第二章 神经系统疾病的免疫学诊断
第一节 概述
随着神经免疫学、免疫学检测技术以及相关交叉学科的飞速发展，免疫学检测对于神经系统疾病的诊断也越发变得重要。由于神经系统在人体构成中的特殊性，其免疫学检测的方法和临床意义也与其他系统性疾病有所区别。
一、神经免疫学
神经免疫学是神经科学和免疫学的交叉学科，是研究神经和免疫这两个复杂系统在发育、稳态和对损伤的反应的过程中相互作用的学科。这是一个快速发展的研究领域，其长期目标是更好的让我们认识某些神经疾病的病理过程，尤其是一些病因尚未明确的，以便让我们寻求更好的诊断方法和药物靶点。
尽管神经系统具有免疫特权，即大脑在发育过程中并未与免疫细胞接触过，然而在正常生理情况下或者疾病中，神经系统和免疫系统间不停地进行着广泛双向的交流。免疫细胞和神经免疫分子如细胞因子、趋化因子和生长因子等能够通过多种信号通路调节大脑的功能。正常情况下，免疫系统的两个重要组成部分，先天性免疫系统和适应性免疫系统不断地对神经系统进行着监测。这两个免疫系统的功能异常或者是这两个免疫系统的相互交流的异常可以引起神经系统的自身免疫性疾病和神经退行性疾病。研究显示神经炎症以及神经免疫激活在多种神经系统疾病如脑卒中、帕金森病、阿尔茨海默病、多发性硬化症、疼痛以及与艾滋病相关的痴呆的发病机制中扮演重要的角色。
自20世纪80年代以来，神经免疫学领域发展迅速。1982年国际神经免疫学学会成立，随后在1989年，我国也成立中华医学会神经病学分会神经免疫学组。与此同时，神经免疫学研究不断深入，检测技术也不断完善，不仅发现了许多神经系统疾病有重要的免疫成分参与（如帕金森病和阿尔茨海默病等），同时对于传统意义上不属于神经免疫领域的疾病（如癫痫等）也有了更好的认识，目前的观点认为这些疾病的病理机制中也有一定的免疫元素参与。随着现有技术的不断成熟和新技术的不断出现，如新的生物标志物的发现，抗原抗体技术的发展，免疫组织化学、流式细胞术、高通量基因测序的广泛应用，相信在不久的将来，神经免疫学会得到更大的发展。
二、神经系统免疫特殊性
神经系统是机体内对生理功能活动的调节起主导作用的系统，其高度发展。神经系统在免疫学上与其他组织器官相比有其特殊性，主要表现为血脑屏障的存在和其低免疫反应性。
（一）血脑屏障和血脑脊液屏障
血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）是将循环至脑部的血液与环绕脑细胞的组织液分隔开的一种薄膜结构，包括血脑屏障和血-脑脊液屏障两部分。BBB的存在可阻止存在于血液中的有害物质进入神经系统。BBB的结构基础是毛细血管内皮细胞间的紧密结合，其与全身其他部位的毛细血管内皮细胞间不同，具有以下特点：
1.脑内毛细血管内皮细胞连接点之间孔隙少，仅允许小分子量的物质透过。因此，在肝脏和骨骼肌内毛细血管内所能透过的颗粒不能在BBB中透过。
2.脑内毛细血管内皮细胞的基架有嗜脂特性，对亲水物质极难透过，其对亲水性物质的通透性仅约为骨骼肌细胞的1%，而对亲脂物质的通透性高。比如，青霉素钠盐由于是水溶性而较难透过BBB以达到治疗效果，而氯霉素因具有嗜脂性从而易从BBB透过而达到治疗浓度。
3.脑内毛细血管内皮细胞具有较强的胞饮作用，以弥补内皮细胞孔隙小的不足。内皮细胞上存在许多受体和酶，包括Na+-K+-ATP酶、环腺苷酶、葡萄糖转运载体、5-羟色胺受体、多巴脱羧酶、碱性磷酸酶等。其中葡萄糖转运载体具有立体结构特异性：L-葡萄糖易于透过，而R-葡萄糖则难以透过。
4.脑内皮细胞具有很高的电阻性，约为正常人的肝、肌肉等部位毛细血管的内皮细胞电阻的十倍以上。其高电阻导致其离子通透性降低。例如，脑内皮细胞对K+通透性为骨骼肌血管内皮细胞的1/100。
血-脑脊液屏障是指脉络丛的毛细血管内皮细胞的脑脊液分泌、滤过和蛛网膜颗粒与静脉窦之间的屏障两大部分。前一屏障为滤过性，按血液和脑脊液的渗透压、浓度、离子强度等关系进行弥散和滤过。因此，除部分微量蛋白外，脑脊液成分约为血浆成分的1/200～1/300。后一屏障则由压力调节，仅当脑脊液的压力超过静脉压力30～60mmHg时，脑脊液才能冲破蛛网膜颗粒进入静脉窦。
