Dectin-1與真菌β-葡聚糖介導(dǎo)的天然免疫

[摘要] β-葡聚糖是真菌胞壁的主要多糖成分。天然免疫系統(tǒng)識別這一成分后觸發(fā)髓系細(xì)胞的免疫應(yīng)答反應(yīng)，殺傷和清除入侵微生物。該文主要介紹天然免疫細(xì)胞的模式識別受體dectin-1 與β-葡聚糖的特性以及它們通過何種信號傳導(dǎo)途徑激活天然免疫系統(tǒng)。對β-葡聚糖和dectin-1的研究必將為研制抗真菌免疫制劑和抗真菌藥物靶點提供嶄新的思路。

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A

[文章編號] 1674-1293(2015)04-0277-03

DOI：10.11786/sypfbxzz.1674-1293.20150411

基金項目：全軍醫(yī)學(xué)科技青年培育項目（14QNP010）

作者單位：100700 北京，北京軍區(qū)總醫(yī)院全軍皮膚損傷修復(fù)研究所（祝賀，呂雪蓮，楊蓉婭）

作者簡介：祝賀，副主任醫(yī)師，研究方向：醫(yī)學(xué)真菌學(xué)，E-mail: salinnazhu@163.com

通訊作者：楊蓉婭，E-mail: yangrya@sina.com

The relationship between dectin-1 and innate immune induced by fungal β-glucans

ZHU He，LV Xue-lian，YANG Rong-ya

Institute of Skin Damage and Repair, General Hospital of Beijing Military Command, Beijing 100700, China

[Abstract] Polysaccharide such as β-glucans is the major component of fungal surfaces. Recognition of these molecules by the innate immune system triggers inflammatory responses and activation of microbicidal mechanisms mediated by myeloid cells. This review will depict in details how the property of β-glucans and their receptor dectin-1 contributes to its immunostimulating effect in hosts and the potential uses of β-glucans by elucidating the dectin-1 signal transduction pathway. These studies will undoubtedly open a new research area on their potential therapeutic applications, including immunostimulants for antifungal agents.

[Key words] Fungal；β-glucans；Innate immune；Dectin-1 signal transduction pathway

[J Pract Dermatol, 2015, 8(4):277-279]

地球存在超過10萬種真菌，但真正能引起人類致病，特別是免疫系統(tǒng)正常的人體致病的真菌種類并不多。一些條件致病真菌只有在機(jī)體免疫系統(tǒng)發(fā)生變化或物理屏障功能遭到破壞時，才能致病。然而，事實上在近幾十年時間里，由于醫(yī)學(xué)干預(yù)、免疫抑制療法的應(yīng)用和艾滋病的盛行，這種條件致病菌的感染正在顯著上升。每年全球大約新增隱球菌感染者100萬例，而念珠菌已上升至院內(nèi)敗血癥致病菌的第4位 [1]。即使不斷有新的抗真菌藥物問世，但這類感染仍有較高的病死率和不良的預(yù)后。曲霉導(dǎo)致的系統(tǒng)感染的病死率高達(dá)80%，是血液腫瘤患者最可怕的并發(fā)癥之一。近20年時間里，有關(guān)宿主的免疫應(yīng)答及天然和獲得性免疫機(jī)制研究已經(jīng)成為熱點。

天然免疫反應(yīng)（innate immune response）主要是通過吞噬細(xì)胞（phagocytic cell），如巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞，攝取并殺死入侵的病原體，之后通過分泌細(xì)胞因子和趨化因子激活獲得性免疫系統(tǒng)（adaptive immune system）。宿主對入侵微生物的識別依賴于原始的生殖系編碼的模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）。PRR可以識別對于微生物來說高度保守而又極為重要的分子模式。目前我們了解最多的PRR家族是Toll樣受體（Toll-like receptors，TLR），它可以識別細(xì)菌和病毒，并誘發(fā)免疫反應(yīng)的信號通路 [2,3]。除TLR外，Nod樣受體（Nod-like receptor）和膜相關(guān)C型凝集素（C-type lectin）也是重要的模式識別受體。其中C型凝集素家族中最重要的受體是dectin（DC-associated C-type lectin）-1，它由髓性細(xì)胞表達(dá)，是自然殺傷細(xì)胞受體樣C型凝集素家族的一員。真菌感染之所以能被宿主細(xì)胞的受體識別并免疫殺傷， dectin-1起到了至關(guān)重要的作用 [4]。而dectin-1的識別物即為真菌細(xì)胞壁的組成成分β葡聚糖（β-Glucans）。

