miRNAs在結(jié)核分枝桿菌逃逸巨噬細(xì)胞免疫殺傷中的作用機(jī)制

趙英豪,張林波,張文慧

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130118)

結(jié)核分枝桿菌(MTB)是導(dǎo)致結(jié)核病的病原菌,其感染可引起慢性、致死性人獸共患傳染病,嚴(yán)重危害人畜健康和生命安全。結(jié)核分枝桿菌在與宿主長(zhǎng)期相互作用下,形成一系列免疫逃避機(jī)制,包括改變巨噬細(xì)胞的攝取方式、抑制細(xì)胞凋亡及自噬、阻止吞噬溶酶體的成熟及酸化、及避免反應(yīng)氧產(chǎn)物(Reactive oxygen species,ROS)和反應(yīng)氮產(chǎn)物(Reactive nitrogen species,RNS)的毒性效應(yīng)[1],進(jìn)而逃避宿主細(xì)胞的免疫殺傷,這給結(jié)核病防治帶來極大阻礙。

微小RNA(microRNA,miRNA)是一類由內(nèi)源基因編碼的長(zhǎng)度約為22個(gè)核苷酸的非編碼單鏈RNA分子,參與轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控。已有相關(guān)研究表明,miRNAs在腫瘤、自免疫性疾病、慢性炎癥及感染等多個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮著作用[2]。近年來,miRNAs在宿主和細(xì)菌之間相互影響的相關(guān)性得到證實(shí),促進(jìn)了miRNAs在感染性疾病中相關(guān)作用方面的研究。已有研究表明,MTB感染機(jī)體后miRNAs在巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞及外周血中表達(dá)量均有顯著變化[3]。其中巨噬細(xì)胞是MTB感染后的宿主細(xì)胞,因此本文將以miRNAs在MTB逃逸宿主巨噬細(xì)胞免疫殺傷中,對(duì)巨噬細(xì)胞凋亡、自噬、焦亡、炎癥反應(yīng),氧化應(yīng)激和抗原遞呈的調(diào)節(jié)等方面研究進(jìn)行綜述,以期為miRNAs在病原菌與宿主細(xì)胞互作中的作用機(jī)制研究提供參考。

1 miRNAs調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的凋亡、自噬及焦亡

細(xì)胞的死亡是機(jī)體消滅病原菌的主要途徑,因?yàn)槠洳粌H能夠破壞病原菌賴以生存的環(huán)境而限制其在體內(nèi)復(fù)制,還可以將病原體暴露于機(jī)體并被免疫細(xì)胞所識(shí)別,激活機(jī)體的抗感染天然免疫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。主要包括凋亡(Apoptosis)、自噬(Autophagy)及焦亡(Pyroptosis)等方式[4]。

1.1 MTB抑制細(xì)胞凋亡、自噬及焦亡 巨噬細(xì)胞通過自身凋亡從而殺死胞內(nèi)的MTB,凋亡小體又可被其他巨噬細(xì)胞所攝取,這一途徑是宿主巨噬細(xì)胞抵御胞內(nèi)病原體的一個(gè)重要機(jī)制。Luo X等人研究發(fā)現(xiàn),結(jié)核菌強(qiáng)毒株誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞壞死,而弱毒株誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡[5]。師清博等人的研究表明,MTB的一些毒力因子及分泌的蛋白可以抑制細(xì)胞凋亡,如：ESAT-6、19000脂蛋白、38000脂蛋白、小分子熱休克蛋白Hsp16.3、I型NADH脫氫酶NuoG、Rv3655c等[6]。從Saini N K等人的試驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn),哺乳動(dòng)物細(xì)胞侵入蛋白4A(Mammalian cell-entry protein 4A,Mce4)刺激巨噬細(xì)胞后,可以促進(jìn)細(xì)胞因子TNF-α和IFN-γ等的產(chǎn)生,證明MTB的Mce4與MTB的免疫逃逸相關(guān)[7]。

