TIM-1在病毒相關(guān)疾病中的研究進(jìn)展①

陳柳燕 卿吉琳 肖洋洋 陳治中

(廣西中醫(yī)藥大學(xué),南寧 530200)

T 細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白(T cell immunoglobulin domain and mucin domain protein，TIM)是近年新發(fā)現(xiàn)的參與機(jī)體免疫調(diào)節(jié)的基因家族。鼠類TIM 基因家族有8個(gè)成員(TIM-1～TIM-8)，定位于其染色體11B1.1區(qū)域；人TIM基因家族由3個(gè)成員(TIM-1、TIM-3、TIM-4)組成，定位于染色體5q33.2區(qū)域[1]。TIM-1最早在非洲綠猴的腎臟細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，后來證實(shí)其與人甲型肝炎病毒受體-1 (human hepatitis A virus receptor,hHAVcr-1)及腎損傷分子-1(kidney injury molecule，KIM-1)為同源基因[2]。TIM-1大量表達(dá)于Th2細(xì)胞、黏膜上皮細(xì)胞及肥大細(xì)胞，在調(diào)節(jié)過敏性疾病、自身免疫性疾病和移植耐受性等免疫反應(yīng)性疾病進(jìn)程中起關(guān)鍵作用[3]。TIM-3又被稱為甲型肝炎病毒細(xì)胞受體2，表達(dá)于Th1細(xì)胞、Th17細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞等多種免疫細(xì)胞，可通過與其配體半乳凝素-9(Galectin-9，Gal-9)相互作用誘導(dǎo)Th1細(xì)胞和Th17細(xì)胞凋亡，負(fù)調(diào)控機(jī)體免疫應(yīng)答，與自身免疫性疾病、過敏性疾病、惡性腫瘤和病毒感染等多種免疫相關(guān)性疾病密切相關(guān)[4]。與TIM家族其他成員不同，TIM-4表達(dá)于抗原提呈細(xì)胞(antigen-presenting cell，APC)表面，特別是淋巴結(jié)的成熟樹突細(xì)胞(dendritic cell，DC)，參與介導(dǎo)細(xì)胞凋亡過程[1]。最近研究發(fā)現(xiàn)人TIM-1基因存在高度多態(tài)性,其157位存在插入/缺失MTTTVP(157ins/del MTTTVP)型變異,這種變異會(huì)影響病毒入胞，從而改變病毒感染的易感性和疾病的嚴(yán)重程度[5,6]。近年對(duì)TIM-1的研究更多地集中在病毒感染、腫瘤以及心血管疾病等方面，尤其是病毒感染性疾病方面[7-9]。本文主要對(duì)TIM-1的生物學(xué)特性、功能及其在病毒相關(guān)性疾病如病毒性肝炎、艾滋病、登革熱、出血熱等中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，分析其可能的作用機(jī)制，以探討TIM-1作為抗病毒感染治療靶點(diǎn)的可能性。

1 TIM-1分子的結(jié)構(gòu)和功能

1.1TIM-1分子的結(jié)構(gòu) TIM-1蛋白同TIM家族其他成員一樣，均為Ⅰ型跨膜蛋白,基本結(jié)構(gòu)包括N末端免疫球蛋白可變區(qū)結(jié)構(gòu)域(immunoglobulin variable，IgV)、黏蛋白樣結(jié)構(gòu)域(mucin-like domain，MLD)、跨膜區(qū)和一個(gè)帶有磷酸化基序的胞質(zhì)尾區(qū)[10]。通過對(duì)TIM-1分子的IgV區(qū)進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)特征：包括2個(gè)β-片層,分別由B、E、D折疊片和A、G、F、C、 C′、C″折疊片構(gòu)成，由3個(gè)保守的二硫鍵穩(wěn)定。與BC環(huán)和F折疊片橋接的二硫鍵拉近了2個(gè)β-片層，另外2個(gè)二硫鍵則位于AGFCC′C″片層中，將CC′環(huán)拉向FG環(huán)。這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使CC′環(huán)和FG環(huán)間形成了1個(gè)裂縫結(jié)構(gòu)域，被稱為金屬離子依賴的配體結(jié)合區(qū)域，磷脂酰絲氨酸(PtdSer，PS)結(jié)合槽就位于這個(gè)裂縫中[11,12]。TIM-1基因這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)是TIM-1發(fā)揮功能的基礎(chǔ)。

