视神经脊髓炎（NMO）是一种主要累及视神经和脊髓的中枢神经系统（CNS）自身免疫性炎症性疾病，其复发率高、预后差；其中NMO相关性视神经炎是引起患者视力严重下降的常见神经眼科疾病。水通道蛋白4（AQP4）抗体是NMO的一种特异性和致病性自身抗体。尽管AQP4可以在多个组织中表达，但NMO病变主要局限于CNS。目前NMO的治疗以皮质类固醇联合其他免疫抑制剂为主，以达到减少复发频率及急性发作严重程度的目的。多途径多视角的基础研究提高了我们对NMO发病机制的认识，有助于临床深入了解免疫机制和非免疫机制。临床治疗NMO的方法应该包括针对发病过程中各种途径的药物，而如何把这些药物从实验室转化到临床，并在临床研究的基础上确定更为安全有效的治疗方法，减轻患者CNS损害和维持视觉功能是今后研究值得探讨的重要课题。
视神经脊髓炎（NMO）是一种主要累及视神经和脊髓的中枢神经系统（CNS）自身免疫性炎症性疾病，复发率高、预后差，具有种族差异性[1-3]。大约50%的NMO患者以视神经炎（ON）作为首发表现，即NMO相关性ON（NMO-ON），其是引起患者视力严重下降的常见神经眼科疾病，属于NMO谱系疾病（NMOSD）范畴[4-6]。2004年，Lennon等[7]首次在患者血清中分离出NMO-IgG，其特异性靶点位于星形胶质细胞足突上的水通道蛋白4（AQP4），认为NMO是不同于多发性硬化（MS）的独立疾病实体。随着临床研究和实验方法的不断发展，研究者们发现NMO患者也可以出现髓鞘少突胶质细胞糖蛋白抗体（MOG-IgG）阳性[8]。但现今关于NMO发病机制仍有不少尚待解决的问题，如AQP4虽然在多个组织中表达，但NMO病变主要局限于CNS。现就AQP4抗体的致病性、NMO的其他免疫靶点和CNS特异性三个方面来阐述NMO发病机制的相关研究进展，以期从现有信息中探讨其可能的新治疗策略。
1 AQP4-IgG是一种特异性和致病性自身抗体
2004年，Lennon等[7]确定了NMO患者血清中的一种自身抗体，称为NMO-IgG；其通过间接免疫荧光法（IIF）在小鼠脑和脊髓中发现被染色的CNS微血管、软脑膜、软脑膜下和Virchow-Robin血管间隙。通过检测来源于NMO、MS、日本视神经-脊髓型MS（OSMS）、复发性ON或脊髓炎和各种免疫、血管、营养、肿瘤、副肿瘤、特发性疾病患者的血清样本，发现NMO患者的NMO-IgG表现出高灵敏度（73%，CI 60%～86%）和特异度（91%，CI 79%～100%），OSMS与之表现出相似的灵敏度（58%，CI 30%～86%）和特异度（100%，CI 66%～100%），而有46%的复发性ON和脊髓炎患者NMO-IgG也呈阳性；而MS或其他的对照样本NMO-IgG均呈阴性。我们认为，NMO和日本OSMS患者的阳性样本相似比例说明这两种疾病是相同的，而且有很大一部分复发性ON和脊髓炎的高危NMO患者可以通过 IIF 检测来识别。这提示AQP4是血清自身抗体的靶点[9-10]，通过IIF产生独特CNS染色模式可将其表达定位于CNS微血管和软脑膜管腔表面的星形胶质细胞足突上。
作为NMO一个特异性免疫靶点AQP4的鉴定，还需要特异性的定量和半定量免疫反应分析方法的进一步发展，从而更准确地检测体液中AQP4-IgG。ELISA、荧光免疫沉淀（FIPA）、放射免疫沉淀法、基于细胞分析的免疫荧光法（CBA）和荧光显微镜或荧光活化细胞分选法（FACS）随后被开发并用于独立验证NMO的AQP4-IgG灵敏度和特异度[10-11]。多项研究利用上述方法检测发现，NMO的AQP4-IgG灵敏度为49%～77%，特异度为96%～99%[10]。一项对IIF、ELISA、FIPA、CBA和FACS分析的多中心研究数据比较发现，CBA和FACS检测最为敏感，IIF和FIPA检测灵敏度差[12]。因此，多项独立研究证实AQP4-IgG作为一个NMO的疾病特异性生物标志物，并指出CBA可以提供最佳的灵敏度和特异度。
