Ⅰ型干擾素與細菌感染

刁 然，徐 峰，王選錠 綜述

Ⅰ型干擾素與細菌感染

刁 然，徐 峰，王選錠 綜述

(浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院呼吸內(nèi)科，浙江杭州310009)

干擾素(IFN)是免疫反應(yīng)中重要的細胞因子。根據(jù)IFN作用受體的不同，IFN通常分為Ⅰ型IFN(主要包括IFN-α、IFN-β)和Ⅱ型IFN(IFN-γ)，Ⅰ型IFN主要通過IFN受體A(IFNAR)介導(dǎo)機體抗病毒反應(yīng)。近年研究表明，Ⅰ型IFN在機體抗細菌感染中也起著重要作用。文中著重對Ⅰ型IFN信號通路介導(dǎo)的宿主免疫在利斯特菌、鏈球菌、結(jié)核桿菌、炭疽芽孢桿菌、軍團菌、銅綠假單胞菌等細菌感染中的作用作一綜述。

干擾素α/藥理學(xué);Ⅰ型IFN;天然免疫;信號轉(zhuǎn)導(dǎo);細菌感染

［JZhejiang Univ(Medical Sci)，2012，41(4):464-468.］

干擾素(interferon，IFN)是人類和動物細胞在對各種病原體刺激的應(yīng)答中產(chǎn)生的具有多種功能的一類蛋白或糖蛋白。依據(jù)結(jié)構(gòu)上和功能上的不同將干擾素分為兩大類，它們與不同的細胞表面受體結(jié)合產(chǎn)生繼發(fā)免疫反應(yīng)。一般認為:Ⅰ型IFN是抗病毒的免疫調(diào)控因子，而Ⅱ型IFN在抗菌免疫中起重要作用。然而近年研究表明，Ⅰ型IFN在機體在宿主抗菌免疫應(yīng)答中也起到重要作用，根據(jù)病原菌的不同，Ⅰ型IFN對宿主免疫起著有利或不利的效應(yīng)［1］。作者分別闡述Ⅰ型IFN信號通路介導(dǎo)的宿主免疫，在利斯特菌、鏈球菌、結(jié)核桿菌、炭疽芽孢桿菌、軍團菌、銅綠假單胞菌等細菌感染中所起的免疫調(diào)控作用。

1 Ⅰ型干擾素與天然免疫

高等動物免疫系統(tǒng)可分為天然免疫和獲得性免疫兩大系統(tǒng)。天然免疫系統(tǒng)是生物體在長期進化過程中所獲得的有普遍性的重要防御機制，該系統(tǒng)在機體維持體內(nèi)平衡、抵抗外來不良刺激時，是最早、最快發(fā)生應(yīng)答的，Ⅰ型IFN在天然免疫應(yīng)答中起著關(guān)鍵作用。

根據(jù)IFN受體(IFNR)的不同，IFN通常分為兩型。其中Ⅰ型IFN主要包括IFN-α和IFN-β，在哺乳動物中，還包含 IFN-ω、IFN-κ 和 IFN-ε，通過IFN受體A(IFNAR)介導(dǎo)機體抗病毒反應(yīng);Ⅱ型IFN即IFN-γ主要作用于IFN受體G(IFNGR)，激活宿主抗細菌免疫。IFN-α、IFN-β和IFN-γ在體內(nèi)由白細胞或淋巴細胞、成纖維細胞和受免疫刺激的T淋巴細胞產(chǎn)生。

Ⅰ型IFN受體包含兩個亞基，IFNAR1和IFNAR2，Ⅰ型IFN與相應(yīng)受體復(fù)合物結(jié)合后，由酪氨酸激酶前體(包括JAKI/蛋白酪氨酸激酶和TYK2/酪氨酸激酶2)啟動信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，使IFNAR1磷酸化，并引起信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄活化因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)的聚集和磷酸化。STAT異二聚體和IFN調(diào)節(jié)因子9(interferon regulatory factor，IRF9)構(gòu)成 IFN激活基因因子(IFN-stimulated gene factor，ISGF3)。上述復(fù)合物轉(zhuǎn)移到細胞核內(nèi)，與干擾素刺激應(yīng)答元件(IFN-stimulated response element，ISRE)結(jié)合，誘導(dǎo)IFN刺激基因的表達，產(chǎn)生Ⅰ型 IFN反應(yīng)［2］。近年來的研究表明，干擾素激活基因(interferon-stimulated gene，ISG)編碼上百種產(chǎn)物，主要包括:雙鏈 RNA激活的蛋白激酶(dsRNA-activated protein kinase R，PKR)、2-5A家族(family of 2'-5'-oligoadenylate synthases)及Mx GTP酶類(Mx GTPases)等，它們作為干擾素的效應(yīng)分子通過不同的分子機制直接參與機體免疫反應(yīng)［3］。

