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细胞肌腱膜纤维肉瘤因子调节免疫细胞分化及功能机制

2020-12-10邱梦婷王佳张甲倩张升校李小峰

关键词:细胞因子分化调节

邱梦婷,王佳,张甲倩,张升校,李小峰

免疫细胞是宿主体内参与病原体的清除并维持宿主免疫耐受和免疫稳态的重要组成部分,免疫细胞的失衡将会导致多种免疫相关性疾病的发生与发展。细胞肌腱膜纤维肉瘤因子 (cellular muscular aponeurotic fibrosarcoma,c-MAF) 作为一种转录因子,可在多种与免疫相关的细胞中表达,参与机体的免疫应答过程[1-2]。了解c-MAF参与不同免疫细胞的应答通路,对探索免疫相关性疾病的发病机制及治疗至关重要。

1 c-MAF简介

c-MAF是大Maf家族成员之一,属于碱性亮氨酸拉链(Basic Leucine Zipper, b-ZIP)转录因子超家族,该结构域从N端到C端分别为:酸性反式激活结构域、组氨酸/甘氨酸重复结构域、扩展同源区以及碱性亮氨酸拉链结构域[3]。其中,C端的亮氨酸拉链结构域是c-MAF及其家族成员最具特征性的结构, 该结构域的DNA结合区域高度保守,可与细胞核内含有b-ZIP结构的转录因子结合形成同源或异源二聚体,后者与Maf识别元件(MARE)或富含碱基对AT的半Maf识别元件(hMARE)结合,从而发挥转录作用,其活性受蛋白激酶A、蛋白激酶C和丝裂原激活的蛋白激酶 (MAPK) /雌激素受体 (ER) 的调控[3-4]。

c-MAF的功能极为广泛,可参与调控包括晶状体和骨骼发育、细胞凋亡、肿瘤发生和免疫应答在内的一系列生物过程[2-3]。在调节免疫反应的过程中,c-MAF可由T细胞抗原受体(T Cell Receptor,TCR)/CD28和可诱导共刺激分子 (inducible costimulatory molecule, ICOS)信号诱导,优先表达于2型辅助性T(T helper type 2, Th2)细胞、17型辅助性T(T helper type 17, Th17)细胞和滤泡辅助性T(follicular T helper, Tfh)细胞等细胞,调节CD4+T细胞及巨噬细胞的分化或功能[1-2, 5],从而影响自身免疫性疾病的发生发展。

2 c-MAF可调节CD4+T细胞亚群分化或功能

CD4+T细胞是机体免疫功能的主要执行者,可在不同细胞因子的诱导下分化为功能特异性的CD4+T细胞亚型,如Th2细胞、Th17细胞、Tfh细胞、调节性T(regulatory T, Treg)细胞等[2,6]。这些细胞可通过其独特的表型和及其所表达的细胞因子调节先天性和适应性免疫反应,维持机体的免疫稳态,而这些细胞发生功能或数量的紊乱时,可能会导致宿主免疫紊乱,造成自身免疫性疾病、肿瘤等多种免疫相关性疾病的发生与发展[6]。因此,维持或重建免疫细胞数量及功能的平衡已渐成为近年来免疫相关性疾病治疗的新理念,而转录调节因子c-MAF在调节CD4+T亚群的分化或功能的过程中扮演的重要作用,或许可成为治疗免疫相关疾病的新靶点。

2.1 Th2细胞

Th2细胞是CD4+T淋巴细胞经IL-4诱导后分化而来,主要表达IL-4、IL-5、IL-13、IL-10和GATA结合蛋白3(GATA binding protein 3, GATA3),参与细胞外病原体的清除和体液免疫应答[7]。其中,IL-4 作为Th2细胞分化的主要调控因子,在过敏反应和体液性免疫反应中发挥核心作用[7]。由于Th2可介导宿主免疫耐受[8],因而,了解Th2细胞的功能及分化机制对抑制炎症反应、增强免疫耐受的过程有着重要意义。c-MAF作为IL-4的特异性活化因子,可通过与Th2细胞中IL-4基因近端启动子结合来特异性调节Th2细胞内IL-4的表达来激活STAT6从而上调GATA3表达实现对Th2细胞的分化和功能的调控[6]。但c-MAF并不参与Th2中IL-10、IL-5等细胞因子的表达[9],换言之,c-MAF可通过影响IL-4的表达从而调控Th2细胞的数目与功能,参与Th2介导的免疫反应。