然而，疾病特有的自身抗体不一定具有致病性。针对NMO，目前已使用多种实验策略对AQP4-IgG致病性进行了研究。有研究对实验性自身免疫性脑脊髓炎模型大鼠血清 NMO-IgG、人源性AQP4-特异性单克隆重组抗体（rAb）和对照组人IgG以及CNS组织病理学进行检测，发现NMO-IgG或人源性AQP4-rAb引起了NMO类似病变，而对照组血清或重组抗体未发现NMO类似病变；CNS病变显示血管周围的AQP4和星形胶质细胞丢失，IgG和补体沉积，粒细胞和淋巴细胞浸润，巨噬细胞的迁移和髓鞘崩解[13-15]。这提示NMO病变来源于NMO-IgG或AQP4-rAb。Saadoun等[16]使用NMO-IgG和人补体直接脑内注射（HC-ICI）模型发现，NMO病变的重要病理特征可以不依赖于全身免疫反应。这说明使用AQP4-rAb和 HC-ICI模型可以产生相同的病理组织学改变[17]；并且，其可以表明AQP4-IgG的脑内补体活化足以诱发NMO组织病理学的特征。
2 NMO存在其他特异性免疫靶点
约有25%的NMO患者AQP4-IgG呈阴性，其中一小部分患者血清MOG-IgG呈阳性，而在同一患者中很少能同时观察到AQP4-IgG和 MOG-IgG阳性[8, 12, 18-19]。尽管AQP4-IgG阳性患者和MOG-IgG阳性患者具有很多相似的临床表现，但两者其实属于不同的脱髓鞘疾病[20-21]。有研究发现，MOG-IgG阳性患者和AQP4-IgG阳性患者均有复发的临床病程且伴有较高的致残率[22]。而多个MOG-IgG阳性的研究报道显示女性患者的比例更低，单相病程占比更高[20-23]。神经影像特征可以帮助区分MOG-IgG阳性和AQP4-IgG阳性的脊髓炎和ON，前者多表现为圆锥和马尾的炎症、视神经周围强化和较短的视神经病变[22, 24]。此外，MOG-IgG阳性患者有更好的功能恢复和皮质类固醇反应[20-21, 23, 25-26]。更重要的是，MOG-IgG阳性患者脑部病变的病理组织可表现为MS 2型病变[27]；MOG-IgG不能诱导HC-ICI动物模型产生 NMO病理改变[28]。
为了认识NMO扩展的临床表现，国际NMO诊断委员会建立了NMOSD新的诊断标准[5]。通过制定抗体阴性NMOSD新的临床和放射学标准并对252例NMOSD患者进行分析，发现AQP4-IgG阴性患者的比例从15%下降到10%[6]。我们分析认为，导致这一数据的差异可能与检测灵敏度有限、AQP4-IgG血清转阴或临床上其他重叠的脱髓鞘疾病有关[6, 8, 10, 21]。在动物实验中，AQP4特异性T细胞过继转移无法重现全部的AQP4靶病变，推测可能存在针对AQP4致病性的限制性T细胞自适应免疫应答[29]。尽管AQP4-IgG阳性和阴性 NMOSD患者中可以观察到备选抗原靶点AQP1等其他自身抗体，但却没有发现其明确的致病性[30]。
3 NMO的CNS特异性
虽然AQP4可以在多个组织中表达，但是NMO病变主要局限于CNS。血清肌酸激酶的一过性升高是CNS以外最常见的改变，比较不常见的还包括肌肉病变伴免疫浸润、AQP4丢失和补体沉积[31-33]。
NMO的CNS特异性损伤不取决于外周组织接触AQP4。血清AQP4-IgG或AQP4-rAb 注射到啮齿类动物容易在外周的肾脏、胃、肺、视网膜、肌肉和CNS的室管膜周围器官和延髓最后区结合AQP4[34]。在有无炎症存在的情况下，均未在外周组织观察到NMO病变和补体沉积，表明补体依赖的细胞毒性作用（CDC）在这些组织中没有被有效的激活[34]。质膜补体调节蛋白CD46、CD55和CD59在肾脏、胃和骨骼肌中与AQP4共同表达，而在AQP4阳性星形胶质细胞与内皮细胞接触的过程中未发现CD59[35]。事实上，CD59敲除小鼠鞘内注射NMO-IgG和HC可产生长阶段广泛的脊髓病变和ON恶化[36]。
