結核分枝桿菌免疫逃避機制研究進展

陳偉偉，張冉冉，曹 雯，陳 晉

結核分枝桿菌免疫逃避機制研究進展

陳偉偉，張冉冉，曹 雯，陳 晉

結核病(Tuberculosis TB)主要由結核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，Mtb)感染引起，結核分枝桿菌在機體中長期存在與其逃避機體免疫殺傷機制密切相關。已發(fā)現(xiàn)的結核分枝桿菌免疫逃避機制包括阻止巨噬細胞吞噬溶酶體的成熟及酸化，抑制氧化應激反應，抑制細胞凋亡及自噬等。結核分枝桿菌逃避宿主免疫殺傷的機制錯綜復雜，目前尚未完全明了，本文就結核分枝桿菌免疫逃避機制做一綜述，為其深入研究提供參考。

結核分枝桿菌；逃逸機制；免疫殺傷

結核分枝桿菌在與宿主長期相互作用下，有些能逃避宿主的免疫殺傷從而在宿主細胞中長期存在，即形成一系列免疫逃避機制，這給結核病的防治帶來極大的阻礙。結核分枝桿菌是胞內寄生菌，主要通過飛沫經(jīng)呼吸道傳播，感染人體后，先經(jīng)巨噬細胞內化吞噬，隨后與溶酶體結合酸化細菌寄存的吞噬體，通過一系列蛋白水解酶和脂肪酶活動殺傷病原菌[1]，近幾年研究證明，凋亡對抑制胞內結核分枝桿菌繁殖有一定的影響，同時巨噬細胞的自噬也被證明是重要的病原體清除途徑[2-4]。為抵抗機體廣泛的殺菌作用，結核分枝桿菌通過一系列應對措施得以在細胞內環(huán)境生存，應對措施包括阻止吞噬溶酶體的成熟及酸化，抑制氧化應激反應，抑制細胞凋亡及自噬[5]。研究表明，結核分枝桿菌多年來之所以成為第二大致死性疾病的病原體，不僅在于其結構的復雜性，也與其能夠調節(jié)宿主的免疫應答機制、逃避宿主的免疫防御及殺傷密切相關[6]，因此，有必要對結核分枝桿菌免疫逃避機制進行更深入的研究。先前已有大量關于結核分枝桿菌免疫逃避綜述，本文在王飛雨等[7]撰寫的綜述的基礎上就該內容近年研究成果作一概括。

1 阻止巨噬細胞吞噬溶酶體的成熟及酸化

結核分枝桿菌感染巨噬細胞后，為其能長期存在機體并保持其自身的毒力，可通過阻礙巨噬細胞吞噬體成熟、酸化以及抑制自噬溶酶體的形成[8-11]。結核分枝桿菌在與宿主長期作用進化過程中，自身結構及其菌體成分即可一定程度阻止吞噬溶酶體成熟及酸化的功能。已有的研究表明，結核分枝桿菌細胞壁的物理結構及其分子組成的特殊性，可通過調節(jié)自身的pH發(fā)揮抵制巨噬細胞吞噬小體酸化的作用，從而逃避吞噬體的酸化殺傷。此外，也有研究表明，結核分枝桿菌菌體蛋白及脂類成分能通過抑制吞噬體的成熟提高自身的生存率。先前已有報道表明結核分枝桿菌的部分分泌蛋白，如LpdC、NdkA、PknG、SapM 等，其維持結核分枝桿菌在宿主細胞內的生長主要通過不同的路徑來發(fā)揮其抑制巨噬細胞吞噬體成熟的功能[6]。SecA2[10]和PtpA[8]是結核分枝桿菌分泌的兩種蛋白質，均能通過影響V-ATPase從而抑制吞噬體的酸化過程，阻止吞噬溶酶體的成熟。近期研究表明，促炎癥轉錄因子NF-κB可通過調控溶酶體酶釋放到吞噬體的轉運過程，從而導致病原體殺傷能力的減低，而阻斷NF-κB激活途徑可以導致溶酶體和巨噬細胞吞噬體正常融合現(xiàn)象的減少[12]。組織蛋白酶Cathepsins是一種蛋白水解酶，在內吞過程中發(fā)揮重要的作用，通過參與抗原提呈途徑直接或間接殺傷病原菌。Pires D.研究表明[13]結核分枝桿菌感染機體后，會導致大部分組織蛋白酶表達量下降，尤其是Cathepsins B，L和S，同時抑制IFNγ調控組織蛋白酶mRNA，因此減少相應的組織蛋白酶產(chǎn)生，從而減少其對病原菌的殺傷增加病原菌在細胞內的存活。ESX-3分泌的由EsxG 和EsxH組成的二聚體已經(jīng)證實能通過阻止巨噬細胞吞噬體成熟從而保持結核分枝桿菌的毒力。鋅離子和鐵離子能通過調節(jié)ESX-3的分泌從而對結核分枝桿菌在機體內的生存產(chǎn)生影響，在無鋅離子和鐵離子的條件下，EsxG 和EsxH生成增加，進一步阻止吞噬溶酶體的成熟，增加結核分枝桿菌生存率[14]。

