本文原载于《国际流行病学传染病学杂志》年第1期
肺炎链球菌是人类鼻咽部的正常菌群，可在人体免疫力降低或受抑制时通过呼吸道播散至全身各个器官，造成如急性肺炎、脓毒血症以及细菌性脑膜炎等疾病。全世界每年有余万人因肺炎链球菌引起疾病，目前，它也是欧美国家细菌性脑膜炎最常见的病原体[1,2]。细菌性脑膜炎是由细菌感染引起的大脑和脊髓保护膜的炎症，尽管目前已经实施了一些疫苗接种和抗菌治疗的方案，但其仍是一种具有高发病率和高死亡率的疾病。目前研究认为肺炎链球菌主要通过血流穿过血脑屏障内皮细胞侵入脑膜造成感染，而最近的研究提示肺炎链球菌在侵入脑部之前结合于脑血管内皮细胞[3]。进一步了解肺炎链球菌进入中枢神经系统的机制，有助于加深对其发病机制的认识，本文着重介绍肺炎链球菌在侵入脑膜时所面临的屏障以及与这些保护膜相互反应进入大脑的机制。
一、中枢神经系统抵御外来病原菌入侵的结构屏障
中枢神经系统对来自循环血液中病原体的感染多局限于脑膜，即包围脑实质和脊髓的三层膜结构：硬脑膜、蛛网膜和软脑膜[4]。硬脑膜是最接近颅骨的厚膜，其含有淋巴管；而蛛网膜处于脑膜中间，其表面被多层紧密连接的脑上皮细胞所覆盖，脑脊液即位于蛛网膜和软脑膜中间的蛛网膜下腔，因此蛛网膜在硬脑膜循环血流和脑脊液之间充当了重要的屏障作用[5]。
血脑屏障是由脑微血管内皮细胞形成的一种选择性屏障，它可将脑组织与循环血液分离，同时兼具保护和营养供给的功能，负责血液与脑实质之间各种离子、氧气和营养物质的交换[6,7]。脑内皮细胞与其他组织中内皮细胞不同，它们通过紧密连接相连，从而形成了跨细胞电阻，阻止各种物质通过细胞旁路径进入脑实质。此外，脑内皮细胞胞吞转运囊泡的表达处于较低水平，且缺乏各种物质交换的孔道系统，这些属性均显著限制了循环血液中各种化学物质进入中枢神经系统的能力，从而保护大脑免受存在于血液中有害物质的伤害。脑内皮细胞还可表达特异性的转运蛋白和受体蛋白质，允许某些代谢产物和营养物质穿过毛细血管。
二、肺炎链球菌穿越血脑屏障致细菌性脑膜炎的机制
研究显示，肺炎链球菌是经由受体介导的细胞内吞外排转运囊泡的方式跨越血脑屏障内皮细胞层的，其中研究较多的受体有血小板活化因子受体（PAFR）、层黏连蛋白受体（LR）、多聚免疫球蛋白受体（pIgR）、血小板内皮细胞黏附分子-1（PECAM-1）等[8,9]。
1．主要受体类型
PAFR是含有7个跨膜结构域的G蛋白偶联受体，其天然配体是磷脂血小板活化因子（PAF）。该因子是存在于炎症、过敏、哮喘、脓毒血症性休克和动脉血栓形成等多种病理过程中的介质[10,11,12]。它与PAFR的结合会激活许多信号转导途径，包括磷脂酶C、磷脂酶D和磷脂酶A2，丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）和磷脂酰肌醇-钙第二信使系统等[11]。不少学者认为肺炎链球菌结合PAFR有助于细菌对内皮细胞的黏附和入侵[9,13,14]，且体内外研究均显示PAFR参与了侵袭性肺炎链球菌疾病的发展，但尚无文献证明其可直接结合肺炎链球菌[10]。最近，有研究在小鼠脑组织和内皮细胞中进行荧光免疫分析均未发现PAFR与肺炎链球菌的共定位，但封锁该受体后，细菌对内皮细胞的黏附水平显著下降[15]。这提示着PAFR在侵袭性肺炎链球菌性疾病中可能发挥着间接作用。
