赵英豪,张林波,张文慧

(吉林农业大学生命科学学院,吉林 长春 130118)

结核分枝杆菌(MTB)是导致结核病的病原菌,其感染可引起慢性、致死性人兽共患传染病,严重危害人畜健康和生命安全。结核分枝杆菌在与宿主长期相互作用下,形成一系列免疫逃避机制,包括改变巨噬细胞的摄取方式、抑制细胞凋亡及自噬、阻止吞噬溶酶体的成熟及酸化、及避免反应氧产物(Reactive oxygen species,ROS)和反应氮产物(Reactive nitrogen species,RNS)的毒性效应[1],进而逃避宿主细胞的免疫杀伤,这给结核病防治带来极大阻碍。

微小RNA(microRNA,miRNA)是一类由内源基因编码的长度约为22个核苷酸的非编码单链RNA分子,参与转录后基因表达调控。已有相关研究表明,miRNAs在肿瘤、自免疫性疾病、慢性炎症及感染等多个领域中发挥着作用[2]。近年来,miRNAs在宿主和细菌之间相互影响的相关性得到证实,促进了miRNAs在感染性疾病中相关作用方面的研究。已有研究表明,MTB感染机体后miRNAs在巨噬细胞、T细胞、树突状细胞及外周血中表达量均有显著变化[3]。其中巨噬细胞是MTB感染后的宿主细胞,因此本文将以miRNAs在MTB逃逸宿主巨噬细胞免疫杀伤中,对巨噬细胞凋亡、自噬、焦亡、炎症反应,氧化应激和抗原递呈的调节等方面研究进行综述,以期为miRNAs在病原菌与宿主细胞互作中的作用机制研究提供参考。

1 miRNAs调节巨噬细胞的凋亡、自噬及焦亡

细胞的死亡是机体消灭病原菌的主要途径,因为其不仅能够破坏病原菌赖以生存的环境而限制其在体内复制,还可以将病原体暴露于机体并被免疫细胞所识别,激活机体的抗感染天然免疫信号转导。主要包括凋亡(Apoptosis)、自噬(Autophagy)及焦亡(Pyroptosis)等方式[4]。

1.1 MTB抑制细胞凋亡、自噬及焦亡 巨噬细胞通过自身凋亡从而杀死胞内的MTB,凋亡小体又可被其他巨噬细胞所摄取,这一途径是宿主巨噬细胞抵御胞内病原体的一个重要机制。Luo X等人研究发现,结核菌强毒株诱导巨噬细胞坏死,而弱毒株诱导巨噬细胞凋亡[5]。师清博等人的研究表明,MTB的一些毒力因子及分泌的蛋白可以抑制细胞凋亡,如：ESAT-6、19000脂蛋白、38000脂蛋白、小分子热休克蛋白Hsp16.3、I型NADH脱氢酶NuoG、Rv3655c等[6]。从Saini N K等人的试验结果中发现,哺乳动物细胞侵入蛋白4A(Mammalian cell-entry protein 4A,Mce4)刺激巨噬细胞后,可以促进细胞因子TNF-α和IFN-γ等的产生,证明MTB的Mce4与MTB的免疫逃逸相关[7]。

1.2 miRNAs与细胞凋亡 MTB感染引起miRNAs表达量上调或下调,进而引起巨噬细胞针对MTB的免疫应答反应发生变化。袁秋露等经试验证明,MTB感染会下调巨噬细胞中miR-let-7f的表达水平,而且miR-let-7f的表达下调与MTB分泌的 ESAT-6蛋白密切相关;并且研究中发现,miR-let-7f可通过特异性靶向抑制A20基因的表达,促进巨噬细胞的凋亡及控制巨噬细胞内MTB的生长繁殖速率[8]。Xi等研究发现,用H37Rv感染巨噬细胞后,miR-223表达量明显增加,过表达的miR-223抑制FOXO3,表明miR-223是具有抗巨噬细胞凋亡的作用[9]。Czimmerer Z等人发现,miR-342-3p对巨噬细胞的抗凋亡基因有抑制作用,通过靶向抑制Bcl-2样蛋白1(Bcl-2L1)基因而减少巨噬细胞的存活,促进细胞凋亡[10]。Liu Y等人发现,miR-582-5p通过下调转录因子FOX01的表达来抑制单核细胞凋亡,在抗MTB的免疫应答中发挥作用[11]。刘红艳在研究中用H37Rv感染miR-19b抑制剂转染的大鼠肺泡巨噬细胞,结果发现,miR-19b沉默能够通过上调TLR2水平促进强毒力结核分枝杆菌诱导的大鼠肺泡巨噬细胞凋亡[12]。

