视神经脊髓炎与水通道蛋白4

　　作者：李强　　作者单位：山东淄博，淄博中心医院神经内科

　　【摘要】视神经脊髓炎(NMO)是一种以双侧视神经炎(ON)，纵向广泛横贯性脊髓炎(LETM )为特征的严重疾病 。已证实NMO患者血清中的IgG1自身抗体(NMO-IgG)结合水通道蛋白4 (AQP4 )，病理相关的中枢神经系统( CNS )组织的高水平AQP4的表达，提示NMO-IgG可能致病。需要用NMO动物模型证实AQP4是初始自身抗原，能够诱导NMO-IgG的导致NMO。如果NMO模型符合人类疾病，可以研究AQP4表达与血脑屏障(BBB)的完整性的变化，即由CNS炎症反应调节，AQP4诱导的特异性免疫反应。从而确定抗AQP4免疫反应的一种或多种的致病原因。

　　【关键词】 NMO AQP4 NMO-IgG,AQP4特异B和T细胞,特异性免疫反应

　　1 视神经脊髓炎(NMO)

　　1.1 NMO 有多种医学文献描述NMO特点是单侧或双侧视力丧失和脊髓炎[1]。表现为严重脊髓和视神经脱髓鞘，白质和灰质的空泡病变，坏死，诊断还包括脊髓和大脑的磁共振成像(MRI)评估 。存在NMO-IgG增加了支持诊断NMO的依据[2] ，但不是诊断的必需条件。

　　1.2 NMO与多发性硬化症(MS) NMO和亚洲MS可能是同一疾病，在大多数亚洲MS患者找到NMO- IgG已证实这一观点[3] 。NMO存在自身抗原组织相容性复合体(MHC)基因型，是一个可以辨别的重要特征，MHC可以结合其他因子影响B细胞生存，细胞因子的产生，MHC抗原表达和靶抗原的调控。亚洲MS存在同源抗原，主要是髓鞘少突胶质糖蛋白(MOG)。

　　1.3 NMO与抗体 多数NMO中发现一种抗体IgG1(NMO-IgG )结合AQP4 [ 4] ，然而目前的诊断技术在血清不能检测出NMO-IgG1， 表明AQP4可能不是靶抗原的自身抗体。其他CNS的抗原，如存在于星形胶质细胞Kir4.1，可能是靶抗原的自身抗体。NMO患者中可以检测到其他自身抗体，包括抗核抗体、SS抗体，特别是MOG抗体[5] 。

　　1.4 NMO病理特征 NMO患者病理特征，CNS组织除了脱髓鞘，还有坏死和中性粒细胞和嗜酸性粒细胞的浸润。CNS血管周围发现补体及IgM和IgG免疫球蛋白沉积，反映在正常脑白质存在AQP4表达模式[ 6 ] 。CSF中可以找到寡克隆带，但频率比在MS低得多。

　　1.5 NMO发病机制 Wingerchuck和同事提出了一个有抗AQP4抗体特征以及可能致病的模型[7] ，即抗AQP4抗体结合细胞外部分的AQP4，诱导出可逆的细胞内AQP4-IgG复合物，在感染或炎症条件，能非特异性激活B细胞，环境提供的细胞因子和膜蛋白可以维持B细胞生存。如果这些细胞进入生发中心，他们可以接受体细胞突变和从低亲和力的IgM到高亲和力IgG同型转换[8] 。因此，AQP4在组织的表达和调控促使所有的B细胞分泌自身抗体(包括NMO-IgG ) ，随后触发和增强AQP4特异性T细胞和B细胞的激活。

　　1.6 NMO的治疗 NMO治疗包括糖皮质激素，硫唑嘌呤，血浆置换，静脉注射丙种球蛋白和抗CD20单克隆抗体治疗[9 ] 。对NMO患者有效的疗法，包括控制炎症(基因激活事件) ，减少淋巴细胞增殖，清除血清免疫球蛋白和其他组成部分及患者的抗CD20单克隆抗体，杀死前B细胞、成熟B细胞和浆母细胞 ，但不是淋巴干细胞或浆细胞。

