損傷相關(guān)模式分子在感染性疾病中的研究進展

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院檢驗科，重慶 400010)

1994年法國免疫學(xué)家POLLY[1]等提出了危險理論，認為免疫系統(tǒng)并不是識別“自身”與“非己”排除抗原性異物，而是識別危險信號并對其進行防御。危險信號是在感染或組織損傷過程中快速釋放至細胞外環(huán)境的內(nèi)源性分子，又稱警示信號，屬于損傷相關(guān)模式分子(DAMPs)蛋白。DAMPs是指機體自身細胞死亡所釋放的內(nèi)源性分子，即內(nèi)源性危險信號，來源于受損或壞死組織激活的免疫細胞，可激活固有免疫細胞，引起固有免疫應(yīng)答，同時可直接或間接啟動適應(yīng)性免疫應(yīng)答[2]。DAMPs可存在于細胞核、細胞質(zhì)或細胞外基質(zhì)中，在細胞核內(nèi)有高遷移率族蛋白B1 (HMGB1)等，在細胞質(zhì)內(nèi)有尿酸及S100蛋白等，細胞外基質(zhì)中有透明質(zhì)酸等；按結(jié)構(gòu)類型又可為蛋白類以及非蛋白類，蛋白類有熱休克蛋白(HSPs)、S100蛋白、HMGB1及補體C3a、C4a、C5a等，非蛋白類如腺苷三磷酸、尿酸、硫酸肝素、RNA和DNA等[3]。

DAMPs，如HMGB1、組蛋白、S100蛋白及熱休克蛋白在胞內(nèi)和胞外具有不同的作用。在沒有損傷或感染的情況下，在胞內(nèi)DAMPs起到調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄、維持鈣平衡、細胞增殖及分化功能；在胞外DAMPs與自身免疫狀態(tài)和炎癥紊亂的嚴重程度有關(guān)，如膿毒血癥、顱腦損傷、急性肺損傷、炎癥性腸病等。DAMPs可以與模式識別受體(PRRs)結(jié)合，參與宿主防御和組織修復(fù)，誘導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和激活下游信號通路；通過招募樹突細胞(DC)和抗原提呈細胞(APC)，激活固有免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)，觸發(fā)炎癥或組織再生。近幾年，DAMPs在病原體感染中的作用備受關(guān)注，發(fā)揮著雙刃劍的作用，一方面可清除病原體及被感染、被破壞的細胞，利于機體的修復(fù)，但同時也可加劇炎癥致組織損傷，增加病原體易感性，進一步加劇感染程度。本文主要針對常見的幾種DAMPs如HMGB1、熱休克蛋白以及ATP、S100蛋白在感染過程中的作用進行綜述。

1 HMGB1

HMG即高遷移率族蛋白于1973年首次被發(fā)現(xiàn)，因其相對分子質(zhì)量小，在聚丙烯酰胺凝膠電泳中有很高的遷移性而得名。根據(jù)相對分子質(zhì)量大小、序列相似性以及DNA結(jié)構(gòu)特異性，HMG又可進一步地分為HMGA、HMGB和HMGN 3個家族，其中HMGB家族又包含了3個成員，即HMGB1、HMGB2以及HMGB3。HMGB1相對分子質(zhì)量約30×105，由219個氨基酸組成，廣泛存在于哺乳動物的淋巴組織、腦、肺、心、腎、脾、胰腺和胸腺等組織中。HMGB1在細胞內(nèi)和細胞外環(huán)境中所起的作用不同，在胞內(nèi)參與DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和修飾，是細胞核中具有高度保守性的與DNA結(jié)合的非組織蛋白成分之一，被稱之為“分子伴侶”[4]。胞外存在的HMGB1作為危險信號，在激活固有免疫、適應(yīng)性免疫反應(yīng)和啟動炎癥反應(yīng)中擔任重要角色[5]。目前認為HMGB1向胞外分泌主要有兩種方式：巨噬細胞、成熟的樹突狀細胞和自然殺傷細胞主動分泌；壞死、損傷及凋亡細胞被動釋放。