另外，IFN信號通路也存在負調(diào)控機制。目前研究證實有3個負性調(diào)控因子家族能夠調(diào)節(jié)IFN信號:①細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子家族(suppressor of cytokine signaling，SOCS)是JAK-STAT信號通路中特異性負調(diào)控因子，目前共發(fā)現(xiàn)8種;②活化STAT的蛋白抑制因子家族(protein inhibitor of activated STAT，PIAS)，能抑制相應(yīng)的DNA結(jié)合活性和STATs介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄，從而能直接抑制JAKs的作用;③蛋白酪氨酸磷酸酶家族(protein tyrosine phosphatase，PTP)主要通過 JAK-STAT的酪氨酸殘基去磷酸化導(dǎo)致通路的失活［4］。機體對IFN的應(yīng)答及強度依賴于IFN作用的靶細胞、病原體的特性及其機體環(huán)境中細胞因子的復(fù)合作用。

2 Ⅰ型IFN與細菌感染

Ⅰ型IFN對抗病毒有重要的作用。近年來越來越多的研究表明，Ⅰ型IFN信號通路在細菌感染免疫中也發(fā)揮著重要作用，并且該信號通路對機體抗細菌反應(yīng)的調(diào)控作用具有病原特異性。

2.1 單核細胞增生利斯特菌 (listeria monocytogenes，LM) LM是一種典型的胞內(nèi)菌。野生型和溶血素缺乏的LM株感染宿主后都能磷酸化p38MAPK及干擾素轉(zhuǎn)錄因子2，激活宿主細胞的核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor-κB，NF-κB)通路和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)反應(yīng);其中，野生菌株還可以啟動Ⅰ型IFN反應(yīng)通路，并且 LM誘發(fā)的 IFN-β反應(yīng)獨立于IRF3［5］。LM的6-磷酸葡糖酸內(nèi)酯酶突變可致細胞 質(zhì) 監(jiān) 控 通 路 的 激 活，產(chǎn) 生 IFN-β［6-7］。Stockinger用LM感染Ⅰ型IFN的受體缺乏(IFNAR-/-)的小鼠，從感染小鼠的純化脾臟細胞中得到的結(jié)果證明巨噬細胞有一個特殊的表面抗原，可以促使大量Ⅰ型IFN的合成，而漿細胞樹突狀細胞(plasmocyte dendric cell，pDC)則無此表面抗原，且研究顯示小鼠體內(nèi)產(chǎn)生Ⅰ型IFN的量與抗菌能力成反比［8］。Tam等在研究LM感染的模型中發(fā)現(xiàn)，相對于野生型小鼠，IFN-α/β 缺乏的小鼠可以產(chǎn)生更多的 IFN-γ，且IFN-α/β對于DC細胞的成熟具有抑制作用［9］。同時LM感染后產(chǎn)生的IFN-β可誘導(dǎo)小鼠巨噬細胞壞死;上調(diào)的IFN可激活天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶(caspase)及產(chǎn)生誘生型一氧化氮合酶(iNOS)等［10］。另外，Ⅰ型IFN還通過其它途徑調(diào)控抗菌免疫反應(yīng)。Ⅰ型IFN和白介素-12(IL-12)協(xié)同作用于CD4+T細胞使其產(chǎn)生IFN-γ，在LM感染后對于啟動抗原特異性CD4+T細胞具有重要影響作用，Ⅰ型IFN或IL-12缺失使CD4+T細胞的IFN-γ表達量下降50%，但是對于CD8+T細胞的IFN-γ表達無影響［11］。Hansen 等發(fā)現(xiàn)，IFN-α 還可以促進IL-15的表達，IL-15對NK細胞的增生、存活、招募及對 T細胞的激活有著重要的影響［12］。

2.2 鏈球菌 肺炎鏈球菌鼻咽部定居可誘發(fā)Ⅰ型IFN產(chǎn)生和IFN所誘導(dǎo)的基因表達。肺炎鏈球菌感染改變了很多基因表達，如 JAK/STAT信號通路和許多 Ⅰ型IFN誘導(dǎo)基因，激活機體早期炎癥反應(yīng)［13］。Shahangian建立了流感病毒感染后繼發(fā)細菌感染的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)流感病毒感染5 d后，小鼠體內(nèi)IFN-β表達增加;然后，用肺炎鏈球菌感染小鼠，發(fā)現(xiàn)增加的Ⅰ型IFN影響了感染早期細胞因子，如趨化因子角質(zhì)形成細胞來源的趨化因子(keratinocyte-derived chemokine，KC)、巨噬細胞炎癥蛋白2(macrophage inflammatory protein 2，MIP2)的生成，進而降低了中性粒細胞在肺部的募集和殺菌能力，削弱了機體清除肺炎鏈球菌的能力。上述研究證明，Ⅰ型IFN可增加小鼠對肺炎球菌感染的敏感性［14］。