1.2TIM-1分子的功能 TIM-1被認(rèn)為是T細(xì)胞活化的協(xié)同刺激因子，在CD4+T細(xì)胞活化后，TIM-1表達(dá)于Th2細(xì)胞中，而在Th1細(xì)胞中不表達(dá)。TIM-1特異性單克隆抗體體外刺激CD4+T細(xì)胞可增強(qiáng)其增殖能力，而在Th2細(xì)胞中，這種刺激極大地促進(jìn)了IL-4的合成，從而抑制外周耐受的發(fā)生并增強(qiáng)免疫應(yīng)答[13]。

TIM-1通過與其配體結(jié)合來促進(jìn)Th2型細(xì)胞因子的分泌以及細(xì)胞的活化。目前已發(fā)現(xiàn)的TIM-1配體有HAV、TIM-4、IgA、PS、SELP、LMIR5、PE，其可與TIM-1分子結(jié)合而介導(dǎo)病毒感染或T細(xì)胞的活化。TIM-1與配體相互作用產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號(hào)，參與機(jī)體的天然免疫和特異性免疫調(diào)節(jié)與應(yīng)答。

2 TIM-1分子的配體

2.1HAV TIM-1最早發(fā)現(xiàn)的異源性配體。甲型肝炎病毒( hepatitis A virus，HAV)能在TIM-1的IgV結(jié)構(gòu)域和MLD上發(fā)生特異性結(jié)合，用該區(qū)域構(gòu)建免疫黏附分子的表達(dá)可以中和HAV感染，降低病毒在胞內(nèi)的濃度。HAV作為TIM-1外源配體，通過與TIM-1其他配體的競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合模式，與表達(dá)在Th2細(xì)胞上的TIM-1結(jié)合，兩者結(jié)合后，即可抑制Th2細(xì)胞的激活，影響T細(xì)胞的分化，導(dǎo)致Th1細(xì)胞與Th2細(xì)胞的平衡失調(diào)[14]。

2.2IgA TIM-1分子的天然配體。免疫球蛋白A(immunoglobulin A，IgA)有IgA1和IgA2兩個(gè)亞型。IgA1主要存在于血清中，約占血清中IgA的85%，α1鏈分子量為56 kD。IgA2主要存在于外分泌液中，少部分以血清型IgA存在，約占血清中IgA的15%，α2鏈分子量為52 kD。實(shí)驗(yàn)證明IgA1與TIM-1 Fc融合蛋白的結(jié)合可以被抗Igα1和抗Igλ鏈的IgA1以及抗TIM-1 Fc融合蛋白的單克隆抗體所抑制，IgA1顯著增強(qiáng)了TIM-1 Fc對(duì)HAV的中和作用，因此，IgA作為TIM-1的特異性配體，他們的結(jié)合在病毒與受體的相互作用中具有協(xié)同作用[15]。

2.3TIM-4 TIM-1分子的另一天然配體。TIM-4是TIM家族的另一成員，其胞質(zhì)尾區(qū)的酪氨酸激酶磷酸化基序缺乏，使其不具備信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的功能，因而其功能的發(fā)揮主要通過與TIM-1的結(jié)合實(shí)現(xiàn)。TIM-4表達(dá)于APCs并與TIM-1特異性結(jié)合傳導(dǎo)正向信號(hào)，協(xié)同刺激T細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)Th2優(yōu)勢(shì)的免疫反應(yīng)[1]。TIM-4與TIM-1結(jié)合后可使TIM-1尾部酪氨酸磷酸化，也使T細(xì)胞內(nèi)的下游信號(hào)AKT和ERK(細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶)、細(xì)胞活化連接蛋白(linker for activation of T cells，LAT)發(fā)生磷酸化，在介導(dǎo)吞噬凋亡細(xì)胞中發(fā)揮重要作用[16]。

