人腺病毒是引起婴幼儿急性呼吸道感染的主要病原体，且易引起重症腺病毒肺炎、呼吸窘迫综合征而导致死亡，也可遗留不同程度的后遗症。重症腺病毒肺炎的治疗仍是当今临床儿科医生面临的难题。人腺病毒致重症腺病毒肺炎的发病机制仍不清楚，目前认为，腺病毒肺炎发生、发展的主要诱发因素是免疫功能低下和病毒感染后免疫功能紊乱。本文就人腺病毒致腺病毒肺炎发病机制相关研究进展进行综述。
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人腺病毒(human adenovirus，HAdV)是儿童急性呼吸道感染的常见病原之一，好发于6个月至5岁小儿，其中6个月～2岁的婴幼儿尤为高发。临床上，有近1/3的腺病毒肺炎可发展为重症腺病毒肺炎[1]，约占重症肺炎的19.3%[2]。重症腺病毒肺炎以呼吸系统受累为主要表现，易合并多系统并发症，如急性呼吸窘迫综合征、呼吸衰竭、肺不张、单侧透明肺等，其病死率可高达10%，存活者有14%～60%可遗留不同程度的后遗症[3]，包括肺纤维化、闭塞性细支气管炎、支气管扩张等。
近年来，HAdV引起的呼吸道感染流行已引起全球的关注。亚洲也报道了腺病毒肺炎的发病率较前有增加趋势，其中包括HAdV-3、HAdV-7等既往有疫情暴发的血清型，最近还出现了很多新的型别，如HAdV-55。
为了提高对重症腺病毒肺炎的认识，本文就HAdV与儿童重症腺病毒肺炎的相关研究及其发病机制进行综述，有助于临床医生对重症腺病毒肺炎患儿病情危重程度尽早做出正确判断。
HAdV是一种无外壳的双链DNA病毒，其基因全长约34.7 kb，衣壳呈规则的20面体结构，直径80～110 nm。核心部分由22股DNA及蛋白质组成，外有核壳，表面有252个壳粒，由240个六邻体和12个五邻体组成。
腺病毒分为感染人、禽类、哺乳动物的三个属。迄今为止，HAdV已有A～G共7个亚属[4]，共103个类型(基于血清学和基因组分析)，其中1～8型是最常见的致病型。腺病毒的组织嗜性与分型密切相关，即不同的血清型感染会导致特定类型的疾病，如A、F和G亚属主要引起消化道感染、腹泻；D亚属通常与角膜炎、结膜炎有关[5]。53～56型是通过高通量测序技术确定的新型腺病毒，都是由2个或多个腺病毒株重组产生的[6,7,8]，且多发生在同一种属的不同型别之间，A、B、C、D亚属中均有重组发生[9]。呼吸道感染多集中于B亚属(如HAdV-3、HAdV-7、HAdV-14、HAdV-21和HAdV-55)、C亚属(HAdV-1、HAdV-2和HAdV-5)和E亚属(HAdV-4)。55型是由人11型和14型腺病毒重组产生的新型病毒，属B组B2亚组，其他B亚属主要引起尿路感染。
近年来HAdV感染在全球范围内出现过广泛流行。儿童呼吸道感染患者中HAdV引起的腺病毒肺炎感染率在不同国家为3.8%～11%[10,11,12,13,14,15,16,17]。例如，韩国儿童HAdV感染率为5.9%(87/1 472)[10]；非洲儿童感染率为3.8%(29/759)[3]；美国儿童感染率高达11%(244/2 222)[11]。中国儿童近年来HAdV感染的流行病学研究表明，儿童HAdV感染率居高不下。2006至2009年兰州地区报道HAdV感染率6.33%(74/1 169)；2009至2014年重庆地区儿童HAdV感染率6.7%(208/3 089)；2014至2016年中国北部和南部感染率分别为6.6%(74/1 128)和5.1%(82/1 595)；2017至2018年中国北京儿童HAdV感染率5.64%(72/1 276)[12,13,14,15,16]。
