【专论】重视星形细胞抗体在神经系统自身免疫性疾病中的作用

渐近故乡时 2018-03-25

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文章来源：中华神经科杂志, 2018,51(2) : 81-84
作者：刘磊乔志新王佳伟

过去10余年间，水通道蛋白4(aquaporin 4，AQP4)^[1]和N－甲基－D－天冬氨酸受体(N－methyl－D－aspartate receptor，NMDAR)^[2]等通道或氨基酸受体自身抗体的发现，极大丰富了神经系统自身免疫性疾病的内涵。不仅使AQP4－IgG成为鉴别多发性硬化与视神经脊髓炎的重要标志物，更将视神经脊髓炎临床表型进一步外延，形成了视神经脊髓炎谱系疾病(neuromyelitis optica spectrum disorders，NMOSD)这一新型疾病谱^[3]。而神经元表面抗体(neuronal surface－mediated antibody，NSAb)^[4]所致自身免疫性脑炎(autoimmune encephalitis，AE)的概念也渐为人们熟知，成为脑炎、临床新发癫痫^[5]乃至快速进展性痴呆^[6]的一个重要鉴别诊断。

新型神经元相关自身抗体层出不穷，而对星形细胞(astrocyte)相关自身抗体的发现却乏善可陈，与其占中枢神经系统细胞总量40%的地位极不相称。大脑中星形细胞根据形态及其胞体分布区域，可大致分为层间型(灰质第Ⅰ层，即分子层)、原浆型(灰质第Ⅱ～Ⅳ层)、曲张投射型(灰质第Ⅴ～Ⅵ层)以及纤维型(白质)，共4大类^[7]。传统观念中，星形细胞具备支持神经元、构成血脑屏障、调节血流量以及修复功能。近年还发现其参与：(1)调节中枢液体成分、离子、pH值及神经递质；(2)突触形成、保护及修饰；(3)受体运输；(4)信息处理及记忆形成等其他重要生理活动。除此之外，越来越多的证据表明，星形细胞结构与功能变化促进了原发胶质肿瘤、癫痫、阿尔茨海默病、重度抑郁症以及唐氏综合征的发生、发展^[8]。同样，在异常免疫系统作用下，星形细胞也不同程度地参与到神经系统自身免疫性疾病中。

以往根据抗原部位不同以及致病机制的差异，将神经元自身抗体分为：(1)神经元胞质/胞核抗体，(2)神经元突触抗体以及(3)NSAb^[9]。其中前两种抗体主要通过细胞免疫导致神经元不可逆变性，患者常伴有肿瘤，对免疫治疗反应差。而NSAb则通过体液免疫，即抗体本身致病，患者偶可伴有肿瘤，多数对糖皮质激素、丙种球蛋白及血浆置换疗效较好。借鉴上述神经元自身抗体的分类，我们将近10余年来发现的主要星形细胞自身抗体分为：(1)星形细胞膜抗体(如AQP4－IgG)，(2)星形细胞胞质抗体[如胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein, GFAP)抗体，即GFAP－IgG]，(3)星形细胞核抗体[如抗小脑Bergmann星形细胞核的Y染色体性别决定区相关高迁移率组盒蛋白1(sex－determining region of Y chromosome－related high mobility group box 1, SOX1)－IgG]3大类。基于发现了AQP4－IgG阳性NMOSD组织中星形细胞受损变性，Mayo Clinic学者提出自身免疫性星形细胞病(autoimmune astrocytopathy)这一概念^[10]，并将他们新发现的GFAP－IgG阳性脑膜脑脊髓炎也归于此类^[11]。由于尚无病理学及其他实验证据表明GFAP－IgG可直接或间接杀伤星形细胞，目前公认的自身免疫性星形细胞病仅有AQP4－IgG阳性NMOSD一种。

一、星形细胞膜抗体——AQP4－IgG

AQP是四聚体结构水通道蛋白家族，包括AQP 0～10，主要功能是运输水分，部分成员(AQP3、7、9)还参与运输甘油及其他极性小分子。其中，AQP4是在中枢神经系统中含量最多的水通道蛋白，在大脑中主要分布于软脑膜星形细胞突起(构成胶质界膜)、血管旁星形细胞终足(图1A)、室管膜下星形细胞突起及室管膜细胞基侧膜。在脊髓及视神经中AQP4主要分布于软膜星形细胞突起(构成胶质界膜)及血管旁星形细胞终足(图1B)。根据翻译起始处蛋氨酸位置不同，将AQP4分为含323个氨基酸的M1亚型和含301个氨基酸的M23亚型。每种亚型均有3个胞外环。内源性AQP4是同时含有M1和M23的异四聚体，每个单体均含1个水通道，M23含量更丰富。众多AQP4异四聚体聚集构成正交粒子阵列(orthogonal arrays of particles，OAPs)，研究显示OAPs核心由M23构成，周边围绕M1^[12]。

