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第二节 病理变化
一、人体病毒感染与病理变化
肾综合征出血热的基本病理变化主要是全身小血管(包括小动脉,小静脉和毛细血管)广泛性损害,血管壁内皮细胞肿胀、变性,重者管壁可发生纤维蛋白样坏死和破裂等,内脏毛细血管高度扩张、淤血,管腔内可见血栓形成,血管壁的通透性增高,引起全身皮肤、黏膜和各系统组织器官广泛充血、出血和水肿,严重者伴有出血性和缺血性坏死,其中以肾髓质、腺垂体、肾上腺皮质、右心房内膜、皮肤等处尤为显著。炎性细胞虽也存在,但不明显,一般以淋巴细胞、单核细胞和浆细胞为主。
汉坦病毒广泛感染包括上皮细胞、血管内皮细胞和单核细胞在内的各脏器多种人体细胞。在脑组织中,病毒核衣壳抗原定位于神经细胞,呈包涵体样着色,部分受感染的神经元死亡后在残存的细胞轮廓中仍可检测到病毒抗原,该病变有别于因出血以及缺血休克引起的梗死样坏死,可能与病毒感染有关,由此提出“原发性和继发性病变”的观点。
(一)全身性病理变化特点
1.全身小血管和毛细血管广泛性损害
表现内脏毛细血管高度扩张、充血、毛细血管腔内可见血栓形成。血管内皮细胞肿胀、变性,基底膜疏松化和断离;平滑肌细胞和血管周围细胞变性等。重者血管壁变成网状或纤维蛋白样坏死,内皮细胞可与基底膜分离或坏死脱落。以上的病理改变使血管壁的通透性增高,导致组织或器官的水肿,构成了出血、凝血、血浆外渗和血管功能障碍的结构基础。
2.多灶性出血
全身皮肤黏膜和器官组织呈广泛性出血。在体表上,口腔两颊部、鼻、肛门、阴道黏膜;胸部、颈部、两侧腋下、肩胛部、腹部、臂部皮肤可见针尖大小的出血点或瘀斑。严重者颜面部皮肤及球结膜充血或出血、水肿呈酒醉貌。胸腹腔及各脏器的浆膜面点状出血或瘀斑,髂腰肌血肿。器官的出血以肾脏皮质与髓质交界处、右心房内膜下、胃肠道黏膜和脑垂体等部位最为明显,以上部位大片出血通常恒定出现,并具有病理诊断意义。另外,支气管、食管、肠黏膜、肾上腺、脾脏、肺脏和其他器官都有程度不等的出血。
3.严重的渗出和水肿
病程早期有球结膜和眼睑水肿,各器官、体腔都有不同程度的水肿和积液,以腹膜后、纵隔障、肺及其他组织疏松部位最为严重。少尿期可并发肺水肿和脑水肿。
4.缺血性坏死和炎性细胞浸润
多数器官组织和实质细胞有凝固性坏死灶,以肾髓质、腺垂体、肝小叶中间带和肾上腺皮质最常见。在病变处可见到少量淋巴细胞、单核细胞和浆细胞浸润。
5.广泛的微血栓形成
弥漫性微血管内微血栓形成。心、肾、肺、垂体、脑等脏器毛细血管内均可见纤维蛋白组成的透明血栓。透明血栓的形成是HFRS发病过程中出现DIC的组织学证据。
(二)各主要脏器的病理变化
HFRS引起人体各脏器的病理变化具有明显的特征性病变是出血和水肿,尤其在肾髓质、右心房内膜下和腺垂体等部位出血和贫血性梗死样坏死,以及腹膜后水肿最为显著。
1.肾脏
肾脏损害是HFRS最常见、最严重的器官之一。肾脏体积增大,质软,包膜易剥离。切面见肾皮质缺血呈苍白或灰黄色;肾髓质显著充血、出血,并出现灰白色缺血坏死区,形成鲜明的皮髓质交界线。