1.3 miRNAs与细胞自噬 Kim J K等在研究中发现,miR-125a在MTB感染后表达水平上升,并抑制UV辐射抗性相关基因(UVRAG)的表达,抑制UVRAG的表达可阻止了巨噬细胞的自噬反应及胞内吞噬小体的成熟[13]。目前已经发现了2条可以减少miR-125a合成的途径,这提示可用于增强巨噬细胞的自噬。Kim J K还发现MTB会明显诱导巨噬细胞中miR-144的表达,高表达的 miR-144特异性结合DNA损伤调节自噬调节剂2(DNA damage regulated autophagy modulator 2,DRAM2)的 3′-UTR,抑制自噬相关蛋白DRAM2的表达,从而影响巨噬细胞的自噬过程,胞内的MTB免于因细胞的自噬被消化降解[14]。

1.4 miRNAs与细胞焦亡 He Y等人的报道中介绍了包括MTB、布鲁菌属、嗜肺军团菌在内的三种病原体会引起细胞焦亡[15]。Tang H等研究糖尿病模型时发现,在高糖的条件下miRNAs的表达会增强,随后Caspase-1活性及IL-1β和IL-18表达水平增高,显示其可促进细胞焦亡[16]。在综上的研究中发现,miR-181a、miR-223、miR-147具有抑制 IL-1β表达的作用,提示其可能对细胞焦亡也有影响。刘春法在研究中发现,当巨噬细胞感染MTB后MTB的生存基因(EIS基因)通过减弱自噬、炎性细胞因子的产生、以及Caspase依赖的细胞死亡来限制宿主的免疫反应[17]。Chung S D等人研究中发现ROS在细胞焦亡中也发挥着作用,ROS可通过内切核酸酶引起细胞焦亡[18]。因而可影响ROS产生的miR-451、miR-148a-3p、miR-181a 和 miR-15a/16 都可能对细胞焦亡产生调控作用。

以上研究证实,在MTB感染巨噬细胞后,引起miRNAs表达量的变化对巨噬细胞的自噬和凋亡有着调控作用,MTB可以利用一些miRNAs的上调或下调逃避巨噬细胞的免疫杀伤。然而MTB感染后引起细胞焦亡有哪些途径及miRNAs在其中的作用机理尚不十分清楚。

2 miRNAs调节以自由基为基础的杀伤作用及炎症反应

2.1 MTB逃避RNS和ROS的免疫杀伤 巨噬细胞产生用来杀伤MTB的物质包括ROS、RNS、活性氧中间产物(ROI)和活性氮中间产物(ROS)。王飞乐等人研究表明,MTB抑制ROS的毒性作用主要通过MTB较厚的细胞壁上富含的特殊成分[19]。另外MTB产生的超氧化物歧化酶(So-dA,SodC),过氧化氢酶(KatG)以及由AhpC、Ah-pD、SucB和Lpd组成的酶复合体都能够有效抵抗ROS[20]。Shin D M等人发现,EIS基因对MTB在体内生存具有调节作用,主要是通过JNK信号通路调节ROS的产生,而其调节ROS的主要是N-乙酰转移酶结构域[21]。

2.2 miRNAs与炎症反应 巨噬细胞产生促炎细胞因子是其在免疫应答过程的效应之一。Xie W的研究表明,在细胞中过表达miR-181a,会导致IL-1a的表达水平显著降低,同时还抑制IL-1β,IL-6和TNF-α等炎性因子的表达,这表明miR-181a具有抑制巨噬细胞炎症反应的作用[22]。在Liu Y等人的研究中发现,miR-223也具有同miR-181a一样的作用,miR-223可通过抑制细胞因子产生和NF-κB活化来调节巨噬细胞的炎症反应功能[23]。MTB感染巨噬细胞后TLR信号可以激活NF-κB等多种促炎细胞因子抵抗感染,研究表明,诱导miR-147在小鼠巨噬细胞中表达,可以激活TLR/NF-κB信号通路,减少TNF-α,IL-6等炎症细胞因子产生,这说明miR-147具有抗炎作用,可以下调过度炎症反应[24]。 从研究中可以发现 miR-181a、miR-223、miR-147均具有抑制炎症反应的作用。