　　2 AQP4

　　2.1 AQP4是CNS重要的跨膜蛋白 AQP4是III型跨膜通道蛋白(细胞内N端和C -末端) ，该蛋白至少包含12个成员，参与了水和/或甘油运输[ 10 ] 。在人类和啮齿动物大脑中，AQP4是主要的水通道蛋白，调节大多数组织的上皮细胞水的出入，同时在大脑的部分星形胶质细胞表达时，对调节水和离子运动也有至关重要的作用。

　　2.2 AQP4亚型 在大鼠和人的星形胶质细胞和某些上皮组织存在AQP4两个主要亚型(M1和M23)[11] 。AQP4序列，有三个细胞外的环(A，C和E )，连接6-α-螺旋单环跨越膜[12] 。在大鼠星形胶质细胞中，层粘连蛋白和肌营养不良蛋白聚糖相互作用形成一个多蛋白复合物，即膜通道蛋白Kir4.1(钾内流)和AQP4(M23亚型)[13] 。在星形胶质细胞表达AQP4的终足丢失后，内皮细胞(不是一个主要AQP4表达区)则保持AQP4表达[14] 。

　　2.3 AQP4同源四聚体及排列 在培养的上皮细胞中，在水运输上，大量AQP4的M23阵列比M1更有效[ 15] 。M23型与4-6纳米粒子如膜内大100粒子的阵列有关。 M1四聚体 与M23大小相同 ，绝大多数(95%)是单一四聚体 [16] 。细胞膜AQP4四聚体间的排列及其四元化作用，可能限制了部分区域AQP4与特异性抗体的反应。

　　2.4 AQP4的表达 在皮层、海马、小脑和许多脑室周结构包括皮质下视上核胶质层和穹窿下嗅觉细胞，都有星形胶质细胞AQP4的表达[17] 。视网膜星形胶质细胞(Müller细胞)终足膜的AQP4高水平的表达，相应的玻璃体或血管，无终足膜和微绒毛减少或没有表达。正交阵列的跨膜颗粒组成的AQP4在纤维星形细胞的表达与视神经有关[18] 。AQP4的分布是条块分割的终足膜具有高表达，而膜面轴膜交点低表达。AQP4还在无髓视神经头表达。

　　2.5 AQP4结构，免疫原性，B细胞的表位 最初的人胚肾(细胞)(HEK)转染子用来界定NMO-IgG人类AQP4的M1亚型[4] 。使用M1可能高估抗AQP4特异性抗体结合星形细胞终足突上AQP4的M23亚型的能力[19] 。早期NMO病人的血清NMO-IgG结合AQP4阵列的研究表明在小鼠CNS组织呈正向染色[3]，用荧光显微镜不能区分AQP4亚基。基于AQP4的四级结构和其他膜结构难以设想的模式，使所有潜在的B细胞抗原表位将有平等机会获得细胞外NMO-IgG 。

　　3 AQP4的分布

　　3.1 视神经和AQP4的分布 视神经周围星形胶质细胞有AQP4表达F。视神经头部是CNS的血脑屏障比较薄弱的区域[20]。使用示踪研究表明，恒河猴通过血液传染的蛋白质可以通过视神经头边界组织达到视神经轴突[21] ，视神经软膜和纤维隔无泄漏。因此，NMO有关血清炎症成分通过血脑屏障，视神经头部比其他部分的视神经先受影响。

　　3.2 脊髓和AQP4的分布 脊髓的AQP4表达不同于其他神经组织细胞，因为它有很少的极化星形胶质细胞。在脊髓最外层背角的纤维星形胶质细胞，AQP4的表达最强烈，在中间灰质和中腹角则较弱[ 22]。对于NMO，颈髓和上胸髓部分的损害更多见，始于颈髓单一纵向影响累及脑干的，被认为是特异的NMO。可能是颈髓附近颈部淋巴结启动AQP4发生特异性免疫反应。

