甲型流感病毒对人与实验动物神经系统影响的研究进展_丁相荣.pdf

实验动物与比较医学 Laboratory Animal and Comparative MedicineApr.2023,43(2)DOI:10.12300/j.issn.1674-5817.2022.142甲型流感病毒对人与实验动物神经系统影响的研究进展丁相荣1,霍姝汭2,代解杰1 1(1.中国医学科学院/北京协和医学院医学生物学研究所,昆明 650118;2.昆明医科大学,昆明 650500)摘要 流感作为一种高度传染性疾病，主要影响呼吸系统，常导致肺部并发症，但它也会导致多种罕见却严重的神经系统并发症，包括格林-巴利综合征、横贯性脊髓炎、脑膜脑炎等。近年来，多个国家和地区相继报告了甲型流感病毒引起的神经系统并发症病例，逐渐引起国际关注。然而该并发症的发病机制尚不清楚，相关病例及动物实验科学研究较少，无特定疗法。本文围绕人与实验动物感染甲型流感病毒后神经系统并发症的研究进展进行归纳总结，以期对甲型流感病毒引起的神经系统性疾病有一个全面的认识和理解。关键词 甲型流感病毒；神经系统并发症；动物实验中图分类号 R-332；Q95-33 文献标志码 A 文章编号 1674-5817（2023）02-0180-06Research Progress on Influenza A Virus and Nervous System Disease of Human and Experimental AnimalsDING Xiangrong1,HUO Shurui2,DAI Jiejie1(1.Institute of Medical Biology,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College,Kunming 650118,China;2.Kunming Medical University,Kunming 650500,China)Correspondence to:DAI Jiejie(ORCID:0000-0002-4242-9089),E-mail:ABSTRACT Influenza is a highly contagious disease that mainly affects the respiratory system and often leads to lung complications.Also it can cause a variety of very rare and serious neurological complications,including Guillain-Barre syndrome,transverse myelitis,meningoencephalitis and others.In recent years,neurological complications caused by influenza A virus have been reported in many countries and regions,and gradually attracted international attention.However,the pathogenesis of this complication remains unclear,and there are few related cases and animal experimental studies,and no specific treatment.Therefore,the authors summarized the study of neurological complications caused by influenza A virus in human and laboratory animals,in order to have a comprehensive understanding of the neurological diseases caused by influenza A virus.Key words Influenza A virus;Neurological complications;Animal experiment神经系统由中枢神经系统和周围神经系统两部分组成。中枢神经系统是人体中最重要的部分，通常被称作身体的控制中心1。血-脑屏障、血-脑脊液屏障以及脑脊液-脑屏障能阻止嗜神经性病毒通过脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）或血源性扩散等途径渗透入脑脊液或脑组织，进而保护中枢神经系统2。尽管如此，一些病毒仍能进入中枢神经系统并引起疾病。在美国，每年由病毒引起的中枢神经系统感染病例的数量远超过由酵母菌、霉菌、细菌以及原生动物引起的感染病例的总和3。甲型流感病毒（influenza A virus，IAV）作为人兽共患病病原体，具有变异率高、传染性强、危害性大以及可引起全球大流行等特点，一直以 人类疾病动物模型 Animal Models of Human Diseases基金项目 云南省科技人才和平台计划项目“中国医学科学院医学生物学研究所实验树鼩标准化与应用研究省创新团队”（2017HC019）第一作者 丁相荣（1997），女，硕士研究生，研究方向：人类疾病动物模型及机制研究。E-mail：通信作者 代解杰（1961），男，博士生导师，研究方向：人类疾病动物模型建立与比较医学。E-mail：。ORCID：0000-0002-4242-9089180实验动物与比较医学 Laboratory Animal and Comparative MedicineApr.2023,43(2)来都是关注的重点对象4。虽然其主要感染目标是肺部，但也可导致急性或慢性神经系统并发症，包括热性惊厥、雷氏综合征、脑膜炎/脑炎、横贯性脊髓炎、格林-巴利综合征（Guillain-Barre syndrome）等5，故增加了神经退行性疾病的长期风险6。