宋瑞雪 姚明旭 潘麗萍

干擾素誘導(dǎo)蛋白10(interferon inducible protein 10,IP-10)又稱CXCL10,相對(duì)分子質(zhì)量約為10 kDa,由77個(gè)氨基酸殘基組成[1]。IP-10主要來(lái)源于活化的單核細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、角化細(xì)胞等。Luster和Ravetch[2]于1985年首次用γ-干擾素(IFN-γ)刺激U937細(xì)胞系,通過(guò)雜交方法從cDNA文庫(kù)中篩選出IP-10,屬于Cys-X-Cys(CXC)趨化因子家族。IP-10與IFN-γ均受蛋白酪氨酸激酶1/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子1(Janus kinase 1/signal transducer and activator of transcription 1,JAK/STAT1)信號(hào)通路的調(diào)控,表現(xiàn)為特異性多肽激活該信號(hào)通路后啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的IFN-γ及IP-10的mRNA轉(zhuǎn)錄,同時(shí)釋放游離IFN-γ與細(xì)胞受體結(jié)合并活化STAT1的Ser727位點(diǎn),進(jìn)一步放大JAK/STAT1信號(hào),正反饋刺激下游IP-10釋放[3]。

IP-10具有多種生物學(xué)功能,其中包括趨化T細(xì)胞、單核細(xì)胞、NK細(xì)胞在內(nèi)的CXCR3+細(xì)胞到炎癥部位發(fā)揮抗炎或促炎作用,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖,發(fā)揮抗病毒作用等[4]。但是IP-10與大多數(shù)CXC趨化因子不同,它不能直接趨化中性粒細(xì)胞[5]。Campbell等[6]研究表明,IP-10與輔助性T細(xì)胞1(T helper cell 1,Th1)類炎癥反應(yīng)密切相關(guān),在以Th1類炎癥反應(yīng)為主的疾病中,Th1細(xì)胞可以高表達(dá)CXCR3,并被配體IP-10激活,刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答。近年來(lái),一些研究表明,IP-10與包括結(jié)核病、新型冠狀病毒感染(coronavirus disease 2019,COVID-19)、高致病性禽流感病毒性肺炎(highly pathogenic avian influenza viral pneumonia,HPAIVP)和社區(qū)獲得性肺炎(community-acquired pneumonia,CAP)等在內(nèi)的多種呼吸道感染性疾病相關(guān),可能可以作為呼吸道病原微生物感染的診斷和病程監(jiān)測(cè)標(biāo)識(shí)。

IP-10與呼吸道感染性疾病的關(guān)系

一、結(jié)核病及結(jié)核感染

結(jié)核病是由結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis,MTB)感染引起的慢性傳染性疾病[7]。目前,許多研究發(fā)現(xiàn),IP-10在結(jié)核病患者或MTB感染者中的表達(dá)明顯升高。Ruhwald等[8]首次描繪了結(jié)核抗原刺激后IP-10的表達(dá)情況,通過(guò)液相芯片技術(shù)檢測(cè)刺激后的血漿發(fā)現(xiàn),結(jié)核抗原特異的IP-10和白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-2在活動(dòng)性結(jié)核病患者中的表達(dá)量明顯高于未感染的對(duì)照組,提示IP-10和IL-2具有作為結(jié)核病診斷生物標(biāo)志物的潛力。另一項(xiàng)研究同樣通過(guò)液相芯片技術(shù)對(duì)疑似結(jié)核病患者的血漿細(xì)胞因子/趨化因子水平進(jìn)行檢測(cè),也發(fā)現(xiàn)IP-10在活動(dòng)性結(jié)核病患者中表達(dá)明顯高于健康對(duì)照組[9]。

