分子流行病学和分子进化流行病学
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第四节 生物学标志及其效应

病毒性肝炎的生物学标志包括一般生物学指标、特异性的免疫学和分子生物学标志。一般生物学指标如ALT、血清胆红素(Bil)、丙种球蛋白、白蛋白、A/G,凝血酶原活动度(PTA)、碱性磷酸酶、血清透明质酸和BCAA/AAA等。以下重点阐述相关肝炎病毒感染的特异性免疫学和分子生物学标志。
一、甲型、乙型、丙型肝炎的主要分子生物学标志与意义
1.甲型病毒性肝炎
主要包括抗-HAV IgM、抗-HAV IgG、HAAg和HAV RNA标志物。
(1)抗-HAV IgM:
HAV感染后,该抗体出现最早,在ALT异常前,即潜伏期末就可检测到,一般可维持3~4个月。是近期感染的标志。
(2)抗-HAV IgG:
是既往感染的标志。出现较晚,于感染后6个月达高峰,然后逐渐下降,可持续存在多年甚至终生,是HAV既往感染或疫苗接种后产生保护性抗体的标志。
(3)HAAg:
可在患者潜伏期后半期与发病初期的粪便和肝脏中检出,是病毒复制和有传染性的标志。
(4)HAV RNA:
为甲肝的分子生物学标志。在HAV感染的肝脏、血清和粪便中均可用RT-PCR等方法检出HAV RNA,是病毒存在与复制的直接证据。
2.乙型病毒性肝炎
主要包括HBsAg、抗-HBs、HBcAg、抗-HBc IgM、抗-HBc IgG、HBeAg、抗-HBe、HBV DNA、HBV cccDNA和HBV DNA-P等特异性标志物。
(1)HBsAg与抗-HBs:
HBsAg在病人血清中出现可早至感染后1~2周,多为4~6周,在ALT开始升高和出现临床症状时达高峰,以后逐渐下降,至恢复期(约感染后6~7个月)消失。HBsAg是HBV感染和有传染性的主要标志之一。抗-HBs是HBsAg相应的抗体,为HBV感染恢复或接种乙肝疫苗后产生的中和抗体,一般在初次感染HBV后6~23周出现,是保护性免疫指标,能在体内存在相当长的时间,阳性表示对HBV有免疫力。
(2)HBcAg与抗-HBc:
HBcAg仅能在肝细胞中检测到,是HBV复制的标志。抗-HBc分为IgM和IgG两类。抗-HBc在发病开始即出现,很快升高,3个月后逐渐下降至消失,是较可靠的早期诊断标志,同时也是病毒复制和有传染性的主要标志之一。慢性HBV感染时,抗-HBc IgM可呈低滴度,抗-HBc IgG稍晚于抗-HBc IgM出现,于抗-HBc IgM消失后仍持续存在,是既往感染的标志。当抗-HBc高滴度存在时有传染性。抗-HBc IgG与抗-HBs同时存在时是HBV感染恢复的标志,并具有免疫力。
(3)HBeAg与抗-HBe:
在HBV感染早期几乎与HBsAg同时出现,较HBsAg消失早。HBeAg阳性主要见于HBsAg阳性的乙肝病人和HBsAg携带者,其中大多数伴HBV DNA阳性。提示有HBV复制和传染性;急性HBV感染,在HBsAg消失之前,HBeAg即可迅速被清除,若持续存在3个月以上,则预后不良,易转为慢性。抗-HBe是HBeAg的特异性抗体。抗-HBe阳转后大多病毒复制停止,传染性降低。不少病例抗-HBe阳性,始终未出现过HBeAg,是因HBV基因存在变异,无法分泌HBeAg,虽然血清无HBeAg,但病毒仍在复制,可出现疾病加剧现象。
(4)HBV DNA-P:
出现稍迟于HBsAg,在慢性感染中可持续几月或几年,是复制的标志。
(5)HBV DNA:
是病毒存在、复制和有传染性的分子生物学标志,血清HBV DNA定量检测对于确定HBV感染者的病毒载量具有重要的意义。通过了解体内HBV复制情况,可判断乙肝患者和慢性携带者的传染性大小。
(6)HBV cccDNA:
