干擾素調(diào)節(jié)因子的研究進(jìn)展

沈金花,呂 印,劉慶華

(中南民族大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 醫(yī)學(xué)生物研究所，武漢 430074)

IRFs是指一類能對(duì)IFN基因表達(dá)起調(diào)控作用的轉(zhuǎn)錄因子，它們能結(jié)合到IFN基因順式作用元件和干擾素刺激應(yīng)答基因(ISC)序列中干擾素刺激性反應(yīng)元件(ISRE)上，誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)IFN及其信號(hào)通路基因的表達(dá).目前已發(fā)現(xiàn)10個(gè)IRFs成員，IRF1～I(xiàn)RF9和病毒IRF(V-IRF).IRFs作為IFN信號(hào)通路中起關(guān)鍵調(diào)控作用的轉(zhuǎn)錄因子，在IFN的誘導(dǎo)、病毒防御、免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞分化、細(xì)胞生長(zhǎng)與凋亡和諸多疾病的調(diào)節(jié)中均具有重要作用.本文將從IRFs的結(jié)構(gòu)、功能和免疫活性等方面作一綜述.

1 IRFs的結(jié)構(gòu)、功能和激活

所有IRFs成員的DNA結(jié)合區(qū)(DBD)都位于氨基端的前115個(gè)氨基酸內(nèi)[1].含有一個(gè)由5個(gè)色氫酸殘基組成的基序，每個(gè)色氨酸被10～18個(gè)氨基酸隔開(kāi)，這個(gè)基序介導(dǎo)IRF結(jié)合到ISRE的核心序列GAAA上.除IRF6外，其他的IRF還包含一個(gè)羧基端IRF相關(guān)結(jié)構(gòu)域(IAD)，促進(jìn)不同成員間形成異二聚體.

IRFs作為IFN信號(hào)通路中起關(guān)鍵調(diào)控作用的轉(zhuǎn)錄因子，在免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞分化、腫瘤調(diào)節(jié)、病毒防御、應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期調(diào)節(jié)中具有重要作用.

IRFs的激活主要是依賴于C末端和相關(guān)結(jié)構(gòu)域的磷酸化及其形成多聚體而實(shí)現(xiàn)的.IRFs對(duì)IFNs的誘導(dǎo)是通過(guò)對(duì)IFN基因的順式作用元件的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的，其信號(hào)通路中涉及許多細(xì)胞因子，如CBP/p300、TBK1和IKKe等.

2 IRFs與免疫

IRFs作為轉(zhuǎn)錄因子在IFN的轉(zhuǎn)錄調(diào)控、病原體的免疫反應(yīng)、造血干細(xì)胞的發(fā)育、淋巴細(xì)胞分化及先天性免疫和適應(yīng)性免疫、細(xì)胞周期和增殖調(diào)控等方面均發(fā)揮著重要作用.

2.1 IRFs在免疫應(yīng)答中的作用

PRRs成員的Toll樣受體家族(TLR)與IFN相互作用，能識(shí)別病原體感染和啟動(dòng)先天免疫防御反應(yīng).TLR與PAMP結(jié)合，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)清除病原體的感染.LPS、dsRNA和PAMP可被特定的TLR識(shí)別，由IRF3、IRF7等介導(dǎo)，誘導(dǎo)IFN的表達(dá)，從而激活I(lǐng)FN下游靶基因表達(dá)，同時(shí)誘導(dǎo)T細(xì)胞分化，激活機(jī)體特異抗病原體的適應(yīng)性免疫途徑. PRRs識(shí)別特異的PAMP后通過(guò)其特有的接頭蛋白以及MyD88信號(hào)，引起IRF3、IRF7和NF-κB的激活，誘導(dǎo)IFN、IL、TNF的轉(zhuǎn)錄，激活非特異的抗病毒途徑和特異的獲得性免疫.在髓樣樹(shù)突細(xì)胞(mDC)中，IRF3、IRF5和IRF7通過(guò)下游MAVS信號(hào)共同調(diào)節(jié)Ι型干擾素應(yīng)答.各類IRF在免疫應(yīng)答中的作用見(jiàn)表1[2].

表1 IRFs在免疫應(yīng)答中的作用

2.2 IRFs與免疫細(xì)胞分化

IRF在調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞，如T、B細(xì)胞、NK細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的分化發(fā)育和功能調(diào)節(jié)等方面起著重要的作用[2].