也有一些研究分析了IP-10用于MTB感染診斷的價(jià)值。Mamishi等[10]通過(guò)酶聯(lián)免疫吸附法(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)檢測(cè)結(jié)核感染組中經(jīng)結(jié)核特異抗原PE35和PPE68刺激后的血漿,發(fā)現(xiàn)IP-10蛋白濃度明顯高于健康對(duì)照組,其區(qū)分結(jié)核感染組和健康組的敏感度分別為74.5%和76.5%。在另一項(xiàng)研究中,通過(guò)液相芯片技術(shù),結(jié)核特異抗原刺激全血后的IP-10蛋白釋放量用于診斷MTB感染的敏感度為83%,當(dāng)與QuantiFERON-TB Gold In-Tube(QFT,以IFN-γ為檢測(cè)靶標(biāo))聯(lián)合檢測(cè)時(shí),其敏感度提高至90%[11]。近年來(lái),針對(duì)IP-10診斷性能的薈萃分析提示,IP-10 蛋白診斷MTB感染的敏感度約為85%(95%CI:80%～88%),特異度約為89%(95%CI:84%～92%)[12]。有研究表明,結(jié)核特異抗原刺激的2.5～8 h內(nèi),IP-10 mRNA的表達(dá)可以上調(diào)約100倍[13]。Pan等[14]對(duì)結(jié)核病患者外周血中IP-10 mRNA的檢測(cè)發(fā)現(xiàn),結(jié)核抗原特異的IP-10 mRNA診斷MTB感染的敏感度和特異度分別為93.9%和98%,以IFN-γ為靶標(biāo)的結(jié)核感染T細(xì)胞斑點(diǎn)試驗(yàn)(T-SPOT.TB)診斷結(jié)核感染的敏感度和特異度分別為94.5%和100%;關(guān)于IP-10 mRNA和QFT用于外周血樣本診斷免疫正常人群中MTB感染的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),IP-10 mRNA檢測(cè)和QFT檢測(cè)的診斷敏感度(96.3%和97.2%)和特異度(64.1%和64.1%)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[15]。綜上,結(jié)核抗原特異的IP-10在MTB感染者中均有較高的敏感度,表明結(jié)核抗原特異的IP-10是診斷MTB感染的新型標(biāo)志物。

IP-10對(duì)兒童MTB感染也有一定診斷價(jià)值,Lighter等[16]在結(jié)核病低發(fā)病率地區(qū)應(yīng)用液相芯片技術(shù)檢測(cè)QFT上清液中的IP-10蛋白,發(fā)現(xiàn)結(jié)核抗原特異的IP-10蛋白檢測(cè)和 QFT檢測(cè)的一致性高達(dá)82%,且隨著MTB暴露風(fēng)險(xiǎn)的增加,IP-10蛋白檢測(cè)的檢出率也增加,表明IP-10可能成為檢測(cè)兒童MTB感染的潛在標(biāo)志物。另一項(xiàng)關(guān)于活動(dòng)性結(jié)核病和密切接觸兒童的研究顯示,通過(guò)ELISA在QFT檢測(cè)的上清液中分別檢測(cè)IFN-γ和IP-10,發(fā)現(xiàn)其陽(yáng)性檢出率分別為38.3%和33.9%,二者聯(lián)用可將陽(yáng)性檢出率提高至41.3%,因此,結(jié)核抗原特異的IFN-γ檢測(cè)與IP-10檢測(cè)聯(lián)合使用可能有助于診斷兒童結(jié)核病[17]。