是病毒的紧密超螺旋分子,细胞感染后24h,共价闭合环状DNA(cccDNA)可在细胞核内检出。病毒复制水平取决于肝细胞内的cccDNA数量,宿主免疫水平控制其数量变化,血清中HBV DNA的水平是肝内病毒复制与清除强度的综合反映。
3.丙型病毒性肝炎
主要包括抗-HCV、HCAg和HCV RNA等标志物。
(1)抗-HCV:
感染HCV后,病人可产生抗-HCV。其可持续数年,在慢性病人中可延期存在,但不是中和性抗体。急性HCV感染者出现临床症状时,仅50%~70%抗-HCV阳性,3个月后约90%患者抗-HCV阳转。病毒清除后,抗-HCV仍可阳性。对于抗体阳性者,应进一步检测HCV RNA,以确定是否为现症感染。
(2)HCAg:
主要存在于肝细胞中,是感染和复制的标志。
(3)HCV RNA:
是病毒存在、复制和有传染性的分子生物学标志,对于诊断、治疗等不同研究工作具有与其他肝炎病毒基因一样的重要价值。HCV RNA定量检测是确认HCV现症感染、判断传染性大小和评估抗病毒治疗效果等的主要指标。
二、主要检测方法
1.免疫学技术
主要包括ELISA、RIA、RPHA、血凝、乳凝试验、胶体金技术和双功能抗体红细胞自凝试验等。其中胶体金技术和双功能抗体技术是目前病毒感染标志简易、快速的检测技术,特别适合基层单位应用。
2.分子生物学技术
主要包括PCR、序列分析、分子杂交和基因进化等分析方法。其中PCR技术应用较为广泛,现以HBV感染中PCR的应用为例进行简要综述。
三、生物学标志及其检测技术的应用
在乙肝的分子流行病学研究中,应用分子生物学技术可以对乙肝病人确切具有的生物学标志进行分析,筛检出人群中除了如HBsAg等免疫学标志外的具有基因标志的传染源,如变异的HBV DNA片段等。对传染来源的追索与传播途径的精确判断特别有用。
1.传染源的追索
各型肝炎病人均具有较高的传染性。甲肝呈自限性无慢性患者,急性患者的潜伏期末与发病初期传染性最强。乙肝和丙肝的急慢性患者与携带者均有传染性。为了查明乙肝传染源,既往主要采用HBV亚型在传染源和受染者间是否一致的方法。但是一方面该方法需要高浓度HBsAg才能进行分型,另一方面往往传染源和受染者的亚型均为当地的主要流行株,以致使分型结果意义不大。Yusof等人采用PCR结合单链HBV DNA独特构象的多态性分析(PCR-SSCP)方法,使一次乙肝暴发的传染源判断更加精确。
1988年2~3月,英国累斯特市某医院发生了一起乙肝暴发,经普通流行病学调查,发现是由于开胸手术所致,可能的传染源为1名胸外科进修医生(S),共有17人在开胸手术后发生HBV感染,另有2名配偶被二次传播受染。研究者共收集了11例患者血标本,包括传染源(S),9例受染者(P1~5,P7~10)和1例二次受染配偶(W6)。同时还采集了4例当地与本次暴发无关的HBV慢性携带者(C1~3,C4a和C4b)血清作为对照。主要研究方法包括PCR-SSCP和HBV DNA片段序列分析。PCR-SSCP主要步骤为:HBV DNA S区和C区PCR扩增,扩增产物加入放射标记物二次扩增,继之变性产生单链DNA,然后通过非变性凝脉电泳,区分出不同条带,放射自显影观察结果。研究结果表明P1~5、P7~10、W6和S的SSCP条带位置完全一致,而与C1~3的条带位置明显不同。同时研究者还进行了C区序列对比分析,C1~3,4a,4b与S1、P1~5、P7~10及W6明显不同,其中S、P1、P5、W6和P9与C1、C2、C3、C4a和C4b的序列差异分别为7%、4%、10%、6%和7%,而S与P1~5,P7~10及W6的序列一致,进一步证实了PCR-SSCP的结果。故可判明本次乙肝暴发的传染源为该名胸外科进修医生(S)。
2.传播途径的精确判断
