杜 威，劉春雨，王路生，何茂郎，丁海濤，代金鵬，吳江東

結核病是一種困擾人類數(shù)千年的慢性傳染病，其傳染性之強、波及范圍之廣、感染人數(shù)與死亡病例之多使其成為一個不容小覷的全球性健康問題，2020年全球新發(fā)結核病患者987萬，發(fā)病率為127/10萬，其中有127萬人死于結核病[1]。雖然結核病在中國的流行趨勢有所下降，但中國作為該病的高負擔國家，疾病負擔仍難以控制[2]。結核病發(fā)病機制復雜多樣，研究結核病發(fā)病機制對于結核病防控、診斷技術的開發(fā)和臨床治療靶點的尋找等具有重要貢獻。之前在有關結核病方面的研究仍不能很明確地解釋發(fā)病機制，故本文將進一步總結近幾年新的研究角度和發(fā)現(xiàn)。

M.tb感染宿主后引發(fā)一系列固有及適應性免疫反應，其與宿主之間復雜多樣的相互作用以及宿主自身免疫相關基因及易感性成為結核病發(fā)病機制的基礎[3]。當M.tb經(jīng)氣道進入肺部首先被配備有模式識別受體的肺泡巨噬細胞內(nèi)化吞噬，巨噬細胞參與保護細胞免受M.tb入侵、吞噬后清除菌體和調(diào)節(jié)炎癥反應[4-5]，包括誘導出一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和抗菌肽等，隨后T細胞和B細胞亞群被激活引發(fā)適應性免疫應答。然而過度的免疫反應激活會導致嚴重的肺部炎癥和損傷，造成肺部肉芽腫性干酪化和空洞，免疫反應強烈的個體甚至發(fā)展為活動性結核病幾率更大[6-8]，此外，抵御M.tb的免疫能力也與宿主免疫相關基因及遺傳易感性和M.tb遺傳變異有著密切關系。M.tb在宿主內(nèi)存在和長期存活引發(fā)的超敏反應與免疫反應是影響TB發(fā)病的原因。TB發(fā)病機制涉及多個方面，本文重點從免疫相關基因、MTBC的遺傳變異和宿主-結核分枝桿菌相互作用進行綜述。

1 免疫相關基因與人類結核病

人類免疫相關基因的改變以及結核病易感基因的變異成為結核病發(fā)病機制的重要方面，已有報道發(fā)現(xiàn)并驗證了結核病發(fā)病與人類遺傳變異的相關性[9]，表明結核病感染及疾病進展與人類遺傳多態(tài)性有著密不可分的聯(lián)系。

正常情況下，免疫應答基因通過表達與免疫調(diào)控有關的分子產(chǎn)生免疫效應，參與機體抵御結核病的侵襲過程。中性粒細胞作為機體固有免疫細胞參與吞噬M.tb，但過度激活則引起肺部病理損傷加快結核病進展[10]。Moreira-Teixeira L等人通過結核病易感小鼠模型發(fā)現(xiàn)了感染狀態(tài)下血液中中性粒細胞相關基因的增加，此外，IFNG(干擾素基因)和其他與效應和細胞毒性功能相關的基因下調(diào)導致免疫應答減弱、T細胞與NK細胞減少，保護效應功能喪失，機體對于M.tb抵御能力降低，促使了機體結核病的發(fā)生[11]。此外，免疫相關基因的甲基化改變也使得免疫反應性降低，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)結核病患者的IL-2/STAT5、TNF/NF-κB和IFN-γ信號通路存在DNA甲基化[12]，甲基化的發(fā)生會影響該段區(qū)域表達并具有遺傳性，可影響機體固有免疫及適應性免疫應答。易感性相關基因的變異對人體的感染免疫反應也具有廣泛的影響，可能影響宿主對抗M.tb免疫從而使?jié)摲腥緺顟B(tài)轉由活動性方向發(fā)展，如SLC11A1、IFN-γrs243056位點等，也有報道闡明了亞洲人群中的HLA-DRB1等位基因變異、中國人群中的Notch4中rs2071277和rs422951的G等位基因變異以及南非人群中的C1q基因簇區(qū)域的變異對結核病易感性的影響[13-18]。有研究者通過全基因組關聯(lián)研究(Genome-Wide Association Studies,GWAS)鑒定出HLA II類變異在俄羅斯等地區(qū)人群中復制較弱的結果[19]。宿主免疫基因的異質(zhì)性影響了人群對抗M.tb免疫應答的不同，結核病與人類共同進化，GWAS、地域性易感性差異以及個體免疫異質(zhì)性為易感性相關基因的變異提供了引導性的參考，需進一步探索以評估人類結核病遺傳變異的后果[17，20]。將此類研究服務于臨床應用，在基因變異導致的結核病易感性增加的基礎上對醫(yī)療狀況做出相應調(diào)整。