在免疫功能異常人群中進(jìn)行MTB感染診斷一直是困擾臨床的重要難題。目前,關(guān)于IP-10用于免疫功能異常人群中MTB感染的診斷也有一些研究。在結(jié)核病高負(fù)擔(dān)國(guó)家,Kabeer等[18]在合并人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染的疑似結(jié)核病患者中發(fā)現(xiàn),通過(guò)ELISA檢測(cè),IP-10蛋白和QFT的陽(yáng)性率分別為44.4%和33.3%,表明IP-10蛋白檢測(cè)相較于QFT能夠獲得更高的檢出率。在另一項(xiàng)研究中,應(yīng)用ELISA檢測(cè)全血基于MTB RD-1區(qū)的特異性抗原,以及QFT檢測(cè)中應(yīng)用的特異性抗原的刺激下,IP-10蛋白檢測(cè)獲得的診斷敏感度分別為75.0%和85.7%,而IFN-γ蛋白檢測(cè)獲得的敏感度分別為42.9%和60.7%[19],表明IP-10比IFN-γ具有更高的診斷敏感度。另外,有研究通過(guò)對(duì)比分析IP-10 mRNA檢測(cè)和γ-干擾素釋放試驗(yàn)(interferon-gamma release assays,IGRA)在合并HIV的疑似結(jié)核病患者中的診斷價(jià)值,結(jié)果發(fā)現(xiàn),IP-10 mRNA檢測(cè)的有效檢出率明顯高于IGRA檢測(cè),且IP-10 mRNA檢測(cè)的敏感度更好[14,20]。這些數(shù)據(jù)表明,在合并HIV感染的人群中,IP-10 mRNA檢測(cè)的敏感度明顯高于其他IGRA檢測(cè),提示IP-10 mRNA在免疫缺陷人群中的應(yīng)用更有價(jià)值。

綜上,結(jié)核抗原特異的IP-10檢測(cè)對(duì)MTB感染和輔助診斷結(jié)核病有較好的臨床診斷價(jià)值,尤其是將IP-10檢測(cè)和IGRA檢測(cè)聯(lián)合用于MTB感染檢測(cè)時(shí),可進(jìn)一步提高檢出率。

二、COVID-19

COVID-19是由嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2型(SARS-CoV-2)引起的重大呼吸道傳染病。一項(xiàng)研究顯示,40%的COVID-19患者有靜脈血栓栓塞的風(fēng)險(xiǎn),46%的患者會(huì)受到播散性血管內(nèi)凝血的影響,且其病亡率很高[21]。

現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn),IP-10可以用于提示炎癥反應(yīng)程度及疾病進(jìn)展。Chen等[22]通過(guò)ELISA檢測(cè)重癥患者和危重癥患者血清中IP-10、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)和巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-1α(macrophage inflammatory protein-1α,MIP-1α)水平,發(fā)現(xiàn)危重癥患者血清IP-10 和MCP-1水平明顯高于重癥患者(P<0.001),其中IP-10預(yù)測(cè)危重癥的敏感度和特異度分別為69.1%和89.5%,證明了IP-10是與COVID-19疾病嚴(yán)重程度相關(guān)的生物標(biāo)志物。另有研究發(fā)現(xiàn),D-二聚體水平與IP-10相關(guān),D-二聚體升高組的IP-10和MCP-1高于降低組,而D-二聚體水平增加可能是COVID-19患者死亡的危險(xiǎn)因素,進(jìn)一步推測(cè)了IP-10可能與COVID-19患者進(jìn)展至死亡的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)[22-23]。Yang等[24]通過(guò)液相芯片技術(shù)比較COVID-19危重型、重型和普通型患者血漿細(xì)胞因子表達(dá)譜的差異,發(fā)現(xiàn)在危重型、重型和普通型患者的比較中,IP-10、白細(xì)胞介素-1受體拮抗劑(interleukin-1 receptor antagonist,IL-1ra)和單核細(xì)胞趨化蛋白-3(monocyte chemoattractant protein-3,MCP-3)的受試者工作特征曲線下面積(area under curve,AUC)分別為0.97、0.866和0.803;將3種細(xì)胞因子進(jìn)一步組合,發(fā)現(xiàn)IP-10和MCP-3組合的AUC可達(dá)0.99,表明IP-10和MCP-3可以更好地預(yù)測(cè)COVID-19疾病進(jìn)展,同時(shí)IP-10不管單一檢測(cè)還是聯(lián)合檢測(cè)都比其他免疫學(xué)指標(biāo)更能敏感地反映COVID-19感染的病情變化。