此外，Xiao的實驗顯示:MAP3K基因突變可導(dǎo)致小鼠蛋白激酶Tp12產(chǎn)生障礙，Ⅰ型IFN生成減少，增加宿主對 B型鏈球菌的易感性［15］。Gratz用化膿鏈球菌感染小鼠建立的皮下蜂窩織炎模型表明:Ⅰ型IFN能成功地起到免疫防御作用［16］。

2.3 結(jié)核桿菌 與許多細胞內(nèi)的病原菌一樣，結(jié)核桿菌感染引起的一個重要反應(yīng)是Ⅰ型IFN的激活，但是對于其識別路徑仍然不清楚。對于IFNGR1缺乏且有播散性分枝桿菌感染的患者，給予低劑量IFN-α可以有效減輕分枝桿菌對肝、脾、后腹膜和盆腔淋巴結(jié)的破壞作用［17］。結(jié)核桿菌通過細菌肽聚糖促進細胞質(zhì)中核苷酸偶聯(lián)寡聚結(jié)構(gòu)域(nucleotide binding oligomerization domain，Nod2)信號途徑的激活，這種肽聚糖在Nod2/Rip2/IRF5路徑中是一種有力的激動劑，促進Ⅰ型IFN表達。Nod2途徑在IRF3缺失的情況下會被部分抑制。而TB-DNA激活途徑卻完全依賴IRF3這一轉(zhuǎn)錄因子［18］。Ⅰ型IFN對于結(jié)核桿菌的刺激做出反應(yīng)需要ESX-1介導(dǎo)的分泌作用，而IFNAR-/-的小鼠對于脾臟中結(jié)核桿菌的生長具有更強的抑制作用［19］。

2.4 炭疽芽孢桿菌 炭疽芽孢桿菌具有很高的致死率，抗生素效果有限。體內(nèi)試驗中發(fā)現(xiàn)Ⅰ型IFN刺激因子聚肌胞(Poly-IC)對炭疽芽孢桿菌感染的小鼠是一種強有力的保護措施。在感染小鼠體內(nèi)注入重組的IFN-β可以減少小鼠的死亡率，IFNAR-/-小鼠再給予Poly-IC，對小鼠死亡率無影響，說明這種保護性是由Ⅰ型IFN介導(dǎo)的［20］，核糖核酸酶 L(RNase-L)是RNA decay通路的一個最終成分，是IFN抗病毒反應(yīng)的中介。RNase-L-/-的小鼠對于炭疽芽孢桿菌有更高的致死率，所以RNase-L是介導(dǎo)IFN抗細菌反應(yīng)的一個重要效應(yīng)分子［21］。

2.5 軍團菌 軍團菌是在宿主巨噬細胞內(nèi)復(fù)制的格蘭陰性菌，可致軍團菌性肺炎。維甲酸誘導(dǎo)分化基因-1(retinoic acid-inducible gene I，RIG-I)和黑色素瘤分化相關(guān)基因5(melanoma differentiation-associated gene-5，MDA5)可以感知軍團菌的RNA，引起Ⅰ型IFN反應(yīng)。最新發(fā)現(xiàn):一種新的效應(yīng)蛋白SdhA，介導(dǎo)了Ⅰ型IFN對于軍團菌抑制作用［22］。軍團菌誘導(dǎo)Ⅰ型IFN表達依賴于IRF-3，但不是NF-κB。自分泌型Ⅰ型IFN可重新作用感染細胞，增強對細胞內(nèi)軍團菌的抑制［23］。Lippmann的小鼠軍團菌肺炎模型表明:巨噬細胞通過干擾素基因刺激因子及干擾素啟動子結(jié)合蛋白-3依賴途徑分泌大量的IFN-β，這刺激干擾素基因的表達，正反饋產(chǎn)生大量的Ⅰ型IFN，無論是休眠期還是復(fù)制期的軍團菌，這些Ⅰ型IFN都可作用于軍團菌胞內(nèi)的特殊空泡，發(fā)揮機體的自身防御反應(yīng)［24］。

2.6 銅綠假單胞菌 體內(nèi)實驗證實，在IFN-(Toll-IL-1R domain-containing adaptor-inducing IFN-β，TRIF)敲除小鼠的肺泡和腹膜巨噬細胞中，調(diào)解活化正常T細胞表達和分泌的趨化因子(RANTES)的產(chǎn)生完全被抑制，TNF和KC表達降低，MIP-2和IL-1β產(chǎn)生減少，從而導(dǎo)致TRIF-/-小鼠對銅綠假單胞菌的清除功能受損。因此認為IFN-β在銅綠假單胞菌的感染免疫中是一個很重要的細胞因子［25］。

