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乙型肝炎病毒感染的病理机制
发表者：刘成海 4293人已访问
乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）感染是世界上常见感染性疾病之一，是导致慢性肝炎、肝硬化与肝癌的主要原因。2002年WHO估计HBV感染是世界上造成死亡的第9大原因，HBV感染在我国与东南亚流行情况尤为严重。了解HBV的特点及其病理机制，对于选择恰当的时机与方法治疗患者、促进治疗药物的研发等有重要意义。 1、乙型肝炎病毒的特点与HBV感染的自然史
HBV属嗜肝DNA病毒科，由包膜和核衣壳组成, HBV基因组长约3.2kb，为部分双链环状DNA。病毒表面抗原穿插在宿主来源的脂质中，核衣壳由病毒核心抗原组成，含DNA基因组和病毒多聚酶蛋白[1-2]。乙肝病毒主要经血、母婴及性接触传播。感染性HBV病毒可能通过前S1区域粘附于肝细胞膜上，一旦侵入，核壳体即被释放进入细胞核，部分双链环状HBV DNA在细胞核内以负链DNA为模板延长正链以修补正链中的裂隙区，形成共价闭合环状DNA (cccDNA)；然后以cccDNA为模板，转录成几种不同长度的mRNA，分别作为前基因组RNA和编码HBV的各种抗原。cccDNA半寿(衰)期较长，很难从体内彻底清除。
HBV 感染后2/3患者无明显症状，处于亚临床感染状态，1/3急性肝炎伴有黄疸，只有极少数不到1% 的患者发生暴发性肝炎。急性感染的结局主要取决于感染时的年龄，在围生 (产) 期和婴幼儿时期感染HBV者中，分别有90%和25%~30%将发展成慢性感染，而5岁以后感染者仅有5~10％发展为慢性感染[3]。慢性感染者的发展转归如图1所示。
图1. HBV感染的自然史 了解HBV感染的自然史及其不同阶段之特点，对于判断是否接受治疗、何时启动治疗以及决策个体化治疗是至关重要的。HBV感染分为4个期，免疫耐受期、免疫清除期、非活动期和再激活期。病毒DNA滴度、转氨酶以及HBeAg水平等可以界定划分感染的不同阶段，如表1所示[4，5]。 表1 慢性HBV感染的不同阶段与特点
| 免疫耐受期 | 免疫清除期 | 非活动性携带状态 | 再激活期 | HBV DNA(IU/mL) | >20 000 | >20 000 | <2000 | >2000 | HBeAg | + | + | — | — | ALT | 正常 | 持续或间断升高 | 正常 | 持续或间断升高 | 肝组织学特点 | 正常或轻微改变 | 中重度活动性炎症，可能肝硬化 | 正常或轻微改变，非活动性肝硬化 | 中重度活动性炎症，可能肝硬化 | HBsAg (log10IU/mL) | ~4.5 | 4.0~4.5 | 2.9~3.0 | 3.3~3.9 | 临床特点 | 慢性HBV携带者 | HBeA阳性 慢乙肝 | 非活动性携带状态 | HBeA阴性 慢乙肝 | 是否治疗 | 否 | 是 | 否 | 是 |
当然，并不是所有感染HBV者都经过以上4个期。新生儿时期感染HBV，仅少数（约5％）可自发清除HBV，而多数有较长的免疫耐期，然后进入免疫清除期。但青少年和成年时期感染HBV，多无免疫耐受期，而直接进入免疫清除期，少数（约5％~10％）发展为HBeAg阳性慢性乙型肝炎。
HBV特征与宿主免疫功能是决定HBV感染、转归、结局等自然病程的2个主要因素。HBV特征包括病毒复制水平、基因型、变异株等，其决定HBV病毒的传播、持续感染能力，并与急性感染后的恢复速度和慢性肝病的进展等有关。例如，与C基因型感染者相比，B基因型HBV感染者较早出现HBeAg血清学转换，较少进展为慢性肝炎、肝硬化和原发性肝细胞癌。HBV复制过程中的基因变异与准种形成，可导致不再被T细胞与抗体识别，逃避机体免疫系统对其清除效应。而HBV基因组可与宿主基因组发生整合，导致HBcAg与HBeAg表达障碍，使HBV感染的肝细胞逃避机体的免疫清除[5]，等等。