大体观察,肾脏包膜下可见出血点和包膜下血肿。切面,皮质苍白,少数病例皮质见小出血点,髓质部的充血和出血,呈暗红色,皮髓交界处特别严重,近乳头部渐轻,在锥体中心形成相对苍白区,乳头部肿胀,透亮苍白。少数可出现梗死样坏死。肾盂黏膜呈片状出血,甚至延伸至输尿管、膀胱三角区黏膜。组织切片中,肾小球球囊上皮肿胀,囊壁有伊红色物质沉着,囊内有浆液和红细胞渗出;肾小球毛细血管扩张充血,内皮细胞肿胀,基底膜结构疏松,毛细血管间隙增宽,有伊红物质沉着。个别病例有少数肾小球的纤维化。肾小管上皮细胞肿胀,呈水样变性,管腔狭窄呈裂隙状甚至闭塞,部分小管内有蛋白管型腔内有蛋白、细胞、红细胞管型和盐类结晶,部分病例近曲小管发生玻璃样变性和小管上皮细胞坏死,少数病例出现髓质部位灶性梗死样坏死。肾髓质血管高度扩张淤血,间质水肿伴有弥漫性出血,乳头部淤血较轻,但水肿十分突出,肾盂出血。发病2周时,约85. 7%的患者存在小管扩张,以后逐渐发生肾小管基膜增厚及萎缩病变。疾病进入第3~4周,可以出现肾小管基膜增厚、分层及萎缩。肾间质病变在HFRS不同时期有不同的表现,起病后半个月内行肾活检者约71. 4%的患者存在间质水肿,随着病程的延长,间质水肿的发生率逐渐降低,而纤维化的发生率逐渐增加。90. 5%的患者存在轻微间质炎细胞浸润,浸润炎细胞主要为单核细胞、淋巴细胞、巨噬细胞及浆细胞。
电镜发现少数肾小球毛细血管基底膜内皮细胞侧有沉积物,免疫组化证实为免疫复合物。基底膜疏松或皱缩,在沉积物部位有基质增多现象。上皮细胞足突融合或萎缩呈绒毛状,内皮细胞增生,内皮细胞的微绒毛增多。在病毒垂直感染的婴儿肾脏的电镜观察,肾小球血管内皮细胞肿胀,系膜细胞足突融合甚至坏死脱落,基底膜裸露或皱缩;肾小管上皮细胞线粒体肥大或肿大,溶酶体增多。
免疫组化观察,近曲小管免疫复合物呈阳性(图4-8),在肾小管和肾小球和间质毛细血管内皮细胞中可检测到病毒抗原和核酸(图4-9、图4-10)。
2.心脏
心包膜散在出血点,右心房的出血最显著。右心房内膜下呈特征性的广泛大片状出血,并可累及整个心肌层和外膜下,心肌内有散在性的出血点,瓣膜和主动脉也可见内膜下出血。在左心室内膜下、乳头肌、左心房心外膜下、右心室内膜下、房间隔、左房内膜下、左室内膜下和室间隔也有出血点和出血斑。
图4-8 肾脏近曲小管中的免疫复合物
A.肾近曲小管出现玻璃样变性;B.该病变呈病毒抗原阳性;C. IgG阳性;D. C3阳性
图4-9 肾脏病毒感染
A.肾小管间血管内皮和白细胞病毒核酸阳性;B.肾脏收集管上皮细胞中病毒抗原阳性
图4-10 肾脏病毒感染
A,B.肾小球毛细血管和肾间质血管内皮细胞病毒抗原阳性;C,D.肾小球毛细血管和肾间质血管内皮细胞病毒核酸阳性
镜下可见心肌间质内出血,严重者累及心肌全层,心肌细胞的彼此分离和灶性心肌坏死伴有微血管结构的破坏。心肌纤维多表现心肌纤维不同程度的变性,横纹模糊,心肌纤维胞核两端可见大量脂核素沉积。个别病例心肌内血管包括小动脉、小静脉和毛细血管内皮细胞肿胀,管壁结构疏松,甚至呈空泡状;血管发生纤维素样坏死,血管内透明血栓形成。心肌间间隙扩大,可见粉红色颗粒状水肿液;在心外膜、心肌层和心内膜血管周围的间质结缔组织中有单核细胞和淋巴细胞的增生和浸润。
电镜观察,在非坏死区心肌线粒体灶性增生、肿胀、空泡变性、嵴杆状变。心肌传导系统的病变以窦房结较显著。
3.肺脏
