。早期转录基因(E1~E4)表达功能蛋白，调节HAdV的复制和宿主免疫反应，间期包括影响六邻体相互作用的转录基因Ⅸ和参与病毒组装的Ⅳa2，晚期转录基因(L1~L5)表达结构蛋白，参与成熟病毒颗粒的产生[10]。

1.3　HAdV感染受体

细胞表面受体介导病毒与细胞的接触，并触发细胞信号传导。柯萨奇-腺病毒受体(Coxsackic-adenovirus receptor，CAR)为跨膜糖蛋白，存在于极化上皮细胞的紧密连接和黏着连接中，与除B亚属外的所有HAdV纤突结节区相互作用，介导病毒附着[10]。CAR在许多器官中表达，包括肺部、肠道、心脏、大脑、肝和肾等，其表达水平在体内是可调节的，表达越多提示越容易感染[11]。HAdV感染的气道上皮细胞生产并释放大量的游离纤突蛋白，与细胞间CAR结合，中断细胞间黏附，促进更多的病毒体从感染部位顶端面释放[12]。D亚属的8、19、37型使用唾液酸受体，C亚属也可以硫酸乙酰肝素、主要组织相容性复合物Ⅰα2(major histocompatibility complex class Ⅰα2，MHC Ⅰα2)等作为黏附受体[13]。B亚属主要利用CD46和桥粒芯糖蛋白2作为感染受体，也可与树突状细胞和成熟B细胞表面表达的相关免疫分子CD80或CD86结合[12]。受体类型和表达数量的不同可能是不同型别HAdV组织嗜性不同的主要原因。低亲和力、高亲和力的结合允许病毒使用多个受体，这取决于受体的可用性，并扩大了病毒的趋向性[10]。整合素是HAdV入侵细胞表面的次级受体，有αvβ3和αvβ5等，与五邻体的RGD基序结合，介导病毒的内化[13]。内化进入宿主细胞的具体过程为：五邻体基底与整合素结合引起五邻体和纤突在细胞表面释放，暴露衣壳蛋白Ⅵ，触发网格蛋白介导的内吞作用；病毒被运送到胞内体，内体酸化等诱因触发蛋白Ⅵ等衣壳蛋白的脱落，溶解胞内体膜，病毒逃逸到细胞质；病毒通过动力蛋白沿微管转运到核孔复合体，激活脱壳程序使衣壳解体；部分病毒DNA进入核内复制，而多达50%~90%的病毒DNA留在细胞质中[8,14,15]。

2　固有免疫

2.1　固有免疫屏障

气道黏液和纤毛组成黏液-纤毛清除系统，是呼吸系统防御屏障的重要组成部分。黏液上层为凝胶层，发挥防御功能，可吸附尘埃、病原微生物等，且含免疫球蛋白、防御素、溶菌酶等，具有免疫杀菌作用；下层为溶胶层，发挥清除功能，提供纤毛有效摆动空间，通过纤毛的定向摆动将气道中的黏液及吸附的病原体推送到口咽部排出[16,17]。

黏液中的表面活性蛋白(surfactant protein，SP)主要由肺泡Ⅱ型上皮细胞和气道克拉拉细胞分泌，其中SP-A、SP-D可刺激吞噬细胞，促进对病毒的摄取，还可调节细胞因子等抑制过度免疫炎症反应，避免组织损伤，参与肺的免疫防御[18]。Harrod等[19]发现SP-A缺陷型小鼠较正常小鼠更易于感染腺病毒，补充SP-A可以增强病毒清除率并抑制肺部炎症。

2.2　固有免疫细胞

上皮细胞为呼吸道病原体的初始接触点，是HAdV复制的主要部位。上皮细胞一方面作为感染的免疫屏障，另一方面与病原体接触后释放趋化因子和细胞因子至黏膜下层，募集并激活炎症细胞，包括巨噬细胞及中性粒细胞，从而有助于初步防御[20]。Wu等[21]研究表明，HAdV-7感染可刺激肺泡上皮细胞在感染后8 h释放中性粒细胞趋化因子IL-8，在感染后24 h单核细胞和淋巴细胞趋化因子干扰素诱导蛋白-10(interferon-inducible protein 10，IP-10)可诱导30倍以上。