　　3.3 室管膜和AQP4的分布 室管膜是血清成分由血脑屏障的扩散进入CNS另一个可能的区域。室管膜细胞没有基底膜和不表达的紧密连接，从而AQP4特异性抗体在CSF中相对自由地到达起靶点[23] 。最近的Pittock有关NMO的综述[ 24] ，软膜的星形胶质细胞足突AQP4高度表达。

　　4 AQP4特异B和T细胞的触发

　　最初的识别并触发特异性淋巴细胞的蛋白抗原是专职的抗原提呈细胞(APC)，如树突状细胞(DC)， B细胞和巨噬细胞。由于AQP4通过淋巴结激活B和T细胞，最初的触发可能发生在CNS或非CNS淋巴结，但一旦由多样APC(DC和周围的间隙，软脑膜或脉络膜丛有关巨噬细胞)的小胶质细胞激活正常稳态自身抗原，免疫效应物进入组织，进一步激活AQP4特异性T细胞，造成血脑屏障破坏和反应物聚集，导致更多的病理变化。胶质细胞和血管内皮细胞之间的相互作用影响血脑屏障功能[ 25] 。血脑屏障损害后，造成AQP4上调，将导致更多的表位抗原与抗AQP4特定抗体结合，可破坏任何一种细胞的保水功能，可能是NMO部分最初病理的变化。

　　5 AQP4特异Th细胞介导AQP4特异抗体

　　已发现NMO患者脑脊液和血清中MOG和AQP4的抗体。MOG和AQP4的特异性T细胞进入CNS，多位点识别到APC呈现的同源抗原。小胶质细胞能够“交叉呈现”MOG和内源性AQP4。巨噬细胞和DC都与包含AQP4表达的星形胶质细胞有关。因此，多种不同的抗原诱导自身反应性T细胞和高亲和力的抗体发生的免疫反应，造成CNS的组织损伤或星形细胞/胶质细胞的轴索断裂，最终导致免疫性疾病。

　　6 AQP4特异性抗体潜在的致病作用

　　最初AQP4表达与AQP4反应性B细胞有关。需要评估AQP4特异B细胞的免疫球蛋白的性质，并确定是否抗AQP4 IgG1有生殖序列或突变序列。如果是后者发生，那么B细胞有可能经历生发中心反应，预示与抗原特异性T细胞的相互作用。NMO病理中存在IgM、 IgG、补体产物，在视神经和脊髓可以表现为非特异性抗体以及抗AQP4特异性抗体。人类单克隆AQP4特异IgG1抗体应当用于生产抗个体基因型试剂，用于确定AQP4 IgG1结合的组织原点。如果抗个体基因型试剂与患者组织有足够高的亲和力，结合临床症状可以确定临床疾病的诊断。需要进一步评价抗AQP4抗体的亲和力，特异性抗原表位，同种或亚型，以及最终致病潜力，以了解AQP4特异性T细胞在诱导视神经和脊髓炎症性疾病的作用。

　　7 结束

　　目前没有明确的机制解释NMO中的NMO- IgG是否有致病作用。一个潜在的独特机制是抗AQP4抗体渗透进入血脑屏障到达某些地区，从而启动一个关键“看门人” (星形胶质细胞) ，在许多CNS炎症和疾病条件下，如疯牛病、Alzheimer病、中风和其他自身免疫的疾病，星形胶质细胞AQP4表达增强。AQP4有重要的调节脑水肿作用，表明当其功能中断和血脑屏障的损害时，随之出现免疫病理改变。NMO中有限的特异自身抗体结合特异位点的抗原(视神经和脊髓)， AQP4高表达与血脑屏障的损害允许更多的血浆蛋白进入。目前有多种途径，即从周围AQP4和CNS来源的AQP4可诱导特异性T和B细胞，以维持自身免疫性反应。需要一个AQP4的动物模型确定是否AQP4特异性抗体代表一种新的原因，在人类引起类似NMO的CNS免疫疾病。

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