免疫抵抗者是指接觸結核病感染者后一年內(nèi)IFN-γ釋放試驗(Interferon-γ Release Assays,IGRA)和結核菌素試驗(Tuberculin pure protein derivative,PPD)同時呈陰性，Lu LL等人的隊列研究揭示了抵抗者具有類別轉換IgG、IgM的能力以及非CD4介導的IFN-γ對M.tb特異蛋白如CPF-10、ESAT-6做出反應的能力，表現(xiàn)出M.tb特異性IgG Fc信號[21-22]。目前有研究稱抵抗表型可能具有異質(zhì)性，盡管抵抗者持續(xù)接觸M.tb也有可能處于“潛伏感染狀態(tài)”而不會有活動性結核病的風險[23-24]。這些研究可證明部分人群可對于M.tb的抗原刺激做出對應免疫措施，為臨床結核病診療手段提供思路與方法。

2 MTBC的遺傳變異與人類結核病

結核分枝桿菌復合體(Mycobacteriumtuberculosiscomplex,MTBC)成員具有高度的基因組同源性，但它們在宿主范圍、毒力、傳播性發(fā)病機制等方面表現(xiàn)出重要的差異[25-27]。MTBC的人類適應譜系具有強大的系統(tǒng)地理結構，7個主要的全球譜系按照地理結構劃分[28]。MTBC成員有不同的宿主，譜系1至譜系7主要感染人類而很少感染動物。譜系5和譜系6家族僅在西非引起人類結核病[29]。有研究發(fā)現(xiàn)，不同的MTBC譜系具有不同的毒力程度，譜系2和譜系4分布廣泛，與地理上受限的譜系相比，似乎具有更高的致病力[30-32]。譜系2中的北京亞型毒株比其他現(xiàn)代分離株更具毒性。Jia X等人對基因組結構、特定基因以及單核苷酸多態(tài)性(SNPs)的鑒定，進一步證明了譜系2中北京亞系具有更強的毒力特性[33]。毒力的增加將增強疾病的傳播，減少促炎性免疫反應，并加劇疾病的嚴重性。還有研究表明，與譜系4菌株相比，譜系2菌株可能與傳播鏈風險增加有關，而譜系5和譜系6菌株可能與傳播鏈風險降低有關[34]。

越來越多的證據(jù)表明，宿主對不同MTBC毒株的免疫應答存在變異[35]。有研究發(fā)現(xiàn)，高致病性菌株比低致病性菌株誘導更低的免疫應答，強毒株在宿主巨噬細胞中保持隔離是實現(xiàn)免疫逃逸的一個原因[36]。作為共同進化機制的一部分，為了在人類中生存，結核分枝桿菌能夠適應各種人類群體。有研究發(fā)現(xiàn)，結核分枝桿菌基因組的遺傳多樣性可能會因T細胞反應而增加[37]。這表明結核分枝桿菌可以避免宿主免疫攻擊，實現(xiàn)免疫逃逸，增加結核病的傳播速度。還有相關團隊，通過DNA測序對大量收集的MTBC毒株進行分析，MTBC基因型的地理變異與人類遷移有關[34]，從而證明MTBC的遺傳多樣性的擴展與人類遷移有關。

3 宿主-分枝桿菌相互作用

3.1 機體免疫細胞和結核分枝桿菌的相互作用 巨噬細胞與結核分枝桿菌的相互作用是結核病發(fā)病的核心環(huán)節(jié)。巨噬細胞與分枝桿菌的相互作用有很多方面，如MTB調(diào)節(jié)與巨噬細胞相互作用的不同受體途徑[38-39]、MTB 抑制吞噬酶體的成熟和酸化[40-41]、MTB抑制巨噬細胞的凋亡和自噬、MTB 抑制氧化應激及活性氧和活性氮中間體的功能[42]。此外，離子通道的調(diào)節(jié)也參與結核分枝桿菌的免疫逃逸[43]。