巨噬细胞在清除HAdV和协调早期炎症反应中发挥主要作用。在小鼠模型研究中，HAdV通过气管滴注给药后在肺泡巨噬细胞内迅速积累，感染后30 min，肺泡巨噬细胞首先表达肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和IL-6的mRNA，明确了肺泡巨噬细胞的吞噬清除作用及作为最初细胞因子信号的来源[15]。HAdV感染免疫细胞途径有所不同，通过六邻体与肺泡巨噬细胞表面的清道夫受体A6结合进入宿主细胞[22]。HAdV进入巨噬细胞触发促炎细胞因子和趋化因子的产生。HAdV-7能诱导肺泡巨噬细胞产生IP-10、巨噬细胞炎性蛋白(macrophage mflammatory protein，MIP)-1α/β，MIP-1α/β可能参与单核细胞和淋巴细胞的浸润[21]。腺病毒肺炎的病理特征为早期中性粒细胞间质浸润，随后单核细胞增多，后期则主要为淋巴细胞浸润，可能与IL-8、IP-10及MIP-1α/β的释放时间相关[23]。HAdV与αvβ3结合以及胞膜破裂，激活IL-1α/IL-1R1促炎级联反应，表达CXCL1和CXCL2趋化因子，募集多形核中性粒细胞到感染部位，清除病毒感染的巨噬细胞[24]。

随着HAdV进入宿主细胞，病毒DNA在胞内释放，细胞需要传感器来区分自体与非自体核酸。传感器是具有与DNA结合的受体功能的蛋白质，在DNA暴露后诱导干扰素(interferon，IFN)或炎性细胞因子[14]。HAdV进入宿主细胞后，分布在浆细胞样树突状细胞内的Toll样受体-9对HAdV未甲基化的CpG DNA进行识别，髓样分化因子88，扩增炎症信号，激活核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)，诱导细胞因子如IL-6、IL-8、TNF-α等的转录及表达[6,25]。研究显示Toll样受体-9感知HAdV双链DNA，启动NF-κB介导的信号通路、胞膜破裂及组织蛋白酶B的释放可诱导激活核苷酸结合寡聚结构域样受体3(NOD-like receptor family pyrin domain-containing 3，NLRP3)炎症小体[26]。NLRP3炎症小体被激活，使pro-caspase-1水解活化成促炎蛋白caspase-1，caspase-1将pro-IL-1β、pro-IL-18转化为成熟的IL-1β、IL-18，并分泌到胞外诱导炎症反应，导致促炎因子高迁移率族蛋白B1的释放[26]。高迁移率族蛋白B1在细胞内参与DNA复制、转录，间接促进病毒复制，在细胞外与免疫细胞和上皮细胞表面的Toll样受体及晚期糖基化终产物受体结合，激活NF-κB，导致大量促炎细胞因子的表达和释放，促进炎症反应[27]。除了Toll样受体和与炎症小体相关的DNA感应外，目前发现的与HAdV相关的胞质DNA传感器有DDX41和cGAS。DDX41和cGAS与衔接蛋白STING结合，促进炎性细胞因子及INF的释放[14]。

细胞核中也存在区分病毒DNA和细胞DNA的机制。HAdV DNA在细胞核中复制并产生大量的dsDNA末端，可被MRE11/RAD50/NBS1(MRN)复合物检测到，MRN复合物与双链DNA末端结合并激活细胞DNA损伤应答机制，选择性地阻止病毒DNA的复制，但不会导致细胞DNA复制停滞[28]。

2.3　固有免疫分子

中性粒细胞释放的α-防御素具有直接抗HAdV活性。研究表明α-防御素通过与HAdV的主要衣壳蛋白结合，稳定病毒衣壳，阻止内部衣壳蛋白Ⅵ的释放以及HAdV颗粒从内吞囊泡的释放，导致病毒体在早期内体和溶酶体中积累，无法到达核膜暴露病毒基因组，阻断HAdV感染[29]。防御素能被多种细胞因子上调，如IL-1β，同时也能诱导细胞因子的产生，如IL-6、IL-8[20]。