2.4PS TIM-1分子的介導(dǎo)細(xì)胞凋亡配體。磷脂酰絲氨酸(PS)通常定位于細(xì)胞膜的內(nèi)小葉，但當(dāng)細(xì)胞發(fā)生凋亡時(shí)，PS會(huì)重新分布并暴露于細(xì)胞膜外，從而介導(dǎo)細(xì)胞凋亡和許多包膜病毒的入胞。TIM獨(dú)特的IgV結(jié)構(gòu)域使得暴露于凋亡細(xì)胞表面的PS具有高度特異性識(shí)別能力，TIM-1、TIM-3、TIM-4均能識(shí)別PS，但親和力各不相同，研究表明TIM-1和TIM-4對(duì)PS的親和力相似，均高于TIM-3[3]。TIM-1和TIM-4通過IgV結(jié)構(gòu)域綁定PS受體，且成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)染的TIM-4可以激活細(xì)胞凋亡[17]。在凋亡細(xì)胞表面的PS可以與在APC上的TIM-4分子結(jié)合，在外核體表面的PS則可以與TIM-1或TIM-4結(jié)合，從而通過外核體增強(qiáng)了TIM-1與TIM-4的相互作用。PS表面暴露在病毒包膜中形成凋亡小體，其與TIM-1結(jié)合通過巨噬細(xì)胞胞飲作用引發(fā)病毒入胞，因此PS與TIM-1分子結(jié)合可以促進(jìn)多種包膜病毒感染[18]。

2.5SELP TIM-1的潛在配體。P選擇素(P-selectin，SELP)是CD62抗原樣家族成員P，作為活化內(nèi)皮細(xì)胞表面上的細(xì)胞黏附分子，在血管的內(nèi)皮表面和活化的血小板上排列。SELP通過介導(dǎo)血管表面的束縛和滾動(dòng)，在白細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)中起中樞作用，其主要白細(xì)胞配體是黏蛋白P選擇素糖蛋白配體1 (P-selectin glycoprotein ligand 1，PSGL-1)。研究發(fā)現(xiàn)在Th1和Th17細(xì)胞中，缺乏黏蛋白結(jié)構(gòu)域和IgV結(jié)構(gòu)域的TIM-1能顯著減少SELP在血管中的束縛和滾動(dòng)，同時(shí)失活的TIM-1抑制了PSGL-1獨(dú)立的殘余滾動(dòng)。因此，SELP是TIM-1的潛在配體，參與調(diào)控T細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)，在炎癥反應(yīng)和自身免疫性疾病中發(fā)揮特定作用[19]。

2.6LMIR5：TIM-1的內(nèi)源配體 白細(xì)胞單免疫球蛋白樣受體5(leukocyte mono-immunoglobulin-like receptor 5，LMIR5/CD300b)是一種DAP12偶聯(lián)活化受體，主要表達(dá)于髓細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)LMIR5能與TIM-1和TIM-4相互作用，且不需通過與PS結(jié)合參與凋亡細(xì)胞的吞噬作用。在腎缺血再灌注損傷小鼠中，缺乏LMIR5能改善小鼠腎小管損傷，而此時(shí)TIM-1是上調(diào)的。因此，研究者發(fā)現(xiàn)TIM-1與LMIR5相互作用能誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞的累積，活化肥大細(xì)胞，在髓細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮生理作用[20]。

2.7PE：TIM-1分子新發(fā)現(xiàn)的配體 磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中第二豐富的磷脂，主要在膜的內(nèi)部小葉中。有研究通過體外TIM-1 Fc結(jié)合試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，TIM-1與PS、PE均發(fā)生特異性結(jié)合，PE親和力較小，而與磷脂酰膽堿(phosphatidylcholine，PC)和磷脂酸(phosphatidic acid，PA)不發(fā)生反應(yīng)。而且在腎上皮細(xì)胞中既可識(shí)別PS，也識(shí)別PE，因而提出PE是人TIM-1的配體[21]。另有研究發(fā)現(xiàn)PE參與吞噬過程和病毒入胞，有助于吞噬表達(dá)TIM-1的凋亡細(xì)胞，并參與PS受體介導(dǎo)包膜病毒內(nèi)化的過程[22]。