1.2 miRNAs與細(xì)胞凋亡 MTB感染引起miRNAs表達(dá)量上調(diào)或下調(diào),進(jìn)而引起巨噬細(xì)胞針對(duì)MTB的免疫應(yīng)答反應(yīng)發(fā)生變化。袁秋露等經(jīng)試驗(yàn)證明,MTB感染會(huì)下調(diào)巨噬細(xì)胞中miR-let-7f的表達(dá)水平,而且miR-let-7f的表達(dá)下調(diào)與MTB分泌的 ESAT-6蛋白密切相關(guān);并且研究中發(fā)現(xiàn),miR-let-7f可通過特異性靶向抑制A20基因的表達(dá),促進(jìn)巨噬細(xì)胞的凋亡及控制巨噬細(xì)胞內(nèi)MTB的生長(zhǎng)繁殖速率[8]。Xi等研究發(fā)現(xiàn),用H37Rv感染巨噬細(xì)胞后,miR-223表達(dá)量明顯增加,過表達(dá)的miR-223抑制FOXO3,表明miR-223是具有抗巨噬細(xì)胞凋亡的作用[9]。Czimmerer Z等人發(fā)現(xiàn),miR-342-3p對(duì)巨噬細(xì)胞的抗凋亡基因有抑制作用,通過靶向抑制Bcl-2樣蛋白1(Bcl-2L1)基因而減少巨噬細(xì)胞的存活,促進(jìn)細(xì)胞凋亡[10]。Liu Y等人發(fā)現(xiàn),miR-582-5p通過下調(diào)轉(zhuǎn)錄因子FOX01的表達(dá)來抑制單核細(xì)胞凋亡,在抗MTB的免疫應(yīng)答中發(fā)揮作用[11]。劉紅艷在研究中用H37Rv感染miR-19b抑制劑轉(zhuǎn)染的大鼠肺泡巨噬細(xì)胞,結(jié)果發(fā)現(xiàn),miR-19b沉默能夠通過上調(diào)TLR2水平促進(jìn)強(qiáng)毒力結(jié)核分枝桿菌誘導(dǎo)的大鼠肺泡巨噬細(xì)胞凋亡[12]。

1.3 miRNAs與細(xì)胞自噬 Kim J K等在研究中發(fā)現(xiàn),miR-125a在MTB感染后表達(dá)水平上升,并抑制UV輻射抗性相關(guān)基因(UVRAG)的表達(dá),抑制UVRAG的表達(dá)可阻止了巨噬細(xì)胞的自噬反應(yīng)及胞內(nèi)吞噬小體的成熟[13]。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2條可以減少miR-125a合成的途徑,這提示可用于增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的自噬。Kim J K還發(fā)現(xiàn)MTB會(huì)明顯誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中miR-144的表達(dá),高表達(dá)的 miR-144特異性結(jié)合DNA損傷調(diào)節(jié)自噬調(diào)節(jié)劑2(DNA damage regulated autophagy modulator 2,DRAM2)的 3′-UTR,抑制自噬相關(guān)蛋白DRAM2的表達(dá),從而影響巨噬細(xì)胞的自噬過程,胞內(nèi)的MTB免于因細(xì)胞的自噬被消化降解[14]。

1.4 miRNAs與細(xì)胞焦亡 He Y等人的報(bào)道中介紹了包括MTB、布魯菌屬、嗜肺軍團(tuán)菌在內(nèi)的三種病原體會(huì)引起細(xì)胞焦亡[15]。Tang H等研究糖尿病模型時(shí)發(fā)現(xiàn),在高糖的條件下miRNAs的表達(dá)會(huì)增強(qiáng),隨后Caspase-1活性及IL-1β和IL-18表達(dá)水平增高,顯示其可促進(jìn)細(xì)胞焦亡[16]。在綜上的研究中發(fā)現(xiàn),miR-181a、miR-223、miR-147具有抑制 IL-1β表達(dá)的作用,提示其可能對(duì)細(xì)胞焦亡也有影響。劉春法在研究中發(fā)現(xiàn),當(dāng)巨噬細(xì)胞感染MTB后MTB的生存基因(EIS基因)通過減弱自噬、炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生、以及Caspase依賴的細(xì)胞死亡來限制宿主的免疫反應(yīng)[17]。Chung S D等人研究中發(fā)現(xiàn)ROS在細(xì)胞焦亡中也發(fā)揮著作用,ROS可通過內(nèi)切核酸酶引起細(xì)胞焦亡[18]。因而可影響ROS產(chǎn)生的miR-451、miR-148a-3p、miR-181a 和 miR-15a/16 都可能對(duì)細(xì)胞焦亡產(chǎn)生調(diào)控作用。

