莱姆病研究进展

摘 要:

莱姆病是由寄生于蜱的伯氏疏螺旋体感染引起的一种自然疫源性疾病,也是一种人兽共患传染病,该病可引起人或动物的多器官系统损伤甚至死亡。近年来莱姆病流行范围在不断扩大、发病率不断增加。为了更好的控制与预防莱姆病的感染与流行,本文对莱姆病的病原、临床症状、治疗方法和疫苗研究进展进行综述。

关键词:

莱姆病(Lyme disease)是经蜱叮咬传染的一种自然疫源性疾病,也是一种多系统、多病程的人兽共患传染病。1977年在美国康涅狄格州的莱姆镇及附近地区出现了许多青少年类风湿性关节炎病例,这是人们第一次认识到莱姆病。但直到1983年才发现该病是由寄生于蜱的伯氏疏螺旋体(Borrelia burgdorferi)感染所引起[1-2]。在此之前,人们一直认为引起莱姆病的病原是一种未知病毒,直到伯氏疏螺旋体的发现,才为这类疾病的病原诊断和治疗开启了新的方向,这也是现代传染病学发展中的一个里程碑。

莱姆病在世界上分布广泛,目前已知有70 多个国家存在本病流行,主要分布在北美、欧洲中部及北部和亚洲东部等地区[3]。目前莱姆病发病区域和发病率呈迅速扩大和上升的趋势。我国现在已证实至少在29个省、市、自治区有此病发生,且莱姆病的自然疫源地几乎遍布我国所有山林地区,对人畜健康危害严重。

1 病原学

伯氏疏螺旋体是革兰氏阴性螺旋体,属于原核生物界螺旋体目螺旋体科疏螺旋体属。是单细胞疏松盘绕的左旋螺旋体,有大而稀疏的螺旋3~10个以上,两端渐细,螺距为1.8-2.4μm,长10-40μm,宽0.18-0.3μm。最适生长温度为33℃[4]

流行病学和媒介生物学调查表明,全沟硬蜱是我国北方林区伯氏疏螺旋体的主要传播媒介,南方的粒型硬蜱和二棘血蜱可能是传播本病的重要媒介,姬鼠是主要储存宿主。目前已从病人、蜱或动物体内分离出上百株莱姆病螺旋体,将其与北美株比较时发现,中国株的SDS-PAGE蛋白谱、质粒谱和DNA限制性内切酶谱均与北美株明显不同。

现已知伯氏疏螺旋体至少包含12个基因型,不同地区流行株的基因型各不相同。例如北美莱姆病主要由B. burgdorferi sensu stricto (ss)引起,欧洲和亚洲的莱姆病通常由B. burgdorferi ss、B. gariniiB. afzelii引起。最近报道其它基因型的伯氏疏螺旋体也可引起莱姆病,包括B. bissettiiB. lusitaniaeB. valaisianB. spielmanii[5]

2 临床症状

人或动物被蜱叮咬的开始24h内,被伯氏疏螺旋体感染的可能性较低,但随后会显著增加。蜱吸食血液后,蜱消化道里的伯氏疏螺旋体可以迁移到唾液腺,并通过叮咬形成的伤口传播到人体,从而引起感染。

尽管莱姆病病原有异质性,但不同病原引起的莱姆病临床症状却很相似[6],也有些莱姆病症状具有伯氏疏螺旋体病原特异性。例如,B. burgdorferi ss引起的莱姆病有典型的游走性红斑症状,B. gariniiB. afzelii感染很少出现游走性红斑,也很少定居在关节部位,但常引起严重的神经性症状。B. afzelii常引起慢性萎缩性肢端皮炎(acrodermatitis chronica atrophicans)。