巨噬細胞的受體有多種類型，如Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)、C型凝集素受體(C-type lectin receptors,CLRs)、NOD樣受體(NOD-like receptors,NLRs)、免疫球蛋白Fc受體(Fc receptors)、補體受體和清道夫受體等。TLRs在M.tb感染中具有重要作用，其中TLR2與TLR4與M.tb的結合是固有免疫的主要機制[44]。巨噬細胞中的TLR2可以識別M.tb的PAMPs，從而誘導多種固有免疫應答[45]。TLRs中的TLR2、TLR4和TLR9可以特異性激活PI-3K途徑[46]。M.tb的脂阿拉伯甘露聚糖(lipoarabinomanman,LAM)可以通過改變TLRs之間的物理關聯(lián)來跨膜信號傳導。TLR4還可以抑制巨噬細胞中吞噬細胞的降解，這主要通過獨立于NF-κB的途徑。M.tb的許多成分能干擾吞噬溶酶體的成熟。M.tb分泌ESXA(ESAT-6)和PDIM作用于吞噬體膜形成孔道，使吞噬體膜破裂[47]。抑制吞噬酶體成熟的一種重要機制為抑制吞噬體與溶酶體的融合。M.tb通過減少NF-κB的合成、促進PKnG的合成、減少PI3P的合成來抑制吞噬體和溶酶體之間的融合。有研究表明，NF-κB通過高表達膜轉運分子來促進吞噬體與溶酶體的融合[48]，NF-κB的合成減少會抑制吞噬體和溶酶體的融合。PKnG是真核生物中的一種類似蛋白激酶的蛋白質(zhì)。有研究發(fā)現(xiàn)，M.tb分泌的PKnG可以加強宿主細胞的信號轉導從而抑制吞噬酶體的融合[49]。位于早期核內(nèi)體和吞噬體表面的磷脂酰肌醇3-磷酸(Phosphatidylinositol 3 Phosphate,PI3P)是構成巨噬細胞細胞膜的重要組成部分。還有研究表明，M.tb感染后，PI3P的合成減少和水解增多也抑制了吞噬體和溶酶體的融合[50]。M.tb通過抑制吞噬體的酸化來抑制巨噬細胞的吞噬作用。有研究發(fā)現(xiàn)，缺失PtkA的M.tb突變體在THP-1巨噬細胞感染模型中無法存活，表明該突變體無法抑制吞噬體酸化，這說明PtkA在抑制吞噬體酸化中起直接作用[51]。在感染早期，細胞凋亡是巨噬細胞殺滅M.tb的重要途徑之一。宿主細胞的凋亡主要與結核分枝桿菌的毒力有關。有研究表明，M.tb毒力株可以抑制巨噬細胞的凋亡，其毒力強弱與誘導巨噬細胞凋亡能力有很大關系[52]。影響巨噬細胞凋亡的途徑有Caspase酶系途徑、TLRs家族與NF-κB途徑、Fas/FasL信號途徑、TNF-α/TNFR1/TNFR2信號途徑及其他途徑[53]。限制宿主細胞中結核分枝桿菌生長的一個關鍵性保護過程是自噬。M.tb已經(jīng)產(chǎn)生了多種策略來對抗自噬，活性氧(reactive oxygen species,ROS)是機體內(nèi)一種含氧并且化學性質(zhì)活潑的一類物質(zhì)的總稱，可參與形成細胞信號[54]和氧化損傷[55]等過程，而M.tb可通過ROS依賴性途徑來抑制細胞自噬。有研究表明，ESAT-6在抑制人樹突狀細胞的晚期自噬中起重要作用[56]。還有研究發(fā)現(xiàn)，結核分枝桿菌通過產(chǎn)生各種細菌蛋白因子來限制自噬相關途徑，如硫代脂質(zhì)(sulfoglycolipids,SLs)和硫代甘油二菌酸酯(DIMs)可能調(diào)節(jié)巨噬細胞的自噬[57]。M.tb可采取多種策略降低ROS對其造成的毒性損害，如通過細胞壁的LAM、分枝菌酸和酚糖脂PGL-1用于清除氧自由基[58]，通過產(chǎn)生KatG過氧化氫酶以及SodA、SodC超氧化物歧化酶等物質(zhì)來清除活性氧[59]。