3 TIM-1與病毒相關(guān)性疾病

3.1TIM-1與甲型肝炎 HAV是一種導(dǎo)致人類急性肝炎的小核糖核酸病毒科成員，而TIM-1常作為HAV的配體參與甲肝的免疫過程。關(guān)于這種病毒研究表明，TIM-1的IgV結(jié)構(gòu)域參與HAV病毒脫殼和隨后的細(xì)胞感染，TIM-1的IgV結(jié)構(gòu)域和免疫球蛋白域是TIM-1與HAV結(jié)合的特異性識(shí)別部位[23]。TIM-1的157ins MTTTVP型多態(tài)性變異位于病毒入胞必需的黏蛋白樣序列中心，因此病毒入胞的效率可以通過157ins MTTTVP的延長(zhǎng)顯著改變[10]。Kim等[5]的研究也證實(shí)了這一觀點(diǎn)，TIM-1的長(zhǎng)型(157insMTTTVP)比短型(157delMTTTVP)能更有效地與HAV結(jié)合，可能會(huì)誘導(dǎo)HAV患者產(chǎn)生更強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)使肝損傷加重。TIM-1可調(diào)控CD4+T調(diào)節(jié)細(xì)胞(T-regulatory，Treg)功能，但HAV與TIM-1的相互作用沉默了Treg功能，從而減少了IL-10和TGF-β(兩種主要的調(diào)節(jié)細(xì)胞因子)的產(chǎn)生，使得機(jī)體免疫反應(yīng)受限[24]。因此， TIM-1可能通過其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和基因多態(tài)性調(diào)控病毒的脫殼入胞，促進(jìn)HAV的進(jìn)入，同時(shí)也可能通過對(duì)Treg細(xì)胞的調(diào)控，負(fù)性調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞，抑制機(jī)體免疫應(yīng)答。

3.2TIM-1與丙型肝炎 HCV是一種主要感染人類肝細(xì)胞的單鏈RNA病毒。TIM-1的IgV結(jié)構(gòu)域可以與HCV直接作用促進(jìn)HCV入胞，也可以通過與暴露在HCV包膜上的PS配體相互作用而增強(qiáng)HCV感染[25]。研究表明敲除TIM-1基因可導(dǎo)致HCV細(xì)胞黏附和感染顯著減少，但不能減少HCV的復(fù)制，也不能完全預(yù)防HCV感染，因此TIM-1能增強(qiáng)HCV感染，但不參與HCV的復(fù)制，也不是HCV感染的必需條件[26,27]。研究發(fā)現(xiàn)只通過PS與PS受體結(jié)合并不足以介導(dǎo)HCV與TIM-1的相互作用，這表明TIM-1 IgV上可能還有其他分子參與HCV的感染，如E1/E2糖蛋白，也進(jìn)一步表明TIM-1 IgV與HCV之間的相互作用可能不僅僅局限于PS結(jié)合口袋[27]。以上實(shí)驗(yàn)均證明TIM-1在HCV的附著和感染中發(fā)揮重要作用，但其中的具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