2.7 其它 Oliveira將106CFU的布魯桿菌注入小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，對于布魯桿菌的感染IFNAR-/-小鼠較野生型小鼠有更好的抵抗能力，認為Ⅰ型IFN在機體抵抗布魯桿菌中起到負面作用［26］。Roux將布魯桿菌注入小鼠體內(nèi)，3 d后發(fā)現(xiàn)脾細胞內(nèi)有炎癥反應(yīng)，Ⅰ型IFN和Ⅱ型IFN基因表達明顯上調(diào)。在感染后的前4周，與野生型小鼠比較，IFNAR-/-小鼠的布魯氏菌負荷并沒有影響。上述實驗提示:Ⅰ型IFN通路在該布魯氏菌感染模型中并不起重要作用［27］。

弗朗西絲菌的毒力取決于它在宿主細胞質(zhì)中復(fù)制能力。巨噬細胞細胞質(zhì)的病原識別受體識別病原體后，激活復(fù)雜的免疫反應(yīng)，釋放炎癥因子包括IL-1β和IL-18，激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1(caspase-1)依賴的細胞死亡。Henry等研究發(fā)現(xiàn)弗朗西絲菌可引起Ⅰ型IFN的反應(yīng)，這對于caspase-1激活很重要，是炎癥反應(yīng)一個正向調(diào)控的例子。Ⅰ型IFN信號通路在弗朗西絲菌感染時激活抗菌免疫反應(yīng)起重要作用［28］。

Moussawi的試驗顯示，Ⅰ型IFN在惠普爾病致病菌(T.whipplei)感染中起負性調(diào)控作用。感染T.whipplei的巨噬細胞通過IRF3的激活介導(dǎo)Ⅰ型IFN反應(yīng)，導(dǎo)致細胞凋亡。用IFNAR-/-的小鼠巨噬細胞感染 T.whipplei，證實Ⅰ型IFN反應(yīng)通過JNK依賴的途徑誘導(dǎo)巨噬細胞凋亡［29］。

3 小結(jié)

對于Ⅰ型IFN的產(chǎn)生，復(fù)雜的信號通路及其功能研究目前已經(jīng)取得了很大進展。Ⅰ型IFN是在抵抗感染中發(fā)揮作用的重要效應(yīng)蛋白，既可以誘導(dǎo)更多的下游效應(yīng)分子，又是連接天然免疫和獲得性免疫的橋梁。然而，現(xiàn)有研究顯示:Ⅰ型IFN通路對機體抵抗細菌感染的調(diào)控作用具有病原特異性。因此，如何進一步闡明Ⅰ型IFN信號通路在細菌感染免疫中的作用和相關(guān)分子調(diào)控機制是臨床免疫學(xué)領(lǐng)域的重要問題。

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Type I interferon and bacterial infection

DIAO Ran，XU Feng，WANG Xuan-ding
(Department of Respiratory Medicine，The Second Affiliated Hospital，Zhejiang University School of Medicine，Hangzhou 310009，China)

Interferons(IFNs)are cytokines playing an important role in immune responses.Interferons are classified into two distinct types according to specific interferon receptors(IFNR).TypeⅠ IFNs include IFN-α and IFN-β，whereas IFN-γ is typeⅡ IFN.It is well known that typeⅠ IFNs have important roles in the host defense against viruses through activation of interferon receptor A(IFNAR).However，many recent studies have also demonstrated that typeⅠ IFNs have effects on immune responses to bacterial infection.This review focuses on the immune regulation of typeⅠ IFN-mediated signal pathways in bacterial infections such as listeria monocytogenes， streptococcus，mycobacterium tuberculosis，bacillus anthracis，legionella，pseudomonas aeruginosa and others.

Interferon-alpha/pharmacol;Type Ⅰ interferon;Innate immunity;Signal transduction;Bacterial infections

R 979.5

A

1008-9292(2012)04-0464-05

http:∥www.journals.zju.edu.cn/med

10.3785/j.issn.1008-9292.2012.04.018

2011-05-05

2011-11-12

國家自然科學(xué)基金資助項目(30871130);浙江省自然科學(xué)基金委杰出青年基金項目(R12H010004);2008年浙江省科技廳錢江人才項目基金(2008R10080).

刁 然(1986-)，女，碩士生.

王選錠(1965-)，男，主任醫(yī)師，教授，從事臨床微生物及抗感染的研究;E-mail:xudwang@mail.hz.zj.cn.

［責(zé)任編輯 黃曉花］