神经型布鲁氏菌病发病机制的研究进展

曹秀云，张哲林，石树君，柴 丽

布鲁氏菌为革兰氏阴性菌，多呈短小球杆状，属需氧或兼性厌氧胞内寄生菌，目前已知牛布鲁氏菌(B.abortus)、羊布鲁氏菌(B.melitensis)、猪布鲁氏菌(B.suis)、犬布鲁氏菌(B.canis)对人类致病，并且羊布鲁氏菌的致病性最强[1]。布鲁氏菌病仍然广泛流行于全世界，是世界范围内最常见的人兽共患传染病，在全球主要分布于地中海地区、中东、非洲、中南美洲、亚洲等[2]，而我国主要以内蒙古、山西、黑龙江、新疆维吾尔自治区、河北、辽宁、吉林和宁夏回族自治区等农牧业发达的省份多见[3]。

1 神经型布鲁氏菌病的临床表现

布鲁氏菌病是一种多系统感染性疾病，一般临床表现为发热、厌食、乏力、头痛、肌肉痛、关节痛和肝脾肿大等症状[4]。当布鲁氏菌感染神经系统引起的炎症性疾病则被称为神经型布鲁氏菌病。神经型布鲁氏菌病是布鲁氏菌病的一种严重且少见的并发症[5]。目前报告发病率为1.7%～10%[6]。虽然发病率较低，但它的临床表现复杂多样，在Buzgan等人研究的1 028例布鲁氏菌病患者中，中枢神经系统(CNS)受累仅见于58例(5.6%)，其中表现为脑炎的患者有7例(12.1%)，脊髓炎的患者2例(3.4%)，多发性神经根神经炎的患者2例(3.4%)，垂体脓肿的患者1例(1.7%)，额叶脓肿的患者1例(1.7%)，其余45例(77.6%)患者表现为脑膜炎或脑膜脑炎[7]。Dar等人在2014-2020年研究的19例神经型布鲁氏菌病患者中，10例为慢性脑膜炎，5例为第VIII颅神经受累，1例为视神经炎，2例为急性脑膜炎，1例为亚急性脑膜炎，4例为脊髓病，5例为多发性神经根炎，2例为椎间盘炎[8]。矫黎东等人研究的30例神经型布鲁氏菌病患者中，有脑膜炎或脑膜脑炎表现者29例,伴脊髓损害者20例,伴听神经损害者18例[9]。Dreshaj等人研究的684例布鲁氏菌病患者中，仅有82例(12.65%)被诊断为神经型布鲁氏菌病，与布鲁氏菌病患者相比较，神经型布鲁氏菌病患者的主要症状是头痛、呕吐、震颤、腰背痛、听力损失和视力障碍，最常见的神经系统表现是腿部神经根性病变(41.46%)、颈部强直(46.34%)、躁动(25.6%)、行为障碍(18.3%)、定向障碍(19.5%)和中风(1.22%)，82例患者中有20例(24.4%)有颅神经受累[10]。宋红衫等人研究的18例神经型布鲁氏菌病患者中，头痛 6 例，发热10例，复视6例，听力减退12例，肢体无力7例，肢体感觉障碍9例，反应迟钝4例，排尿障碍10例，癫痫发作1例，恶心呕吐 4 例，脑膜刺激征阳性2例，巴宾斯基征阳性13例[11]。近些年有报道神经型布鲁氏菌病以脑梗死、动脉瘤、静脉窦血栓等脑血管疾病以及脑脓肿、肌病、癫痫、甚至以精神障碍及认知障碍等病症的形式出现。