3.3TIM-1與艾滋病 獲得性免疫缺陷病(acquired immunodeficiency syndrome，AIDS)主要是由HIV病毒感染引起的一種免疫缺陷疾病。上皮細(xì)胞表面的TIM-1能與HIV通過網(wǎng)格蛋白、小窩蛋白和脂筏觸發(fā)對(duì)病毒的內(nèi)吞作用和胞飲作用，促進(jìn)HIV的內(nèi)化[28]。研究表明盡管TIM-1能活化CD4+T細(xì)胞，促進(jìn)HIV-1進(jìn)入，但是TIM-1與HIV表面暴露的PS結(jié)合形成的聚合鏈，可以有效阻止HIV-1的釋放，減少HIV的生成和復(fù)制[29]。TIM-1黏蛋白結(jié)構(gòu)域的高度多態(tài)性與HIV-1復(fù)制減少有關(guān)，TIM-1短型(157delMTTTVP)多態(tài)性變異會(huì)引起TIM-1表達(dá)的減少，從而導(dǎo)致Th2分化水平降低，促使Th1型反應(yīng)增強(qiáng)，抑制HIV-1復(fù)制[30]。有新的研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)調(diào)控因子(negative factor，Nef)蛋白干擾了TIM-1與PS之間的相互作用，并將TIM-1隔離在細(xì)胞內(nèi)，促進(jìn)了質(zhì)膜中TIM-1的內(nèi)化，從而通過調(diào)節(jié)TIM-1的內(nèi)吞作用來拮抗TIM-1對(duì)HIV釋放的抑制作用。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)在缺乏Nef蛋白時(shí)，絲氨酸整合因子(serine incorporator,SERINC)蛋白可以延長(zhǎng)TIM-1的半衰期，使其穩(wěn)定表達(dá)，增強(qiáng)了TIM-1對(duì)HIV釋放的抑制作用[31]。

因此，TIM-1可能在HIV感染中起多重調(diào)控作用，可能作為HIV表面結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)化病毒，進(jìn)而有利于HIV入侵機(jī)體；也可能通過調(diào)控其配體和基因多態(tài)性片段，負(fù)性調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞，下調(diào)HIV復(fù)制，從而保護(hù)機(jī)體；還可能通過可調(diào)控TIM-1的Nef及SERINC蛋白質(zhì)限制其對(duì)HIV釋放的抑制作用。

3.4TIM-1與埃博拉出血熱 埃博拉病毒(ebolavirus，EBOV)屬于絲狀病毒科,能感染人和靈長(zhǎng)類動(dòng)物引發(fā)埃博拉出血熱(Ebola hemorrhagic fever，EHF)，具有極高病死率。TIM-1被認(rèn)為是埃博拉病毒的受體，與埃博拉病毒的廣譜感染能力和高致病性相關(guān)[7，32]。TIM-1作為雙附著受體，直接與糖蛋白(glycoprotein，GP)和PS相互作用將EBOV募集到細(xì)胞表面[33]。TIM-1與TIM-4均通過IgV結(jié)構(gòu)域與PS相互作用，增強(qiáng)EBOV病毒黏附作用[34]。TIM-1和尼曼-匹克C1(Niemann-Pick C1，NPC1)在EBOV糖蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)小泡中共定位并相互作用發(fā)生融合，而TIM-1單克隆抗體M224/1能干擾TIM-1與NPC1的結(jié)合，降低EBOV病毒感染[35]。雖然EBOV依賴TIM-1直接結(jié)合并激活CD4+T細(xì)胞，也依賴PS參與內(nèi)化結(jié)合[36]。但最新研究發(fā)現(xiàn)其在T細(xì)胞中沒有發(fā)生有效的病毒復(fù)制，表明其中可能還存在細(xì)胞限制因子或不存在病毒復(fù)制所需的因子[37]。這些機(jī)制的闡述都證實(shí)TIM-1參與EBOV的發(fā)生發(fā)展，為開發(fā)其新的治療策略提供思路。