晚期糖基化受體(RAGE)和Toll樣受體(TLRs)是目前已確定的HMGB1的重要受體[6-7]。RAGE能與多種配體結(jié)合，但與HMGB1的親和力遠遠高于其他配體。HMGB1與RAGE結(jié)合可激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)通路，并誘導(dǎo)多種致炎因子[6]。TLRs是識別外來微生物危險信號的受體，在機體對抗外來微生物的免疫反應(yīng)中具有極其重要的意義，其中TLR2和TLR4在HMGB1誘導(dǎo)的巨噬細胞和中性粒細胞NF-κB活化中發(fā)揮主要的作用，而RAGE受體僅起次要的作用[8]。

有研究認為，乙型肝炎中感染及受損死亡的肝細胞或者其他細胞釋放的HMGB1，可活化基質(zhì)金屬蛋白酶，降解細胞外基質(zhì)，增強黏附分子表達，招募免疫炎癥細胞遷徙進入肝組織，加劇乙肝病理性損傷[9-10]。在免疫缺陷疾病中，THIERRY等[11]通過細胞實驗研究證實，重組 HMGB1可能通過外周血單個核細胞表面的 RAGE受體，經(jīng) P38信號傳導(dǎo)至NF-κB，最終促進HIV復(fù)制。盧干珍等[12]在H5N1流感病人中發(fā)現(xiàn)，H5N1病毒能誘導(dǎo)機體產(chǎn)生炎癥細胞以及一系列趨化因子和炎癥因子，進而誘導(dǎo)單核巨噬細胞的產(chǎn)生，而后者又會釋放趨化因子和炎癥因子。在這一過程中，HMGB1作為胞外炎癥信號也起到很重要的作用，他們由此推測，早期和晚期炎癥因子相互作用很可能是嚴重禽流感病人炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵機制。最近，HMGB1已經(jīng)被確認是致命性全身性炎癥(如內(nèi)毒素血癥和膿毒癥)和局部炎癥(如關(guān)節(jié)炎、急性肺損傷等)中的細胞因子遞質(zhì)[12]。HMGB1在西尼羅河病毒、鮭魚貧血病毒、SARS病毒等感染性疾病中通過活化單核巨噬細胞釋放炎癥因子、黏附分子等，使炎癥級聯(lián)反應(yīng)擴大化，對感染病毒的靶細胞進行免疫殺傷[13]。

2 HSPs

HSPs相對分子質(zhì)量為76 000與26 000，并被命名為“熱休克蛋白”。HSPs是細胞在應(yīng)激刺激如高溫、放射線、低糖等條件下表達增加的一組蛋白，同族的HSPs具有高度保守性，廣泛存在于人、動物、微生物及植物細胞中。根據(jù)同源程度和相對分子質(zhì)量的大小可將其分為小HSP、HSP40、HSP60、HSP70、HSP90、HSP110等家族。迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的HSPs有30余種。HSPs參與炎癥免疫反應(yīng)主要通過兩條途徑，其一是作為TLRs的配體，其二是作為抗原參與免疫反應(yīng)。