病毒进入血液后，宿主检测HAdV与血液因子的相互作用，激活免疫系统。凝血因子与HAdV六邻体结合，通过Toll样受体/NF-κB途径触发固有免疫的激活[30]。补体系统主要感知HAdV对细胞的作用，而不是病毒本身，HAdV诱导的细胞损伤和细胞死亡发出的内源性危险信号如胞膜破裂和染色质暴露是激活补体的重要信号[31]。C3是血液中最多的补体，病毒感染时C3裂解为C3a、C3b。其中C3a将炎症细胞募集到感染部位，介导炎症反应，帮助清除病原体；C3b具有调理作用，与入侵病毒结合诱导巨噬细胞活化，促进对病原体的清除[7]。天然免疫球蛋白M是固有免疫系统中识别病原体的重要组成部分，在抗原特异性免疫球蛋白G产生之前发挥作用，激活补体，增加巨噬细胞的清除能力[32]。

3　适应性免疫

适应性免疫包括体液免疫及细胞免疫，在消除病原体方面起着关键作用。细胞免疫主要为T细胞介导，体液免疫主要为B细胞介导。病毒衣壳蛋白五邻体、六邻体和纤突可激活树突状细胞，树突状细胞对HAdV的抗原提呈可有效刺激T细胞活化，诱导适应性免疫[20]。

CD4+T细胞在免疫应答中起主要作用。CD4+T细胞通过MHC-Ⅱ类分子识别HAdV六邻体蛋白，增值分化成Th1、Th2细胞。Th1细胞可分泌IL-2 、IFN-γ和TNF-β等，增强吞噬细胞介导的抗感染免疫，促进炎症反应，主要参与细胞免疫应答；Th2细胞可分泌IL-4、IL-5、IL-6及IL-10等，促进B细胞增殖分化及抗体生成，主要参与体液免疫应答。CD8+T细胞通过MHC-Ⅰ类分子呈递病毒特异性多肽后识别感染的细胞，刺激分化成细胞毒性T细胞(cytotoxic T lymphocyte，CTL)，通过释放穿孔素和颗粒酶或通过Fas-FasL信号通路之间的相互作用诱导细胞凋亡，还可促进气道局部炎性细胞因子的产生，有助于病毒的清除[33,34]。研究显示，重症腺病毒肺炎患儿CD4+T细胞、CD8+T细胞及CD4+/CD8+均下降，提示机体细胞免疫功能抑制[6,34]。

B细胞分化并分泌抗体，抗体中和并阻止HAdV进入宿主细胞。然而部分情况下，病毒可以与抗体结合形成抗体-病毒复合物，与宿主细胞表面的Fc受体结合，通过吞噬作用内化到细胞内，增强其对宿主细胞的感染[35]。三基序蛋白21(tripartite-motif protein 21，TRIM21)是一种具有超高亲和力的胞质抗体受体，被募集到抗体结合的病毒上，与宿主含有缬氨酸的AAA-ATP酶作用，将病毒-抗体复合物呈递至蛋白酶体进行降解，阻断感染，被称为抗体依赖的细胞内中和[36]。TRIM21还通过NF-κB、激活蛋白-1和干扰素调节因子刺激干扰素应答[14]。

4　细胞因子

细胞因子是由活化的免疫细胞或非免疫细胞产生的，在介导炎症反应、调节免疫应答等多方面发挥作用，是参与固有免疫及适应性免疫应答的重要效应和调节因子。严重感染时，机体产生过量的细胞因子，高水平的细胞因子可以诱导细胞损伤和介导破坏性的组织炎症[37]。严重的HAdV感染与炎症细胞和细胞因子反应的显著失衡有关[23]。

