來源：國際呼吸雜誌2021年第03期
作者：郭翔 劉偉華 孫波 張慶
承德醫學院附屬醫院呼吸與危重症醫學科 067000
通訊作者：張慶
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摘要
細胞間黏附分子1(ICAM-1)是免疫球蛋白超家族中的一員，表達於內皮細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、T淋巴細胞、成纖維細胞及各類上皮細胞等多種細胞表面，並參與多種炎症細胞黏附、遷移過程及T淋巴細胞的增殖、活化等重要生理過程。細胞靜息狀態時會低水平表達ICAM-1，而各種內源性及外源性炎症刺激因子會誘導ICAM-1表達水平升高。甲型流感病毒感染宿主時，宿主體內多種細胞表面ICAM-1表達上調，並在先天性免疫應答中發揮重要作用，同時也是宿主免疫損傷的重要參與者。本文將簡要介紹ICAM-1在甲型流感病毒與宿主相互作用時所扮演的角色，以提高人們對ICAM-1的認識。
甲型流行性感冒是由甲型流感病毒感染引起的一種急性上呼吸道傳染性疾病；人群普遍易感，還具有高發病率、高病死率等特點[1]。在人類歷史上共發生4次流感大流行——1918年西班牙(H1N1)流感、1957年亞洲(H2N2)流感、1968年香港(H3N2)流感以及2009年墨西哥(H1N1)流感，每一次的流感大流行對人類健康和經濟發展都會產生嚴重損害[2]。目前甲型流感常以季節性、區域性流行的方式每年影響全球數百萬人，並有多達65萬人死於季節性流感相關的呼吸系統疾病，因此甲型流感仍是全人類面臨的一個重大問題[3]。對甲型流感致病機制深入研究後發現，流感病毒引起的免疫功能紊亂是重症流感患者死亡的重要原因。而免疫功能紊亂常表現為過度的炎症細胞浸潤及炎性介質的釋放[4]。炎症細胞是炎症反應中的主體成分，主要參與病原體的識別、吞噬、清除及炎性介質的釋放等過程。而外周血中炎症細胞遷移到炎症部位發揮功能離不開細胞間黏附分子1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)的黏附作用。ICAM-1是細胞表面的一種糖蛋白，主要參與炎症反應中炎症細胞的招募。本文旨在探討ICAM-1在甲型流感中發揮的作用，並從甲型流感病毒感染宿主誘導ICAM-1的表達及機制、ICAM-1抑制流感病毒複製及ICAM-1與免疫等幾個方面進行綜述。
1 ICAM-1
ICAM-1是免疫球蛋白超家族的成員，其基因位於染色體19p13.3-13.2，由7個外顯子和6個內含子組成。ICAM-1也是一種跨膜糖蛋白，由於其糖基化水平不同，相對分子質量為80 000～114 000。ICAM-1的細胞外結構由5個免疫球蛋白樣結構域組成，是其發揮黏附作用及訊號轉導的主要結構[5,6]。ICAM-1在體內多種細胞均有表達，包括淋巴細胞、單核巨噬細胞、內皮細胞、成纖維細胞、樹突狀細胞、各種組織的上皮細胞，通常細胞靜息狀態時ICAM-1表達水平較低，但在促炎性細胞因子[IL-1、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)或干擾素-γ(interferon-gamma，IFN-γ)]、激素、細胞應激和細菌脂多糖等刺激下而迅速上調[6]。各種刺激因素透過啟用核轉錄因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)、SP1、AP-1等轉錄因子上調ICAM-1基因的表達。