以上研究表明,IP-10可能是反映COVID-19感染進(jìn)展的良好指標(biāo),尤其是IP-10與MCP-1和MCP-3等免疫學(xué)指標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)時(shí)能更好地反映感染病情變化。針對(duì)IP-10的深入研究可能有助于更好地理解SARS-CoV-2感染的免疫病理機(jī)制,并為及時(shí)的治療提供潛在的靶點(diǎn)和策略。

三、高致病性禽流感

禽流感病毒是A型流感病毒的一種,可感染鳥(niǎo)類和家養(yǎng)禽類,盡管流感病毒存在種屬屏障,禽流感病毒感染人的事件也經(jīng)常出現(xiàn),尤其是高致病性禽流感病毒,如H5N1、H7N9、H1N1等,在感染人體后會(huì)引起嚴(yán)重疾病,病亡率較高[25]。

Chi等[26]采用多重微珠免疫分析方法研究了感染H7N9的患者疾病發(fā)作后6～8 d血清標(biāo)本的細(xì)胞因子譜,統(tǒng)計(jì)分析顯示,與健康對(duì)照組相比,感染H7N9患者的IP-10、IL-6和IL-17水平明顯升高。此外,H7N9重癥患者與非重癥H7N9患者相比,重癥患者IP-10和IL-6水平明顯升高,表明H7N9重癥患者IP-10和IL-6水平升高可能反映疾病的嚴(yán)重程度。Huang等[27]通過(guò)液相芯片技術(shù)檢測(cè)了H7N9感染急性期的血清細(xì)胞因子譜,結(jié)果顯示,與健康人相比,H7N9感染患者的IP-10、IL-6、IL-10、IFN-γ和血清腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)明顯升高,同時(shí)也發(fā)現(xiàn)細(xì)胞因子介導(dǎo)的過(guò)度活躍的炎癥反應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致破壞性組織炎癥,并導(dǎo)致H7N9感染的嚴(yán)重程度增加。因此,IP-10 可能作為H7N9感染進(jìn)展的生物標(biāo)志物,幫助臨床評(píng)估患者的病情進(jìn)展和嚴(yán)重程度。

以上研究表明,重癥與非重癥患者相比,以及禽流感病毒感染者與健康人相比,其IP-10和IL-6等炎癥因子水平均明顯升高,提示IP-10與禽流感病毒感染進(jìn)展和臨床嚴(yán)重程度有關(guān),因此,通過(guò)監(jiān)測(cè)包括IP-10在內(nèi)的細(xì)胞因子釋放,預(yù)防性控制可能出現(xiàn)的強(qiáng)烈細(xì)胞因子反應(yīng),可能是治療高致病性禽流感感染的有效策略之一。

四、SARS

引起SARS的病原體為冠狀病毒。SARS病毒主要侵襲肺和人體的免疫系統(tǒng),在疾病的早期常伴有急性彌漫性肺泡損傷,晚期則表現(xiàn)為彌漫性肺泡損傷、急性纖維性和組織性肺炎。

Ng等[28]通過(guò)使用流式細(xì)胞術(shù)分別在入院時(shí)、激素治療前和用藥后測(cè)定血漿趨化因子水平,結(jié)果表明在激素治療前和服藥1～2 d后血漿IP-10蛋白濃度明顯升高,隨后在恢復(fù)期水平恢復(fù)正常。由于IP-10對(duì)Th1有很強(qiáng)的趨化作用,該研究結(jié)果表明血漿IP-10的水平升高,主要增強(qiáng)了SARS病毒激活機(jī)體Th1型免疫反應(yīng),將活化的Th1淋巴細(xì)胞吸引到感染部位,從而促進(jìn)病毒的清除。Ward等[29]通過(guò)流式微球陣列(cytometric bead array,CBA)也發(fā)現(xiàn)在疾病過(guò)程中患者血清樣本的IFN-γ、IP-10和IL-8的濃度均高于正常水平,且IL-10、IFN-γ和IP-10 的表達(dá)水平在病毒載量峰值的4 d內(nèi)持續(xù)增高,表明IL-10、IP-10、IFN-γ等炎癥細(xì)胞因子水平的升高與SARS的嚴(yán)重程度密切相關(guān),IP-10可能可以作為監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)展的一種標(biāo)志物。