CD4+、CD8+T細胞在機體特異性抵抗M.tb感染中有重要作用。有研究表明，M.tb能夠通過自身代謝功能的改變逃避T細胞的直接殺傷，如色氨酸的合成等[60]。甚至M.tb對宿主T細胞的代謝也可能產(chǎn)生影響，隨著M.tb感染不斷進展，CD8+T細胞中的能量代謝情況不斷惡化，進而導致對糖酵解的依賴性增加，從而增強炎性因子的產(chǎn)生[61]。不僅如此，M.tb還抑制了MHC分子的表達和抗原的呈遞，如M.tb脂蛋白可作為TLR2激動劑抑制MHC-II的上調(diào)[62]、吞噬體與溶酶體融合受阻抑制抗原的呈遞[63]，從而影響了T細胞的活性。此外，M.tb還可通過作用于其他細胞間接抑制T細胞功能，比如，DC細胞需要成熟才能發(fā)揮對T細胞的刺激作用，而M.tb阻止DC細胞成熟達到抑制CD4+T細胞反應的目的[64]。甘露糖修飾的LAM是M.tb細胞壁的主要成分之一，可誘導B細胞產(chǎn)生IL-10，IL-10 進一步抑制CD4+T細胞極化，從而抑制了抗結核的特異性免疫[65]。中性粒細胞會在抗結核免疫時募集，產(chǎn)生有毒害作用的氧自由基破壞微循環(huán)系統(tǒng)，導致T細胞浸潤能力下降[66]；有研究還發(fā)現(xiàn)，感染期間間髓源性抑制細胞可通過NO依賴性機制抑制T細胞增殖和IFN-γ的產(chǎn)生[67]。越來越多的研究表明，M.tb感染后一些抑制性受體上調(diào)進而阻斷了T細胞發(fā)揮效應，如Tim-3[68]、2B4[69]和PD-1[70]等。

抗結核的特異性免疫反應以T細胞為主，體液免疫中抗體的中和作用較弱，因此B細胞曾被質(zhì)疑在TB感染期間是否具有重要的保護作用[71]。有研究在感染M.tb的患者中發(fā)現(xiàn)記憶B細胞缺乏CD27表達，從而抑制了免疫效應，推測可能參與導致M.tb致病的一種機制[72]。之前的研究已揭示Th1細胞與Th2細胞失衡與TB的發(fā)展有密切關系，目前還有研究新發(fā)現(xiàn)，正常密度與低密度中性粒細胞亞群之間的平衡關系對機體防御M.tb感染也發(fā)揮重要作用，如失衡可能影響機體免疫反應[73]。關于B細胞、中性粒細胞等其他免疫細胞與M.tb間的相互作用知之甚少，它們之間可能存在復雜的關聯(lián)，有待進一步研究發(fā)現(xiàn)。

3.2 結核分枝桿菌與宿主細胞代謝 在結核病的發(fā)病過程中，M.tb可通過影響宿主細胞的代謝活動，進而參與結核病的發(fā)病機制[74]。M.tb利用脂質(zhì)作為非糖酵解碳源，這一優(yōu)先用途已通過轉錄誘導編碼參與宿主相關脂肪酸降解的酶的基因得到證明[75]。為了從巨噬細胞中獲取碳源，M.tb刺激巨噬細胞產(chǎn)生乳酸脫氫酶，催化乳酸轉變?yōu)楸?，進而促進巨噬細胞內(nèi)脂肪酸的合成，提供M.tb所需碳源[76]，正如Mahajan等人在泡沫狀巨噬細胞中所見，其具有大量的細胞內(nèi)三酰甘油(TAG)，這便是M.tb的儲存脂質(zhì)[77]。此外，M.tb還誘導巨噬細胞中miR-33的表達，抑制脂質(zhì)分解代謝，并促進脂質(zhì)體中脂肪酸的積累，使其在巨噬細胞內(nèi)存活更持久[78-79]，除了將其作為在宿主內(nèi)生存的營養(yǎng)物質(zhì)外，M.tb還擅長利用脂質(zhì)，在感染的早期階段，發(fā)現(xiàn)M.tb細胞壁脂質(zhì)與宿主固有的免疫應答有關。此外，結核分枝桿菌細胞壁相關脂質(zhì)的差異表達，以及其他宿主因素，也決定著該桿菌是否會經(jīng)歷活動期或慢性期感染[80]。