ICAM-1主要與淋巴細胞功能相關抗原1(lymphocyte function association antigen-1，LFA-1)和巨噬細胞表面抗原1結合參與促進白細胞黏附、訊號轉導和T細胞活化，並且還是鼻病毒的主要受體[7]。ICAM-1除了表達於細胞表面，還存在於血清、腦脊液和其他體液中，體液中的ICAM-1又稱為可溶性細胞間黏附分子1。ICAM-1在炎症性疾病、自身免疫性疾病、腫瘤轉移中都有重要意義。並且ICAM-1的表達水平與社群獲得性肺炎、哮喘、腦外傷、急性胰腺炎、視網膜病變等疾病病情嚴重程度密切相關[8,9,10,11,12]。同時研究也表明ICAM-1與乾眼病、類風溼性關節炎、心肌梗死、癌症等多種疾病的發病機制、病理過程都密切相關，並將ICAM-1作為潛在的治療靶點[13,14,15,16]。而在甲型流感的研究中發現多種細胞表面ICAM-1的水平明顯升高，並且在介導免疫反應中具有重要意義。
2 甲型流感病毒與ICAM-1的表達
2.1 細胞ICAM-1表達情況
用流式細胞術、PCR、酶聯免疫吸附試驗、免疫組織化學等檢測表明感染(H1N1或者H5N1)流感病毒後的人或者鼠的多種細胞(支氣管上皮細胞、肺微血管內皮細胞、咽部黏膜上皮細胞、鼻上皮細胞)表面ICAM-1的表達量明顯高於未感染組[17,18,19,20,21]。流感患兒外周血中檢測到單核/巨噬細胞和CD3＋T淋巴細胞表面ICAM-1表達相對於對照組也明顯上調[22]。Matsukura等[18]研究表明甲型流感病毒感染支氣管上皮細胞後細胞表面ICAM-1的表達呈時間依賴性上調，並且ICAM-1由病毒直接刺激產生，不依賴於白細胞產生細胞因子(IL-1β、TNF-α和IFN-γ)的誘導。趙宏霞等[17]研究表明在小鼠模型中支氣管及肺組織ICAM-1表達量與時間及病毒濃度均相關，病毒感染第1～4天ICAM-1逐漸上升到峰值之後逐漸下降。而病毒濃度為0～5×10-5/50 μl時，ICAM-1表達量逐漸升高達到峰值，隨後降低。此外，Othumpangat等[21]研究證實在細胞實驗中ICAM-1的表達還與流感病毒菌株、活性及靶細胞型別有關。其中流感病毒：H9N1>H1N1>H3N2，並且活病毒誘導作用比滅活病毒更明顯。而感染細胞中ICAM-1表達的差異可能與細胞表面唾液酸受體含量有關。ICAM-1除了上述細胞表達外，還可能表達於中性粒細胞、樹突狀細胞等。大量研究表明，中性粒細胞在流感病毒感染早期被招募到肺組織，參與先天性免疫應答，同時與肺組織損傷程度相關。ICAM-1在中性粒細胞的招募中作用重大[22,23]。
2.2 調控ICAM-1表達訊號通路
ICAM-1基因的表達涉及細胞內外多種訊號通路協同合作。細胞外多種炎症介質(包括促炎細胞因子、激素、細胞應激和病毒感染)的作用下透過細胞內NF-κB、JAK/STAT、AP-1/MAP、PKC等途徑誘導ICAM-1的表達。甲型流感病毒誘導感染細胞及其他細胞ICAM-1表達是一個非常複雜的過程，甲型流感病毒屬於正黏病毒科，病毒結構自外而內可分為包膜、基質蛋白以及核心三部分。包膜主要由血凝素(hemagglutinin，HA)和神經氨酸酶這2種刺突蛋白組成。基質蛋白包括基質蛋白1和基質蛋白2。而核心是由8段單股負鏈RNA與核蛋白相結合形成核糖核蛋白體及RNA多聚酶組成[24]。流感病毒蛋白可以啟用JAK/STAT訊號通路並調控ICAM-1的表達。餘治奇[25]研究表明H5N1病毒HA蛋白誘導A549細胞內JAK3、STAT1的磷酸化水平及ICAM-1表達水平顯著增高，而ICAM-1水平會被JAK3抑制劑和STAT1干擾RNA所抑制。此過程可能與HA抗原性有關。Cao等[26]研究證實H5N1的HA可被呼吸道上皮細胞上的TLR4識別並促進細胞內JAK3的啟用，誘導免疫功能紊亂。