肺表面有散在片状甚至整个一个肺叶出血,切面呈深红褐色,有大量血性液体流出,支气管黏膜下出血。光镜下可见肺泡壁毛细血管扩张充血,有明显肺淤血和镜下出血,肺泡内和肺间隔不同程度的水肿和纤维素样物的渗出伴有肺泡壁不同程度的单核细胞和淋巴细胞浸润。广泛严重的肺水肿和出血常造成肺组织的实变伴有周围肺组织的代偿性肺泡肺气肿和肺萎陷。肺泡腔内肺泡巨噬细胞数量增加,混有单核细胞和脱落的肺泡上皮伴单核细胞。少数病例,局部肺组织肺泡内有透明膜形成,该透明膜是由浓缩的纤维蛋白附着于肺泡壁构成的,并纤维蛋白染色证明。部分病例常合并继发性肺部感染和肺炎表现,肺泡内存在大量的中性粒细胞,以及纤维网中混有红细胞,严重的伴有肺泡壁结构的破坏。个别病例和出现肺静脉内血栓形成和肺出血性梗死,病程较长的病例发生肺肉质变。免疫组织化学染色,肺呼吸道黏膜腺体,黏膜上皮,肺泡上皮和肺水肿液中病毒抗原阳性(图4-11)。
4.垂体和肾上腺
垂体轻度肿胀,色灰红,包膜充血和出血。腺垂体充血和出血显著,并有散在的黄白色坏死灶。
镜下观察,可见腺垂体显著充血,甚至垂体柄也出血,腺垂体出血伴梗死样坏死,严重的呈大片出血和大片坏死,偶尔可见到透明血栓。在坏死组织周围、垂体中间部和神经垂体及其周围组织中可有少量单核细胞和淋巴细胞浸润。
肾上腺被膜下和皮质出血,灶性坏死或梗死性坏死,腺细胞均有程度不同的脱类脂质性的改变。髓质也可以有出血、坏死、血管壁纤维素样坏死和透明血栓。在休克期和少尿期死亡的病例,肾上腺皮质束状带的腺上皮细胞浆内类脂质丢失明显;病程较长的病例,类脂质丢失现象不明显,甚至与正常相近似,这可能是本病在急性期机体的应激反应,释放大量激素之后的一种恢复现象。
5.肝脏和消化系统
肝脏表面有散在小的出血点,少数病例可有内出血。组织学上,中央静脉或肝窦的扩张充血、出血和肝细胞的坏死。肝细胞的坏死分布于肝小叶内带、中带和外带。有些病例坏死区位于中央静脉的周围,伴有中央静脉的淤血,属于淤血性的坏死;少数病例成片肝细胞的坏死伴有坏死肝细胞间广泛的出血,属于出血性的坏死,坏死可累及多个肝小叶,在该区域内窦内皮细胞和贮脂细胞存在,组织结构完整,肝细胞核消失,属梗死性的坏死;其余的坏死为小灶性,由3~5个坏死的肝细胞构成,分布于肝小叶的中外带,周围可见为数不多的淋巴细胞和中性白细胞的浸润;另外在肝脏中可见到散在的单个肝细胞的坏死。汇管区有不同程度单核细胞和淋巴细胞的浸润,绝大多数病例纤维结缔组织无明显的增生,仅个别病例纤维组织增生有分割肝小叶的趋势。肝脏病毒核酸原位分子杂交,肝细胞中病毒核酸阳性(图4-12)。
图4-11 肺组织中的病毒感染
肺呼吸道腺体(A)、黏膜上皮(B)、肺泡上皮(C)和肺水肿液(D)中病毒抗原阳性
图4-12 肝脏病毒感染
肝脏病毒核酸原位分子杂交,肝细胞中病毒核酸阳性。A.低倍镜;B.高倍镜
电镜观察肝细胞肿大变圆,肝窦面微绒毛减少或消失。水肿区肝细胞胞浆疏松界限不清,内含水肿液和絮状物。内质网水样变性形成大小不一,分布不均的圆形泡;线粒体明显减少,其内嵴消失,基质电子密度增高。仅残留少量结构基本正常的粗面内质网,有散在分布的脂滴形成。肝细胞坏死灶内有库普弗细胞和浆细胞浸润,库普弗细胞体积增大,含较多的溶酶体。浆细胞呈卵圆形,粗面内质网规则地围绕胞核呈紧密平行排列。
胃肠道黏膜下有广泛的弥漫性出血点,甚至黏膜下形成血肿。胃黏膜形成应激性糜烂。镜下,黏膜上皮和腺上皮的病变不明显,局部有急性糜烂,黏膜下血管扩张充血、水肿和局灶性出血,伴单核细胞和淋巴细胞的浸润。少数病例胰腺间质充血和局灶性出血,多数腺泡中见红染的颗粒状物,仅见散在的个别腺上皮细胞的坏死。胰岛的病变因病例不同而异,有的病例胰岛内血管明显扩张充血,甚至出血,造成胰岛细胞数目的减少,有的病例胰岛细胞增生,在组织中也出现较多的有几个胰岛素阳性细胞构成的新生胰岛。胰腺间质内有程度不等的单核细胞和淋巴细胞的浸润。在胃肠道黏膜上皮、胰腺腺泡上皮(图4-13)以及血管内皮可检测到病毒感染的存在。