不同的IRF通過(guò)不同的信號(hào)通路對(duì)不同的免疫細(xì)胞分化產(chǎn)生不同影響[2].通過(guò)對(duì)IRF8-/-、IRF4-/-和 IRF8-/-/IRF4-/-小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，CD4+DCs、CD8α+DCs和pDC的分化主要由IRF4、IRF8調(diào)控，同時(shí)也受IRF1和IRF2的調(diào)控.IRF8還能通過(guò)調(diào)節(jié)骨髓細(xì)胞分化凋亡的關(guān)鍵基因的表達(dá)調(diào)節(jié)骨髓細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和凋亡，如 IRF8 直接誘導(dǎo) Prdm1 、Etv3 、Blimp-1 和 METS的表達(dá).NK細(xì)胞由IRF1，IRF2共同調(diào)節(jié)，IRF1誘導(dǎo)IL-15促進(jìn)NK細(xì)胞分化，IRF2可能是通過(guò)細(xì)胞內(nèi)在方式和促進(jìn)細(xì)胞凋亡來(lái)促進(jìn)NK細(xì)胞分化[2].B細(xì)胞分化也主要由IRF4和IRF8調(diào)節(jié)，IRF8能通過(guò)IECS直接與EBF的啟動(dòng)子結(jié)合，激活EBF的表達(dá)，EBF能激活與B細(xì)胞分化有關(guān)的基因，如 Pax5, Cd79a, Vpreb1.IRF4是B細(xì)胞成熟分化成漿細(xì)胞必需的轉(zhuǎn)錄因子，IRF4通過(guò)與Fas凋亡抑制分子(FAIM)IRF4結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，調(diào)節(jié)B細(xì)胞凋亡，IRF4結(jié)合位點(diǎn)突變，失去Fas基因?qū)細(xì)胞凋亡控制，導(dǎo)致B細(xì)胞增殖和惡變[6].

2.3 IRFs與Th細(xì)胞分化

IRFs通過(guò)IL、TGF、STAT等一系列細(xì)胞因子調(diào)節(jié)T細(xì)胞分化，這些因子也會(huì)影響IRFs的表達(dá)，形成一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控系統(tǒng)[1].

IRFl與IRF2能強(qiáng)烈啟動(dòng)Thl應(yīng)答，IRFl促使編碼IL-12的p35亞基、編碼IL-12和IL-23的p40亞基及Caspase1基因上調(diào)，導(dǎo)致IFN-β產(chǎn)生增多，從而促進(jìn)Th1細(xì)胞的分化.另外，IRFl刺激NOS的表達(dá)，IRF2通過(guò)IAD2介導(dǎo)的與IRF8的相互作用來(lái)增加IL-12和IL23的p40亞基表達(dá)，促進(jìn)Th1的分化.IRF2也參與NOS的轉(zhuǎn)錄后修飾來(lái)增加NO的產(chǎn)量.反過(guò)來(lái)，IFN-β通過(guò)STATl的活性來(lái)誘導(dǎo)T細(xì)胞中IRFl的表達(dá)，形成一個(gè)正反饋調(diào)節(jié).IRF5和IRF8通過(guò)調(diào)節(jié)IL-l2促進(jìn)向Th1細(xì)胞分化[1].

IRF4主要參與Th2細(xì)胞分化.IRF4通過(guò)直接或間接機(jī)制結(jié)合在IL-4啟動(dòng)子的一個(gè)元件上，并與活化T細(xì)胞核因子(NFAT)和STAT6相互作用，觸發(fā)IL-4的轉(zhuǎn)錄，從而促進(jìn)CD4+T細(xì)胞向Th2細(xì)胞分化.IRF4還能控制GATA3等Th2細(xì)胞分化的主要調(diào)節(jié)因子表達(dá)[7].IRFl通過(guò)結(jié)合IL-4啟動(dòng)子的3個(gè)不同位點(diǎn)從而抑制其轉(zhuǎn)錄，抑制CD4+T向Th2細(xì)胞分化，IRFl、IRF2使之向Th1方向偏移，IRF4使之向Th2方向偏移.它們共同作用，調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞的Th1/Th2分化平衡.

IRF4還可以調(diào)節(jié)Th9和Th17細(xì)胞的分化，IRF5對(duì)Th17細(xì)胞的分化也有促進(jìn)作用，但是IRF8卻有抑制CD4+T向Th17分化的作用[8].IRF4對(duì)Treg也有調(diào)節(jié)作用，可能是通過(guò)控制Foxp3的表達(dá)而實(shí)現(xiàn)[7].