HAdV-3和HAdV-7是全世界5岁以下儿童下呼吸道疾病的主要类型[17,18]，我国北方流行的优势血清型从2007至2012年的HAdV-7(49.0%)和HAdV-3(26.3%)转变为2014至2016年的HAdV-3(30.8%，8/26)和HAdV-7(26.9%，7/26)，而南方地区流行的优势型别从2009至2014年的HAdV-7(50.0%，104/208)和HAdV-3(37.5%，78/208)转变为2014至2016年为HAdV-3(44.4%，24/54)和C亚属的HAdV-2(22.2%，12/54)[19]。2004至2006年，HAdV-55分别在土耳其、新加坡和中国暴发了三次急性呼吸道感染，引起近1 000人感染，其中2例死亡[20]；直到2011年，HAdV-55在中国北京重新出现并引发了几例严重的成人社区获得性肺炎[21]；2008至2013年期间，北京儿童医院流行病学结果显示HAdV-55感染儿童仅占腺病毒感染儿童的4%(8/194)，远低于HAdV-7感染率(53%)[22]。腺病毒肺炎全年均可发生，不同地区因气候及优势血清型不同，感染高发时间存在一定差异。在中国北方，HAdV感染旺季是冬季和春季；在中国南方，春季和夏季更为常见[14]；大多数HAdV-55感染病例在3月和4月确诊[21]。
HAdV感染的严重程度与病毒负荷和血清型显著相关。HAdV-3和HAdV-7在免疫功能正常的儿童中一般仅引起轻微和自限性的感染，但也有不少研究报道HAdV-3和HAdV-7可导致儿童重症腺病毒肺炎和长期的肺后遗症。近期研究发现，儿童中几乎所有严重甚至致命的腺病毒肺炎都与HAdV-7相关，而不是与HAdV-3相关[23]。中国也发现了类似的结果：在2009至2015年间被诊断为重症腺病毒肺炎的儿童中，HAdV-7感染率(53.9%)显著高于HAdV-3感染率(26.9%)，且HAdV-7感染易引起更严重的腺病毒肺炎、中毒性脑病、呼吸衰竭[13]；2019年湖南省人民医院PICU确诊的8例儿童重症腺病毒肺炎死亡病例中6例，腺病毒基因型鉴定为HAdV-7型感染[24]。据报道，在免疫力强的成人中，HAdV-55可引起比其他血清型(HAdV-3、HAdV-7、HAdV-14)更严重甚至致命的腺病毒肺炎[25]。HAdV-55虽然在儿童中感染率低，但HAdV-55所致腺病毒肺炎的严重程度与HAdV-7几乎一致[22]。
腺病毒感染的早期可能涉及以下几个步骤[26]：首先，腺病毒C、E亚属可通过纤维突起与宿主细胞表面的柯萨奇病毒-腺病毒受体结合黏附在细胞表面；而大多数B亚属病毒通过纤维突起与胞膜补体调节分子CD46结合，但B亚属中的HAdV-3和HAdV-7则与CD80或CD86分子结合；其次，腺病毒五邻体基底上RGD基序和纤维受体与细胞整合素结合，通过网格蛋白触发病毒颗粒的内化、内吞作用或大胞饮作用；当病毒颗粒被包围在内吞液泡内，环境pH迅速改变导致其释放周围的六邻体、Ⅲa和Ⅵ，并暴露核心蛋白；蛋白质Ⅵ结合内质膜导致内体/溶酶体破裂，并释放病毒核心蛋白，最终被转运至核心孔进入细胞核。