图4-13 胰腺病毒感染
胰腺腺泡上皮病毒抗原阳性
6.大脑和神经系统
大脑病变主要是血管充血、水肿和神经细胞变性。少数病例软脑膜、蛛网膜下腔血管充血、出血和血肿形成,出现小脑扁桃体疝。切面上在脑灰质和白质内有小的出血点,但并不常见。
各部位的神经细胞显示缺血性的改变,神经细胞胞体皱缩,脂褐素的增加,偶尔见到神经细胞的坏死和噬神经现象,个别病例脑组织有小灶性的脑软化;患病孕妇流产胎儿脑组织尸检发现于大脑皮质、海马回、基底核等部位可见散在的神经元细胞的变性和嗜酸样坏死。神经细胞周围也出现间隙表示有脑水肿的存在,神经细胶质细胞有不同程度的增生和细胞数目的增多。脑血管扩张充血,部分病例有出血,极少数为大片出血或血肿;血管内皮细胞肿胀,血管周围可见到数量不等的单核细胞和淋巴细胞的浸润,血管周围狄氏间隙扩大,其中充有红染的絮状颗粒状物。
神经元、胶质细胞以及血管内皮细胞中均可检出病毒,少数感染的神经细胞坏死后其残存细胞轮廓中仍可见到病毒抗原;病毒感染乳小鼠(腹腔注射)后脑组织可见上述部位相似的病理改变,且病变组织中存在着神经细胞凋亡,凋亡细胞出现较多的部位检出病毒RNA亦较多,且与病毒抗原的定位相一致。由此可见,汉坦病毒可透过血脑屏障造成神经系统损害,导致动物发生脑炎为主的症状。神经细胞的凋亡可能是病毒直接或间接地激活脑神经细胞的程序化死亡机制造成的。推测脑组织病理变化可能是临床上出现神经精神系统症状与体征以及肾性脑病的病理学基础。另外,部分患者脑组织并无器质性改变,可能与尿毒症等因素引起脑功能改变有关。
7.淋巴造血系统
脾脏体积增大,脾小体的萎缩,数目减少或消失,淋巴细胞数目减少。脾脏之脾窦不同程度扩张,内见多数的单核细胞和淋巴细胞,有的细胞体积较大,三五成群聚集在一起,在红髓和动脉鞘周围有不同程度的免疫母细胞、单核细胞和淋巴细胞浸润,有的病例可见到为数不多的中性粒细胞,脾窦内淤血,部分病例有局灶性的出血伴组织结构破坏;脾脏网状内皮细胞的增生,免疫表型标记显示这些细胞中大部分为CD68 +。淋巴结副皮质区淋巴窦内出现大量的免疫母细胞样细胞,这些细胞有的可标记为CD68 +,另外淋巴结内树突状细胞增生,淋巴滤泡体积减小,萎缩或消失。在淋巴结被膜组织中有单核细胞和淋巴细胞的浸润。骨髓组织中髓细胞的轻度增生,有的病例表现出明显的细胞成分的增多和粒系的核左移,但有的病例显示增生受抑的表现,细胞成分有明显的减少,甚至出现骨髓细胞的坏死。巨核细胞的变化也不一致,有的巨核细胞数目明显增多,而有的病例则数量减少。在骨髓组织中出现大量的胞浆丰富的单个核细胞,胞浆内吞有红细胞和细胞碎片或退变的细胞,经标记为CD68 +的吞噬细胞。电镜观察也发现其有活跃的吞噬作用。免疫组化证实骨髓和血液中的中性粒细胞、骨髓巨核细胞、血小板、巨噬细胞等多种细胞病毒抗原检测均为阳性(图4-14),在扁桃体黏膜鳞状上皮细胞中也可检测病毒抗原(图4-15)。
图4-14 血液单核细胞病毒感染
血液单核细胞胞浆内病毒抗原阳性
图4-15 扁桃体病毒感染
扁桃体黏膜鳞状上皮病毒抗原阳性
8.皮肤
皮肤的真皮层血管扩张、充血和出血。肥大细胞有明显脱颗粒现象,散在分布于肥大细胞周围组织间隙。
电镜观察,脱去颗粒的肥大细胞胞浆呈空泡状,脱出的颗粒周围有单位膜结构,颗粒的内容物释放后,单位膜尚保留。这些改变从形态学上证明HFRS的发病与Ⅰ型变态反应有关。