LR也是细菌黏附基底膜和此后信号转导过程中一个极其重要的分子。它是肺炎链球菌和脑膜炎奈瑟菌在啮齿动物和人类大脑微血管内皮细胞表面上的一个共同受体[16]。研究发现将表面包被有肺炎链球菌胆碱结合蛋白（Cbp）A的荧光珠肌内注射给小鼠后，荧光出现于小鼠脑组织内皮细胞中，而用抗-LR预处理后黏附明显减少，表明肺炎链球菌CbpA与LR相互作用促进了胞内细菌从内皮细胞基底外侧进入脑组织[16]。
pIgR可转运免疫球蛋白通过黏膜上皮，是抵御各种病原菌的第一道防线[17,18]。有研究显示，肺炎链球菌可与人类鼻咽部上皮表达的pIgR结合，促进细菌易位，而采用相应抗体封闭pIgR后，细菌黏附减少，同时荧光免疫分析进一步显示与人类pIgR相结合的正是肺炎链球菌的CbpA蛋白[8]。研究还发现pIgR不仅存在于上皮细胞，也存在于内皮细胞表面，尤其是脑内皮细胞[15]。这一结果引发了许多学者对该受体在肺炎链球菌入侵血脑屏障过程中发挥作用的探讨。Iovino等[15]在对感染小鼠脑组织的荧光免疫分析中便发现了肺炎链球菌与pIgR在脑血管中的共定位，同时他们还对肺炎链球菌和人类内皮细胞裂解物进行了孵育，结果均显示肺炎链球菌可与该受体直接结合，促进细菌穿过血脑屏障。
PECAM-1是一种存在于内皮细胞间的泛素内皮蛋白，它可参与白细胞的迁移、血管再生和整合素的激活等生理反应，是炎症和神经性炎症过程中重要的分子[19,20,21,22]。Lovelace等[23]发现，PECAM-1还涉及到肠炎沙门菌血清型鼠伤寒沙门菌的胃肠道感染，具有多种抗沙门菌感染的功能。这使我们联想到PECAM-1是否也参与了内皮细胞-肺炎链球菌相互作用的问题。确实有文献表明，在对感染小鼠脑切片进行免疫荧光共聚焦显微镜分析后，大多数肺炎链球菌均显示与PECAM-1的共定位，体外阻断试验和免疫共沉淀试验也表明，PECAM-1很可能是肺炎链球菌的新型黏附受体[24]。综上，血源性的肺炎链球菌与体内PECAM-1和pIgR均可产生共定位，这些结果强烈地表明，是两种受体共同促进了肺炎链球菌从血液进入大脑[15,24]。
2．关于PAFR、pIgR和PECAM-1共同促进细菌穿越血脑屏障的过程猜想
目前尚无研究阐述PAFR在肺炎链球菌性脑膜炎中所起的确切作用。有文献认为，很可能是PAFR或肺炎链球菌的某些成分如链球菌溶血素或CbpA蛋白与PAFR的结合激活了炎症反应[10]，从而导致细胞表面相关受体如pIgR和PECAM-1的表达上调[13,25,26]，即细胞表面受体表达增多，相应地使肺炎链球菌结合内皮细胞的位点增多。这一观点也得到了相关文献的支持，即用特异性抗体或拮抗剂封闭PAFR后，在体外结合内皮细胞的肺炎链球菌显著减少[9,13,15]，结合受到抑制的原因极可能是封闭该受体后，抑制了pIgR和PECAM-1的表达上调，那么与内皮细胞结合的位点也明显减少，从而导致了肺炎链球菌的结合减少。整个过程可以描述为：肺炎链球菌存在时直接或间接地激活了PAF的自分泌，其与PAFR结合后使得pIgR和PECAM-1的表达上调，从而更多的肺炎链球菌能够结合到内皮细胞表面，极大地增加了肺炎链球菌入侵到细胞内的机会。
Pribyl等[27]对可能具有与PAFR结合能力的肺炎链球菌表面蛋白或分泌蛋白进行了蛋白组学分析，目前看来，以上观点需要更多的实验来证实。研究还发现，同时封闭pIgR和PECAM-1两个受体时，黏附于内皮细胞的肺炎链球菌比各自封闭时减少的程度更多[24]，但PAFR依然处于可激活状态，且其激活后仍然可以上调pIgR和PECAM-1的表达。