在真核細胞應(yīng)激反應(yīng)中，HSP70參與機體免疫、抗感染、抗氧化、抗凋亡，與抑癌基因和癌基因相互作用，對細胞起保護作用。近年來有研究證實，HSP70與病毒的感染具有一定的聯(lián)系。LAHAYE等[14]的研究表明，狂犬病病毒感染可致HSP70表達增加，進而發(fā)揮促進該病毒復(fù)制與加劇感染的作用。在呼吸綜合征病毒感染的研究中，宿主來源的HSP70同樣參與到該病毒的復(fù)制感染中，發(fā)揮促進效應(yīng)[15]。在慢性阻塞性肺病病人肺部感染中，由細菌感染引起的HSP70可以通過激活單核巨噬細胞釋放大量的炎癥因子進而加劇疾病的進展[16]。RILEY等[17]的研究表明，在因多種肝臟疾病形成的玻璃(Mallory)小體中都有HSP70和HSP90表達，推測HSPs可能與Mallory小體的形成有關(guān)。有研究顯示，HSP90則可通過誘導(dǎo)肝星形細胞和削弱其活化而發(fā)揮抑制肝纖維化的作用[18]。在多種感染中，HSP60和HSP70通常是宿主體液免疫和細胞免疫的靶目標，如在細菌感染(麻風、結(jié)核)以及真菌感染中，HSPs是感染中重要的免疫原性抗原[19-20]。在日本血吸蟲病肝纖維化患者和日本血吸蟲病動物模型肝組織中HSP47表達均上調(diào)[21]。王華鵬[22]等的研究表明，HSP70抑制腸道病毒復(fù)制并參與機體免疫應(yīng)答；在腸道病毒介導(dǎo)的細胞凋亡中發(fā)揮抗凋亡作用；通過TLRs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活免疫調(diào)節(jié)；某些藥物可通過誘導(dǎo)HSP70的表達而發(fā)揮抗病毒作用。老年癲癇病人容易受到病原菌感染，且感染后病人血清中HSPs蛋白水平存在明顯異常[23]。因此，對HSPs在感染應(yīng)激中的免疫損傷和保護機制的進一步探討，可能對一些感染性疾病的防治及有關(guān)的新藥開發(fā)等產(chǎn)生深遠影響。

3 ATP

腺苷三磷酸(ATP)在機體內(nèi)不但是能源物質(zhì)，還是機體內(nèi)一種重要的內(nèi)源性DAMP。在炎癥反應(yīng)中可作為免疫系統(tǒng)的胞外信號，在機體免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。嘌呤受體P2X(P2X7R)是以ATP為配體的離子門控通道，而ATP是P2X7R的唯一天然激活劑。因P2X7R表達于多種免疫細胞表面，ATP-P2X7R信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在多種疾病的病理生理過程中發(fā)揮著重要作用，成為機體對抗病原體的重要組成部分[24]。近年來，嘌呤信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑ATP-P2X7R因其介導(dǎo)多種疾病的病理生理過程，成為治療很多疾病的潛在治療靶點。在寄生蟲感染中，KEATING等[25]的研究表明，在旋毛蟲感染小鼠的腸型期，感染和損傷的腸道細胞釋放的ATP可使空腸組織固有層P2X7R表達上調(diào)，P2X7R通過促進炎性遞質(zhì)IL-1β分泌，在抗小鼠旋毛蟲感染中發(fā)揮重要作用。另有研究發(fā)現(xiàn)，旋毛蟲感染誘導(dǎo)P2X7R表達上調(diào)，沒有促進腸上皮細胞分泌促炎因子IL-1β，但可誘導(dǎo)小鼠上皮細胞趨化因子CCL5表達上調(diào)，導(dǎo)致大量CD11c+CD、CD103+DC在腸上皮浸潤，提示P2X7R在DC募集中發(fā)揮了重要作用[26]。此外，一些胞內(nèi)寄生蟲如亞馬孫利什曼原蟲和弓形蟲同樣可調(diào)控巨噬細胞ATP-P2X7R信號通路的活化，并在宿主清除胞內(nèi)病原體中發(fā)揮著重要作用[27-28]。

ATP作為DAMPs除參與寄生蟲感染外，其在細菌感染中的作用也備受關(guān)注。已有研究發(fā)現(xiàn)，ATP可通過激活巨噬細胞內(nèi)NLRP3炎癥小體誘導(dǎo)IL-1β和IL-18等炎癥因子表達釋放，發(fā)揮抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌感染的效應(yīng)[29]。在一項利用敗血癥動物模型的研究證實，細胞外釋放的ATP可以與巨噬細胞P2X7R結(jié)合激活下游信號級聯(lián)促進該細胞殺菌效應(yīng)，這一研究表明ATP在感染中是宿主免疫的一個保護性因子[30]。在泌尿道感染中，由于ATP含量與致病菌濃度有一定的相關(guān)性，因此ATP可作為泌尿道感染的標志物[31]。