以上研究表明,在SARS感染早期,血清IP-10的明顯升高有助于趨化Th1型淋巴細(xì)胞到炎癥局部,參與抗病毒反應(yīng)。同時(shí),IP-10可能隨病毒載量的增加而增加,這都提示IP-10的水平可能更能及時(shí)地反映SARS病情變化,并可能成為預(yù)測(cè)SARS病情的有效指標(biāo)。

五、肺炎

CAP主要指在醫(yī)院外罹患的感染性肺實(shí)質(zhì)的炎癥。據(jù)我國(guó)流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示,CAP常見(jiàn)的病原體包括肺炎鏈球菌、肺炎支原體、肺炎克雷伯桿菌、肺炎衣原體及金黃色葡萄球菌等[30]。目前,肺炎鏈球菌是導(dǎo)致全球獲得性肺炎的主要病原體[31],但關(guān)于肺炎鏈球菌與IP-10表達(dá)的相關(guān)研究數(shù)量較少。Zou等[32]應(yīng)用人支氣管上皮細(xì)胞(human bronchial epithelial cells,BEAS-2B)作為體外模型,研究了肺炎鏈球菌肽鏈內(nèi)切酶O(pneumoniae endopeptidase O,PepO)對(duì)BEAS-2B產(chǎn)生IP-10的影響。該研究通過(guò)ELISA檢測(cè)細(xì)胞上清液中IP-10水平,發(fā)現(xiàn)PepO明顯上調(diào)了BEAS-2B細(xì)胞中IP-10 的釋放。研究表明,IP-10的產(chǎn)生可能有助于CD4+T淋巴細(xì)胞和NK細(xì)胞的募集去清除病原體,這一研究結(jié)果有助于更好地了解其他肺炎球菌毒力因子是否參與誘導(dǎo)上皮中趨化因子的表達(dá),更加深入地探索肺炎的發(fā)病機(jī)制。

IP-10在肺炎支原體肺炎(Mycoplasmapneumoniaepneumonia,MPP)診斷中也有一定的價(jià)值。肺炎支原體(Mycoplasmapneumoniae)是呼吸道感染的常見(jiàn)病原體,但其檢測(cè)周期較長(zhǎng),并不能及時(shí)診斷[33-34]。有研究通過(guò)ELISA檢測(cè)對(duì)比肺炎支原體感染的患者和細(xì)菌或病毒引起的呼吸道感染患者的血漿中的細(xì)胞因子,發(fā)現(xiàn)IP-10濃度明顯升高,AUC為0.79～0.85[35]。在另一項(xiàng)研究中,Li等[36]通過(guò)ELISA測(cè)定了血液樣本中的細(xì)胞因子和趨化因子,發(fā)現(xiàn)患有嚴(yán)重MPP的兒童血清IP-10 水平明顯高于患有輕度MPP的兒童,且血清中IP-10含量能夠區(qū)分MPP患兒的嚴(yán)重程度,敏感度和特異度分別為81.9%和83.3%。以上研究結(jié)果表明,血清IP-10 可能是診斷MPP的潛在生物標(biāo)志物,同時(shí)有助于區(qū)分嚴(yán)重MPP和輕度MPP的兒童。