二、实验性动物和培养细胞的病毒感染与病理变化
动物实验研究发现,乳鼠对汉坦病毒易感,病毒感染后,病毒在体内多脏器均有分布,但脑组织感染和病变最为严重,表现为鼠龄依赖性的致死性脑膜脑炎。病毒蛋白和RNA也在脑组织中检出率最高,定位于胞浆内,呈包涵体样粗颗粒状着色,分布以皮质和海马为多,表现出病毒的嗜神经性(图4-16)。脑组织内存在广泛分布的神经元嗜酸性变、嗜酸性坏死和凋亡,海马回部位有灶状坏死(图4-17);在血管内皮细胞以及神经元中可观察到典型病毒颗粒和病毒包涵体结构(图4-18)。因神经元的病变与汉坦病毒抗原分布一致,提示病毒感染对神经元有直接损伤作用,可能是直接激活神经细胞程序性死亡机制所致。汉坦病毒感染能够感染多种类型的体外培养细胞,但较少引起感染细胞的病变和凋亡。
图4-16 乳鼠神经系统的病毒感染
在脑皮质(A)、海马回(B)、海马(C)以及脑干(D)等部位的神经元中检测到病毒抗原
图4-17 乳鼠神经系统的病变
病毒感染乳鼠后脑皮质(A)和海马部位(B)神经元出现嗜酸性变和凋亡,原位凋亡标记阳性(C),电镜下可观察到神经元抗原嗜酸性变(D)
图4-18 病毒颗粒和病毒包涵体结构
乳鼠感染陈株病毒后,血管内皮细胞(A)、胞浆中可见典型病毒结构(B),在感染细胞(C)以及神经元(D)中可观察到颗粒状病毒包涵体(IB)
三、病毒感染诱导的宿主细胞反应
(一)细胞凋亡
细胞凋亡是一种程序性细胞死亡,以膜出泡、胞核和细胞质浓集,以及核酸内切性DNA裂解为其特征。在过去十年中,已发现许多病毒蛋白,无论从以正面还是负面、以直接还是间接的方式调节宿主细胞对感染的凋亡反应。许多RNA和DNA病毒,宿主范围从昆虫到哺乳动物,感染后均能触发凋亡。病毒诱导细胞凋亡被认为是宿主细胞对抵御病毒感染一种机制,代表宿主细胞对病毒感染的一个共同的病理性及保护性反应。研究表明,某些嗜神经病毒的有毒力毒株不仅在体外而且在体内可感染神经细胞并诱导神经细胞凋亡,可能对疾病状态和宿主死亡起重要作用。病毒干扰线粒体功能,或通过ATP耗竭和Ca 2+信号途径失调导致细胞死亡,或通过调节Bcl- 2家族蛋白诱导细胞凋亡。线粒体不仅提供细胞赖以生存所需的能量,也是介导细胞凋亡的重要细胞器。线粒体中呼吸链中ROS的过度生成、线粒体PTP异常开放、AIF与Cyt C释放等的一系列过程,在细胞凋亡乃至死亡过程中起了关键性的作用。汉坦病毒感染引起的凋亡在人体组织中和多数体外感染的细胞中不容易观察到,主要表现在病毒感染的乳鼠神经元中。
粒体PTP异常开放、AIF与Cyt C释放等的一系列过程,在细胞凋亡乃至死亡过程中起了关键性的作用。汉坦病毒感染引起的凋亡在人体组织中和多数体外感染的细胞中不容易观察到,主要表现在病毒感染的乳鼠神经元中。
(二)病毒感染诱导宿主细胞天然抗病毒免疫反应
汉坦病毒体内外感染,如培养的人血管内皮细胞,可引起宿主细胞一系列基因和蛋白表达的改变,其中有些是TLRs信号通路中重要信号分子和效应分子,提示汉坦病毒感染过程中有TLRs途径的激活。汉坦病毒感染血管内皮细胞可引起细胞一系列基因表达的改变,包括对TLRs信号通路的激活起关键作用的重要分子MyD88,IFN-β以及IFN-特异性基因,以及IFN诱导的天然抗病毒蛋白MxA,免疫反应相关基因和炎症反应基因,NF-κB诱导基因如IL-8、GRO genes、RANTES、GM- CSF、G- CSF、E- Selectin、ICAM和Cox2。