2.4 IRFs與細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞凋亡和腫瘤

研究發(fā)現(xiàn)，除IRF2、IRF4和V-IRF對(duì)腫瘤發(fā)生有促進(jìn)作用外，其余的IRFs對(duì)腫瘤發(fā)生均有抑制作用[9].

IRF1可與p53協(xié)同作用于p21啟動(dòng)子，抑制DNA損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞增殖，表明IRF1通過(guò)參與p53通路而行使對(duì)細(xì)胞周期和凋亡的調(diào)控作用，IRF1的表達(dá)能誘導(dǎo)小鼠乳腺癌細(xì)胞凋亡和抑制腫瘤生長(zhǎng),IRF1的缺失可以明顯增加腫瘤易感性[10].IRF3能增強(qiáng)病毒誘導(dǎo)的凋亡，而且這種調(diào)節(jié)作用不依賴于p53和IFN，當(dāng)細(xì)胞DNA損傷時(shí)，DNA-PK可使IRF3磷酸化，磷酸化的IRF3從胞漿移位到胞核，激活凋亡相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[11]. IRF5通過(guò)參與p53凋亡通路而促使腫瘤細(xì)胞凋亡.非磷酸化的IRF6能與Maspin協(xié)同調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，對(duì)腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展產(chǎn)生抑制.P53能和IRF6結(jié)合，增強(qiáng)靶基因的表達(dá)[12]，也能與Notch結(jié)合，調(diào)節(jié)對(duì)腫瘤的抑制[13].IRF7可被I型干擾素和TNF-α誘導(dǎo)，IRF7誘導(dǎo)的I型干擾素基因表觀遺傳沉默破壞了抑癌的I型干擾素途徑. IRF8是I型干擾素基因的激活劑，可通過(guò)免疫調(diào)節(jié)發(fā)揮抗腫瘤活性，IRF8通過(guò)誘導(dǎo) Cdkn2b 抑制細(xì)胞周期，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，通過(guò)抑癌基因Bcl2l 和 Bcl2 抑制癌癥的發(fā)生，如抑制黑素瘤的發(fā)生[14].

IRF2與IRFl的識(shí)別位點(diǎn)相同，一方面，IRF2會(huì)與IRFl競(jìng)爭(zhēng)而抑制IRFl的轉(zhuǎn)錄，所以IRF2在腫瘤調(diào)節(jié)過(guò)程中具有與IRFl相反的作用，另一方面，IRF2能與Blimpl共同結(jié)合于IFN-β基因VRE的PRDI結(jié)構(gòu)域，IRF2能抑制Blimpl的作用而引起細(xì)胞癌變.在HTLV-1感染的T細(xì)胞中，癌蛋白Tax能誘導(dǎo)IRF4 mRNA高表達(dá)，持續(xù)表達(dá)的IRF4抑制了G2-M 檢驗(yàn)點(diǎn)基因cyclinBl和DNA修復(fù)基因Rad51，XRRPA、PCNA的表達(dá)，從而引起癌變.有研究報(bào)道IRF2和IRF4在抑制腫瘤中具有雙重作用， IRF2可以通過(guò)調(diào)節(jié)p53的表達(dá)及泛素化抑制腫瘤[15, 16]，IRF4則通過(guò) p27KIP1途徑抑制腫瘤細(xì)胞的增殖[17].V-IRF主要是通過(guò)抑制其他IRFs，如IRF3、IRF5、IRF7的活性，以及對(duì)p53和IFN的負(fù)調(diào)控來(lái)促進(jìn)腫瘤的發(fā)生[18].

2.5 IRFs與系統(tǒng)性紅斑狼瘡

干擾素調(diào)節(jié)因子家族通過(guò)對(duì)淋巴細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)，誘導(dǎo)IFN的產(chǎn)生及對(duì)IFN相關(guān)基因表達(dá)的調(diào)控，在系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)的發(fā)病機(jī)制中起作用[4].不同干擾素調(diào)節(jié)因子通過(guò)相同或不同的作用機(jī)制對(duì)SLE產(chǎn)生正性或負(fù)性調(diào)節(jié).影響SLE的IRFs主要有IRF5、IRF7、IRF8.