莱姆病可影响多个不同的组织器官,疾病过程分早期、中期和晚期,症状分局部性和全身性。莱姆病症状开始是皮肤损伤、游走性红斑,并伴有一些非特异症状,如发热、肌痛和疲劳。如不及时治疗,患者可能出现神经和心脏损伤以及骨骼肌不适等症状。部分病人还会出现后莱姆病综合症,包括骨骼肌痛、神经认知困难、易疲劳等症状,这些症状可能会持续数年。由于患者的年龄、病原的种类和其它因素的不同,患者的临床症状也表现出多样性。莱姆病病程可分为三个阶段。

2.1 莱姆病I期(被蜱叮咬后数天至数周)

莱姆病I期是早期局部感染,最典型、最常见(>80%)的症状是在感染部位周围出现游走性红斑。通常在被蜱叮咬后1-2周出现。红斑成圆形或椭圆形散布在蜱叮咬刺伤部位,红斑可能变得相当大,这种红斑不痛但可能会痒。如不治疗处理,游走性红班通常在数天至数周内(平均4周)自然消退。10%-30%的游走性红斑病例,会伴有非特异性的全身症状,如疲倦、低热,小关节、关节囊和肌键的短暂迁徙痛,易疲劳等。

2.2 莱姆病II期(被蜱叮咬后数周至六个月)

莱姆病II期是指被蜱叮咬后数周至六个月,通常疾病呈全身性影响。这一阶段成人的主要症状是班瓦尔特综合症(Bannwarth syndrome)。除游走性红斑外,这是莱姆病第二最常出现的症状。主要临床特征是脑膜炎、脊神经根炎、颅神经损伤、脊神经根痛和轻瘫。在脑脊液中蛋白浓度相对较高,这可以与中枢神经系统病毒性感染相区别。儿童的主要症状是急性周围性面瘫,通常伴随脑脊液淋巴细胞增多或出现无局灶性神经症状的淋巴细胞性脑膜炎。

2.3 莱姆病III期(被蜱叮咬后六个月至数年

莱姆病III期属于后期或持久性疾病,症状包括脑炎或脑脊髓炎、脑动脉炎、多发性神经病、关节炎、慢性萎缩性肢端皮炎。典型症状是赫氏慢性萎缩性肢端皮炎(acrodermatitis chronica atrophicans of Herxheimer,ACA)和莱姆病所致的慢性关节炎。

被蜱叮咬后的六个月至数年,皮肤的炎性损伤可能过渡到ACA的萎缩阶段。这种病变趋向于出现在四肢的伸面肌表面,但有时也出现在面部或躯体。病变部位皮肤变得像羊皮纸一样薄、静脉突出,有时还出现色素沉着。患者出现疼痛、瘙痒和感觉过敏或感觉异常。莱姆病III期可出现慢性渐进性脑膜炎和多发性脑血管炎。

莱姆病发病过程不一定经历所有病程,可以跳过某些阶段,如神经性莱姆病患者不一定出现游走性红斑。而且临床上莱姆病隐性感染现象非常普遍,被蜱叮咬后只有0.3%-1.4%出现明显莱姆病临床症状。

3治疗

莱姆病的预后良好,大部分临床症状都具有自限性(self-limited)。即使在抗生素发现之前,以及后来神经性莱姆病被误认为是病毒感染(1982年之前),莱姆病的自愈现象也经常发生。

抗生素治疗能缩短莱姆病病程、预防并发症和减少慢性感染的发生。抗生素的选择、给药途径与治疗持续时间等取决于疾病所处的阶段、临床症状和患者自身因素。伯氏疏螺旋体在体外对头孢噻肟、头孢曲松和大环内酯类抗生素非常敏感,其抑制90%病原生长的最低浓度(MIC90)为0.06-0.12mg/L,对阿莫西林和四环素类的敏感性稍低(MIC90为0.5mg/L),青霉素相对较高(MIC90为4mg/L)。