2 抑制氧化應激反應

氧化應激(Oxidative Stress，OS)在機體抵抗外來細菌入侵時發(fā)揮重要的作用。結核分枝桿菌感染巨噬細胞后，活化的宿主可通過呼吸暴發(fā)從而生成大量的代謝性自由基，借助強氧化作用和細胞毒作用有效地清除結核分枝桿菌[6]。巨噬細胞產(chǎn)生的殺傷結核分枝桿菌的物質包括活性氧中間物(ROI)以及活性氮介質(RNI)，這些ROI和RNI可以通過與各種分子，包括核酸、蛋白質、脂類和碳水化合物廣泛作用從而達到殺菌的作用[15]。結核分枝桿菌可以通過降低磷酯酶D的活性, 減少活性氧中間體和活性氮中間體的產(chǎn)生從而逃避病原菌在機體內的氧化殺傷。已有的研究表明，結核分枝桿菌自身結構的物理特性就具有一定的抗氧化作用，其細胞壁上富含的特殊成分已經(jīng)證實可以有效的減少自由基的生成[16]。Dong Min[17]等人通過敲除結核分枝桿菌EIS基因，檢測其促炎癥細胞因子與氧自由基的產(chǎn)生情況，發(fā)現(xiàn)EIS基因敲除的結核分枝桿菌感染機體后能導致機體大量產(chǎn)生促炎癥細胞因子TNF-a，IL-6以及氧自由基，表明EIS基因在調節(jié)宿主氧化應激應答方面發(fā)揮重要的作用。EIS基因對結核分枝桿菌在機體內的生存調節(jié)主要是通過JNK信號通路調節(jié)ROS的產(chǎn)生，而其調節(jié)ROS的主要是N-乙酰轉移酶結構域。結核分枝桿菌分泌的蛋白CFP-10,ESAT-6以及CFP-10和ESAT-6的復合物能夠有效抑制氧自由基的產(chǎn)生，在蛋白質治療5 min后即可觀察到氧自由基明顯的下降。Niladri Ganguly等[18]實驗結果表明，CFP-10和ESAT-6的復合物相比于CFP-10或ESAT-6單一成分具有更高效的抑制氧自由基的作用，其主要是通過抑制脂多糖誘導的NF-κB激活，從而下調ROS的產(chǎn)生。結核分枝桿菌的KatG酶，trxB2酶相應的編碼基因在H2O2和NO作用的條件下表達量明顯增加，表明這兩種酶對氧化環(huán)境有一定的抵抗作用[19]。結核分枝桿菌rv0431基因編碼的具有特殊折疊結構的胞質膜連接蛋白已經(jīng)證實能夠減少結核分枝桿菌膜囊泡的生成，而囊泡中含有豐富的巨噬細胞Toll樣受體2(TLR2)激動劑LpqH，因此結核分枝桿菌rv0431基因能通過減少與巨噬細胞受體相互作用從而減少免疫刺激因子產(chǎn)生，減少結核分枝桿菌在機體的免疫殺傷[20]。

3 抑制細胞凋亡及自噬

凋亡是指為維護細胞內環(huán)境的穩(wěn)定，由基因控制的細胞主動有序的死亡。凋亡在結核分枝桿菌感染初期是巨噬細胞對抗病原菌非常重要的先天性防御機制[21]，能有效控制細菌的繁殖，降低其在細胞內的生存能力，從而維持機體正常結構和功能。已有的研究表明，巨噬細胞凋亡程度與結核分枝桿菌毒力相關，無毒或減毒菌株相比于毒力菌株引起的巨噬細胞凋亡數(shù)目明顯增多，表明毒力菌株能顯著下調宿主細胞的凋亡[22]。巨噬細胞有多種凋亡途徑，已有的研究表明，結核分枝桿菌能干擾巨噬細胞凋亡的Caspase酶途徑[23]，JAK2/STAT1途徑[24]，TNF-α途徑[25]和Bcl-2途徑[26]，從而減少巨噬細胞的凋亡，增加病原菌的生存。結核分枝桿菌分泌的一些蛋白已經(jīng)證實會抑制細胞的凋亡，如SecA2和超氧化物歧化酶SodA、過氧化氫/過氧化物酶KatG、Ⅰ型NADH 脫氫酶NuoG、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶PknE、Rv3655c等[27-29]。董江濤等人研究發(fā)現(xiàn)，在結核分枝桿菌感染的早期和晚期，結核分枝桿菌小分子熱休克蛋白 Hsp16.3可能是通過促進 Bcl-2蛋白的表達以及抑制凋亡蛋白酶 Caspase-3的表達等機制從而能夠有效抑制小鼠肺泡巨噬細胞的凋亡[30]。Neeraj Kumar Sainid等的研究表明，結核分枝桿菌的Mce4A與結核分枝桿菌的免疫逃逸相關，實驗結果發(fā)現(xiàn)Mce4刺激THP-1細胞后，可以促進細胞因子TNF-α和IFNγ等的產(chǎn)生。Mce4A對THP-1凋亡的影響機制與TNF-α相關，在抗TNF-α抗體存在的條件下，THP-1細胞的凋亡比例與單獨Mce4A作用相比明顯下降[31]。