結核感染期間，M.tb的大部分時間都在宿主的吞噬細胞和肉芽腫(組織反應)內(nèi)度過，事實證明，其在宿主巨噬細胞里的持續(xù)生存主要依靠脂肪酸和膽固醇[81]。目前普遍認為，M.tb首選的體內(nèi)碳源是宿主來源的膽固醇，膽固醇廣泛存在于真核細胞膜和干酪肉芽腫中，伴隨肉芽腫壞死中心的形成，M.tb針對惡劣環(huán)境在代謝上作出適應，并觸發(fā)宿主細胞代謝的代償性變化，以獲取長期的細胞膽固醇來源[82]。

M.tb還能誘導巨噬細胞發(fā)生代謝重編程，NAD+依賴性蛋白脫乙酰酶Sirtuin 3(SIRT3)是細胞氧化還原穩(wěn)態(tài)和線粒體代謝的重要調(diào)節(jié)因子。mtROS是一種由線粒體產(chǎn)生的ROS[83]，Smulan LJ等人發(fā)現(xiàn)，當宿主巨噬細胞被M.tb感染后，SIRT3發(fā)生下調(diào)增加mtROS的產(chǎn)生，隨著感染的持續(xù)，mtROS不斷積累，進而引起氧化應激和巨噬細胞死亡，導致細菌負荷增加和擴散[84]，這提示SIRT3或許可以成為一個研究結核診斷和治療的靶點。

3.3 結核分枝桿菌與肉芽腫 肉芽腫的反應情況與結核病的發(fā)病密切相關，M.tb能夠調(diào)節(jié)宿主肉芽腫反應的能力，并保持其在肉芽腫內(nèi)的存活[74]，而深入闡明肉芽腫的形態(tài)特點及參與肉芽腫形成的因素，研究揭示肉芽腫形成的動態(tài)過程，可幫助我們了解肉芽腫是如何參與結核病的發(fā)病機制，對此，已有不少學者針對人類M.tb肉芽腫開展相關的研究。

肉芽腫是M.tb感染的重要組織病理學標志，其本質(zhì)是M.tb感染部位高度組織化的炎性細胞(T細胞、巨噬細胞、B細胞等)的集合體[85]。大多數(shù)單個肉芽腫是在感染的前4周由單一細菌形成的[86]，而關于肉芽腫的形成問題，周爽等人近來通過對免疫細胞內(nèi)CH25H/25H通路的研究發(fā)現(xiàn)，25-羥基膽固醇(25HC)可能通過介導泡沫細胞參與肉芽腫的形成，進一步補充了結核肉芽腫的形成機制[87]。肉芽腫的變化特點非常復雜，大致可描述為從完全消退到持續(xù)肉芽腫復發(fā)，伴有保護性和有害的炎癥、干酪樣壞死、纖維化和組織瘢痕形成，導致長期功能性殘疾[88]。在M.tb感染的初始階段，結核分枝桿菌在具有炎癥特征的環(huán)境形成肉芽腫，6 kDa早期分泌抗原靶標(ESAT-6)，作為一種被廣泛公認的結核分枝桿菌毒力因子，其表達可導致M1表型巨噬細胞向M2表型巨噬細胞轉化，前者可通過分泌促炎因子如TNF-α、IL-12和IL-6產(chǎn)生促炎作用，而后者可通過IL-10產(chǎn)生具有抗炎作用[82,89-90]，此外，M2表型巨噬細胞也被認為可通過釋放某些生長因子如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)參與血管生成過程。這種血管生成允許肉芽腫的某些部分氧化，以促進結核病的存活和再激活[91]。