按正规程序进行治疗,莱姆病复发的病例非常罕见。迄今为止,还没有发现伯氏疏螺旋体具有抗药性。当病原被清除后,莱姆病临床症状仍需数周时间才能消除。抗生素治疗能迅速缓解班瓦尔特综合症的疼痛。95%有脊神经根炎的病人治疗初期都伴有剧烈疼痛,用头孢曲松治疗14天后,所有病人的疼痛都显著减轻。II期神经性莱姆病治疗3个月后,90%的病人临床症状消失;治疗12个月后,95%的病人临床症状消失,仅有5%的病人有轻微的面神经麻痹。III期神经性莱姆病治疗后,神经症状消退更慢,治疗后仍有临床症状的患者比例会更高。

伯氏疏螺旋体感染不会产生持久性免疫。治疗后如果再被蜱叮咬,可能会发生再次感染。

4 保护性抗原与疫苗

控制伯氏疏螺旋体感染预防莱姆病的措施有很多,包括减少在蜱感染地区的活动、穿着防护服、涂驱虫剂等方法。人或动物在蜱叮咬较长时间(通常大于36h)后才能感染伯氏疏螺旋体,暴露于蜱感染地区后,仔细检查并清除附着于身上的蜱,可预防伯氏疏螺旋体感染[7]。在蜱叮咬后72h以内注射强力霉素,也可以将伯氏疏螺旋体的感染机率减少87%[8],但这需要事先知道已被蜱叮咬,事实上,大约3/4的莱姆病患者并不知道曾经被蜱叮咬过,而且对于8岁以下的儿童不建议使用强力霉素。

虽然有很多方法来避免被蜱叮咬而感染莱姆病,但莱姆病的流行范围和感染病例仍呈不断增加的趋势。而且由于患者和医生对莱姆病缺乏足够认识,真正的感染病例可能比已知的更多,为了更好的预防莱姆病的发生,许多实验室都在致力于莱姆病疫苗的研究。目前已知的莱姆病保护性抗原或疫苗主要包括以下几个:

4.1 OspA莱姆病疫苗

在发现伯氏疏螺旋体后,Johnson等发现用伯氏疏螺旋体感染后的兔血清对仓鼠具有被动免疫保护作用,用灭活的伯氏疏螺旋体免疫也具有短期的保护作用。后来Schmitz等证实了这一结果,他们发现用免疫血清治疗伯氏疏螺旋体感染仓鼠,可以预防关节炎等症状的发生。这些研究表明用免疫方法预防伯氏疏螺旋体感染具有可行性[5]

随后,人们发现伯氏疏螺旋体表面有一个31kDa的脂蛋白OspA可以作为疫苗候选抗原。用表达OspA的大肠杆菌或OspA重组融合蛋白免疫小鼠,可以保护小鼠免受感染,OspA免疫血清对小鼠也具有被动免疫保护作用。Callister等发现莱姆病人血清中有高水平的杀螺旋体抗体,对仓鼠具有被动免疫保护作用。但是从血清中去除OspA抗体后,就失去了保护作用。Schaible等还发现用OspA单克隆抗体对小鼠也有保护作用。这些研究表明OspA蛋白是一种保护性抗原,可以作为开发莱姆病疫苗的候选抗原。

基于上述研究结果,一些疫苗公司纷纷利用OspA开发莱姆病疫苗,上世纪90年代早期出现了两个基于伯氏疏螺旋体表面蛋白OspA开发的莱姆病疫苗:LYMErix和ImuLyme。这两个疫苗制造厂家为了首先得到疫苗生产许可证,都进行了III期临床安全性和药效试验。LYMErix疫苗的临床试验在莱姆病流行地区选择了10906名15-70岁之间的人群,随机注射接种三剂莱姆病疫苗或安慰剂。在接种后的1年内,免疫组人群莱姆病减少了76%,而且没有明显的副作用。因此美国FDA于1998年12月21日批准了第一个莱姆病疫苗LYMErix[9]。虽然ImuLyme也进行了相似的III期临床试验,但由于一些未公开的原因,并没有得到FDA的批准。