2.3 miRNAs与氧化应激 巨噬细胞产生氧化应激作用,利用生成的自由基杀伤 MTB,也是消灭MTB的主要途径之一。Ranjan R等发现在酵母聚糖刺激下,miR-451缺陷细胞会抑制活性氧的生成。还有研究发现,miR-181a和miR-15a/16具有与miR-451相反的调节作用,当二者被抑制时,巨噬细胞活性氧产生量增加[25]。Huang等发现过表达miR-148a-3p时,会通过调控PTEN/AKT途径增加巨噬细胞活性氧的生成,从而增强巨噬细胞的吞噬和杀菌能力[26]。因此MTB感染后,可能通过抑制miR-451和miR-148a-3p的表达或提高miR-181a和miR-15a/16的表达逃避活性氧的杀伤。综上研究表明,一些miRNAs分子参与了MTB感染后巨噬细胞活性氧的生产过程。

3 miRNAs调节巨噬细胞的抗原递呈

3.1 MTB干扰巨噬细胞的抗原递呈 抗原递呈是免疫杀菌机制的一个重要环节,巨噬细胞在吞噬MTB后作为抗原递呈细胞通过主要组织相容性复合体(Major histocompatibility complex,MHC)将有效成分递呈给特异性T细胞,活化的T细胞分泌IFN-γ、IL-2和TNF-α等细胞因子以增强巨噬细胞的杀伤能力,而MTB为了逃避这种杀伤一方面通过抑制抗原的加工处理、MHC分子与内体的共定位和抗原肽的卸载等方式抑制抗原递呈过程;另一方面通过阻碍MHC-Ⅱ类分子的表达合成,来阻止抗原递呈过程。Gupta A等人的研究证明,MTB细胞壁上能被TLR2识别的19 kD脂蛋白,Man-LAM等多种自身成分可减弱 IFN-γ诱导的 MHC-Ⅱ类分子的表达[27]。

3.2 miRNAs与抗原递呈 巨噬细胞吞噬MTB后作为抗原递呈细胞发挥递呈功能是免疫杀菌的一个重要作用。Chaudhuri A A等人的研究发现,当巨噬细胞中miR-125b过表达时,会抑制IRF4的表达水平,从而促进巨噬细胞活化,并使细胞表面的MHC-II、CD40、CD86、CD80 和 IFN- γ 受体表达增加,使巨噬细胞对IFN-γ的应答反应增强,并且过表达的miR-125b会使巨噬细胞对刺激信号的敏感度增加,即增强了巨噬细胞的抗原呈递能力[28]。还有研究表明,一些miRNAs与miR-125b有着相反的作用,如miR-24,miR-30b和 miR-142-3p等,研究发现,它们可以减弱原代巨噬细胞和树突状细胞中可溶性抗原卵白蛋白的摄取和加工,使其对CD4+T细胞的抗原呈递能力受到抑制,并减少T细胞增殖[29]。Ni B等人的研究中表示高表达的miR-132和miR-26a靶向结合P300,抑制P300蛋白的表达;由于P300是IFN-γ进行免疫调节反应的一种重要的转录激活因子,因此P300表达量的下降会阻碍IFN-γ应答基因的转录效能,进而影响巨噬细胞抗原递呈和吞噬免疫复合物的能力[30]。综上研究表明,MTB感染巨噬细胞后,可能通过抑制miR-125b或增强miR-24,miR-30b和 miR-142-3p的表达减弱巨噬细胞抗原递呈,从而逃避其杀伤作用。

4 展望

MTB与巨噬细胞互作机理错综复杂,深入了解其机理有助于控制MTB的感染。综上研究,发现miRNAs的相关作用可以协助巨噬细胞对MTB进行免疫杀伤。同时研究发现,MTB会引起细胞焦亡,而miRNAs对细胞焦亡也具有调控作用,因此miRNAs是否会在MTB逃逸细胞焦亡过程发挥作用也是一个全新的研究方向。

MTB感染诱导miRNAs表达量发生变化,并引起巨噬细胞功能发生变化,这些研究提示,miRNAs不仅可以作为生物标志物用于诊断MTB感染,也可在抗菌的过程中利用其上调或下调的机制,发挥其特有的作用。因此研究miRNAs在MTB与巨噬细胞互作中的调控作用可为疾病的诊断及治疗提供新思路。