Lin等应用PCR方法从分子水平证实HBV存在家庭内传播。Yusof等应用PCR-SSCP方法精确地判断了HBV经微量血传播的途径。
3.HBV感染上的应用
在临床上,PCR技术已成为鉴定HBV感染与否的主要手段之一,国内有学者应用PCR技术检测了36例HBsAg阴性慢性活动性肝炎患者血清HBV DNA,结果24例(67%)阳性,其中血清HBV抗原抗体指标全阴性者为9例,说明慢性肝炎即使HBsAg阴性,仍有可能是HBV感染所致。
4.重新评价HBV感染的自然史和乙肝五项的意义
由于PCR技术的应用,发现一些抗-HBe阳性,甚至抗-HBs阳性的病人血清中仍存在HBV DNA。从而提示,e系统或s系统的转换后,HBV DNA并非完全消失,所以HBV感染的自然史以e系统来划分病毒复制与否,以s系统转换划分恢复与否并非完全合适。
PCR技术对鉴定不同情况下抗-HBc阳性具有重要意义,一些研究结果表明,单项抗-HBc阳性慢性肝炎患者血清中仍可检出HBV DNA,提示病毒复制仍存在。而抗-HBc与抗-HBs均阳性的恢复者中未检出HBV DNA,表示对既往感染的免疫。
5.HBV与肝硬化和肝癌关系的研究
PCR技术的应用使过去一直有争论的HBV究竟是否为肝癌的主要病因问题迎刃而解。Paterlini等对不同地区28名HBsAg阴性原发性肝癌患者进行PCR检测发现,17名HBV DNA呈阳性,其他一些研究也表明HBsAg阴性肝硬化和不明原因肝硬化病人,尽管RIA检测HBsAg阴性,分子杂交HBV DNA也呈阴性,但用PCR法发现约有30%病例HBV DNA呈阳性,从而说明HBV是肝硬化和肝癌的主要病因之一。
6.献血员的筛检
既往由于医疗单位献血员的乙肝筛检主要是检测HBsAg,其敏感性不高,所以输血后乙型肝炎时有发生,目前已经常规采用了PCR方法进行献血员的筛检,使输血后乙肝几乎下降为零。
另外,PCR还用于鉴定血源性乙肝疫苗的安全性,评价HBsAg携带者各种体液的传染性,考核消毒剂对HBV的杀灭作用等,所以随着定量PCR技术的不断完善和与其他方法的有机结合,对HBV感染的研究将会不断深入。
四、发病机制
各型肝炎病毒的生物学效应大同小异,主要表现为以肝脏损害为主的全身性生理改变。但迄今为止,其发病机制尚未完全阐明。
HBV长期携带而无明显肝脏损害的现象表明,HBV并非直接损伤肝细胞,而是机体免疫反应的间接结果,并决定着乙型肝炎临床表现及转归。体液免疫中的HBV中和性抗体(抗-HBs)出现在急性感染的后期,其主要与外周血中的病毒颗粒结合形成复合体防止传播和再感染。而细胞免疫中的CD4 +T细胞决定着HBV感染后的结局,CD8 +T细胞则在HBV感染的恢复中发挥着重要作用。有研究表明,HBV感染机体后,在出现肝细胞损害前30d,首先出现对HBV前S抗原的细胞免疫反应,继之10d后出现对HBcAg的细胞免疫反应和体液免疫反应,而对HBsAg的第18、27位氨基酸重叠多肽在患者CTL上已发现受HLA限制(HLA-A2)的T细胞抗原决定簇,其可刺激患者自身免疫系统选择性地清除HBV感染的肝细胞。
人体感染HCV几天内病毒就会急剧复制增殖,从而引发机体先天免疫的干扰素(IFN)应答。Ⅰ型IFN(IFNas/IFNb)和Ⅲ型IFN(IFNks)可诱导 ISGs(IFN stimulated genes)的表达,IFN某种程度上具有限制病毒复制的作用,但是很难清除病毒从而导致60%~80%的丙肝患者慢性化。大约4~8周后机体产生HCV特异性CD4 +和CD8 +T细胞应答,HCV的清除是非溶细胞性的。据近年来的研究表明,HCV是否能够清除主要取决于两个方面,一是CD4 +和CD8 +T细胞对HCV不同蛋白的多表位应答要强且呈持续性;二是与机体本身具有的IFN k4基因型明显相关,分泌野生型IFN k4基因型的患者清除能力低。