在疫苗临床试验阶段,用OspA疫苗免疫3次后,能预防抵御绝大多数伯氏疏螺旋体感染。首次免疫1个月后加强免疫,95%的受试者可以检测到OspA特异性抗体。12个月后第2次加强免疫,99%的受试者可以检测到OspA特异性抗体。受试者注射疫苗后未出现明显副作用。但是莱姆病某些症状出现的时期很晚,有的甚至要到感染20个月以后才出现,因此OspA疫苗能否阻止莱姆病这些后期综合症的出现还不清楚。

也有一些研究表明OspA并不足以诱导出有效的免疫保护效力,且持续时间较短。用OspA疫苗对人首免1个月后加强免疫,血清中抗OspA IgG显著增加,但5个月后抗体水平显著下降,而且抗体抑制伯氏疏螺旋体生长的能力也与此相似。加强免疫5个月后,免疫组血清与空白对照组血清对伯氏疏螺旋体生长的抑制作用已无区别。如果在第1次加强免疫后第5个月进行第2次加强免疫,1个月后血清对伯氏疏螺旋体生长的抑制能力甚至比第1次加强免疫2周后的水平还低。这表明OspA疫苗的保护能力较弱,且持续时间较短。Padilla及其同事的研究也证实了这一结果。他们用OspA疫苗首免1个月后加强免疫,大约2个月后OspA抗体水平达到最高,然后开始下降。但抗体杀灭或抑制伯氏疏螺旋体的能力在加强免疫后约1个月达到最高,然后迅速下降。

从以上研究可以看出,OspA莱姆病疫苗具有几个明显的缺陷。第一,疫苗的保护效率低于80%,也就是说免疫的人群中仍有20%会感染莱姆病[10];第二,需要进行三次免疫,免疫周期长;第三,缺乏对15岁以下青少年进行的试验数据,而这是最容易被感染的人群;第四,OspA疫苗只能预防同基因型流行株的感染,不能预防其它基因型流行株的感染;第五,疫苗的免疫持续时间较短,这可能意味着为了预防莱姆病,以后每年都需要加强免疫一次;第六, OspA疫苗与人的某些蛋白具有同源性,能诱导出自身免疫反应,从而具有一定的副作用。

4.2 外膜蛋白OspC

除OspA外,另一个最可能的开发莱姆病疫苗的抗原蛋白是OspC。当蜱吸食血液后,伯氏疏螺旋体表面的OspA表达量降低,但同时OspC开始表达,并当蜱附着在宿主大约2天后,OspC的表达水平达到最高。此外,OspC也是伯氏疏螺旋体感染哺乳动物必需的毒力因子之一。

伯氏疏螺旋体感染引起的免疫反应也说明OspC作为疫苗的重要性。莱姆病早期病人血清与OspC的反应明显比与OspA的反应强。Wilske等研究发现游走性经斑病人血清IgM抗体与OspC反应,这表明OspC可作为预防莱姆病的候选疫苗。

OspC作为疫苗的可能性已经在多种动物进行了实验研究。OspC对蜱传播的莱姆病具有主动或被动免疫保护作用。重组OspC或OspC融合蛋白免疫沙鼠或小鼠后,用伯氏疏螺旋体以注射方式进行攻毒,免疫动物具有良好的免疫保护作用。

OspC作为莱姆病疫苗面临的一个问题是异质性,即使同一基因型的伯氏疏螺旋体的OspC蛋白可能也不同。由于OspC的多样性,用某一伯氏疏螺旋体分离株的OspC制备的疫苗不能保护其它毒株的攻击。但有研究表明OspC蛋白的C端有一个7个氨基酸(C7)的、保守的免疫优势抗原表位。用C7对莱姆病人血清IgM和IgG预先吸收处理后,血清失去了抗伯氏疏螺旋体OspC活性,而用ELISA和Western blot只能检测出很微弱的抗OspC活性。这项研究表明,OspC C7有可能作为预防人莱姆病的候选抗原,将OspC纳入莱姆病疫苗是非常必要的。同时包括OspA和OspC(或者OspC C7)的疫苗可能更为有效。