图1　间接免疫荧光(A～E)及免疫组织化学染色(F)展示各类星形细胞抗体对应抗原及其分布(所有图片来自作者)。A：视神经脊髓炎谱系疾病(NMOSD)患者血清中水通道蛋白4(AQP4)－IgG结合大鼠海马软脑膜(箭头)及血管壁(*为血管腔)呈绿色荧光(×200)。B：NMOSD患者血清中AQP4－IgG结合猴视神经横截面基质呈绿色丝状荧光，结合血管壁(*为血管腔)呈绿色荧光。由于该患者尚合并高滴度抗核抗体，基质中可见抗核抗体结合细胞核所呈绿色点状荧光(×400)。C：1例老年男性抗N－甲基－D－天冬氨酸受体(NMDAR)脑炎患者脑脊液中所合并胶质纤维酸性蛋白(GFAP)－IgG结合大鼠海马星形细胞胞浆呈绿色荧光(×200)。D：上述抗NMDAR脑炎患者脑脊液中合并GFAP－IgG结合猴小脑Bergmann星形细胞胞质，呈放射状绿色荧光，并贯穿整个分子层(×200)。E：1例合并Y染色体性别决定区相关高迁移率组盒蛋白1(SOX1)－IgG的抗γ－氨基丁酸B受体脑炎(GABA_BR)患者血清中SOX1－IgG特异结合大鼠小脑浦肯野细胞层Bergmann星形细胞核呈绿色荧光(箭头)，而Bergmann星形细胞之间较大的浦肯野细胞无荧光(三角箭头)。左下框内视野为右上框内视野放大(×200)。F：上述血清SOX1－IgG阳性抗GABA_BR脑炎患者小细胞肺癌肿瘤细胞核中SOX1蛋白高表达。一抗为商品化SOX1抗体(abcam兔多克隆抗体，货号ab87775，1∶200稀释)，棕色为免疫组织化学染色阳性反应(×400)

国内外研究均提示，AQP4分子本身的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)与NMOSD易患性无关^[13,14]。NMOSD患者中体内的AQP4－IgG主要为IgG1亚型，结合AQP4胞外环后通过补体依赖细胞毒性作用杀伤靶细胞。AQP4－IgG不仅可结合单独的AQP4异四聚体，其对OAPs亲和力更高。而且由于结合OAPs时后者提供了更多补体C1q结合位点，导致补体系统更加显著地被激活^[15]。在生理状态下，AQP4－IgG结合后，既不会影响AQP4对水的通透性及OAPs聚集组合^[16]，也不会引起AQP4分子内化^[17]。正是由于星形细胞中AQP4高表达，使其成为AQP4－IgG主要攻击目标。与之相对应，AQP4－IgG阳性NMOSD急性期的主要神经病理学表现为星形细胞萎缩变性及相关蛋白(AQP4和GFAP)的表达下调，另有血管旁免疫球蛋白和补体沉积。NMOSD病灶中炎性细胞浸润以中性粒细胞、嗜酸性粒细胞以及巨噬细胞为主，而脱髓鞘及淋巴细胞浸润不如多发性硬化显著^[10]。

当前NMOSD治疗以减轻免疫反应和降低血液循环中AQP4－IgG水平为主要目的，包括整体免疫抑制、血浆置换及B细胞减除治疗等。尽管AQP4－IgG的发现使得我们重新定义了NMO，但是仍有更多的问题留待解决。例如，外周产生的AQP4－IgG通过何种机制进入中枢以及外周AQP4高表达器官(如肾脏)在多数情况下为何得以免受攻击。

二、星形细胞胞质抗体——GFAP－IgG

GFAP是星形细胞的主要中间丝蛋白，参与维持细胞正常形态功能、多种病理过程(如外伤、脑卒中、神经退行性疾病等)，是生理及病理研究中应用最广泛的星形细胞标志物。GFAP包括α、β、γ、δ/ε、κ等7种亚型，通过多种方式在生理性和病理性中枢神经系统组织中表达^[18]。当中枢神经系统损伤时，随着星形细胞死亡，GFAP聚合物分解为可溶性GFAP片段释放到周围组织，星形细胞迅速分裂、增殖，并以形成胶质瘢痕方式进行修复。神经病理学研究发现，病灶中GFAP蛋白缺失或表达减少有助于鉴别AQP4－IgG阳性的NMOSD与多发性硬化^[10]。