IP-10在克雷伯桿菌肺炎(Klebsiella pneumoniae)中也有一些研究?？死撞畻U菌肺炎是由肺炎克雷伯桿菌引起的急性肺部炎癥,近幾年發(fā)病率逐漸上升,耐藥性也呈逐年上升趨勢(shì)。肺炎克雷伯桿菌為醫(yī)院獲得性肺炎的常見(jiàn)致病菌,主要見(jiàn)于老年人、營(yíng)養(yǎng)不良及慢性酒精中毒者,預(yù)后較差,病亡率高[37]。Zeng等[38]應(yīng)用ELISA檢測(cè)分析了肺炎克雷伯桿菌刺激小鼠后IP-10蛋白及IP-10 mRNA的表達(dá),發(fā)現(xiàn)刺激后小鼠肺組織中的IP-10 mRNA表達(dá)呈時(shí)間依賴性增加,且24 h內(nèi)肺組織中IP-10蛋白表達(dá)也增加。定量檢測(cè)肺炎克雷伯桿菌在肺組織中的增殖情況,與對(duì)照組相比,注射抗IP-10抗體的肺組織勻漿分離得到的肺炎克雷伯桿菌的菌落數(shù)量增加了數(shù)十倍,同樣注射了抗IP-10抗體也導(dǎo)致血液中細(xì)菌量增加,表明IP-10可能抑制小鼠體內(nèi)肺炎克雷伯桿菌的增殖,有助于宿主抵御肺炎克雷伯桿菌的侵襲。以上研究表明,IP-10可能是對(duì)抗肺部病原菌的先天免疫的重要組成部分,同時(shí)也表明IP-10作為免疫輔助治療藥物的前景。

六、其他疾病

肺孢子蟲肺炎(pneumocystis pneumonia,PCP)是由肺孢子蟲(pneumocystis,PC)引起的一種機(jī)會(huì)感染性肺病,主要見(jiàn)于獲得性免疫缺陷綜合征、器官移植及放化療患者等。PCP患者常呈急性發(fā)作,同時(shí)伴有發(fā)熱、呼吸困難等癥狀,病亡率高[39]。McAllister等[40]通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)對(duì)PC感染后第7天和第14天過(guò)表達(dá)IP-10的小鼠淋巴細(xì)胞亞群進(jìn)行了定量分析,發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)IP-10的小鼠肺組織中CD4+T細(xì)胞的數(shù)量明顯高于對(duì)照組小鼠,表明IP-10 可能誘導(dǎo)T細(xì)胞向肺內(nèi)募集。該研究表明,IP-10有助于效應(yīng)T細(xì)胞的激活和招募到炎癥部位發(fā)揮作用,以應(yīng)對(duì)PCP的感染,同時(shí)也為IP-10及其受體作為預(yù)防或治療PC機(jī)會(huì)性感染的靶點(diǎn)提供了新的思路。

總結(jié)與展望

綜上所述,IP-10作為趨化因子和其受體CXCR3共同參與了機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)和多種呼吸道感染性疾病的發(fā)病過(guò)程。目前的研究表明,在結(jié)核病中,結(jié)核抗原特異的IP-10檢測(cè)能夠用于MTB感染的診斷和結(jié)核病的輔助診斷,IP-10已成為結(jié)核感染診斷的新靶標(biāo)。在COVID-19、高致病性禽流感和SARS中,許多研究已經(jīng)證實(shí)IP-10與疾病感染進(jìn)展和臨床嚴(yán)重程度有關(guān),可作為觀測(cè)病情變化的有效指標(biāo)。但在肺炎和PCP等疾病中,盡管有研究表明IP-10表達(dá)水平明顯增加,但尚未完全證實(shí)其作為感染或疾病病程監(jiān)測(cè)指標(biāo)的可行性。隨著研究的不斷深入,在認(rèn)識(shí)IP-10的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步闡明IP-10在呼吸道感染性疾病中的作用和機(jī)制,將對(duì)深入了解呼吸道感染性疾病的發(fā)病過(guò)程和宿主炎癥應(yīng)答機(jī)制具有重要意義,同時(shí)也可為制定呼吸道感染性疾病的最佳治療和監(jiān)測(cè)方案提供新的思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻(xiàn)宋瑞雪:實(shí)施研究、采集數(shù)據(jù)、分析/解釋數(shù)據(jù)、起草文章;姚明旭:實(shí)施研究、采集數(shù)據(jù);潘麗萍:醞釀和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱、獲取研究經(jīng)費(fèi)、指導(dǎo)、支持性貢獻(xiàn)