此外，HPAI H5N1病毒及HA蛋白的三聚體可以直接啟用γδT細胞，導致CD69表達增強和IFN-γ分泌[26]。而IFN-γ是ICAM-1誘導表達的重要調節因子。早先研究[27]證實IFN-γ可透過與其受體結合啟用JAK/STAT通路，並與ICAM-1啟動子中IFN-γ反應元件結合促進基因的轉錄。此外，NF-κB訊號通路是調控ICAM-1表達的主要途徑之一[27]，其方式透過磷酸化NF-κB與ICAM-1基因啟動子中相應轉錄因子結合位點結合促進基因轉錄。Xu等[28]研究表明HA刺激A549細胞後細胞內NF-κB的磷酸化水平呈時間依賴性升高。另一項研究[29]也表明流感病毒蛋白(HA、核蛋白、基質蛋白)均可以不同程度誘導IκB激酶β的啟用，進而活化NF-κB訊號通路；並且該過程依賴於氧化還原反應。流感病毒的複製導致內質網中大量病毒蛋白的積累，從而誘導Ca2＋釋放及細胞內活性氧中間產物增加並激活IκB及NF-κB[30]。此前小鼠模型研究中發現細胞因子TNF-α和IL-1β均可透過受體結合的方式誘導IκB的絲氨酸磷酸化並激活NF-κB。而TNF-α和IL-1β水平在流感患者血清中普遍升高。
3 ICAM-1在流感病毒感染中的作用
3.1 ICAM-1與病毒的複製
流感病毒在感染宿主細胞內複製及存活，一方面需要病毒自身成分的分工協作，另一方面還需要宿主提供病毒複製原料、場所以及宿主細胞內各種訊號分子的調控。而ICAM-1作為大家熟知的黏附分子，主要參與免疫調節的作用。但最新研究發現ICAM-1能夠在病毒複製過程中起作用。對人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)的研究中發現ICAM-1具有調節HIV複製的作用。ICAM-1和LFA-1之間的相互作用是HIV介導合胞體形成的關鍵[31]。並且ICAM-1的合成肽類似物可以抑制HIV在MT-2細胞中的複製[32]。而在流感病毒的研究中發現ICAM-1具有相似的作用，但與HIV不同的是ICAM-1在流感病毒早期複製中具有抑制作用。Othumpangat等[21]研究ICAM-1 siRNA轉染上皮細胞並感染H1N1株。結果顯示，轉染siRNA ICAM-1的細胞組相對於未轉染組表現出ICAM-1的低表達和較高的流感病毒基質基因複製數。在另一個實驗中用ICAM-1特異性抗體來阻斷ICAM-1與其受體的結合，結果表明：ICAM-1抗體處理組細胞內基質複製數相比於對照組顯著上調，從而說明了ICAM-1有抑制流感病毒複製的作用。一項研究的熒光素酶報告實驗表明轉染特異性siRNA的細胞與NF-κB報告共轉染的細胞相比熒光素酶活性明顯降低，表明ICAM-1抑制病毒複製可能透過活化NF-κB途徑。眾所周知，ICAM-1和LFA-1相互作用可作為一種共刺激訊號參與細胞增殖及先天性免疫反應形成[33]。NF-κB訊號通路是宿主免疫功能活化的重要途徑，同時也可以透過直接或者間接的方式調節病毒複製。在多項藥物研究[34,35,36]中發現，苦參素、大黃素及santin均不同程度促進NF-κB的啟用，並抑制流感病毒的複製。
3.2 ICAM-1與免疫損傷