宿主免疫功能是一把双刃剑，既可以通过有效免疫反应清除病毒，也可因免疫应答而导致细胞损伤引起肝脏炎症与纤维化等病理改变，机体细胞免疫应答是HBV肝损伤的主要病理机制。当机体免疫功能低下，不完全免疫耐受时，导致慢性肝炎；而当机体处于超敏反应，大量抗原抗体复合物产生并激活补休系统时，以及在大量炎症因子参与下，可导致大片肝细胞坏死，即发生重型肝炎。此外，宿主的其他特征，包括年龄、性别、种族、民族背景、饮酒史及其他肝炎病毒伴随感染也在HBV相关肝病的进程中发挥作用，尤其是感染时的年龄是影响慢性化的最主要因素，其原因在于：机体年龄特点决定机体的免疫系统成熟程度，婴幼儿免疫系统处于一个发展过程，此时清除病毒能力差，因此容易发生免疫时受而慢性化，而成人免疫系统发育完整，很容易在短期内进行免疫清除，因而多表现为急性乙型肝炎[7-8]。
2、HBV的免疫介导肝损伤机制
HBV感染后是否引起肝脏病变及其病程度，取决于病毒与机体免疫的相互作用[9]。固有免疫反应是机体对入侵的HBV产生免疫应答的第一道防线，包括I型IFN、NK、NKT等，主要HBV感染的早期发挥作用，后天获得性免疫包括T细胞、B细胞等，主要在慢性阶段发挥作用。目前认识较多的HBV免疫介导肝损伤机制主要有固有免疫、T细胞免疫、与抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用（antibody-dependent cell-mediated cytoxicity，ADCC）等 （1）固有免疫。HBV感染早期的宿主免疫应答包括I型干扰素γ( interferon-γ, IFN-γ)的产生、自然杀伤细胞(natural killer cell, NK)和病毒特异性CD8+T细胞的出现等。几乎所有的细胞被病毒感染后都能与细胞膜上受体相互作用，直接诱导IFN-α/β基因表达，并分泌I型IFN [10]。此外，浆细胞样树突状细胞（plasmacytoid dendritic cell, pDC）是专职的天然抗病毒免疫细胞，其通过TLR-7和TLR-9识别病毒来源的核酸分子后释放超量I型干扰素[11]。但是由于缺乏HBV感染的体外细胞模型，对于HBV如何诱导I型IFN的产生、IFN在HBV清除中的确切作用仍然尚不是十分明了。
NK细胞具有抗病毒作用，其可通过与细胞程序性死亡配体-1（Programmed cell death ligand 1，PD-L1）相互作用诱导感染细胞的凋亡，并释放IFN-γ等细胞因子直接抗病毒[12]。此外，NK细胞可增强病毒特异性CD8+细胞的效应，免疫耐受期的慢性乙型肝炎患者外周血中，NK细胞比免疫清除期和非活动性携带者增多，与HBV-DNA含量呈负相关，提示非特异性NK细胞与HBV病毒复制及其慢性肝脏炎症有关[13]。
库普弗（Kupffer cell，KC）在HBV感染早期参与病毒清除，并可抑制HBV复制[14]，并在HBV感染患者的免疫耐受及肝损害等过程中发挥作用。此外，固有免疫的激活，也可增加肝细胞主要组织相容性复合物1(major histocompability complex 1,MHC-1)类分子的表达,激活病毒特异性T淋巴细胞反应,抑制HBV复制和导致肝脏的损伤，对后天获得性抗病毒免疫反应也具有调节作用[15]。
（2）T细胞免疫 T细胞是人体重要的获得性免疫细胞，根据表面CD分子的不同，分为CD8+T细胞和CD4+T细胞两类亚群。CD8+T细胞主要介导细胞免疫应答，即细胞毒性T细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL），为HBV感染过程中的主要效应细胞。有效的HBV特异性CD8应答，可抑制病毒复制且不引起肝脏损伤，而当HBV特异性CD8应答不能控制病毒复制时，通过非病毒特异性CTL聚集引发肝脏病理损害[16]。CTL介导的两种细胞毒效应，可分别通过Fas或穿孔素等途径，使靶细胞凋亡或坏死。此外，活化的CTLs释放TNF-α等细胞因子，激活肝脏细胞产生化学趋化因子，募集大量的非抗原特异性炎性细胞(如NK、NKT细胞、中性粒细胞等)聚集到肝脏，造成广泛的肝细胞炎性损伤。慢性HBV患者存在细胞免疫功能紊乱，其CD3、CD4细胞明显低于健康人，而CD8细胞高于健康人[16]。
CD4+T细胞主要以分泌细胞因子、调节细胞和体液免疫应答为主，主要有Th1、Th2、Th17和Treg等4类。Th17细胞具有促进炎症和加剧免疫损伤作用[17]。临床研究发现，慢性乙肝患者外周血中Th17细胞比例显著增高，并可加重肝纤维化[18]。Tregs 可抑制免疫反应、炎症和免疫损伤等，在慢性乙肝患者的肝内，Treg大量浸润，影响病毒复制与肝脏损伤[19]。