4 S100s

S100蛋白家族成員(S100s)是具有EF-手型構(gòu)型且能夠與鈣結(jié)合的家族[32]。到目前為止已發(fā)現(xiàn)至少25個成員，其中有22個成員的編碼基因位于人類21號染色體1q21區(qū)(又稱S100基因簇)[33]。該家族成員主要包含S100A1～A15、S100B及S100P等。其中，S100A8、S100A9及S100A12是目前發(fā)現(xiàn)的經(jīng)典的具有DAMP特性的3個成員，它們主要由單核巨噬細胞、粒細胞等分泌，可與微環(huán)境中炎癥免疫細胞膜上經(jīng)典PRRs中TLR4或RAGE結(jié)合，激活下游MAPK信號、PI3K/AKT信號以及NF-κB信號，調(diào)節(jié)炎癥免疫反應(yīng)。

大量研究顯示，S100s在感染性疾病中發(fā)揮重要作用。在禽流感病毒感染引起的肺炎中，肺中S100A9水平顯著增加，可以激活肺泡內(nèi)皮細胞或巨噬細胞表面的TLR4信號級聯(lián)，加劇疾病的進展[34]。在柯薩奇病毒感染引起的病毒性心肌炎中，S100A8與S100A9水平也顯著增加，同樣加劇疾病進展[35]。而在HIV感染中，S100A9可通過促進NK細胞活性抑制該病毒的復(fù)制[36]。除在病毒感染性疾病中，S100s在細菌感染中同樣具有作用。在葡萄球菌感染性肺炎中，通過動物模型發(fā)現(xiàn)，S100A9具有抑制細菌及減輕肺組織病理性損傷的作用[37]。在一項新生兒敗血癥模型研究中，發(fā)現(xiàn)S100A8及S100A9激活MyD88依賴的炎癥信號級聯(lián)可刺激機體免疫發(fā)揮保護性作用[38]。這些研究也提示S100作為DAMPs對機體發(fā)揮雙刃劍的作用，某些病原體感染過程中可清除病原體以及被感染和破壞的細胞，利于機體的修復(fù)，但同時也可加劇炎癥增加病原體易感性，加劇感染程度。

5 展望

DAMPs是人類適應(yīng)各類應(yīng)激的重要分子，也是免疫應(yīng)答的重要調(diào)節(jié)蛋白，對免疫應(yīng)答，免疫耐受等有重要的影響，在病原體感染如病毒、細菌、真菌及寄生蟲感染等病理生理過程中都有著重要的地位。因此，無論是從預(yù)防還是治療的角度，DAMPs都有著良好的研究價值與應(yīng)用前景。其中，DAMPs分子的表達水平將成為疾病嚴重程度評定及預(yù)后判斷的依據(jù)；而且，隨著DAMPs分子相關(guān)基礎(chǔ)研究不斷深入，將為許多重要疾病如感染性疾病的發(fā)病機制、防治研究和相關(guān)疫苗開發(fā)等提供新的重要線索。

[參考文獻]

[1] POLLY P, NICHOLSON R C. High levels of c-myc gene expression precede point mutational activation of Ki-ras in mouse lung cancer[J]. Cancer Lett, 1994,76(2-3):87-92.

[2] PANDOLFI F, ALTAMURA S, FROSALI S, et al. Key role of DAMP in inflammation, cancer, and tissue repair[J]. Clin Ther, 2016,38(5):1017-1028.

[3] VENEREAU E, CERIOTTI C, BIANCHI M E. DAMPs from cell death to new life[J]. Front Immunol, 2015,6:422.