胎儿期，血-脑-脑脊液屏障尚不完善，它们之间的通透性很高。刚出生的婴儿脑脊液中总蛋白和白蛋白均较成人高，可持续8～10周才能降低。胎儿22周时脑脊液IgG浓度为80mg/L，为成年人的4～8倍，出生时为70 mg/L，为成年人的2～3倍。这种增高可以持续至出生后的3个月。胎儿这些IgG来源于母体，因胎儿BBB不完整，母体血清经胎盘到达胎儿中枢神经系统，这一生理特点导致新生儿极易患中枢神经系统感染。
BBB的功能障碍可导致多种神经免疫疾病包括多发性硬化，视神经脊髓炎和进行性多灶性白质脑病等。例如一部分多发性硬化患者通过核磁共振扫描发现其部分BBB遭破坏，导致T淋巴细胞进入，从而破坏髓鞘。判断BBB功能障碍最常用的方法为检测脑脊液和血清白蛋白的比例，白蛋白分子量小且易透过BBB且仅在肝脏合成，因此脑脊液中白蛋白含量与血清中白蛋白比较能代表BBB的功能状况。
（二）神经系统的免疫低反应性
最初的研究发现肿瘤可以比较容易地移植于脑组织，且病毒也易于接种于脑组织，提示脑组织无免疫反应性。因此以往观点认为脑组织内既无淋巴组织，也无免疫反应，是免疫特免区。然而，进一步的研究发现，脑组织内移植组织周围有淋巴细胞浸润，提示脑组织不是完全没有免疫反应，是免疫反应的特殊部位。近年的超微结构发现，脑内组织存在淋巴管，实验结扎颈部淋巴管大约6h以后，脑组织即可发生脑水肿，表明脑内淋巴管与全身淋巴系统是相通的。事实上，星形胶质细胞（astrocytes）和小胶质细胞（microglia）具有免疫反应性。以往观点认为小胶质细胞是中枢神经系统的巨噬细胞，其唯一功能就是在中枢神经系统的损伤、感染或病理状态具有简单的炎症反应应答作用，然而越来越多的证据表明小胶质细胞可以对神经系统的结构进行修补，对神经回路和网络的连接性进行精细的调节。研究显示淋巴细胞和巨噬细胞可以进入软脑膜和蛛网膜下腔，只是数量很少，因此，中枢神经系统是免疫反应的低反应区。中枢神经系统的免疫特殊性主要由于BBB的存在。在胚胎发育阶段，中枢神经系统与免疫器官无接触，加上中枢神经系统内缺少免疫活性细胞，因此神经组织的免疫反应通常很弱和迟发。而其免疫反应的强弱取决于BBB的完整性。当外伤、炎症等病变发生时，BBB遭到破坏，中枢神经系统的成分与免疫系统接触，炎症反应使得更多的免疫细胞和炎性因子进入神经系统，产生免疫反应和免疫损伤。此外，脑组织的许多成分具有抗原性。例如，中枢神经系统的主要成分髓鞘、神经元、神经丝，以及髓鞘中有许多脂蛋白均具有抗原性。髓鞘碱性蛋白（MBP）、含脂蛋白糖蛋白（PLP）、髓鞘相关糖蛋白（MAG）以及髓鞘少突胶质糖蛋白（MOG）等在正常情况下不具有抗原性，但在某些神经系统疾病中，这些蛋白暴露于外周血循环，可以激活自身免疫性淋巴细胞，从而产生炎性因子和相应的自身抗体。
三、神经系统免疫相关性疾病
许多神经系统疾病，如脱髓鞘疾病、重症肌无力、吉兰-巴雷综合征等都有免疫系统异常改变，如细胞免疫异常，有时可出现体液免疫和非特异性免疫异常。同时，在疾病的不同时期也会出现不同的免疫异常。某些疾病虽然不属于神经系统本身的疾病，但常常出现神经系统受累，如系统性红斑狼疮等。
（一）多发性硬化（multiple sclerosis, MS）
MS是以中枢神经系统白质炎性脱髓鞘病变为主要特点的自身免疫病。MS是较为典型的T淋巴细胞介导的神经炎性疾病。MS患者脑或脊髓病灶中可检测到辅助性T细胞（Th细胞），包括分泌γ干扰素（IFN-γ）的Th1细胞和分泌白介素（IL）-17的Th17细胞。这些炎性T细胞释放炎性因子，激活巨噬细胞，使得巨噬细胞吞噬和破坏髓鞘。对于MS的实验室检测，目前仍以脑脊液寡克隆区带为主要指标，此外大部分MS患者脑脊液中免疫球蛋白可增高，而细胞数正常或轻度升高，常为转化型浆细胞和淋巴细胞。
（二）视神经脊髓炎谱系疾病（neuromyelitis optica spectrum disorder, NMOSD）
NMOSD是一类免疫介导的以视神经炎和/或急性横贯性脊髓炎为典型临床表现的自身免疫性炎性脱髓鞘疾病。水通道蛋白4抗体（AQP4-IgG）是NMOSD最具特异性的生物学标志物，但仍存在部分NMOSD患者血清AQP4-IgG阴性。研究显示IL-23及IFN-γ介导的信号通路、NF-κB信号通路、结合趋化因子的趋化因子受体、G蛋白偶联受体配体和生物氧化酶途径的代谢紊乱等在NMOSD的发病机制中起重要作用。NMOSD患者的临床改善与自身免疫活性的降低密切相关，反映为血清AQP4-IgG滴度及外周血浆细胞计数减少等。