根据其直接感染中枢神经系统的能力，可将流感病毒分为嗜神经性流感病毒与非嗜神经性流感病毒。在人类中传播的大都为非嗜神经性流感病毒，包括H1N1病毒（1918年西班牙流感和2009年猪流感）、H2N2病毒（19571958年亚洲流感）和H3N2病毒（1968年香港流感）。本文在阐述人与实验动物感染甲型流感病毒后引起的神经系统并发症类型的基础上，进一步对目前研究甲型流感病毒相关性并发症所使用的实验动物种类、相关并发症的发病特点及分子机制进行归纳总结，以期为甲型流感病毒相关性中枢神经系统并发症的研究和治疗提供相关资料。1热性惊厥热性惊厥是流感病毒感染最常见的神经系统并发症。有研究报告，在因流感住院的人群中，热性惊厥的发病率占神经系统并发症的80.6%；而热性惊厥在甲型流感病毒感染者中的发病率为8.4%，显著高于乙型流感病毒感染者中4.6%的发病率，并常见于6月龄至5岁儿童，伴有发热但没有中枢神经系统感染7-8。Sawires等9发现与四月份相比，在甲型流感高峰期（秋冬季）热性惊厥的发病率增加了48%，而在乙型流感高峰期（秋冬季）热性惊厥发病率只增加了31%，进一步证实甲型流感较乙型流感更易引起热性惊厥。与未被感染者相比，甲型流感病毒感染者更容易发生局部癫痫10。然而，大多数热性惊厥患儿预后良好，很少发生长期神经发育并发症和后遗症11；只有当癫痫与更严重的神经系统并发症（如脑炎或脑病）相关时，才会影响预后12。2流感相关性脑病流感相关性脑病是流感病毒感染后第二常见的神经系统并发症，一般与突然出现的高热、严重抽搐、快速进展的昏迷以及2或3 日内死亡有关，死亡率约为30%。流感相关性脑病在日本高发，偶发于欧洲和北美，患者多为幼儿，高峰年龄为13岁13。流感相关性脑病的临床表现范围广，致病机制尚不明确。细胞因子风暴被认为是导致流感相关性脑病的重要原因之一14。这是一种不受控制的全身炎性反应15。在一些病例中，流感病毒可能通过周围神经感染中枢神经系统，或通过受损的血脑屏障诱导中枢神经系统发生细胞因子风暴16。细胞因子对免疫系统中的病毒清除和细胞间交流极其重要，但过多的细胞因子可能会导致严重的免疫病理损伤17。与此相一致的是，Daiva等18发现与未感染流感病毒或无神经系统疾病的患者相比，流感相关性脑病患者的血清白细胞介素（interleukin，IL）-6、IL-10 和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-水平显著升高。体外细胞实验结果显示，禽流感病毒H7N9和大流行性H1N1都可以感染分化的人类神经元细胞和星形胶质细胞，其中H7N9 能诱导细胞中 IL-8、IL-6、趋化因子（C-C motif）配体2、TNF-和干扰素（interferon-，IFN-）等促炎细胞因子的表达，而且星形胶质细胞相比神经元细胞更敏感，但H1N1感染对细胞因子的表达没有明显影响。血-脑屏障在控制病毒入侵中枢神经系统方面具有重要作用，而星形胶质细胞过度表达IL-8会增加血-脑屏障对病毒感染的通透性。此外，感染H7N9的星形胶质细胞在感染后期仍能诱导细胞因子的表达，这可能是促炎级联反应中自分泌/旁分泌反馈与其他感染细胞串扰的结果19。在动物实验中也观察到类似结果。Gefei等20通过分离感染禽流感H5N1病毒和人H1N1病毒的小鼠星形胶质细胞和小胶质细胞，建立了小鼠体外模型，并经研究发现，流感病毒受体SA2，3Gal和SA2，6Gal在小鼠星形胶质细胞和小胶质细胞中均匀分布。这首次证明H5N1和H1N1流感病毒都能感染小鼠星形胶质细胞和小胶质细胞，并能在体外诱导细胞病变、细胞凋亡并产生促炎细胞因子，有助于流感病毒导致神经损伤机制的研究。类似结果在雪貂模型中也得到证实。Kirsty等21通过接种H5N1病毒和H1N1病毒，建立了流感病毒感染的雪貂模型；观察发现，接种H1N1的雪貂大脑中IL-6和IL-8表达显著上调，嗅球中TNF-、IL-6和IL-8的表达也显著上调；而接种H5N1的雪貂中，仅在少量脑干小神经元和小胶质细胞中检测到TNF-表达，在少数小神经元或小胶质细胞以及细胞类型不明的脑膜细胞中检测到IL-6的表达，IL-8在少数脑干内皮细胞以及嗅球、小脑和脑膜细胞中表达。这些数据表明，在H5N1和H1N1病毒感染期间，中枢神经系统中的促炎细胞因子反应增强。Wang等22通过鼻内滴注甲型流感WSN/33（H1N1）病毒，建立了流感小鼠模型，研究发现感染H1N1的小鼠肺和脑中181实验动物与比较医学 Laboratory Animal and Comparative MedicineApr.2023,43(2)IL-6、TNF-和IL-1表达，以及病毒复制活性和血管通透性等在感染期的第16 天均显著升高。上述基于患者人群、细胞模型和动物模型的研究结果均表明，细胞因子在流感病毒相关性中枢神经系统并发症的发展中起到重要作用14。其中，促炎细胞因子在免疫反应和中枢神经系统正常功能中起着至关重要的作用，与神经炎症有关，可能导致神经精神疾病，如认知障碍和神经行为改变。而在流感病毒感染期间，TNF-、IL-6和IL-1等促炎细胞因子表达上调23，其中IL-1不仅是细胞因子风暴的组成部分，还促进T细胞和中性粒细胞向感染部位转运，诱导内皮细胞和上皮细胞产生IL-6、TNF-等第二波细胞因子。因此，当感染H3N2、H1N1以及H7N9病毒时，过量的IL-1可使疾病恶化，导致严重后果17。不仅如此，促炎细胞因子还可能通过增加血-脑屏障的通透性，引起神经元、神经胶质细胞的凋亡以及血管内皮损伤，导致急性脑水肿以及坏死18。然而，目前常用于研究甲型流感相关神经系统性疾病的小鼠和雪貂模型都有其局限性，而树鼩对流感病毒敏感，其N-乙酰神经氨酸（，2-3和，2-6唾液酸）受体分布与人类相似，并已有研究表明树鼩在流感研究中具有适用性24-25。此外，有研究发现树鼩的一些免疫系统信号