宿主和病毒共同进化以达到共同存活的平衡状态。在这种平衡中,宿主发展了各种免疫机制以清除病毒, 而病毒则发展了各种免疫逃逸机制以逃避宿主的免疫应答[1]。
本文重点介绍呼吸道病毒对先天免疫系统的逃避,病毒与宿主间存在相互作用的这一重要特点,将为我们探索新型抗病毒策略提供参考。
肺是体内与外部环境接触面积最大的器官,每天都有大量的空气和气溶胶通过肺泡壁细胞,使肺组织以及呼吸道的其他部分长时间暴露在随空气吸入的病毒和细菌中,导致呼吸系统易被感染而引发疾病。
入侵肺部的常见病毒有冠状病毒(CoV)、呼吸道合胞病毒(RSV)、流感病毒(IV)和鼻病毒(RhV),均属 RNA 病毒[2]。为使呼吸系统免受病原体的侵袭,机体内存在着由先天免疫(非特异性免疫)系统构成的第一道防线。
先天免疫系统能感知可能致病的异物,并触发下游信号,最终在细胞核中诱导转录因子,进而刺激 I 型干扰素、III 型干扰素和其他细胞因子的表达,随后确保已感染细胞和周围未感染细胞表达大量干扰素刺激基因(ISG),这些基因建立起了肺部的抗病毒状态。大多数情况下,这种状态可以抑制入侵病毒的发展,从而在适应性免疫(特异性免疫)开始发挥作用清除这些病毒之前,起到预防疾病或减轻症状的作用。
但在病毒一方,为对抗这些「精心设计」的防御机制,呼吸道入侵的病毒经过进化能够绕过或抑制先天免疫反应,为病毒的有效复制创造机会,从而导致发病。
这些免疫逃逸机制可大致分为三类:
1逃避体液免疫系统的识别
2抑制细胞免疫应答
3干扰免疫效应功能[1]
莱顿大学医学中心的 Marjolein Kikkert 在《Innate Immune Evasion by Human Respiratory RNA Viruses》综述中也指出,人呼吸道 RNA 病毒具有规避免疫系统识别和主动抑制免疫信号通路的多种免疫逃逸机制[3]。
最终,宿主的先天性和适应性免疫的有效性与病毒的毒性及其逃避宿主免疫反应的能力之间的平衡共同决定了疾病的结局。
呼吸道感染是 5 岁以下儿童死亡的主要原因之一[4],先天免疫系统对于保护婴幼儿呼吸道免受感染尤为重要。婴幼儿免疫功能发育不完善,适应性免疫反应尚未建立,清除病毒能力差,且肺部与较大的儿童、成人一样多地接触外来病原体,呼吸道的先天免疫与外来病原体之间相互博弈,引发严重疾病或是免疫克服感染相对来讲更容易向危险的方面倾斜。因此,提高 5 岁以下儿童的免疫能力至关重要。
当下仍在威胁人类健康的新型冠状病毒也是如此。宿主细胞在感染冠状病毒后,正常来说,人体的免疫系统能抵抗大部分的病原体,但冠状病毒是一种在进化上非常成功的病毒,其适应能力非常强,可以通过不断地变异,进化出各种用以迷惑或利用宿主细胞的结构。虽然宿主细胞本身有一系列的信号通路获知病毒入侵,但病毒也有一套躲避宿主免疫反应的策略。冠状病毒像一个「狡诈的敌人」一样进入细胞内,进行大量繁殖。目前 SARS-CoV-2 表现出了比 SARS-CoV 与 MERS-CoV 更强大的隐蔽能力,有些感染者甚至需要多次检测才能确诊,推测 SARS-CoV-2 对机体的免疫逃逸更加细致[5]。
在宿主与病毒共同进化的数百万年内,机体发展了一套高度复杂的免疫机制以预防和清除病毒感染。而与此同时,几乎针对免疫应答的每一步骤,病毒都发展了相应的免疫逃逸机制以确保自身的存活。
小结
近年来,病毒免疫逃逸机制研究取得很大进展,然而仍有很多基本问题亟待解决。深入研究病毒免疫逃逸机制必将有助于了解机体高度复杂的免疫应答机制并对疫苗开发、基因导入载体设计、理解机体免疫调节机制研究等提供重要线索。