在HAdV感染过程中，HAdV的结构成分是免疫反应的关键发起者，不仅促进HAdV有效转运到细胞核，还激活了细胞和宿主的免疫防御机制。当宿主试图驱逐HAdV感染入侵时，迅速诱导出先天免疫反应。这种免疫反应是由于病毒与细胞相互作用而发生的，并不一定依赖于任何病毒基因的转录。触发的先天反应网络的性质根据受体和细胞类型而显著不同，产生不同的复杂信号级联反应，其中很多信号途径最终均导致转录因子NF-κB和干扰素调节因子3的上调和干扰素的产生[27]。
目前，造成重症腺病毒肺炎不同临床表型的机制仍未明确，但认为与病毒血清型、滴度以及宿主的免疫应答能力相关。免疫系统的激活和细胞因子的产生在炎性反应的激活以及组织损伤机制中起非常重要的作用。炎性反应的失衡导致感染进一步加重。
目前，体外研究已部分阐明了HAdV感染宿主细胞后释放的机制。HAdV与靶细胞表面受体的相互作用启动下游信号传导，并刺激靶细胞促炎细胞因子和趋化因子基因表达。腺病毒感染后Toll样受体9(TLR-9)识别DNA病毒中未甲基化的CpG DNA，通过MyD88依赖性信号传导机制激活转录因子，如核因子-B和激活蛋白-1，诱导白细胞介素(IL)-1、IL-6、IL-8、肿瘤坏死因子(TNF)-α等产生。这些细胞因子的过度释放引起肺组织损伤，进而导致器官功能障碍[28]。因此在腺病毒肺炎的先天性免疫应答中TLR-9的参与是至关重要的，但是其他信号传导途径同样有助于宿主细胞产生，如Ras/Raf/MEK/Erk途径对于HAdV-7诱导IL-8的产生是必要的[29]。
临床研究发现，重症腺病毒肺炎患者的TNF-α、IL-6、IL-8显著高于上呼吸道感染患者。其中，HAdV-7感染相较于HAdV-3感染，TNF-α、IL-6升高更为显著[13]。IL-8和IL-6在HAdV-7感染后8 h开始升高，24 h后IL-8、IL-6、人趋化因子IP-10(interferon-inducible protein-10)和人单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)均升高，以MCP-1和IP-10升高明显。肺组织中主要的中性粒细胞趋化因子——IL-8可能对HAdV-7感染初期中性粒细胞浸润有关，而IP-10、MCP-1是单核细胞和淋巴细胞趋化因子，可能在腺病毒感染后期发生的单核细胞和淋巴细胞浸润中发挥重要作用[30]。这表明，虽然巨噬细胞可能通过阐明特异性趋化因子如IP-10和MCP-1在HAdV-7的先天免疫应答中发挥一定作用，但这些细胞在通过抗原呈递引发从先天到适应性免疫的过渡中可能起更重要的作用。上皮细胞对感染和抗原暴露的免疫反应包括趋化因子和细胞因子在黏膜下层的释放，引发炎性反应。据报道腺病毒肺炎的严重程度与炎症标记物的变化有关，如血清TNF-α、IL-6和IL-8的高水平与严重甚至致命的腺病毒感染有关[31,32]。这些结果均表明在腺病毒呼吸道感染急性期的发病机制中起重要作用。
近期研究发现，坏死细胞释放的高迁移率族蛋白(High mobility group box 1 protein，HMGB1)作为一种晚期促炎因子，在HAdV-7感染后12 h开始升高[28]。HMGB1相关信号通路分子，即TLR-4、TLR-9、晚期糖基化终产物受体和NF-κB表达量增加；相反，抑制HMGB1表达时，TLR-4、TLR-9、晚期糖基化终产物受体和NF-κB均显著降低。HMGB1通过TLR-4、TLR-9和晚期糖基化终产物受体促进HAdV-7的复制和信号传导，激活NF-κB促进的释放，加重腺病毒肺炎感染程度。因此，HMGB1可作为HAdV-7感染的治疗靶点。