[4] REEVES R. High mobility group (HMG) proteins: Modulators of chromatin structure and DNA repair in mammalian cells[J]. DNA Repair, 2015,36:122-136.

[5] KANG R, CHEN R, ZHANG Q, et al. HMGB1 in health and disease[J]. Mol Aspects Med, 2014,40:1-116.

[6] ZHU L, ZHANG Z, ZHANG L, et al. HMGB1-RAGE signaling pathway in severe preeclampsia[J]. Placenta, 2015,36(10):1148-1152.

[7] KANG N, HAI Y, YANG J, et al. Hyperbaric oxygen intervention reduces secondary spinal cord injury in rats via regulation of HMGB1/TLR4/NF-κB signaling pathway[J]. Int J Clin Exp Pathol, 2015,8(2):1141-1153.

[8] PARK J S, SVETKAUSKAITE D, HE Q, et al. Involvement of tollIike receptors 2 and 4 in cellular activation by high mobility group box 1 protein[J]. J Biol Chem, 2004,279(9):7370-7377.

[9] IANNACONE M, SITIA G, RUGGERI Z M, et al. HBV pathogenesis in animal models: Recent advances on the role of platelets[J]. J Hepatol, 2007,46(4):719-726.

[10] YANG Q, SHI Y, YANG Y, et al. The sterile inflammation in the exacerbation of HBV-associated liver injury[J]. Mediators Inflamm, 2015,2015(44):508681.

[11] THIERRY S, GOZLAN J, JAULMES A, et al. High-mobility group box 1 protein induces HIV-1 expression from persis-tently infected cells[J]. AIDS, 2007, 21 (3):283-292.

[12] 盧干珍,王姣焦,孫航. HMGBl在病毒性疾病中的研究進展[J]. 生理科學(xué)進展, 2014,45(4)：311-331.

[13] WANG H, YANG H, TRACEY K J, et al. Extracellular role of HMGB1 in inflammation and sepsis[J]. Intern Med, 2004,255(3):320-331.

[14] LAHAYE X, VIDY A, FOUQUET B, et al. Hsp70 protein positively regulates rabies virus infection[J]. J Viro, 2012,86(9):4743-4751.

[15] GAO J, XIAO S, LIU X, et al. Inhibition of HSP70 reduces porcine reproductive and respiratory syndrome virus replication in vitro[J]. BMC Microbiol, 2014,14(1):1-11.

[16] HULINA A, GRDIC R M, JAKSIC D D, et al. Extracellular Hsp70 induces inflammation and modulates LPS/LTA-stimulated inflammatory response in THP-1 cells[J]. Cell Stress Chaperones, 2017:1-12.[Epub ahead of print]

[17] RILEY N E, LI J, MCPHAUL L W, et al. Heat shock proteins are present in Mallory bodies(cytokeratin aggresomes)in human liver biopsy specimens[J]. Exp Mol Pathol, 2003,74(2):168-172.

[18] MYUNG S J, YOON J H, KIM B H, et al. Heat shock protein 90 inhibitor induces apoptosis and attenuates activation of hepatic stellate cells[J]. J Pharmacol Exp Ther, 2009,330(1):276-282.

[19] JANSON A A. A systermatic molecular analysis of the T cell-stimulating antigens from Mycobacterium leprae with T cell clones of leprosy patients. Identification of a novel M. Leprae HSP70 fragment by M. Leprae-specific T cells[J]. J Immunol, 1991,147(10):3530-3537.

[20] MATTHEWS R C. Stress proteins in fungal diseases[J]. Med Mycol, 1998,36(Suppl 1):45-51.

[21] 鄧菊紅,陶然,焦云桃,等. 熱休克蛋白47在日本血吸蟲病肝纖維化病程的動態(tài)變化[J]. 傳染病信息, 2017,30(3)：156-160.