AQP4正交颗粒矩阵（OAPs）对于 AQP4-IgG介导的CDC至关重要，AQP4 OAPs的丰度和大小有助于观察NMO病变的分布[37]。相对于外周组织，AQP4 mRNA和蛋白质在视神经和脊髓高表达，视神经组织显示大到小AQP4超分子聚集体的比例最高[38]。由于大AQP4超分子聚集体的细胞分布，CNS病变可能进一步极化。脊髓白质星形胶质细胞分布显示 AQP4 OAPs呈弥漫性表达，而AQP4 OAPs在灰质中的表达是极化的[39]。超分辨率显微镜观察发现，脊髓切片显示大的AQP4簇存在于血管周围和脑白质，而不存在于血管周围的灰质[40]。这些结果为患者的视神经和脊髓病变的纵向延伸提供了解剖学解释[5, 19]。
4 NMO治疗的新方法
目前NMO的治疗以皮质类固醇为基础，达到减少急性发作严重程度的目的。同时因为急性发作频率和严重程度的增加与神经功能障碍和死亡率有关，联合其他免疫抑制剂可以减少复发的频率。来自动物模型的实验数据为NMO急性期的治疗新方法的发展提供了一个契机，可以通过针对炎症和非炎症的病理机制的多种策略来解决。
有研究通过高通量筛选已经发现阻断AQP4-IgG结合小分子和合成多肽的配体[41-42]。经过适当的效力、半衰期和CNS的渗透性研究，这些药物可提供一个控制复发时CNS病变进展的基本途径。另外，AQP4特异性抗体抑制剂（aquaporumab）可以用来抑制血清AQP4-IgG结合[43]。研究表明，在实验系统中AQP4-IgG介导的非炎症病变还没有明确的证据，也没有证据表明 AQP4-IgG可以直接抑制AQP4水通道功能[16, 44-45]。
在HC-ICI动物模型中，CDC和抗体依赖细胞介导的细胞毒性（ADCC）是整体病变形成的必要条件[46]。ADCC似乎在进展病灶的边缘发挥了促进巨噬细胞介导脱髓鞘的关键作用[47]。最近一项急性NMO脊髓炎小的开放标签治疗试验证明了补体C1脂酶抑制剂的安全性[48]，但在动物模型中大剂量补体C1脂酶抑制剂治疗急性病变无效[49]。相比之下，补体C1q为靶点单克隆抗体能有效抑制离体、体外和体内AQP4-IgG介导CDC作用[50]。由于有限的CNS渗透性、大量的靶蛋白和鞘内补体成分的生成，应用补体抑制剂治疗NMOSD急性复发可能面临独特的治疗挑战。Eculizumab是一种人源化单克隆抗体，可以中和补体蛋白C5和防止CNS补体级联激活反应[51]。一项开放标签的前瞻性临床研究结果表明，eculizumab可以减少复发频率，降低患者的EDSS评分[51]。目前正在进行一项三期多中心和随机双盲临床试验（Clinicaltrials.gov：NCT01892345）。
在动物模型中，西维来司他（silevestat）和西替利嗪对中性粒细胞弹性蛋白酶和嗜酸细胞脱颗粒的抑制作用有一定的临床应用前景[52-53]。1型抗胰蛋白酶抑制剂alpha-1-antitrypsin（clinicaltrials.gov：NCT02087813）和西替利嗪（clinicaltrials.gov：NCT02865018）的临床试验目前正在进行中。由于静脉注射Ig通过抑制Fc受体表达上调、干扰 ADCC作用[54]，可能为皮质类固醇不敏感的急性复发性NMOSD患者提供另外一种策略（clinicaltrials.gov：NCT01845584）。
Archer[55]对NMOSD患者受累的视神经线粒体组织进行分析，发现线粒体动态紊乱可能导致RGC损伤和丢失。损伤视神经的瞬时感受器电位M4型（TRPM4）阳离子通道的染色增加可能导致轴突损伤。降糖药物格列本脲可直接抑制TRPM4通道，为减轻轴突损伤提供了一种新的方法[56]。
多途径多视角的基础研究提高了我们对NMO/NMOSD发病机制的认识，有助于我们深入了解免疫机制和非免疫机制。临床治疗NMO/NMOSD的方法应该包括针对发病过程中各种途径的药物，为急性期治疗提供重要手段。此外，如何把这些药物从实验室转化到临床，并在临床研究的基础上确定更为安全有效的治疗方法，减轻CNS损害和维持视觉功能，改善患者生存质量是今后研究值得探讨的重要课题。