1　β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)與生物學(xué)活性

β-葡聚糖有是含有β(1,6)-側(cè)鏈的β(1,3)-葡聚糖聚合物。從擔(dān)子菌和子囊菌中提取的具有免疫活性的β-葡聚糖大多是由β(1,3)-結(jié)合而構(gòu)成的。側(cè)鏈雖然都是由β葡聚糖的 l 個殘基構(gòu)成的，但是因菌種類的不同而存在很大差異。殘基的種類與多少，直接影響β葡聚糖的各種生物學(xué)活性。β-葡聚糖有3種結(jié)構(gòu)式：三螺旋、單螺旋和不規(guī)則螺旋。這3種結(jié)構(gòu)式可以相互轉(zhuǎn)化，三螺旋在NaOH等堿性條件下支鏈被打開，變成單螺旋結(jié)構(gòu)，而單螺旋在HCl等酸性條件下可以變?yōu)椴灰?guī)則螺旋，在加熱或滲析條件下不規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)又重新恢復(fù)為三螺旋結(jié)構(gòu) [5,6]。三螺旋和單螺旋結(jié)構(gòu)誰能更多的發(fā)揮免疫刺激作用，目前仍是一個有爭議的問題。β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其免疫調(diào)節(jié)和抗癌作用就越強(qiáng)。β(1,3)-葡聚糖因為有高分子量和復(fù)雜的β(1,6)-側(cè)鏈鏈接，對鼠的巨噬細(xì)胞有明顯的刺激作用。高分子量（＞450 kDa）的β-葡聚糖就比低分子量的葡聚糖有更好的誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分泌腫瘤壞死因子（TNF）-α的作用 [7]。

β-葡聚糖分為可溶性和非可溶性兩類。普遍的研究認(rèn)為：非可溶性微粒結(jié)構(gòu)的β-葡聚糖可以通過dectin-1這一通路激活鼠的樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α、白細(xì)胞介素（IL）-6和活性氧（ROS），或作為一種抗原提呈，刺激細(xì)胞和體液免疫，使細(xì)胞對微粒結(jié)構(gòu)的β-葡聚糖進(jìn)行抗原包埋 [8]；而水溶性的雖然也可以與這兩種細(xì)胞結(jié)合，但卻沒有激活作用 [9]。然而，Hino等 [10]報道了巨噬細(xì)胞在吞噬了微粒結(jié)構(gòu)的β-葡聚糖后，微粒結(jié)構(gòu)的β-葡聚糖被活性氧分解成可溶性的β-葡聚糖并釋放到間質(zhì)中，而這些釋放物又刺激了巨噬細(xì)胞的活化。

β-葡聚糖屬于病原相關(guān)分子模式（pathogenassociatedmolecular patterns，PAMP），通過識別與其相對應(yīng)的PRR來介導(dǎo)免疫刺激應(yīng)答。這些PRR包括dectin-1，補(bǔ)體受體3（complement receptor 3，CR3），TLR2，TLR4，TLR6，清道夫受體，CD5和乳糖酶基鞘氨醇受體等 [11]。這些受體主要表達(dá)于單核/巨噬細(xì)、樹突狀細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、NK細(xì)胞、嗜酸粒細(xì)胞和Gr-1 +細(xì)胞的表面。另外，β-葡聚糖受體還可表達(dá)于一些非免疫細(xì)胞的表面，如內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞 [12]。目前研究最多的也是最重要的受體是dectin-1。

2　dectin-1的結(jié)構(gòu)與功能

dectin-1是一種Ⅱ型跨膜受體，屬于非Toll樣模式識別受體，是自然殺傷細(xì)胞受體樣C型凝集素家族中的成員之一。它的結(jié)構(gòu)與自然殺傷細(xì)胞受體樣C型凝集素家族中的其他成員類似，主要由胞外段的C型凝集素樣區(qū)域（C-typelectin like domain, CTLD）、跨膜結(jié)構(gòu)域以及胞內(nèi)段免疫受體酪氨酸活化（immunoreceptor tyrosine-based activation motif, ITAM）基序組成。小鼠的dectin-1主要有兩種異構(gòu)體：一種是全長A型，另一種是無短莖的B型，可特異性識別β(1,3)-和β(1,6)-連接的葡聚糖，甚至整個酵母菌顆粒 [13]。dectin-1主要表達(dá)于髓系細(xì)胞，包括單核/巨噬細(xì)、樹突狀細(xì)胞以及中性粒細(xì)胞的表面。另外，部分T淋巴細(xì)胞上也有少量的表達(dá)。人類B淋巴細(xì)胞和嗜酸粒細(xì)胞的表面也有dectin-1的表達(dá) [14]。

β-葡聚糖與dectin-1的結(jié)合主要由CTLD介導(dǎo)，而這種糖類識別的機(jī)制尚需進(jìn)一步的研究。除此之外，dectin-1還能夠識別分枝桿菌表面的配體，對于這種相互作用的機(jī)制并不十分清楚，推測可能是由一些內(nèi)源性的分子所介導(dǎo)的。研究發(fā)現(xiàn)，dectin-1除了能夠識別β-葡聚糖之外，還能夠識別CD4 +和CD8 +T淋巴細(xì)胞表面的內(nèi)源性配體，從而促進(jìn)T淋巴細(xì)胞的增生 [15]。dectin-1是主要但非惟一的β-葡聚糖受體，其他一些受體如CR3、乳糖酶基鞘氨醇受體、清道夫受體等也能夠和β-葡聚糖結(jié)合。