神经型布鲁氏菌病没有特异的临床表现，它可能是多系统布鲁氏菌病其中的一种，也可能是唯一的首发临床特征。根据受累部位及临床状态可将其粗略的分为中枢型、周围型或二者组合形式，当布鲁氏菌侵及中枢神经系统，如果是累及脑脊膜及其近膜结构，则表现为脑炎、脑膜炎、脑膜脑炎、脑脊髓膜炎，如果是中枢神经弥漫性受累，则表现为脊髓炎或小脑受累，伴或不伴有颅神经麻痹，最常受累的颅神经为第VIII对颅神经，当布鲁氏菌侵及周围神经系统，则表现为周围神经病、多发性神经根神经病[12-13]。其中脑膜感染是最常见的表现，即脑膜炎和脑膜脑炎，其典型的神经系统临床表现为头痛，伴或不伴有脑膜刺激征，在疾病早期就可以出现。通常情况下神经型布鲁氏菌病的患者早期无明显的临床症状，而大部分患有神经型布鲁氏菌病的患者一旦被确诊即说明神经系统已有比较严重的损伤。

2 神经型布鲁氏菌病的发病机制

神经型布鲁氏菌病的发病机制至今尚不明确，通常认为是布鲁氏菌通过血脑屏障(BBB)进入脑实质并通过血行播散途径感染中枢神经系统所致，而布鲁氏菌感染神经系统导致神经系统损伤的机制，有研究者已经提出是由于脑实质内细菌存在的直接作用、炎症细胞因子的病理作用和脱髓鞘的免疫病理过程所造成的[14]。无论机制如何，一旦布鲁氏菌感染神经系统，就可能会导致神经系统炎症性改变。

2.1 血脑屏障的激活或功能障碍 2014年Dando等研究者提出，细菌可以通过跨细胞或细胞旁途径或通过来自外周循环的受感染的白细胞(“特洛伊木马”机制)穿过血脑屏障和血脑脊液屏障(BCSFB)进入中枢神经系统[15]，所以布鲁氏菌与血脑屏障相互作用并穿过血脑屏障可能是神经型布鲁氏菌病发病机制的关键。2018年Miraglia等人使用人脑微血管内皮细胞(HBMEC)构建血脑屏障体外模型进行实验研究，研究发现布鲁氏菌通过依赖于微管、微丝、内体酸化和从头蛋白质合成能够在HBMEC中粘附、侵入和复制，值得注意的是，布鲁氏菌虽然在HBMEC具有入侵和复制的能力，可是该细菌本身却不能穿过HBMEC，在感染之后布鲁氏菌迅速逃离HBMEC的内体腔室，并形成一个具有复制功能的含有布鲁氏菌的液泡，与内质网中相互作用来建立复制能力，但是布鲁氏菌可以在受感染的单核细胞内穿过极化的HBMEC单分子层，并且穿过HBMEC单分子层的受感染的单核细胞能够感染神经胶质细胞，是神经胶质细胞重新感染的细菌来源[16]。被感染的神经胶质细胞能够分泌TNF-α和IL-1β，进一步激活人脑微血管内皮细胞，诱导炎症因子IL-6、趋化因子IL-8和MCP-1以及黏附分子ICAM-1的分泌，而且HBMEC的激活依赖于IL-1β的产生，从而导致血脑屏障的激活及其功能的改变，血管通透性增加，中性粒细胞和单核细胞跨HBMEC单层迁移至脑实质[17]，而Rodriguez等人研究发现布鲁氏菌还可以直接或通过Erk1/2 MAPK通路激活血小板，诱导HBMEC激活和内皮细胞活化，促进中性粒细胞和单核细胞穿过BBB[18]，最终引起中枢神经系统感染。另外有研究表明IL-1β的分泌依赖于中枢神经系统炎症小体AIM2和NLRP3[19]，而且NLRP3炎症小体的激活和IL-1β的分泌又依赖于线粒体ROS[20]。