4.3 外膜蛋白OspB

OspA参与伯氏疏螺旋体在蜱肠道内的定居与繁殖。OspB与OspA在同一个双顺反子操纵子(bicistronic operon)内表达,Neelakanta等[11]通过研究OspB缺陷株伯氏疏螺旋体繁殖周期中的表型特征,从而对OspB的功能进行了研究。与野生株相似,OspB缺陷株伯氏疏螺旋体对小鼠有很强的感染性。OspB缺陷株能够迁移到蜱肠道,但在蜱定居和繁殖的能力减弱。用野生型ospB基因对缺陷株互补回复后,伯氏疏螺旋体恢复在蜱肠道定居和繁殖的能力。这说明OspB是伯氏疏螺旋体在蜱肠道定居和繁殖的关键因子之一。

4.4 核心蛋白聚糖结合蛋白A(Decorin binding protein A,DbpA

莱姆病小鼠模型动物实验研究表明DbpA是一种保护性抗原,能够保护实验小鼠不被伯氏疏螺旋体感染而患莱姆病,而且DbpA抗原不同的重组形式能够诱导出不同水平的保护能力。Ulbrandt等[12]对诱导完全保护性免疫反应所需的DbpA结构进行了研究,通过遗传学方法或理化方法对DbpA的结构进行改变,表明DbpA是一种很强的免疫原,但只有具有正确天然构象的DbpA才能诱导出保护性的功能性抗体。但Hagman等[13]的研究认为DbpA并不能保护小鼠免受伯氏疏螺旋体的攻击。因此对于DbpA是否能够作为一种保护性抗原来开发莱姆病疫苗,还需要进一步的研究。

4.5 外膜蛋白Oms66

Oms66是伯氏疏螺旋体的一个外膜蛋白,Oms66在莱姆病致病机理和免疫中的作用还不清楚。纯化的天然Oms66具有在膜脂质双层模型中形成孔状通道的能力。Exner等[14]用失活的Oms66免疫新西兰白兔,免疫兔血清表现出高滴度的补体依赖性杀螺旋体活性。用Oms66对6只C3H HeJ鼠免疫后,通过皮肤移植的方法用伯氏疏螺旋体B31株进行攻毒,结果4/6的小鼠免受感染。这些研究表明Oms66能够诱导出较强的杀螺旋体血清抗体,并能诱导出机体的保护性免疫反应,可能作为开发莱姆病疫苗的抗原。

5 展望

莱姆病是全球分布的人兽共患传染病。除南极洲外,其他各大洲许多国家已有莱姆病报道,已被世界卫生组织(WHO) 列为防治研究的新发人兽共患传染病。目前预防莱姆病遇到的最大问题是没有安全有效的疫苗。有人认为对于这种可以治疗,只在局部地区流行的疾病并不需要开发新的疫苗。但更多的人认为随着莱姆病的发病率不断上升,流行范围不断扩大,应该开发莱姆病疫苗。

开发安全有效的莱姆病疫苗,应该同时具有以下几个方面的特性:首先,疫苗必须能够诱导出高水平的免疫保护作用。先前的OspA疫苗对人群的保护率只有不到80%,新疫苗应该具有更高的免疫保护率;其次,疫苗的免疫保护持续时间长。理想的莱姆病疫苗应该是只需免疫1次后,就能够诱导出长达数年时间的高水平保护性抗体;最后,疫苗不能引起副作用。这需要在临床应用之前进行长时间的实验观察,也需要建立更敏感的动物模型来检测疫苗是否具有副作用。

    日期:2014年02月18日  分类:病原菌
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