[22] 王華鵬,趙文然. 熱休克蛋白70與腸道病毒感染[J]. 國際免疫學(xué)雜志, 2016,39(2)：184-188.

[23] 廉艷梅,王詠梅,黃曉敏. 老年癲癇患者感染病原菌分布及對熱休克蛋白水平的影響[J]. 中國老年學(xué)雜志, 2016,36(15)：3707-3708.

[24] 姜王芳,姜純,關(guān)飛,等. ATP-P2X7R信號通路及其在寄生蟲感染中的作用[J]. 中國血吸蟲病防治雜志, 2017,29(4)：526-529.

[25] KEATING C, PELEGRIN P, MARTINEZ C M, et al. P2X7 receptor-dependent intestinal afferent hypersensitivity in a mouse model of postinfectious irritable bowel syndrome[J]. J Immunol, 2011,187(3):1467-1474.

[26] HUANG S W, WALKER C, PENNOCK J, et al. P2X7 receptor-dependent tuning of gut epithelial responses to infection[J]. Immunol Cell Biol, 2016,95(2):178-188.

[27] FIGLIUOLO V R, CHAVES S P, SANTORO G F, et al. Periodate-oxidized ATP modulates macrophage functions during infection with Leishmania amazonensis[J]. Cytometry A, 2014,85(7):588-600.

[28] CORREA G, DA SILVA C M, DE ABREU MOREIRA-SOUZA A C, et al. Activation of the P2X7 receptor triggers the elimination of Toxoplasmagondii tachyzoites from infected macrophages[J]. Microbes Infect, 2010,12(6):497-504.

[29] XIANG Y, WANG X, YAN C, et al. Adenosine-5′-Triphosphate (ATP) protects mice against bacterial infection by activation of the NLRP3 inflammasome[J]. PLoS One, 2013,8(5):e63759.

[30] CSOKA B, NEMETH Z H, TORO G, et al. Extracellular ATP protects against sepsis through macrophage P2X7 purinergic receptors by enhancing intracellular bacterial killing [J]. FASEB J, 2015,29(9):3626-3637.

[31] GILL K, HORSLEY H, KUPELIAN A S, et al. Urinary ATP as an indicator of infection and inflammation of the urinary tract in patients with lower urinary tract symptoms[J]. BMC Urol, 2015,15(1):1-9.

[32] Donato R. S100: A multigenic family of calcium-modulated proteins of the EF-hand type with intracellular and extracellular functional roles[J]. Int J Biochem Cell Biol, 2001,33(7):637-668.

[33] HEIZMANN C W, FRITZ G, SCHAFER B W. S100 proteins: Structure, functions and pathology[J]. Front Biosci, 2002,7(5):1356-1368.

[34] TSAI S Y, SEGOVIA J A, CHANG T H, et al. DAMP molecule S100A9 acts as a molecular pattern to enhance inflammation during influenza A virus infection: Role of DDX21-TRIF-TLR4-MyD88 pathway[J]. PLoS Pathog, 2014,10(1):e1003848.

[35] IRENE M, THOMAS V, KATHLEEN P, et al. Pathogenic role of the damage-associated molecular patterns S100A8 and S100A9 in coxsackievirus B3-Induced myocarditis[J]. Circ Heart Fail, 2017,10(11):e004125.

[36] MORENO-NIEVES U Y, DIDIER C, LEVY Y, et al. S100A9 tetramers, which are ligands of CD85j, increase the ability of MVAHIV-primed NK cells to control HIV infection[J]. Front Immunol, 2015,6:478.

[37] ACHOUITI A, VOGL T, VAN DER MEER A J, et al. Myeloid-related protein-14 deficiency promotes inflammation in staphylococcal pneumonia[J]. Eur Respir J, 2015,46(2):464-473.

[38] ULAS T, PIRR S, FEHLHABER B, et al. S100-alarmin-induced innate immune programming protects newborn infants from sepsis[J]. Nat Immunol, 2017,18(6):622-632.