2.2 炎症因子的免疫病理作用 关于炎症细胞因子对神经型布鲁氏菌病的免疫病理作用，Garcia等人通过体内外研究证明，布鲁氏菌的直接存在，可以在小胶质细胞及星形胶质细胞中感染和复制，而且是优先感染小胶质细胞，布鲁氏菌及其外膜脂蛋白Omp19，而不是脂多糖，激活中枢神经系统的先天免疫，通过感染神经胶质细胞诱导炎症细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6以及趋化因子CK、MCP-1释放，产生炎症反应，导致小胶质细胞的活化和星形胶质细胞的增生，并伴有中性粒细胞的浸润，甚至可能导致星形胶质细胞的凋亡和神经元的损伤，而星形胶质细胞的凋亡是由TNF-α信号传导决定的[21]；并且有临床证据表明，在1名羊布鲁氏菌病脑感染后复发性横贯性脊髓炎患者的脑脊液中，发现IL-6、IL-8和MCP-1的水平显著升高[22]。活化的小胶质细胞本身还可以分泌多种具有神经保护作用的可溶性介质，但是过度活化的小胶质细胞会导致神经毒性，并且激活的小胶质细胞产生的大多数介质都具有促炎作用和神经毒性作用。另外有研究发现布鲁氏菌激活的小胶质细胞不仅能够诱导炎症细胞因子的产生，还可以释放NO介导神经毒性，而且NO能在这种炎症环境下诱导神经元细胞释放“自噬”信号，而小胶质细胞通过识别这种信号并发挥原发性吞噬作用导致神经元死亡[23]。

2.3 蛋白激酶(MAPK)通路的激活 蛋白激酶家族主要包括细胞外信号调节激酶(Erk)、p38和c-Jun N末端激酶(Jnk)3个成员，它们代表3种不同的信号通路。有研究发现布鲁氏菌感染神经胶质细胞可激活丝裂原活化蛋白激酶，诱导Erk1/2 和p38磷酸化，进而激活p38和Erk1/2 MAPK通路，而不是Jnk通路，介导星形胶质细胞分泌基质金属蛋白酶-9(MMP-9)和TNF-α，而且MMP-9的分泌依赖于布鲁氏菌感染星形胶质细胞诱导的TNF-α[24]。基质金属蛋白酶(MMPs)是一种钙和锌等金属离子依赖性的蛋白酶家族，在中枢神经系统病理损伤中具有重要作用，包括急性脑损伤、卒中、多发性硬化等神经炎症性疾病，参与其炎症及组织损伤[25]，特别是MMP-9可以破坏血脑屏障和中枢神经系统组织的许多结构成分，包括 IV 型胶原蛋白、层粘连蛋白和纤连蛋白，甚至可能中断细胞与细胞以及细胞与细胞基质的相互作用，从而触发细胞死亡[26]，MMP-9还可以直接诱导神经元损伤，同时还有助于IL-β介导的的神经毒性[27]。

2.4 NF-κB信号通路的激活 NF-κB是细胞内重要的核转录因子，它参与机体的细胞凋亡、病毒复制、肿瘤发生、炎症反应和免疫应答。而神经型布鲁氏菌病最重要的特征就是神经系统炎症。NF-κB信号通路可以被多种刺激激活，包括细菌和病毒感染(例如通过Toll样受体识别微生物产物)、促炎细胞因子和抗原受体参与[28]。TLRs是先天免疫系统和炎症反应中重要的信号转导膜蛋白。小胶质细胞可以表达一系列TLRs，从而激活NF-κB信号通路，诱发神经炎症反应。通过体内外实验研究发现，革兰氏阴性细菌脂多糖(LPS)通过刺激小胶质细胞，与细胞表面的TLR4结合，激活NF-κB信号通路，使IKK磷酸化并导致IκBα降解，随后NF-κBp65亚基易位入细胞核，诱导多种炎症因子及趋化因子分泌，如IL-1β、NO、PEG2、COX-1、COX-2等，引发神经炎症反应，导致神经元损伤甚至死亡[29]。另外有研究发现重组布鲁氏菌表面蛋白与小鼠动物模型巨噬细胞TLR2或TLR4结合，导致NF-κB信号通路的一系列级联反应，诱导炎症细胞因子TNF-α、IL-6分泌介导炎症反应[30]。综上，可知布鲁氏菌可能直接或间接激活NF-κB信号通路，诱导多种炎症细胞因子以及神经毒素的分泌，导致中神经系统感染，引起神经系统炎症性损伤。