宿主免疫系統過度啟用是嚴重流感導致死亡的重要原因之一。研究表明，流感病毒感染早期內皮細胞的活化導致細胞因子包括IFN、TNF、IL和趨化因子等過度產生和釋放，形成細胞因子風暴[37,38]，同時伴有中性粒細胞、單核巨噬細胞、樹突狀細胞、嗜酸粒細胞、自然殺傷細胞、先天淋巴樣細胞、γδT細胞、CD4＋T淋巴細胞和CD8＋T淋巴細胞的浸潤及二次細胞因子釋放，加重肺部炎症反應[39,40]。重症流感患者屍檢[41]表明流感患者肺部出現嚴重的瀰漫性肺泡損傷，並伴有不同程度的肺泡出血、壞死性細支氣管炎和支氣管炎。細支氣管腔內伴有大量中性粒細胞浸潤，肺泡內及肺間質可見大量巨噬細胞浸潤。肺部嚴重的病理改變與患者死亡率密切相關。Perrone等[42]研究表明中性粒細胞和單核巨噬細胞是流感病毒感染後總肺白細胞數量增加的主要原因，並且是流感病毒感染導致嚴重肺病理損傷的主要細胞型別。中性粒細胞導致組織損傷與其合成釋放彈性蛋白酶、髓過氧化物酶、基質金屬蛋白酶9和殺菌滲透性促進蛋白等活性物質有關[43]。而巨噬細胞則是透過參與合成細胞因子(IL-1β、IL-8、IL-18、CCL3和IFN-α/β)加重炎症部位的炎性反應。流感病毒感染誘導細胞因子風暴的形成，在各種趨化因子的作用下中性粒細胞及單核巨噬細胞遷移到炎症部位發揮作用。白細胞跨內皮遷移是白細胞進入炎症、損傷和免疫反應部位的關鍵一步。其中ICAM-1在遷移過程中作用尤為重要。ICAM-1表達於上皮細胞、淋巴細胞、單核巨噬細胞、內皮細胞等多種細胞表面。其作用體現在輔助免疫細胞功能。在脂多糖所致小鼠肺炎症模型[44]中發現ICAM-1缺乏小鼠肺泡間隙中性粒細胞浸潤數目減少54%，用抗ICAM-1抗體處理的野生型小鼠中性粒細胞的滲出數目減少了51%，中性粒細胞作為急性炎症最先抵達炎症部位發揮功能的細胞，同樣也是免疫功能紊亂後導致組織損傷的主要細胞之一。此外單核巨噬細胞也是免疫功能的主體細胞之一，其主要透過抗原提呈、非特異性吞噬作用及釋放活性介質對抗病原體入侵。其功能的正常發揮對於機體穩態維持具有重要意義。單核巨噬細胞部分存在於組織中，絕大部分來源為外周血單核細胞。在Herold等[45]研究流感病毒感染所誘導ICAM-1表達對單核細胞遷移影響時，透過ICAM-1特異性抗體阻斷上皮細胞ICAM-1的作用，結果單核細胞遷移率顯著降低，暗示ICAM-1促進單核細胞的遷移作用。此外，ICAM-1可能參與免疫損傷病理機制的形成，在大鼠急性肺損傷模型[46]中發現抗ICAM-1抗體可以顯著降低肺損傷程度。另一項研究[47]表明可溶性ICAM-1促進肺組織IgG免疫複合物的沉積導致肺損傷，該過程與巨噬細胞啟用釋放TNF-α和MIP-2及中性粒細胞募集增加有關。多項研究[43,44,45]表明在肺損傷模型中ICAM-1直接或者間接參與肺部病理改變的形成，而抗ICAM-1可能成為治療急性肺損傷的一種新方法。
4 展望
流感病毒的不斷變異、進化，新的病毒亞型的出現，都會成為流感大流行的潛在威脅。而目前對於流感致病機制的研究並未完全明確，對於流感的治療也存在明顯的侷限。新的病毒亞型的形成也可能導致目前最有效的抗病毒藥物失效，所以對於流感的研究仍需要進一步探索。眾所周知，流感重症患者都會免疫功能紊亂(例如細胞因子風暴的形成)。其中炎症細胞在免疫功能作用中占主導地位。而ICAM-1作為炎症細胞的招募者，是否與免疫功能的紊亂相關，目前缺乏相關研究。ICAM-1在許多疾病發生、發展過程中都有重要作用，多種疾病中將ICAM-1作為治療的靶點，ICAM-1在流感病毒感染誘導宿主免疫損傷過程中發揮重要作用。在流感病毒感染早期，ICAM-1透過招募白細胞對抗病毒的入侵及抑制病毒在宿主細胞內的複製，從而達到抗病毒的作用。而另一方面由於炎症因子的過度釋放導致ICAM-1過度招募炎症細胞，從而誘導宿主組織免疫損傷。因此，還需要對ICAM-1進行更加深入的研究，明確在流感病毒感染不同階段ICAM-1所發揮的作用，從而有利於進行早期干預措施，阻止或削弱ICAM-1介導的免疫損傷作用。
利益衝突 所有作者均宣告不存在利益衝突
參考文獻 略