三、肺炎链球菌穿越血脑屏障机制研究的临床意义
了解肺炎链球菌在侵入脑部之前与血脑屏障的反应机制至关重要，它有助于我们制定正确的治疗方案，以阻止其对内皮细胞的黏附，避免细菌侵入中枢神经系统。在胸腔内给药引发小鼠脑膜炎的模型中，肺炎链球菌与血脑屏障相互反应30h后才观察到中性粒细胞向脑部趋化，表示在疾病的晚期阶段我们才能够在脑脊液中检测到白细胞[28,29,30]。目前，脑膜炎诊断的实验室指标即在脑脊液中检测到大量白细胞[31]，再综合脑膜炎的一些典型临床症状，如皮疹、颈部僵硬、畏光、严重头痛、意识障碍发展迟缓等来判定脑膜炎[31,32,33]，然而此时患者极有可能处于病情晚期，即使采用抗生素成功控制感染，脑损伤的风险也相当大。WHO数据表明，即使该病被早期诊断并立即开始适当治疗，仍然有5%~10%的患者在首要症状发生后的24~48h内死亡。而若不采取治疗，高达50%的患者可能会死亡。在病情恢复的情况下，依然有10%~20%的患者可能会出现脑损伤、听力损失或学习障碍[34]。因此，在细菌侵入大脑之前采取干预措施至关重要，以优化患者生存质量，避免永久性损伤。
四、基于该研究可行的治疗措施与方案
基于上述理论，我们建议的治疗方案有以下几点。首先，采用特异性抗体封闭PAFR、pIgR及PECAM-1，减少肺炎链球菌对血脑屏障的黏附。该疗法的优越性体现于一旦在血液中检测到肺炎链球菌，就可立即给予患者抗体，当抗体结合常规抗生素治疗成功时，即可停止抗体治疗，从而使不良反应降至最小。其次，采用曾在体外成功阻断过PAFR的化学拮抗剂L或WEB来阻断细菌黏附[10]或使用可锚定于特定受体的肺炎链球菌相关蛋白减少细菌黏附[8,35]。另一个更具挑战性的方法是设计这些受体的可溶性衍生物来封闭肺炎链球菌表面相应的配体，防止细菌再与血脑屏障上的PAFR、pIgR和PECAM-1结合，该法的优点是对3种受体的生理功能干扰是最小的。
当然，在研究这些治疗方法的同时，我们也需评估阻断这些受体所带来的功能障碍。基于文献数据，小鼠中突变的PAFR引起严重的功能障碍概率较低[36]，而突变的pIgR会干扰免疫球蛋白正常的跨细胞转运。有研究表明，用佛波酯处理可以激活pIgR信号级联下游蛋白的同功酶，该激活不仅能够刺激pIgR胞吞转运，同时也可以促进各种分子的跨细胞路径[37]。这提示我们可以采用佛波酯来处理刺激细胞使用其他转录系统及受体，维持免疫球蛋白的转运。对于PECAM-1，考虑到内皮细胞可表达多种与PECAM-1相似的内皮黏附因子，如VECAM-1、ICAM-1等[38,39]，那么在阻断PECAM-1后，这些因子应该可以发挥类似于PECAM-1的作用。
在肺炎链球菌性肺炎患者肺部感染不能控制时，会有20%~30%的病例同时患上菌血症[40,41]。此时患有肺炎和菌血症的患者即可被认为是具有脑部感染"高风险"的患者，而上述阻断肺炎链球菌受体的创新疗法对于此类患者可能是极有价值的，它可以预防肺炎链球菌黏附血脑屏障造成更严重的脑部感染，甚至有助于脑膜炎住院患者的治疗，因为它仍然可以抑制肺炎链球菌黏附于血脑屏障，在结合抗生素治疗的情况下，甚至可以消灭血液中和已经到达大脑的细菌。
参考文献
郭静等赞赏