2.5 氧化应激作用 炎症诱导氧化应激和线粒体DNA 损伤，导致巨噬细胞和小胶质细胞过度产生活性氧(ROS)。研究表明布鲁氏菌感染怀孕小鼠滋养层细胞，诱导HMGB1表达上调，HMGB1是一种存在于任何细胞的与感染相关的无菌性炎症介质，而HMGB1的释放激活NADPH氧化酶以产生ROS，并能激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)以及NF-κB信号通路的级联反应最终导致炎症[31]。而且在布鲁氏菌感染的小鼠巨噬细胞模型中，布鲁氏菌感染小鼠巨噬细胞后，导致细胞线粒体功能障碍，诱导线粒体ROS产生，启动细胞炎症、自噬及凋亡[32]。大量实验研究发现，在帕金森病、多发性硬化等其他神经炎症性疾病的动物实验模型中，脂多糖诱导小胶质细胞活化及其线粒体DNA的氧化损伤，产生大量的ROS，这些ROS最终会破坏神经胶质并促进损伤扩散到实质，最终诱发神经炎症导致神经元损伤[33-34]。虽然现在没有相关实验依据，但是我们可以根据上述相关研究猜测，布鲁氏菌感染神经系统后可能会通过线粒体氧化损伤诱导ROS产生而导致神经炎症。并且在过去有大量的工作表明ROS在细菌性脑膜炎的颅内并发症和脑损伤的发展中发挥了核心作用[35]。

2.6 先天免疫激活 有学者认为布鲁氏菌可能通过其毒力因子来诱导中枢神经系统先天免疫激活，这对神经炎症具有重要作用，而神经胶质细胞(星形胶质细胞和小胶质细胞)是介导中枢神经系统先天免疫的主要细胞，这种先天免疫反应是由神经胶质细胞表达的TLR通过感知受损细胞释放的病原体或其配体所启动[36]，与神经毒性有关。Freria等人研究表明突触的稳定性与脑内TLR2的表达密切相关[37]，而且突触蛋白的缺失与神经炎症具有相关性[38]，而Lee等人在气溶胶诱导布鲁氏菌感染的猕猴动物实验模型研究中发现，猕猴脑白质星形胶质细胞TLR2的表达增高与布鲁氏菌感染有关，导致先天免疫活性增强，星形胶质细胞增生甚至变形，同时受感染的脑白质可能也丧失了突触的稳定性[39]，并且星形胶质细胞的丧失也导致血脑屏障损伤[40]，最终引起神经炎症。

2.7 抗神经节苷脂抗体形成 有动物实验研究发现，布鲁氏菌表面有GM1神经节苷脂样结构的表达，通过免疫反应诱导宿主产生抗GM1神经节苷脂抗体，表现出肢体无力及共济失调的症状，从而证明了布鲁氏菌感染可能与吉兰-巴雷综合征(GBS)的发病机制有关，布鲁氏菌是引发GBS潜在的病原体[41]，因为神经节苷脂存在于神经细胞膜中[42]。之前已有相关病例报道，1名14岁小女孩患有由羊布鲁氏菌引起的布鲁氏菌病相关的吉兰-巴雷综合征[43]。

2.8 其他可能的机制 有病例报告了1名布鲁氏菌病的患者，通过病理检查，发现细胞毒性T淋巴细胞弥漫性浸润大脑白质，其模式类似于白质脑病，说明T淋巴细胞可能会介导神经型布鲁氏菌病的发生，或者说神经型布鲁氏菌病的临床缺陷和MRI异常至少部分是与细胞毒性T淋巴细胞直接介导的白质和大脑皮层损伤相关的免疫病理机制有关[44]。还有部分学者认为慢性布鲁氏菌病是一种免疫介导的脱髓鞘病变[45]。