在病毒感染过程中,细胞对致病性和非致病性病毒的抗病毒反应有相当大的不同,包括诱导IFN-α/β、IFN-у的能力,因汉坦病毒感染导致IFN诱导基因的表达是靶细胞产生天然抗病毒反应的重要机制,这种病毒-宿主细胞相互作用方面的不同可能决定了病毒的致病性。动物实验也发现,动物感染SEOUL病毒后,可诱导关键性转录因子(如eIF- 2α、NF-κB、IRF- 1、NF- IL-6和STAT6);炎症介质编码基因(如TNFαR、IL- 1R和IL- 1RAcP),抗病毒基因(如IFN gamma R和Mx蛋白),T细胞(如CD3和TCR),Ig超家族蛋白(如IgM、IgG和MHCⅠ、Ⅱ类分子)以及HSPs(如HSP70)的表达明显升高。另外,在HFRS患者血清中IFN-α/β、TNF-α、IL- 1、IL-6等细胞因子水平也显著升高,已有大量试验证实TLRs信号途径的激活可引起上述细胞反应和细胞因子的变化,提示在汉坦病毒感染和HFRS发病过程中有TLRs信号通路的激活。
汉坦病毒诱导IFNs并通过MxA参与宿主细胞抗汉坦病毒病毒反应,提示可能由于TLRs通路激活的结果。病毒感染过程中激活上述TLRs途径的NF-κB和IFN调节因子家族成员,然后进入细胞核与IFNα/β启动子结合,导致IFNs的转录,表达IFN-α和IFN-β也是细胞对各种病毒的直接反应。同样,汉坦病毒感染可诱导靶细胞表达IFNs,体内外试验也发现人IFN-α,IFN-β,IFN-γ具有抑制汉坦病毒感染的作用。IFNα/β(Ⅰ型干扰素)的抗病毒作用是间接的,需要通过诱导一些基因的转录,其相应的基因表达产物激活一系列广泛的抗病毒反应,其中MxA[MX1,MxA,Myxovirus(influenza virus)resistance 1]就是这样一种IFNs诱导的抗病毒蛋白。Mx家族蛋白,包括人MxA和鼠Mx1,是IFN诱导的具有广谱抗病毒活性的基因表达产物,MxA可以抵抗多种RNA病毒的感染。汉坦病毒感染可诱导MxA表达,MxA特异性转录在非致病性的P汉坦病毒感染后1天增加了160倍,相比之下,致病性的New York- 1和HTNV仅分别为4倍和2倍,三株病毒感染4天后均可引起MxA增加200倍,由此推测非致病性病毒快速激活MxA可能延缓或降低病毒感染并有助于防御机制清除感染。同时也对MxA蛋白敏感,MxA可抑制汉坦病毒感染,如DUGV,PUUV和TULV等,表明汉坦病毒感染诱导了宿主细胞的天然抗病毒反应。
(三)病毒感染诱导宿主细胞热休克反应
热休克蛋白(heat- shock proteins,HSPs)是在种属进化过程中一组高度保守的蛋白,又称应激蛋白(stress proteins),依其功能和分子量大小分为HSP60、HSP70、HSP90和HSP110等若干主要组(Group)或家族(Family),另外还有些小分子量的HSPs包括HSP27、HSP47和HSP56,其中HSP60、HSP70、HSP90和grp94(或gp96)是被广泛研究的家族。HSPs在组织细胞受到缺氧、病毒感染、免疫紊乱等各种应激状态导致损伤时为适应周围微环境的改变而有选择性上调表达,其主要功能是细胞在生理及各种应激条件下作为蛋白质(多肽)的“分子伴侣”发挥保护作用,可限制变性或损伤蛋白的聚合并利用ATP水解产生的能量修复,或刺激溶酶体对不能修复损伤变性蛋白的摄取和降解,具有防止细胞的死亡、减小组织和脏器损伤、降低致死性应激状态下动物的死亡等方面的重要作用。
