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由肠道病毒A71感染引起的儿童手足口病致死性肺水肿和中枢神经系统病理研究

期刊:PathologyDOI:http://dx.doi.org/10.1016/j.pathol.2015.12.450

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研究背景与发表信息

这项研究由Wang Z、Nicholls JM、Liu F等多位作者合作完成,作者主要隶属于中国疾病预防控制中心、香港大学病理学系、北京协和医院、桂林医学院附属医院、广西自治区疾病预防控制中心等研究机构。研究发表在《Pathology》期刊上,文章在线发表时间为2016年。该研究聚焦于手足口病(Hand, Foot, and Mouth Disease, HFMD)中由EV-A71病毒(Enterovirus A71, EV-A71)感染引起的致命性病理学变化。

研究背景与目标

手足口病是一种由肠道病毒引起的儿童常见传染病,其中EV-A71是主要病原之一,尤其在亚太地区,近年来与其相关的神经类疾病和高致死率的案例呈现急剧增长。尽管已有研究表明,神经源性肺水肿(Neurogenic Pulmonary Oedema, NPE)是EV-A71感染引发死亡的主要原因,但具体的发病机制仍未明确。此外,EV-A71感染的脑干炎会导致自主神经功能紊乱,进一步导致心肺衰竭。为了解致命性EV-A71感染的发病机制及其引起肺水肿的病理生理学变化,本研究分析了15例经确诊的EV-A71感染致死病例的肺、脑干及心脏组织。

实验方法与流程

样本来源及处理

研究对象为2010年5月至2010年8月中国三省(广西、河北、河南)发生的手足口病爆发期间收集的15例EV-A71感染致死病例。病例患者年龄在7至60个月之间,中位数为16个月。这些样本包括15例肺组织、12例脑干组织及4例心脏组织。所有组织均经过福尔马林固定并进行石蜡切片处理。

病理学检测及免疫组化分析

研究中使用了多种抗体对目标组织进行免疫组化检测,包括: - 裂解型Caspase-3,检测细胞凋亡的标志。 - EV-A71抗体,用于检测病毒抗原。 - Aquaporin-4(AQP4, 水通道蛋白4)与Na/K ATPase,用于观察肺部液体清除功能。

研究同时设计了阳性及阴性对照:通过感染猴肾细胞系(Vero cells)建立阳性样本。

RNA提取与基因检测

通过从石蜡包埋组织中提取总RNA以检测EV-A71病毒RNA,采用定量PCR扩增病毒特异性基因片段。阳性对照为感染的细胞系RNA,阴性对照为未感染细胞的RNA。

数据分析

样本被分为多种组织类型进行不同的病理学观察,特别是肺水肿的形态学变化、脑干的炎性反应及相关免疫标志物的表达情况。

实验结果

临床和组织病理特征

  1. 临床表现:病例病程为1至11天,中位数为4天。所有患者均表现出呼吸衰竭或肺出血,13例表现出脑炎症状,7例患者出现循环或多器官衰竭。实验室确诊所有样本均为EV-A71感染。

  2. 肺部病理

    • 15例肺样本均表现出肺水肿,特征为肺泡内蛋白质渗出。
    • 8例显示轻微支气管周围淋巴细胞炎症,8例显示间隔水肿,1例出现透明膜形成,另有1例显示血栓形成。
    • 免疫组化未检测到肺组织中的EV-A71抗原,也未观察到肺泡细胞中Na/K ATPase表达的显著变化,但Aquaporin-4的表达在11例样本中显著减少。
  3. 脑干病理

    • 12例脑干样本中,11例显示脑干小血管周围的淋巴细胞炎症,6例为轻度,5例为中度至重度。
    • 7例样本通过GFAP(胶质纤维酸性蛋白)免疫组化显示中度至重度的星形胶质细胞退化(Clasmatodendrosis)。
  4. 心脏病理

    • 所有4份心脏样本均未显示炎症,也未检测到病毒抗原。

RNA扩增结果

只有4份样本检测到EV-A71 RNA,提示在疾病早期病毒复制较活跃,而后期的病程中,直接病毒复制的作用可能减弱。

主要结论

  1. 神经源性肺水肿的发病机制:研究确认神经源性肺水肿是由脑干损伤引发的,尤其是自主神经功能紊乱导致的高水肿压力和毛细血管渗透性增加。然而,肺组织未检测到直接的病毒侵袭证据。

  2. 肺水肿可能与Aquaporin-4的减少有关:多数样本中发现了水通道蛋白4表达的下降,这可能是肺水肿发展的一个关键因素,意味着新型治疗策略(如使用调节Aquaporin-4的药物)可能具有潜在价值。

  3. 脑干损伤的角色:研究发现脑干小血管和神经元的炎症及胶质细胞的广泛退化,表明脑干损伤在疾病过程中起关键作用。

  4. 心脏病变无明显贡献:心脏样本未见炎症,表明心脏损伤并非主要机制。

研究意义与价值

该研究显著拓展了对EV-A71相关致命性病例病理特征的认知,尤其是神经源性肺水肿的发病机制,为手足口病的死亡率控制提供了重要的科学依据。研究强调了脑干损伤及Aquaporin-4在肺水肿发展中的关键作用,为未来开发基于分子靶点的治疗策略(如使用Phosphodiesterase抑制剂Milrinone降低死亡率)提供了理论支持。

研究亮点

本研究具有以下亮点: 1. 系统分析了中国大陆地区15例EV-A71致死案例,在样本数量和地域分布上具有代表性。 2. 首次发现Aquaporin-4在肺组织中的表达减少可能与肺水肿相关,为进一步研究和治疗开辟了新思路。 3. 数据分析细致,支持了神经源性肺水肿发生机制的理论。

这项研究为理解EV-A71感染的病理机制奠定了重要基础,并为未来手足口病的治疗干预提供了新思路,同时也体现了国际学术合作的优势和成果。

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