3.5TIM-1與登革熱 登革熱是最常見的由蚊子傳播的病毒性疾病，登革熱病毒(Dengue virus，DENV)有DENV-1～DENV-4 4種血清型。TIM-1在促進(jìn)DENV內(nèi)吞作用中起積極作用，是DENV感染中第一個(gè)被證實(shí)的進(jìn)入受體，其PS配體是DENV的病毒增強(qiáng)劑[38，39]。有研究提出，模擬凋亡細(xì)胞表面的PS和PE可能通過TIM受體信號(hào)來激活DENV感染靶細(xì)胞，逃避先天免疫應(yīng)答，進(jìn)而促進(jìn)DENV進(jìn)入和增強(qiáng)其復(fù)制[22,39]。有趣的是，TIM-1在其胞質(zhì)尾區(qū)的兩個(gè)賴氨酸殘基K338和K346上泛素化，這種修飾能促進(jìn)DENV內(nèi)化作用[38]。因此，這些研究提示TIM-1在促進(jìn)DENV進(jìn)入和感染的免疫調(diào)控中發(fā)揮重要作用，但TIM-1直接參與DENV病毒內(nèi)化的過程還沒能被完整描述。

3.6TIM-1與其他病毒性疾病 拉沙熱的病原為拉沙病毒(Lassa virus，LASV)，是一種沙狀病毒科的單鏈RNA病毒。實(shí)驗(yàn)表明在LASV功能性受體α-DG被敲除后，外源性TIM-1的表達(dá)才會(huì)明顯影響LASV的進(jìn)入，因而當(dāng)存在DG競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，TIM-1與LASV不發(fā)生作用或作用不明顯。但在缺乏LASV DG的情況下，TIM-1通過病毒顆粒與TIM-1的IgV中PS結(jié)合口袋的相互作用，促進(jìn)LASV病毒入胞[40]。

西尼羅病毒病是由西尼羅病毒(west nile virus,WNV)通過蚊蟲傳播引起的傳染病。WNV病毒與ENOV、DENV等都是包膜病毒，能通過表達(dá)于包膜病毒上的PE與TIM-1相互作用，促進(jìn)機(jī)體吞噬病毒。研究通過使用PE特異性環(huán)狀肽抗生素耐久霉素抑制試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)病毒粒子膜上的PE增強(qiáng)了病毒對(duì)TIM-1的黏附[22]。

日本腦炎是由日本腦炎病毒(Japanese encephalitis virus， JEV)引起的嚴(yán)重流行的病毒性腦炎，病死率高。JEV是一種由蚊子傳播的單股正鏈RNA包膜病毒，屬于黃病毒屬。研究者從A549細(xì)胞中克隆了3個(gè)TIM-1突變體(V1、V2和V3)，發(fā)現(xiàn)只有293T細(xì)胞中的TIM-1 V2表達(dá)才能顯著促進(jìn)JEV的附著、進(jìn)入和感染。TIM-1依賴PS進(jìn)入靶細(xì)胞，其胞質(zhì)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)JEV附著，因此TIM-1促進(jìn)JEV的進(jìn)入和感染[41]。

4 結(jié)束語(yǔ)

越來越多的研究表明TIM-1和TIM家族促進(jìn)多種病毒的入胞，包括沙狀病毒，甲病毒屬，絲狀病毒和黃病毒科等[18]。TIM-1在不同效應(yīng)T細(xì)胞上有不同的表達(dá)，并能通過與其配體結(jié)合的正或負(fù)共刺激信號(hào)途徑，介導(dǎo)T細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)和免疫耐受[42]。特別是其PS配體也是許多包膜病毒的關(guān)鍵入胞因子，促使各種包膜病毒利用模擬凋亡過程促進(jìn)病毒入胞、結(jié)合和免疫逃避[6,43]。因此，TIM-1和/或其配體可能被認(rèn)為是用于抗病毒感染免疫的一個(gè)潛在的干預(yù)靶點(diǎn)和免疫關(guān)卡分子，為病毒感染相關(guān)性疾病的預(yù)防、診斷和治療提供新的途徑。但是目前對(duì)于TIM-1與這些疾病關(guān)聯(lián)和調(diào)控機(jī)制的研究主要基于體外實(shí)驗(yàn)，尚處在初級(jí)階段，仍需進(jìn)行構(gòu)建相關(guān)動(dòng)物模型等多種試驗(yàn)進(jìn)一步探索，來系統(tǒng)地闡明TIM-1在病毒相關(guān)性疾病中的免疫調(diào)控機(jī)制。