树突状细胞（dendritic cell，DC）是人体内功能强大的抗原提呈细胞，能刺激初始T淋巴细胞增殖。DC是HBV的体外宿主，HBV感染可使DC亚群数量减少，阻止非成熟DC转化为成熟DC，慢性乙肝患者的外周血中，髓样树突状细胞（myeloid dendritic cells，mDC) 和浆细胞样树突状细胞（plasmacytoid dendritic cells，pDC) 较健康人少[20]，且外周血mDC上高表达细胞程序性死亡-1（programmed cell death-1, PD-1）的配体PD-L1，两者结合后抑制T细胞免疫功能，促进T细胞凋亡，导致抗HBV特异性免疫功能低下，使病毒持续高复制水平[21]。
（3）ADCC HBV抗原与肝细胞膜结合产生新的抗原，--肝细胞膜特异性抗原（Liver – specific membrane lipoprotien，LSP）,人体免疫系统产生抗LSP抗体，K细胞等表面具有Fc受体，抗LSP抗体的Fc段通过与细胞表面Fc受体结合，形成K细胞-肝细胞LSP抗原抗体复合物，对部分病毒消灭的同时，对肝细胞也起到杀伤作用[22]。由于慢乙肝免疫反应不足，ADCC不足以完全清除HBV，而由于HBV已与肝细胞成分结合，使人体免疫的识别力减弱，诱发自身免疫反应[23]。因此，只要HBV的肝细胞膜特异性抗原伪装不被剥除，慢性肝细胞的损伤病变就会周而复始的持续存在。
（4）体液免疫 HBV感染后，病毒合成的表面抗原、e抗原、核心抗原都释放到肝细胞膜上，激发人体免疫反应，产生相应抗体如抗HBs、抗HBe等，以期中和乙肝病毒及其相应的抗原。这种在肝细胞膜上进行的抗原抗体反应可以造成肝细胞的损伤和破坏，如急性期肝细胞表达HBsAg，形成大量的HBsAg-抗HBs抗原抗体复合物，其在肝窦内沉积，可造成微循环障碍；激活补体、导致局部发生过敏性坏死性反应等, 造成大量肝细胞坏死。此外，这些抗体可激活CTL，攻击HBV感染的靶细胞—肝细胞，肝细胞破坏的多少与程度决定急性期的临床病情之轻重，严重者可形成暴发性肝炎。慢性期时除肝细胞表面主要组织相容性复合体表达减少外，特异性体液免疫如抗-HBs与抗-Dane颗粒抗体等产生减少，不足以中和血液循环内的HBV以清除HBV，也不足以阻止HBV感染肝细胞，导致病毒感染与肝脏损伤的持续存在[24]。
3、乙型肝炎病毒的直接肝损伤作用及其机制
HBV是否能够直接引起肝细胞损伤，一直有较大争议。近年来，拉米夫定等治疗乙型肝炎，可以迅速降低体内HBV DNA水平，虽然机体特异性细胞免疫增强，但肝内病变减轻。实验发现转基因小鼠体内大量表达含前S的大分子包壳蛋白，虽然这种小鼠对HBV呈免疫耐受，但仍可以导致肝细胞坏死[25]。用HBV感染移植有人肝脏细胞的严重复合免疫缺陷小鼠(uPA-SCID)，其血液中存在极高的病毒基因和蛋白，肝组织中存在大量病毒蛋白、损伤及细胞死亡。等等现象提示HBV对宿主具有直接的细胞毒作用[26]。 HBV直接肝细胞损伤的可能致病机制主要在于：（1）过度表达的HBV病毒蛋白。HBV大量复制或突变的情况下，可诱使肝细胞发生毛玻璃样改变，这种毛玻璃样改变的细胞其实是凋亡的肝细胞[27]。（2）HBxAg蛋白可通过与宿主间的相互作用，调节转录、信号转导、细胞增殖、蛋白降解、凋亡和基因稳定性等[28]。HBxAg可以通过p53介导或降低线粒体膜电位促进细胞色素C释放的凋亡途径；增强细胞对肿瘤坏死因子α的敏感性；诱导肝内IL-18表达，从而放大HBV感染时的Fas /FasL表达等，诱导肝细胞发生凋亡坏死。（3）HBV接合RNA编码的HBV剪切蛋白,可通过caspase依赖途径直接诱导肝细胞发生凋亡[29]，也可通过免疫反应介导肝脏的损伤。
乙肝疫苗与抗病毒药物的应用，大大降低了乙肝的感染率、改善了乙肝的病程。但是我们对HBV感染引起肝细胞损伤的病理机制仍没有完全阐明，也尚缺少彻底有效的治愈方案。比如，病毒与宿主细胞受体的结合是病毒感染宿主的第一步，许多病毒与细胞受体的关系得到了鉴定，虽然HBV有严格的宿主易感性与嗜肝细胞性，但是什么是HBV的特异性受体尚不清楚，而干扰病毒与受体之间相互作用可能是早期防止乙肝病毒感染的重要途径。此外，HBV病理过程中固有免疫与获得性免疫相互调控的机制？等等，这些问题的阐明，将不仅促进对HBV感染发病机制的深入了解，也将为新的治疗方法提供新思路[30]。
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发表于 2015-5-4 23:33