早在1996年,我们就开始研究汉坦病毒感染和HFRS发病与热休克反应以及HSPs表达的关系。我们检测了37例HFRS病例,在多种脏器中的主质细胞、血管内皮和单核巨噬细胞检测到HSP70表达,其定位分布与HSP70 mRNA以及局部组织病变一致,该结果在动物实验中得到进一步证实。提示在HFRS发病过程中,汉坦病毒感染可直接诱导热休克反应和HSPs表达。为明确病毒感染与热休克反应两者有直接关系,我们进行了体外实验,发现病毒感染可直接诱导Vero- E 6和血管内皮细胞表达HSP70,且细胞内病毒抗原和HSPs有共定位关系,提示两者可能存在直接作用。从汉坦病毒感染的Vero- E 6细胞和乳鼠脑组织中提取了热休克蛋白-病毒抗原肽复合物,通过双特异性抗体夹心ELISA、SDS- PAGE电泳Western blot免疫印迹和免疫共沉淀等多种方法分析发现该复合物中至少含有HSP27、HSP60、HSP70、HSP90等以及病毒核衣壳蛋白和G2蛋白成分,其中HSP70-病毒核衣壳蛋白含量最高,提示HSPs可能在病毒感染过程中参与了病毒复制(包括病毒蛋白合成、病毒蛋白的转运、病毒的装配和病毒的成熟等多个环节)。用HSP70基因转染Vero- E 6细胞后使HSP70增高表达,再感染汉坦病毒时,病毒RNA和病毒蛋白的量较对照组明显降低,表明HSPs过量表达可抑制汉坦病毒的感染和复制,这种抑制作用可能发生在转录水平,在HFRS组织中也发现,有HSPs表达的细胞内病毒抗原或RNA阳性强度和阳性率降低。
与汉坦病毒感染一样,多种类型的RNA和DNA病毒感染的哺乳动物细胞可诱导热休克基因的表达。完整病毒颗粒存在HSP70,以及在病毒复制过程中热休克蛋白暂时与病毒蛋白或中间体相互作用也有报道。在20世纪80年代初,在利用病毒模型研究哺乳动物细胞暴露前列腺素中的分子事件时偶然发现,特定的花生四烯酸衍生物是病毒复制强力抑制剂。随后观察到,用抗病毒药物前列腺素A1(PGA1)处理病毒感染的细胞,可导致70kD的细胞蛋白的积累,它被确定为HSP70。现在人们公认,环戊烯酮前列腺素,对许多DNA和 RNA病毒具有强大的抗病毒活性,是通过放线菌酮敏感的热休克转录因子活化并诱导HSP70合成所致,表明HSP70积极参与了前列腺素抗病毒活性。许多病毒的复制、蛋白质合成以及装配依赖于细胞HSP70,另一方面HSP70具有抑制某些病毒复制及病毒颗粒形成的作用。汉坦病毒感染和HFRS发病过程诱导热休克反应和表达HSPs可能具有抑制或清除病毒感染,保护组织细胞避免或减轻组织损伤的作用。然而,热休克蛋白在病毒复制的作用还有待进一步研究。
(余璐 杨守京)
参考文献
1.杨守京,刘彦仿,胡锡祺,等.肾综合征出血热病毒感染人体上皮细胞和内皮细胞的原位分子杂交.中华传染病杂志,1995,13:199- 202
2.杨守京,刘彦仿,刘莹莹,等.原位分子杂交和免疫组化检测呼吸系统流行性出血热病毒感染和免疫复合物的分布.中华传染病杂志,1995,13:18- 20
3. Hartl FU.Molecular chaperones in cellular protein folding.Nature,1996,381:571- 579
4.叶苓,杨守京.流行性出血热尸检组织中热休克蛋白70mRNA的定位及分布.中国病毒学,1998(4):327- 332