以上研究證實(shí),在MTB感染巨噬細(xì)胞后,引起miRNAs表達(dá)量的變化對(duì)巨噬細(xì)胞的自噬和凋亡有著調(diào)控作用,MTB可以利用一些miRNAs的上調(diào)或下調(diào)逃避巨噬細(xì)胞的免疫殺傷。然而MTB感染后引起細(xì)胞焦亡有哪些途徑及miRNAs在其中的作用機(jī)理尚不十分清楚。

2 miRNAs調(diào)節(jié)以自由基為基礎(chǔ)的殺傷作用及炎癥反應(yīng)

2.1 MTB逃避RNS和ROS的免疫殺傷 巨噬細(xì)胞產(chǎn)生用來殺傷MTB的物質(zhì)包括ROS、RNS、活性氧中間產(chǎn)物(ROI)和活性氮中間產(chǎn)物(ROS)。王飛樂等人研究表明,MTB抑制ROS的毒性作用主要通過MTB較厚的細(xì)胞壁上富含的特殊成分[19]。另外MTB產(chǎn)生的超氧化物歧化酶(So-dA,SodC),過氧化氫酶(KatG)以及由AhpC、Ah-pD、SucB和Lpd組成的酶復(fù)合體都能夠有效抵抗ROS[20]。Shin D M等人發(fā)現(xiàn),EIS基因?qū)TB在體內(nèi)生存具有調(diào)節(jié)作用,主要是通過JNK信號(hào)通路調(diào)節(jié)ROS的產(chǎn)生,而其調(diào)節(jié)ROS的主要是N-乙酰轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域[21]。

2.2 miRNAs與炎癥反應(yīng) 巨噬細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子是其在免疫應(yīng)答過程的效應(yīng)之一。Xie W的研究表明,在細(xì)胞中過表達(dá)miR-181a,會(huì)導(dǎo)致IL-1a的表達(dá)水平顯著降低,同時(shí)還抑制IL-1β,IL-6和TNF-α等炎性因子的表達(dá),這表明miR-181a具有抑制巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)的作用[22]。在Liu Y等人的研究中發(fā)現(xiàn),miR-223也具有同miR-181a一樣的作用,miR-223可通過抑制細(xì)胞因子產(chǎn)生和NF-κB活化來調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的炎癥反應(yīng)功能[23]。MTB感染巨噬細(xì)胞后TLR信號(hào)可以激活NF-κB等多種促炎細(xì)胞因子抵抗感染,研究表明,誘導(dǎo)miR-147在小鼠巨噬細(xì)胞中表達(dá),可以激活TLR/NF-κB信號(hào)通路,減少TNF-α,IL-6等炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生,這說明miR-147具有抗炎作用,可以下調(diào)過度炎癥反應(yīng)[24]。 從研究中可以發(fā)現(xiàn) miR-181a、miR-223、miR-147均具有抑制炎癥反應(yīng)的作用。

2.3 miRNAs與氧化應(yīng)激 巨噬細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激作用,利用生成的自由基殺傷 MTB,也是消滅MTB的主要途徑之一。Ranjan R等發(fā)現(xiàn)在酵母聚糖刺激下,miR-451缺陷細(xì)胞會(huì)抑制活性氧的生成。還有研究發(fā)現(xiàn),miR-181a和miR-15a/16具有與miR-451相反的調(diào)節(jié)作用,當(dāng)二者被抑制時(shí),巨噬細(xì)胞活性氧產(chǎn)生量增加[25]。Huang等發(fā)現(xiàn)過表達(dá)miR-148a-3p時(shí),會(huì)通過調(diào)控PTEN/AKT途徑增加巨噬細(xì)胞活性氧的生成,從而增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬和殺菌能力[26]。因此MTB感染后,可能通過抑制miR-451和miR-148a-3p的表達(dá)或提高miR-181a和miR-15a/16的表達(dá)逃避活性氧的殺傷。綜上研究表明,一些miRNAs分子參與了MTB感染后巨噬細(xì)胞活性氧的生產(chǎn)過程。