并非所有感染HAdV的儿童均会发展为重症腺病毒肺炎，免疫功能正常的儿童感染HAdV仅引起轻微的感染症状。抗原特异性T淋巴细胞在控制病毒感染中起着关键作用，CD4＋、CD8＋T细胞介导了HAdV感染的免疫应答，T细胞主要辨识腺病毒衣壳蛋白，主要是CD4＋T细胞通过识别HAdV的六邻体蛋白诱导免疫应答[33]。此外，树突状细胞(dendritic cells，DC)诱导的强烈的T细胞反应对于清除病毒也至关重要。
临床研究指出，重症腺病毒肺炎患儿外周血CD4＋T细胞、CD8＋T细胞和CD4＋/CD8＋比值较非重症时显著下降，提示HAdV感染患儿机体的细胞免疫功能下降，病情重者细胞免疫抑制程度更加明显[34,35]。在恢复期，外周血CD4＋/CD8＋T淋巴细胞的比例较急性期有明显回升，提示经治疗后免疫紊乱重新达到平衡，这些指标的监测可能有利于重症腺病毒肺炎的疗效判断，为腺病毒肺炎的严重程度和疗效判断提供客观监测依据。
尽管人体有完善的免疫系统防御机制，但仍有不少婴幼儿甚至成人感染HAdV致重症腺病毒肺炎，这可能与腺病毒感染后逃避免疫应答机制有关。
腺病毒基因E1A在感染后早期表达，E1A蛋白对于激活其他早期基因的表达和将细胞重新编程为允许病毒繁殖的状态是必不可少的。除了对抗干扰素(interferon，IFN)信号传导外，E1A蛋白还直接与许多细胞蛋白相互作用，调节病毒和细胞基因表达，促进细胞周期进程。研究还发现，腺病毒E1A通过诱导型一氧化氮(nitric oxide，NO)合酶基因的转录控制抑制人肺上皮细胞中NO的产生[36]。由于NO是先天免疫系统的抗病毒效应物，因此抑制NO的产生可以使病毒在人体组织中持续存在[37]。E1A还可抑制分泌性白细胞蛋白酶抑制剂和弹性蛋白酶抑制剂/抗白细胞蛋白酶分泌。分泌性白细胞蛋白酶抑制剂和弹性蛋白酶抑制剂/抗白细胞蛋白酶具有广谱抗生素活性，包括杀菌和抗真菌特性[36]。E1A还抑制NF-κB依赖性转录，从而抑制病毒进入诱导的早期炎性反应[38]。
尽管DC诱导的强烈T细胞反应对于清除病毒至关重要，但腺病毒可以通过感染DC产生早期和晚期抗原来改变细胞表面标志；腺病毒还可通过感染单核细胞来抑制其分化为DC，从而逃避T细胞的识别[39]。
综上所述，当HAdV通过气道进入肺部时，会对肺泡处的巨噬细胞产生刺激，生成IL-8、IL-6、TNF-α等，诱导外周循环的炎症因子，使其进入肺泡与肺间质，进而生成大量炎症介质，进一步加重机体的炎性反应。而重症患儿较轻症患儿表现出更为强烈的局部炎性反应。TNF-α、IL-6和IL-8有望作为预测腺病毒肺炎严重程度的实验室指标。
总的来说，这些免疫反应在最初阶段起着重要作用防御腺病毒感染。然而，腺病毒感染是一种非常复杂的过程，不仅涉及病毒的结构蛋白，如纤维、六邻体和五邻体，还包括宿主和环境因素。在腺病毒感染过程中，病毒的结构组件虽然激活了细胞和宿主的免疫防御机制，但腺病毒也存在免疫逃避机制来加重腺病毒感染。人类腺病毒B亚属易引起呼吸系统疾病流行，其中HAdV-3、HAdV-7和HAdV-55易引起重症腺病毒肺炎。目前已有小鼠实验针对HAdV-3、HAdV-7和HAdV-55的重组三价疫苗，结果是惊喜的，但目前缺乏对人的腺病毒疫苗，尤其是婴幼儿。
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