自噬是在自噬相關基因的調控下，細胞利用溶酶體降解自身受損的細胞器以及大分子物質的過程，能殺傷胞內病原菌從而有助于維持細胞的穩(wěn)態(tài)[32]。同時，自噬還是一種重要的免疫防御機制，參與機體固有免疫和適應性免疫應答[33]。研究表明，自噬在巨噬細胞抗分枝桿菌過程中至關重要，且結核分枝桿菌抑制自噬的能力與其細菌毒力相關[5-7]，毒力菌株相比于無毒菌株或者減毒菌株更能抑制巨噬細胞的自噬能力，毒力菌株能上調Th2細胞因子水平，同時抑制Th1型細胞免疫應答，從而減少巨噬細胞的自噬。Shilpa V. Jamwal等研究發(fā)現(xiàn)，結核分枝桿菌在感染機體初期的胞質定位能增強細菌抑制巨噬細胞自噬激活的能力，同時，激活胞質磷脂酶A2(cPLA2)能增強Mtb逃逸到胞質的能力，恢復結核分枝桿菌的毒力，因此能抑制細胞的自噬[34]。cPLA2抑制對胞內定位的細菌生存無影響，卻能降低胞質定位的細菌的生存率，表明cPLA2對胞質定位的結核分枝桿菌在機體內生存繁殖有重要作用。Mtb EIS蛋白已經(jīng)證實可以增強結核分枝桿菌在巨噬細胞內的存活，其中一個機制即負向調節(jié)細胞自噬[17]，EIS基因敲除的結核分枝桿菌能促使自噬囊泡的積聚以及促炎癥因子的產(chǎn)生，從而增加細胞自噬。而Liang Duan, Min Yi等的研究認為，Mtb EIS蛋白可能是通過H3乙?；险{IL-10，因此激活Akt/mTOR/p70S6K通路從而抑制巨噬細胞自噬[35]。ESAT-6也證實能通過雷帕霉素蛋白(MTOR)激活途徑調節(jié)自噬吞噬溶酶體融合，導致溶酶體功能障礙，從而抑制細胞的自噬[36]。Dong Hu等人研究發(fā)現(xiàn)，酸性磷酸酶SapM也能通過阻斷自噬吞噬體與溶酶體融合而抑制細胞的自噬，其機制可能與RAB7抑制相關[37]。已有的研究表明，miR30-A能抑制宿主殺傷結核分枝桿菌的能力。在結核分枝感染機體后，miR30-A表達上調，且miR30-A表達量與細菌菌量呈正相關，實驗結果表明，miR30-A增強細菌在機體的生存率主要通過miR30-A抑制宿主細胞的自噬，其主要是通過選擇性抑制ATG5和beclin-1[38]。

4 小結與展望

結核分枝桿菌在與宿主長期相互作用的過程中, 為其能在宿主體內存活并增殖從而逐漸形成多種逃避免疫殺傷策略。盡管先前已有大量關于結核分枝桿菌免疫逃避的研究，但是結核分枝桿菌逃避宿主免疫殺傷的機制錯綜復雜，目前尚未完全明了。結核分枝桿菌免疫逃避機制與結核病發(fā)生，發(fā)展密切相關，因此了解宿主在抗結核免疫過程中的作用以及深入探討其與結核分枝桿菌免疫逃逸有關的殺傷機制，將有助于結核病的預防及治療。

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Chen Jin, Email: chenjindor@126.com

ProgressinimmuneescapemechanismsofMycobacteriumtuberculosis

CHEN Wei-wei, ZHANG Ran-ran, CAO Wen, CHEN Jin

(DepartmentofClinicalLaboratory,ShanghaiPulmonaryHospital,SchoolofMedicine,TongjiUniversity,Shanghai200433,China)

Tuberculosis(TB) is mainly caused byMycobacteriumtuberculosis (Mtb), which in the body long-term existence is closely related to the immune escape mechanism. Mtb’s immune escape mechanisms have been found to include prevention of phagosomal maturation and acidification of lysosomes, suppression of oxidative stress, inhibition of apoptosis and autophagy. Mtb immune escape mechanism to avoid the host is complex, not yet fully understood. This article focuses on Mtb immune escape mechanism as a review, is an in-depth study to provide a reference.

Mycobacteriumtuberculosis; escape mechanism; immune killing

10.3969/j.issn.1002-2694.2017.08.013

國家自然科學基金(No.81371775)

陳 晉，Email：chenjindor@126.com

同濟大學附屬上海市肺科醫(yī)院檢驗科，上海 200433

Funded by the National Natural Science Foundation of China (No. 81371775)

R378.91

：A

：1002-2694(2017)08-0730-04

2017-02-08編輯：張智芳