（三）重症肌无力（myasthenia gravis, MG）
MG是一种由神经-肌肉接头处传递功能障碍所引起的自身免疫性疾病。传统观点认为其发病主要由于神经-肌肉接头突触后膜上乙酰胆碱受体（AChR）受损引起，近些年研究显示其他自身抗体产生、细胞免疫紊乱、炎性细胞因子分泌异常等因素也在MG发病中扮演重要角色。MG患者效应记忆性T细胞和活化记忆性T细胞的数目增多明显高于正常人，患者体内可检测到抗AChR抗体，抗肌肉特异性激酶（MuSK）抗体以及抗低密度脂蛋白受体相关蛋白4（LRP-4）抗体等。
（四）吉兰-巴雷综合征（Guillain-Barre syndrome, GBS）
GBS常发生在感染（呼吸系统或胃肠道感染的症状）之后，前驱感染时免疫反应产生的抗体可与神经细胞膜上的神经节苷脂发生交叉反应，该自发免疫反应可引起神经损害或神经传导的功能性阻滞。近期新英格兰杂志报道，寨卡（Zika）病毒感染可导致GBS的发生。大多数GBS病例血清存在抗神经节苷脂抗体，但其在诊断中的作用尚未明确。阴性结果并不能排除GBS的可能性，而检测的阳性预测值也很有限，因为其他疾病也会出现抗神经节苷脂抗体，抗体主要为IgG，也可为IgM和IgA。此外，研究显示T淋巴细胞，尤其是Th17细胞在GBS的发病中扮演重要角色。T淋巴细胞介导巨噬细胞的活化以及补体的激活，从而引起脱髓鞘反应。研究显示，GBS患者急性期时血浆和脑脊液中IL-17和IL-22水平升高，同时血浆中Th17细胞水平升高。
（五）POEMS综合征（POEMS syndrome）
POEMS综合征是一种少见的单克隆浆细胞增殖性疾病，以多发性神经损害（polyneuropathy）、脏器肿大（organomegaly）、内分泌病变（endocrinopathy）、M蛋白血症（monoclonal gammopathy）以及皮肤损害（skin changes）为主要临床表现。一般情况下，每种浆细胞只能产生一种类型的免疫球蛋白，若某一浆细胞异常增生，则血清中可以检出增高的一种或多种异常免疫球蛋白或其片段（轻链或重链），这种异常蛋白称M蛋白或副蛋白。POEMS综合征的发病机制尚不清楚，目前认为可能与血管内皮生长因子（VEGF）、炎症性细胞因子、金属基质蛋白酶（MMP）以及HHV-8感染有关。患者尿中可测出本周氏蛋白，血清蛋白电泳可检出M蛋白，其增高不显著。多为IgG，少数为lgA。M蛋白的成分主要为轻链，且多为λ链，少数为κ型。血中抗核抗体呈阳性反应，类风湿因子可呈阳性。POEMS综合征患者血清中炎性因子包括IL-6、IL-1β、TNF-α以及MMP等均显著高于健康人。
（六）肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）
ALS是一种进行性神经变性疾病，由于上、下运动神经元变性导致延髓、四肢、躯干、胸部及腹部肌肉逐渐无力和萎缩，临床上常表现为上、下运动神经元合并受损的混合性瘫痪。研究显示ALS的病理过程有免疫成分的参与。在ALS的受累组织中存在活化的小胶质细胞、星形胶质细胞和白细胞的渗透。活化的小胶质细胞参与的过度固有免疫防卫，创造了一个不利于宿主组织生存的炎症环境。抑制小胶质细胞活化的药物，如米诺环素可减少神经损伤后的炎症反应。
（七）自身免疫性脑炎（autoimmune encephalitis, AE）
AE泛指一类由自身免疫机制介导的脑炎。实验室检测存在脑脊液异常，包括脑脊液白细胞增多（> 5 × 106/L），或者脑脊液细胞学呈淋巴细胞性炎症，或者脑脊液寡克隆区带阳性。此外AE患者抗神经元表面抗原的自身抗体阳性。
由于神经系统疾病的免疫学改变多样，我们将其分为非特异性免疫功能测定、体液免疫和细胞免疫三个小节，分别对相关检查进行介绍。所介绍的免疫学检查方法大部分为国家推荐使用方法，均有规范化要求，因此对所用试剂和操作步骤均略去。但是为临床研究所用的检验方法，我们仅将其临床意义做一描述。