IRF5和IRF7可誘導(dǎo)IFN-α基因轉(zhuǎn)錄，而SLE病人血清中IFN-α大量增加，IRF5、IRF7變異或過(guò)表達(dá)會(huì)誘發(fā)SLE的產(chǎn)生.目前，“gene + antibody = high IFN-α”前反饋調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)認(rèn)為：SLE相關(guān)自身抗體通過(guò)TRP信號(hào)途徑，使MyD88銜接蛋白與IRF5/IRF7相互作用，IRF5/IRF7磷酸化激活，導(dǎo)致IFN-α大量產(chǎn)生，最終誘發(fā)SLE的產(chǎn)生[19-21].在TRP應(yīng)答中，缺乏IRF8的DC細(xì)胞不能產(chǎn)生炎癥因子.

研究顯示，SLE患者Th1的應(yīng)答下降.IRF1-/-小鼠由于外周血中IL12p3缺乏，Th1細(xì)胞分化缺陷，具有Th2應(yīng)答傾向，可推測(cè)IRFl功能缺陷是SLE患者Th1應(yīng)答下降，Th2細(xì)胞優(yōu)勢(shì)活化的主要原因.由于IRF2具有下調(diào)Th2和上調(diào)Th1的功能，對(duì)SLE也具有抑制作用.IRF3對(duì)SLE具有雙重作用，一方面，IRF3在病毒感染早期間接激活I(lǐng)RF7而產(chǎn)生IFN，IFN大量增加可能誘發(fā)SLE或加重SLE患者的病情，另一方面，IRF3可通過(guò)活化IL-12p35而使Th1的功能上調(diào)而抑制SLE，除病毒感染早期外，IRF3也是SLE的保護(hù)因子.SLE中，IRF4的高表達(dá)誘導(dǎo)IL-4的高表達(dá)，導(dǎo)致Th1應(yīng)答低下，Th2應(yīng)答增強(qiáng)，使B細(xì)胞的功能亢進(jìn)而產(chǎn)生大量的自身抗體和免疫復(fù)合物.

2.6 IRFs在其他疾病中的研究進(jìn)展

IRFs在許多疾病中發(fā)揮作用.IRF7通過(guò)TLR9和MyD88途徑與FXR啟動(dòng)子結(jié)合，控制FXR的表達(dá)，具有抑制腸炎的作用[22].在氣道平滑肌細(xì)胞中，IRF1的表達(dá)增加哮喘的發(fā)作[23]；IRF3通過(guò)Th2途徑應(yīng)答氣道過(guò)敏反應(yīng).通過(guò)對(duì)IRF3基因敲除小鼠和心臟IRF3過(guò)表達(dá)小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，IRF3在心肌肥大模型小鼠中通過(guò)鈍化ERK1/2 對(duì)心臟起防護(hù)作用，故IRF3可能作為預(yù)防和治療心肌肥大的新靶點(diǎn).

3 總結(jié)與展望

IRFs主要在免疫系統(tǒng)中通過(guò)對(duì)IFN的誘導(dǎo)、病毒防御、免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞分化、細(xì)胞生長(zhǎng)與凋亡等調(diào)節(jié)許多疾病的發(fā)生，如IRF4是調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞分化的核心，可將IRF4作為一個(gè)靶位治療或緩解某些炎癥疾病[24].某些IRFs如IRFl、IRF2、IRF4、IRF8在Th細(xì)胞分化中起關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，可將特定IRF作為一個(gè)理想的靶位干預(yù)Th分化，如用模擬IRFl、IRF2、IRF8的制劑或IRFl、IRF2、IRF8的激動(dòng)劑可上調(diào)Th1細(xì)胞分化，拮抗IRF4的制劑如IRF4受體、抗IRF4抗體或增加IRF4結(jié)合蛋白等以減少Th2的應(yīng)答和自身抗體的產(chǎn)生而治療SLE、IRFl、IRF5、IRF7、IRF9等在病毒感染后誘導(dǎo)Ι型IFN的產(chǎn)生過(guò)程中起重要的作用，IFN-α的產(chǎn)生將誘發(fā)或者加重SLE患者的病情.IRF對(duì)腫瘤的調(diào)節(jié)主要是通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、凋亡或抑癌基因p53而實(shí)現(xiàn)的，也有的是調(diào)節(jié)抗腫瘤免疫(如IRF8)，或調(diào)節(jié)干擾素信號(hào)通路(如IRF9).深入了解IRFs的生物學(xué)功能不僅對(duì)宿主免疫調(diào)節(jié)研究具有重要意義，而且可為癌癥和許多疾病的治療提供分子基礎(chǔ).

參 考 文 獻(xiàn)

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