隨著放射診斷技術的出現(xiàn)，如正電子發(fā)射斷層掃描結合計算機斷層掃描(PET/CT)，徹底改變了我們對亞臨床M.tb感染動力學的理解。GreggRW等人使用食蟹猴M.tb感染模型，通過連續(xù)PET/CT跟蹤M.tb感染期間肺部肉芽腫的進展過程，有不少發(fā)現(xiàn)，尤其是發(fā)現(xiàn)在原發(fā)性感染期間，細菌在肺部的傳播模式類似于TNF中和誘導的再激活過程[85]；另外，因斑馬魚形成的肉芽腫與人類M.tb肉芽腫極為相似的特點，斑馬魚感染天然致病菌海洋分枝桿菌成為了研究人類肉芽腫性炎癥對結核分枝桿菌感染反應的有效替代物[92]，近年來對其的研究不僅幫助闡述了人類肉芽腫的重要方面，如缺氧、消毒免疫和潛伏期等[93]，也促進了我們對分枝桿菌毒力、肉芽腫-巨噬細胞上皮樣分化、血管化和對分枝桿菌感染的適應性免疫反應的理解[94-95]。

而另一個關于結核病的纖維化話題，目前我們知之甚少，Warsinske HC等人構建了一個混合的多尺度纖維化肉芽腫形成模型，通過實驗結果發(fā)現(xiàn)，肉芽腫中成纖維細胞和肌成纖維細胞的患病率與它們可利用的活性TGF-β1的數(shù)量有關[96]，但模擬肉芽腫中活性TGF-β1的總量不能解釋中樞或外周纖維化的發(fā)生，這些數(shù)據(jù)與NHP數(shù)據(jù)一致，NHP數(shù)據(jù)顯示纖維化和非纖維化肉芽腫中TGF-β1的濃度較高[97]；此外，成纖維細胞遷移的可能性對纖維化肉芽腫的發(fā)生很重要，這可能與其在遷移過程中遇到允許增殖的細胞因子環(huán)境有關，這些結果共同提供了關于纖維化肉芽腫形成的驅動因素的見解，有助于確定M.tb感染肺纖維化發(fā)展的驅動機制，從而為開發(fā)成功的結核病治療方法提供新思路[96]。

肉芽腫作為結核感染最主要的病理特征之一，其形成過程是病原體與宿主相互作用的動態(tài)過程的體現(xiàn)，在未來，徹底剖析這些共同控制宿主-病原體相互作用和發(fā)病機制的生物成分將揭示開發(fā)下一代藥物和療法所必需的基本信息[98]。

4 結 語

M.tb采取多種手段來調(diào)節(jié)宿主免疫應答并實現(xiàn)免疫逃逸，從而避免被殺滅，這是人類與結核分枝桿菌共同進化的結果。臨床上長期應用的傳統(tǒng)治療藥物如異煙肼、利福平等，因M.tb對其已產(chǎn)生明顯耐藥性而無法發(fā)揮理想的治療效果，而受限于基礎醫(yī)學研究，加之發(fā)病機制尚未完全清楚，新藥的研發(fā)還有待進一步挖掘，導致不能有效遏制結核病流行[99-100]。但值得期待的是，亦有部分研究為TB的預防與治療提供了新的思路。不同于集中在巨噬細胞與T細胞機制的研究，有最新研究發(fā)現(xiàn)分枝桿菌蛋白Rv0222與宿主E3泛素連接酶ANAPC2相互作用，并促進賴氨酸11連接的泛素鏈附著到Rv0222的賴氨酸76，最終實現(xiàn)抑制促炎細胞因子表達的作用[101]。CliftonE.Barry等人發(fā)現(xiàn)：結核分枝桿菌上新的PE/PPE蛋白可增強菌體對于不良環(huán)境適應性[102]，且PPE11(Rv0453)蛋白發(fā)揮干擾炎癥因子的動態(tài)平衡作用、PE17(Rv1646)蛋白可顯著下調(diào)促炎因子和延長M.tb的存活時間。這些立足于結核分支桿菌相關蛋白的新研究都為發(fā)病機制的研究，開辟了新道路并提供了可能存在的臨床治療新靶點[103-104]。最近，Moreira-Teixeira L等人亦揭示了人類結核病發(fā)病的潛在特征，可為研究人員預測并解釋結核分枝桿菌感染后引起的發(fā)病機理提供依據(jù)[105]。