2.2 Th17细胞

Th17细胞是由幼稚CD4+T细胞受TGF-β和IL-6和/或IL-21的诱导分化来的效应T细胞,主要表达IL-17、 IL-22和维甲酸相关核孤儿受体γt (retinoid-related orphan receptor gammat, RORγt),是机体参与炎症反应的主要免疫细胞[10]。促炎因子IL-17的过度分泌会促使B细胞产生大量致病性抗体,导致多种自身免疫性疾病的发生发展[11-12]。有研究显示在敲除c-MAF基因后,小鼠CD4+T细胞向Th17细胞分化的过程并未受到影响,但已经分化成为Th17细胞胞内IL-17的表达下调,这提示c-MAF主要参与的是已分化的Th17细胞功能的维持,而不是Th17细胞的分化[13]。其机制可能是c-MAF通过与IL-21基因的启动子或增强子结合从而正向调节IL-21的表达来上调已分化Th17细胞中IL-17的表达[13-14]。因此,c-MAF在Th17细胞中的主要作用是调节Th17细胞的发育与增殖来发挥其参与炎症反应的功能。

但最新研究发现,部分Th17细胞可以选择性表达IL-10,使其作为一种保护性细胞在宿主体内发挥抗炎和免疫调节作用,以控制炎症相关疾病的发展[15-16]。有学者根据Th17细胞是否分泌IL-10将其分为Th17-IL-10+细胞与Th17-IL-10-细胞2个亚群,其中Th17-IL-10+细胞具有抗炎、免疫调节和组织驻留特性,而Th17-IL-10-细胞则获得促炎和再循环特性。诸多研究已证实c-MAF可参与调节Th17细胞内IL-10的表达[15-16],但对于c-MAF调控Th17细胞IL-10基因表达的具体位点尚不明确,目前有两种观点:(1)Xu等[15]于2009年对来源于小鼠脾脏的转染c-MAF基因的Th17细胞使用c-MAF的单克隆抗体(anti-c-MAF)进行ChIP分析中发现 anti-c-MAF主要富集在IL-10启动子附近,这提示c-MAF可能通过与Th17细胞中IL-10基因启动子结合,调节IL-10的表达。(2)Aschenbrenner等[16]在2018年通过ChIP及ChIP-Seq方法对人外周血Th17细胞的相关分析中,发现c-MAF结合位点大多位于Th17-IL-10+细胞的IL-10基因启动子之外,这表明c-MAF可能并不是与Th17-IL-10+细胞中IL-10基因的启动子结合,并在进一步的验证中发现了c-MAF与IL-10基因的结合位点处有大量增强子区域的特征H3K4me1的富集,从而证实了c-MAF与IL-10基因的增强子结合后,在被激活的Th17-IL-10+细胞中,以一种上下相关的方式作为转录共激活因子或者转录共抑制因子,调节免疫调节和组织耐受转录程序。

综合以上研究,可以发现c-MAF在Th17细胞内具有双向调节作用,能够在促进Th17在实现自身功能的同时,一定程度上减少对机体的损伤,使其具有一定的自限性,但其机制仍存在争议。

2.3 Tfh细胞

Tfh细胞是CD4+T细胞在IL-6、IL-21、ICOS等多种转化因子的诱导下分化而来,并通过分泌IL-21、IL-4和B细胞淋巴瘤因子6 (B-cell lymphoma 6,Bcl-6) 等参与生发中心的形成与维持以及B细胞的分化成熟,在T细胞依赖的长期体液免疫中发挥着关键作用[17-18]。研究发现c-MAF可与IL-21的启动子或增强子结合调节IL-21的表达并参与Tfh细胞的分化,并且c-MAF缺失强烈抑制了Tfh细胞的分化[13-14,18-19],这提示c-MAF在Tfh细胞的分化中起着主要的且非冗余的作用。而Andris等[18]在进一步研究中发现由野生型与c-MAF缺陷型的小鼠CD4+T细胞组成嵌合体不能挽救嵌合体中c-MAF缺陷型T细胞的Tfh分化差的结局,表明c-MAF不是单纯地通过调节细胞因子驱动Tfh细胞,而是以细胞自主方式调节Tfh细胞分化与功能。