5.杨守京,刘彦仿,叶苓.流行性出血热诱导热休克反应及其在病毒感染和发病过程中的作用和意义——面向二十一世纪的科技进步与经济发展.北京:北京科学技术出版社,1999:736
6. Yang SJ,Liu YF,Ye L.Epidemic hemorrhagic fever induces heat shock response and expression of 72 and 73 kilodalton heat shock protein(hsp72/73)in the tissues of the patients.The 4th International Conference on HFRS and Hantaviruses,1998:14
7.赵君,杨守京,刘彦仿,等.汉坦病毒感染诱导乳鼠脑神经细胞表达热休克蛋白70.中国病毒学,2001,16:11- 14
8.孙玉静,杨守京,刘彦仿,等.汉滩病毒诱导乳鼠组织热休克蛋白表达及其与病毒抗原蛋白的相关性.中华传染病杂志,2002,20:83-85
9.孙玉静,杨守京,刘彦仿,等.汉坦病毒感染乳鼠脑组织中hsp70与病毒抗原关系.临床与实验病理学杂志,2002,18:524- 527
10.余璐,马恒,朱军,等.汉坦病毒诱导非洲绿猴肾上皮细胞热休克蛋白70的表达规律及意义.医学研究生学报,2004,17:1072- 1075
11.余璐,马恒,刘彦仿,等.汉坦病毒诱导人脐静脉内皮细胞Hsp70的表达及意义.细胞与分子免疫学杂志,2005,21:9- 12
12.余璐,马恒,段春光,等.汉滩病毒体外诱导热休克蛋白70的表达.中华传染病杂志,2006,24:378- 381
13. Ye L,Liu Y,Yang S,et al.Increased expression of Hsp70 and co- localization with nuclear protein in cells infected with the Hantaan virus.Chin Med J(Engl),2001,114:535- 539
14.高娟,杨守京,刘彦仿.汉滩病毒结构蛋白与该病毒感染诱导表达的多种热休克蛋白的研究.中华传染病杂志,2004,22:298- 301
15.高娟,杨守京,孙玉静,等.汉滩病毒核蛋白与热休克蛋白Grp94、Hsp27的相互作用.中国病毒学,2003,18:104- 107
16. Li J,Li KN,Gao J,et al.Heat shock protein 70 fused to or complexed with hantavirus nucleocapsid protein significantly enhances specific humoral and cellular immune responses in C57BL/6 mice. Vaccine,2008,26:3175- 3187
17. Li J,Ye ZX,Li KN,et al.HSP70 gene fused with Hantavirus S segment DNA significantly enhances the DNA vaccine potency against hantaviral nucleocapsid protein in vivo.Vaccine,2007,25:239- 252