IFN分为Ⅰ型IFN(包括IFN-α、IFN-β)和Ⅱ型IFN(IFN-γ)。Ⅰ型IFN是由感染病毒的细胞分泌，主要诱因是感知胞质中的病毒DNA[24]。Ⅰ型IFN在HAdV的先天免疫中起重要作用，其信号在感染部位周围尚未感染的细胞中介导抗病毒机制的激活[38]。IFN-γ由活化的T细胞和自然杀伤(natural killer，NK)细胞产生，可激活CTL杀伤活性及巨噬细胞吞噬和释放TNF-α的功能，可促进Th1细胞的转化，促进多种细胞表达MHCⅠ和Ⅱ类分子，增强抗原提呈作用[11]。

TNF-α主要由活化的单核细胞和巨噬细胞产生，为早期报警反应细胞因子。TNF-α能活化NK细胞，诱导肺泡巨噬细胞、上皮细胞等产生趋化因子如IL-8趋化激活中性粒细胞，诱导病毒感染的细胞凋亡，还可诱发其他炎性介质的释放，与其他细胞因子协同作用，加重炎症反应，引起组织损伤[34]。

IL-6主要由单核巨噬细胞和活化的T细胞产生。IL-6可以诱导T细胞分化成CTL，进而加强其他炎性因子的释放，促进炎症发生；促进B细胞分化和产生抗体；在肝细胞中诱导产生急性时相蛋白[34]。IL-6是导致细胞因子风暴形成的主要致炎因子之一[37]。

有研究显示，HAdV-7与HAdV-3感染相比，具有更高的复制能力，可导致组织的巨大损伤，肺泡灌洗液中巨噬细胞数量明显增加，同时伴随促炎细胞因子的增加，导致了更严重的气道炎症[7,37]。

5　免疫逃逸机制

HAdV已经进化出由病毒编码的蛋白质，这些蛋白质控制细胞死亡，并抑制许多促炎反应和抗病毒作用，逃避宿主的免疫防御。

E1A基因在感染后早期表达，有助于调控细胞周期，促进病毒复制，参与其他病毒基因的有效表达，抑制NF-κB依赖性转录，进一步抑制病毒进入早期炎症反应[38,39]。

E1B基因中E1B-19K和E1B-55K的产物共同抑制E1A诱导的细胞凋亡，E1B-55K还抑制IFN诱导的基因表达，减少肺部炎症和相关的细胞因子产生[39]。E1B-55K与E4基因表达的E4ORF3作用，使MRN复合物失活，阻止了DNA损伤反应的激活，增加了病毒的复制[28]。

E3基因中E3-gp19K干扰MHC Ⅰ类分子和NK细胞受体的表达，减少细胞毒性T细胞对感染细胞的攻击。E3-14.7K、E3-10.4K、E3-14.5K和E3-6.7K共同作用于阻断肿瘤坏死因子诱导的凋亡，并在抑制NF-κB依赖的炎症反应中发挥作用[39]。腺病毒死亡蛋白(adenovirus death protein，ADP)由E3基因编码，在感染后期表达丰富，ADP在子代病毒产生后加速受感染细胞的裂解和死亡，促进病毒体的释放和传播，导致宿主炎症反应[40]。

E4基因表达的蛋白质对宿主细胞代谢具有显著影响，可以调节转录、细胞周期、细胞信号传导和DNA修复[41]。

病毒相关RNA(virus-associated RNA，VA RNA)调节宿主细胞对病毒的防御，并干扰细胞核RNA输出、蛋白质合成等细胞过程。VA RNAⅠ对于有效的病毒复制至关重要，可通过抑制双链RNA活化蛋白激酶等双链RNA检测蛋白阻止细胞的抗病毒作用，有助于免疫逃逸[42]。

6　展望

HAdV感染的免疫机制是复杂的，通过了解宿主对HAdV的免疫应答，提高对腺病毒肺炎临床表现及病情进展的认识。重视对炎症指标和免疫指标的监测，同时探寻免疫调节治疗的最佳时机和新的治疗靶点，以期尽量减轻炎症反应及肺部损害，改善患者预后。

来源：国际儿科学杂志

编辑：Jo