2.4 Foxp3+Treg细胞

CD4+T细胞经TGF-β诱导后可分化为Foxp3+Treg细胞,通过表达细胞因子IL-2、IL-10 等参与介导免疫耐受[20]。eTreg是Foxp3+Treg细胞经抗原诱导后的分化形成的,其在共表达Foxp3和IL-10的同时,可根据环境及免疫反应进一步特化为多个亚群,如RORγt+Treg细胞和滤泡调节性T (Folli-cular regulatory T, Tfr)细胞等,这些亚群可表达特异性转录因子并发挥其独特功能,而在这一特化过程可能有c-MAF的参与[21-23]。有学者在由小鼠脾脏及肠系膜淋巴结提取纯化来的eTreg细胞中发现,c-MAF基因敲除后,几乎不表达与细胞特化相关的转录因子(RORγt等),而维持eTreg细胞功能稳定的转录因子Foxp3等仍可正常表达,提示 c-MAF作为eTreg细胞的特异性转录激活因子,主要参与eTreg细胞向不同亚群的特化而不是维持eTreg细胞的稳定性[21]。Wheaton等[21]对小鼠脾脏及肠系膜淋巴结等部位提取的Foxp3+Treg细胞进行分析,发现与正常对照组相比,c-MAF基因敲除组Foxp3+Treg细胞内IL-10的表达整体下降,同时伴有RORγt+Treg细胞的减少,但是RORγt-Treg细胞的IL-10表达未发生改变,这说明了c-MAF并不直接参与Foxp3+Treg细胞IL-10的产生,而是通过调节RORγt+Treg细胞的生成间接参与IL-10的表达。Neumann等[24]在实验中发现了同样的结果,并证明肠道Treg细胞依赖于c-MAF对抗Th17细胞,建立并维持肠道微生态平衡。总而言之,可以明确c-MAF主要功能是通过调控特异性转录因子的表达参与Treg细胞的特化,间接调控IL-10、Foxp3+等经典基因的表达以维持Foxp3+Treg细胞的功能。

3 c-MAF可调节巨噬细胞极化

巨噬细胞作为具有异质性的免疫细胞群,具有相当大的可塑性,能够对环境信号作出有效反应,并根据细胞因子和微生物信号改变其表型,极化为M1(经典活化)和M2(替代活化)两种具有不同功能的巨噬细胞亚群[25]。其中,M1产生IFN-γ等促炎细胞因子、蛋白酶和氮自由基,其功能主要是清除病原体,增强机体抵抗病原体的能力;而M2则产生IL-10等抗炎细胞因子来促进组织修复和重构,抑制过激的炎症反应以维持机体的免疫耐受和内稳态[25]。研究发现,C-MAF可与IL-10基因的启动子结合,诱导巨噬细胞内IL-10的表达,而IL-10一般由M2分泌[26],因此,c-MAF可能通过调节IL-10参与巨噬细胞向M2的极化过程。除c-MAF外,Th17细胞也参与了巨噬细胞的极化:Th17-IL-10-参与巨噬细胞向M1的极化,Th17-IL-10+细胞参与巨噬细胞向M2的极化,由于Th17-IL-10+细胞的形成需要c-MAF的参与[16]。这意味着c-MAF可通过直接和间接两条通路调控巨噬细胞的极化过程从而实现对机体免疫功能的调节。

4 c-MAF与疾病

综上所述,c-MAF参与调控多种免疫细胞的分化或功能,然而,单就某一细胞讨论其对机体或疾病的影响并不能真正反应其病理过程,事实上,c-MAF同时通过多种途径参与对多种免疫细胞的调控,来参与疾病的发生发展。为了解c-MAF调控的CD4+T细胞对多种免疫反应的整体影响,Gabrysova等[2]构建了TH1(疟疾),TH2(过敏)和TH17(自身免疫病)3种疾病的小鼠模型,发现c-MAF表型缺失的CD4+T细胞虽均表现出不同程度的IL-10表达的减少,但其呈现的病理反应却不尽相同,TH1与TH2型均表现为与疾病相关的病理反应的增强,而TH17型则与之相反。研究人员在进一步探讨中发现, c-MAF除了直接对应的CD4+T细胞中IL-10的转录外,还同时通过其他途径共同参与相应疾病模型的进程。在TH1型中,是由c-MAF驱动的基因网络间接调节TH1相关的基因(如下调Bhlhe40、Runx3),从而增强TH1细胞的行为以对抗其病理反应。在TH2型中,c-MAF通过直接正向调控IL-4的表达间接参与IL-10的调控。而对于TH17型,c-MAF则负向调控IL-2的表达,从而一方面限制了强烈依赖于IL-2的TH1和TH2的反应,另一方面通过调节Rorγ表达和Foxp3+Treg细胞,促进TH17反应的发展。所以说,c-MAF在调节基因表达的过程中具有广泛而特定于上下文的作用,其通过激活和抑制基因表达,允许每一类免疫应答以一种受控但有效的方式发生。

5 展望

c-MAF作为机体免疫系统一种正、负双向调节因子,除可调控不同免疫细胞的分化以及相关细胞因子的表达,帮助多种免疫细胞执行各自功能外,还可以调控同一种细胞向不同方向的极化,这大大丰富了免疫细胞所发挥的功能以及机体免疫调节网络系统的内容,但c-MAF调节免疫细胞的具体分子机制仍存在极大的空白,其对机体的整体影响也需进一步探讨。因此,进一步探索c-MAF在各种免疫细胞中的具体信号通路,深入了解c-MAF调控各种免疫细胞的通路及相关影响因素,并寻找c-MAF对同一细胞两种相矛盾的调控作用之间的联系,建立相关疾病分子模型,这些或许可以帮助我们进一步了解免疫相关性疾病的发病机制,并可为临床相关疾病的治疗寻找新的作用靶点。

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