3　dectin-1與β-葡聚糖在真菌免疫反應(yīng)中的作用

盡管真菌和β-葡聚糖的體積及分子量比較大，但仍可以被淋巴結(jié)內(nèi)的M（microfold）細(xì)胞所吞噬，并與巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞相互作用，刺激機(jī)體的系統(tǒng)性免疫應(yīng)答。高等動物的天然免疫細(xì)胞的PRRs 主要是dectin-1受體系統(tǒng)，它是真菌侵襲后的首道關(guān)卡，同時還具有抗癌和提升免疫系統(tǒng)功能的作用。

dectin-1在抗真菌感染免疫以及β-葡聚糖介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)中起到至關(guān)重要的作用，同時參與了自身免疫疾病的誘發(fā)。dectin-1可識別多種不同的真菌，包括酵母菌、念珠菌、球孢子菌、肺囊蟲等。識別β葡聚糖后，dectin-1通過刺激樹突狀細(xì)胞的成熟和巨噬細(xì)胞的活化，產(chǎn)生趨化因子及炎癥因子，同時激活RBL-2H3肥大細(xì)胞的脾酪氨酸激酶（Syk），進(jìn)而引發(fā)各種細(xì)胞免疫應(yīng)答，實現(xiàn)抗真菌免疫。最新的研究顯示，如果敲除dectin-1基因或dectin-1信號通路被受體激動劑凝膠多糖所干擾或阻斷，髓系細(xì)胞的吞噬和殺傷真菌的功能將受到顯著抑制 [16]。dectin-1通路的激活參與了真菌誘發(fā)的天然免疫。煙曲霉能夠誘導(dǎo)非免疫抑制患者發(fā)生超敏反應(yīng)，包括過敏性肺炎、哮喘等。這與肺泡巨噬細(xì)胞高表達(dá)dectin-1以及dectin-1通路的活化有明顯聯(lián)系。dectin-1介導(dǎo)的免疫反應(yīng)還能夠誘發(fā)自身免疫性疾?。喝绂?葡聚糖可誘導(dǎo)SKG小鼠發(fā)生類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，而阻斷dectin-1通路后又可阻止該疾病的發(fā)生發(fā)展 [17]。

當(dāng)然，dectin-1必須與其他受體共同協(xié)作才能完成抗原識別過程。比如真菌細(xì)胞壁的其他組分就是被dectin-2、Mincle、TLR等所識別。有研究指出，TLR2和dectin-1的協(xié)作才實現(xiàn)了對酵母多糖（zymosan）的識別。最新研究發(fā)現(xiàn)硫代乙酸鈉所誘導(dǎo)的dectin-1缺失的巨噬細(xì)胞中，β-葡聚糖誘導(dǎo)細(xì)胞因子生成的過程被大部分阻斷，巨噬細(xì)胞幾乎無法表達(dá)TNF、IL-12和IL-10，但是呼吸爆發(fā)（respiratoryburst）仍維持正常；在dectin-1缺失的中性粒細(xì)胞中，呼吸爆發(fā)也僅是程度減弱。因此，研究者推斷細(xì)胞對酵母多糖的識別和結(jié)合應(yīng)該另有其他信號通路來聯(lián)合完成 [18]，可能是由dectin-1非依賴性的分子機(jī)制即接頭分子（adaptor molecule）MyD88依賴性的分子機(jī)制所介導(dǎo)。這說明在髓系細(xì)胞表面除了dectin-1對β-葡聚糖識別之外，還有一些重要的受體參與了識別和反應(yīng)。

4　展望

宿主對于真菌的天然免疫應(yīng)答涉及復(fù)雜的協(xié)同作用。不同PRR識別不同的真菌病原體分子模式，激發(fā)不同細(xì)胞因子的生成。真菌β-葡聚糖發(fā)揮著機(jī)體免疫活化、體內(nèi)抗真菌和抗腫瘤等作用，但如果沒有它的主要受體dectin-1，抗真菌侵襲的免疫應(yīng)答也很難有效啟動。大量研究表明，β-葡聚糖與受體作用的方式影響著這些糖類的免疫調(diào)節(jié)活性。由于臨床上大量免疫缺損患者對真菌表現(xiàn)出更高的易感性，因此，這方面研究的潛在應(yīng)用價值非常巨大。未來，這種受體或配體之間的相互作用關(guān)系將是抗真菌免疫機(jī)制的研究重點。同時，dectin-1與其他天然免疫受體間的協(xié)同抗真菌的作用機(jī)制，也可能是免疫調(diào)節(jié)治療的新策略或抗真菌藥物的新靶點。

【參 考 文 獻(xiàn)】

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（收稿日期 2014-12-13 修回日期 2015-04-29）

（本文編輯 敖俊紅）

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