3 miRNAs調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的抗原遞呈

3.1 MTB干擾巨噬細(xì)胞的抗原遞呈 抗原遞呈是免疫殺菌機(jī)制的一個(gè)重要環(huán)節(jié),巨噬細(xì)胞在吞噬MTB后作為抗原遞呈細(xì)胞通過主要組織相容性復(fù)合體(Major histocompatibility complex,MHC)將有效成分遞呈給特異性T細(xì)胞,活化的T細(xì)胞分泌IFN-γ、IL-2和TNF-α等細(xì)胞因子以增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的殺傷能力,而MTB為了逃避這種殺傷一方面通過抑制抗原的加工處理、MHC分子與內(nèi)體的共定位和抗原肽的卸載等方式抑制抗原遞呈過程;另一方面通過阻礙MHC-Ⅱ類分子的表達(dá)合成,來阻止抗原遞呈過程。Gupta A等人的研究證明,MTB細(xì)胞壁上能被TLR2識(shí)別的19 kD脂蛋白,Man-LAM等多種自身成分可減弱 IFN-γ誘導(dǎo)的 MHC-Ⅱ類分子的表達(dá)[27]。

3.2 miRNAs與抗原遞呈 巨噬細(xì)胞吞噬MTB后作為抗原遞呈細(xì)胞發(fā)揮遞呈功能是免疫殺菌的一個(gè)重要作用。Chaudhuri A A等人的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)巨噬細(xì)胞中miR-125b過表達(dá)時(shí),會(huì)抑制IRF4的表達(dá)水平,從而促進(jìn)巨噬細(xì)胞活化,并使細(xì)胞表面的MHC-II、CD40、CD86、CD80 和 IFN- γ 受體表達(dá)增加,使巨噬細(xì)胞對(duì)IFN-γ的應(yīng)答反應(yīng)增強(qiáng),并且過表達(dá)的miR-125b會(huì)使巨噬細(xì)胞對(duì)刺激信號(hào)的敏感度增加,即增強(qiáng)了巨噬細(xì)胞的抗原呈遞能力[28]。還有研究表明,一些miRNAs與miR-125b有著相反的作用,如miR-24,miR-30b和 miR-142-3p等,研究發(fā)現(xiàn),它們可以減弱原代巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中可溶性抗原卵白蛋白的攝取和加工,使其對(duì)CD4+T細(xì)胞的抗原呈遞能力受到抑制,并減少T細(xì)胞增殖[29]。Ni B等人的研究中表示高表達(dá)的miR-132和miR-26a靶向結(jié)合P300,抑制P300蛋白的表達(dá);由于P300是IFN-γ進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)的一種重要的轉(zhuǎn)錄激活因子,因此P300表達(dá)量的下降會(huì)阻礙IFN-γ應(yīng)答基因的轉(zhuǎn)錄效能,進(jìn)而影響巨噬細(xì)胞抗原遞呈和吞噬免疫復(fù)合物的能力[30]。綜上研究表明,MTB感染巨噬細(xì)胞后,可能通過抑制miR-125b或增強(qiáng)miR-24,miR-30b和 miR-142-3p的表達(dá)減弱巨噬細(xì)胞抗原遞呈,從而逃避其殺傷作用。

4 展望

MTB與巨噬細(xì)胞互作機(jī)理錯(cuò)綜復(fù)雜,深入了解其機(jī)理有助于控制MTB的感染。綜上研究,發(fā)現(xiàn)miRNAs的相關(guān)作用可以協(xié)助巨噬細(xì)胞對(duì)MTB進(jìn)行免疫殺傷。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn),MTB會(huì)引起細(xì)胞焦亡,而miRNAs對(duì)細(xì)胞焦亡也具有調(diào)控作用,因此miRNAs是否會(huì)在MTB逃逸細(xì)胞焦亡過程發(fā)揮作用也是一個(gè)全新的研究方向。

MTB感染誘導(dǎo)miRNAs表達(dá)量發(fā)生變化,并引起巨噬細(xì)胞功能發(fā)生變化,這些研究提示,miRNAs不僅可以作為生物標(biāo)志物用于診斷MTB感染,也可在抗菌的過程中利用其上調(diào)或下調(diào)的機(jī)制,發(fā)揮其特有的作用。因此研究miRNAs在MTB與巨噬細(xì)胞互作中的調(diào)控作用可為疾病的診斷及治療提供新思路。