2016年，美国Mayo Clinic的Lennon教授和我国学者方伯言共同撰文描述了一种与自身免疫性脑膜脑脊髓炎(meningoencephalomyelitis)相关的新抗体——GFAP－IgG。该抗体在Mayo Clinic神经免疫实验室接收的标本中检出率约为0.1%，接近Yo抗体，是Hu抗体检出率的1/3。GFAP－IgG阳性病例脑脊液IgG指数升高，提示抗体鞘内合成。作者认为利用人胚肾293细胞转染GFAP质粒(基于细胞底物的实验，cell based assay，CBA)的方法检测特异度更高，100%患者GFAPα－IgG阳性。值得注意的是，GFAP－IgG与AQP4－IgG、NMDAR－IgG可存在叠加。由于GFAP为胞内骨架蛋白，推测其参与CD₈^＋T细胞介导的免疫反应。作者进一步推测GFAP－IgG阳性患者对激素治疗良好可能与合并某种抗星形细胞膜抗体有关^[11]。2017年，Mayo Clinic团队^[19]又对102例GFAP－IgG阳性患者做进一步总结，提出了一些新发现。该组患者平均年龄44岁，54%为女性。81%的患者表现为脑膜/脑/脊髓分别受累，亦或三者同时受累。53%的患者增强MRI表现脑室旁放射状强化，造影不符合血管炎表现。患者脊髓病变主要为长节段受累。该组患者22%合并肿瘤。尽管GFAP－IgG阳性患者对激素反应较敏感，但可能仍需要加用免疫抑制剂以减轻对激素依赖。

笔者团队利用大鼠及猴脑组织对某些临床疑似病例进行了脑脊液自身抗体筛查，发现了与Mayo Clinic团队文献吻合的星形细胞免疫荧光染色阳性的表现。进一步参考原文献利用实验室内部(in－house)CBA法对上述样本进行筛查，确定了部分GFAP－IgG阳性病例，包括与NMDAR－IgG叠加的老年男性AE患者(图1C、图1D)。至于GFAP－IgG抗体本身是否致病，亦或仅仅是免疫系统针对某些感染/炎性刺激的反应产物，尚有待进一步研究。此外，国内其他学者也对该抗体进行了相关研究^[20]并予以关注^[21]。

三、星形细胞核抗体——SOX1－IgG

2005年，西班牙学者Graus等^[22]在合并小细胞肺癌(small cell lung cancer，SCLC)同时不伴经典Hu、Ri、Zic4抗体的神经系统副肿瘤综合征(paraneoplastic neurological syndrome，PNS)患者血清中发现了一种能特异性结合小脑浦肯野细胞层Bergmann星形细胞核的自身抗体(图1E)。仿照抗神经元细胞核抗体(anti－neuronal nuclear antibody，ANNA)的命名方法，将其命名为抗胶质细胞核抗体(anti－glial nuclear antibody，AGNA)。该研究中AGNA在Lambert－Eaton肌无力综合征(Lambert－Eaton myasthenic syndrome，LEMS)亚组检出率高达43%，在全部PNS患者中检出率为27.1%，而在无PNS表现SCLC患者中检出率为11.5%。随后的研究将AGNA抗原确定为SOX1^[23]。

SOX基因是一类Y染色体性别决定区(sex－determining region of Y chromosome，SRY)相关基因，通过编码一系列转录因子，参与性别决定、神经系统发育、骨组织发育、血细胞生成等多种早期胚胎发育过程^[24]。该家族的第一个成员SRY基因是哺乳动物雄性性别决定基因，对睾丸发育有重要影响，于1990年首先从人类Y染色体上分离得到^[25]。SRY基因产物有一个高迁移率组(high mobility group)盒区，能够与DNA小沟特异结合并调控其转录，而这一结构也成为整个SOX家族的特征^[26]。目前约有20种SOX基因编码的蛋白得到确认，并且被分成A～H不同的亚组，其中SOX1蛋白属于B1组。

迄今为止，SOX1－IgG已在副肿瘤性LEMS、感觉性周围神经病、感觉运动性周围神经病、小脑变性、边缘叶脑炎、脑干脑炎以及脑脊髓炎患者体内检出^[23,27,28]。最近，我们报道了国内首例经免疫印迹法确诊的血清SOX1－IgG阳性神经系统PNS患者，临床表现为肌无力综合征及感觉性周围神经病^[29]。此外，我们利用免疫组织化学方法在1例血清及脑脊液SOX1－IgG均阳性的抗γ－氨基丁酸B受体脑炎患者SCLC肿瘤细胞核中检测出SOX1蛋白高表达(图1F)。上述发现提示，SOX1可作为交叉抗原在SCLC与Bergmann星形细胞中并存。