3 总结与展望

神经型布鲁氏菌病的发病机制错综复杂，根据大量文献提取分析，小胶质细胞的过度激活以及星形胶质细胞的增生具有重要意义。布鲁氏菌可能是通过直接或间接侵入血脑屏障诱导炎症细胞因子的分泌引起神经系统感染，也可能是炎症诱导神经胶质细胞线粒体功能障碍导致ROS过度产生引起神经损伤，还有可能是通过激活神经胶质细胞诱导多种炎症细胞因子及趋化因子分泌，如IL-1β、IL-6、TNF-α、NO、MCO-1、COX-2等，而这些促炎因子又可能会通过激活MAPK、NF-κB信号通路等炎症相关性通路启动神经炎症反应，另外还有先天免疫活性增强、星形胶质细胞增生、神经突触蛋白的丧失，抗神经节苷脂抗体的形成以及免疫介导的脱髓鞘等可能性机制。这些机制或许单独存在，或许相互影响，形成恶性循环，最终导致神经毒性，引起神经元损伤和细胞死亡。所以抑制促炎介质和炎症细胞因子、调节小胶质细胞活化、恢复线粒体功能、阻断炎症通路很有可能是减缓神经型布鲁氏菌病进展的有效治疗策略，但目前还需要大量的实验研究去进一步验证。

布鲁氏菌病是世界性的医疗难题，因为迄今为止没有出现完全针对动物布鲁氏菌病的药物，也没有为人类提供足够的疫苗。该病容易传染，治愈率低，复发率较高，对全世界畜牧业、人类健康以及全球经济发展造成巨大威胁，目前已成为我国等发展中国家所面临的重要公共卫生问题之一。神经型布鲁氏菌病是布鲁氏菌感染神经系统引起的一种严重且罕见的并发症，临床表现不典型，脑MRI及脑脊液测定结果对诊断也无明确意义，发病机制至今尚未完全明确，也没有明确的诊断标准，在治疗方面仍以普通型布鲁氏菌病治疗方案为主。国内外多以较强的细胞内和中枢系统渗透作用的抗生素联合应用为主要治疗方案,最常见多西环素、利福平联合氨基糖苷类或三代头孢或喹诺酮类其中的1种，3种抗生素联合治疗[46]。虽然近几年有关神经型布鲁氏菌病的病例报道有所增加，但是仍然容易与其他神经系统炎症性疾病混淆，容易漏诊以及误诊，特异性及敏感性高的辅助检查正是我们所面临的重大考验，希望随着细胞分离、脑脊液二代测序和新型成像技术(如正电子发射断层扫描)的进步，能够在生物标志物方面早日取得成就，为疾病的诊断、预防及治疗提供帮助。在临床环境中，对于已患病的神经型布鲁氏菌病患者，评估疾病活动和准确预测预后仍然是一个挑战，早期干预及治疗是我们应该努力的方向。随着我们对神经型布鲁氏菌病临床特点及发病机制认知的提高，应该尽可能采用个性化医疗方案，在早期阶段确定哪些患者将对特定治疗产生反应，并确定哪些是处于缓解状态的患者。在布鲁氏菌病相对高发地区，患者一旦有神经系统不典型症状，一定要考虑神经型布鲁氏菌病的可能性，并采取辅助检查，同时经验性治疗也是必须的。

利益冲突：无

引用本文格式：曹秀云，张哲林，石树君，等.神经型布鲁氏菌病发病机制的研究进展[J]．中国人兽共患病学报，2022，38(9)：843-848.DOI:10.3969/j.issn.1002-2694.2022.00.118