自身免疫調(diào)節(jié)因子在機(jī)體免疫耐受中的作用機(jī)制研究進(jìn)展*

翟建昭，張 蘋(píng)，張乃丹，王洋一，劉在栓 綜述,武永康,3△ 審校

1.四川大學(xué)華西醫(yī)院實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)科，四川成都 610041；2.四川省德陽(yáng)市人民醫(yī)院檢驗(yàn)科，四川德陽(yáng) 618000；3.四川大學(xué)華西醫(yī)院門(mén)診部，四川成都 610041

免疫耐受指機(jī)體對(duì)特定抗原無(wú)免疫應(yīng)答的現(xiàn)象，自身免疫調(diào)節(jié)因子(Aire)是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，在機(jī)體的免疫耐受中起著重要的作用。Aire主要表達(dá)在胸腺髓質(zhì)上皮細(xì)胞(mTECs)中，參與T細(xì)胞的陰性選擇過(guò)程，此外也參與外周免疫耐受的維持。Aire基因的突變會(huì)導(dǎo)致機(jī)體免疫耐受破壞，與多種自身免疫性疾病的發(fā)生有關(guān)。本文將通過(guò)對(duì)Aire的結(jié)構(gòu)、表達(dá)、分布、功能和涉及的疾病進(jìn)行綜述，了解該因子在機(jī)體免疫耐受平衡中起到的作用。

1 Aire的結(jié)構(gòu)

Aire基因位于21q22.3處，含有14個(gè)外顯子，可編碼含有545個(gè)氨基酸的Aire蛋白。Aire蛋白含有4個(gè)亞基，從N端到C段分別為CARD結(jié)構(gòu)域、SAND結(jié)構(gòu)域和兩個(gè)PHD結(jié)構(gòu)域(PHD1、PHD2)[1]。

CARD結(jié)構(gòu)域是Aire蛋白行使功能的基礎(chǔ)，位于Aire蛋白的氨基末端，該結(jié)構(gòu)域可以與入核載體相互作用，將Aire蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核。同時(shí)，CARD結(jié)構(gòu)域影響著Aire二聚體和四聚體結(jié)構(gòu)的形成，是Aire中十分重要的區(qū)域，該基因突變引起疾病的許多位點(diǎn)位于該結(jié)構(gòu)域[1]。

SAND結(jié)構(gòu)域是一段保守的DNA結(jié)合序列，最初發(fā)現(xiàn)其存在于4種基因(Sp100、Aire、 NucP41/75和DEAF1[2])中。該結(jié)構(gòu)域與激活轉(zhuǎn)錄因子7相互作用蛋白1(ATF7ip)-甲基CpG結(jié)合蛋白1(MBD1)復(fù)合物結(jié)合，可能與PHD-1起協(xié)同作用，共同激活組織特異性抗原(TSA)的表達(dá)[1]。在這個(gè)過(guò)程中Aire首先激活A(yù)TF7ip-MBD1復(fù)合物以靶向TSA基因，再與組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶ESET-SETDB1結(jié)合，將其定位于甲基化的CpG二核苷酸，甲基化的CpG二核苷酸富含非活性基因的啟動(dòng)子，從而激活TSA的表達(dá)[3]。除此之外，已經(jīng)確定了數(shù)十個(gè)具有不同功能的可以與Aire結(jié)合并相互作用的蛋白質(zhì)，例如Aire可以獨(dú)立與組蛋白相互作用，也可以通過(guò)與DNA依賴性蛋白激酶相互作用對(duì)組蛋白的核心蛋白進(jìn)行連接[3]。該結(jié)構(gòu)域的突變也會(huì)引起多種自身免疫性疾病。

PHD1是富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域，可以閱讀組蛋白密碼，與組蛋白H3上代表轉(zhuǎn)錄抑制標(biāo)志的未甲基化的賴氨酸4相互作用。未甲基化的賴氨酸4通常是轉(zhuǎn)錄抑制的標(biāo)志，PHD1通過(guò)與組蛋白H3上這些區(qū)域結(jié)合，將Aire蛋白轉(zhuǎn)移到染色質(zhì)的相對(duì)不活躍區(qū)域，從而調(diào)控表觀遺傳轉(zhuǎn)錄，這對(duì)于Aire發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能十分重要[4]。PHD2的作用機(jī)制現(xiàn)在仍然不明確。

除了上述4個(gè)亞基外，Aire蛋白還包括兩個(gè)涉及核轉(zhuǎn)運(yùn)的核定位信號(hào)區(qū)域以及4個(gè)LXXLL模體，它們介導(dǎo)Aire與其他含LXXLL模體的蛋白質(zhì)相互作用[1]。

2 Aire在組織和細(xì)胞中的分布

Aire在細(xì)胞中位于核內(nèi)，呈斑點(diǎn)狀分布[5]，主要在胸腺中表達(dá)，最常表達(dá)的細(xì)胞是mTECs，在髓樣樹(shù)突狀細(xì)胞(DC)和脾、淋巴結(jié)等外周免疫器官，以及性腺、肺、腎、外周血單核細(xì)胞中也有表達(dá)[5]。

Aire的表達(dá)還存在性別差異，大多數(shù)自身免疫性疾病具有女性易感性，女性的Aire水平也更低，這導(dǎo)致了女性自身反應(yīng)性T細(xì)胞選擇性清除率降低，從而更容易患自身免疫性疾病[6]。除此之外，小鼠實(shí)驗(yàn)還表明雌二醇會(huì)影響胸腺上皮細(xì)胞(TECs)中蛋白質(zhì)的表達(dá)水平和Aire依賴性TSA的表達(dá)水平[7]。相反，雄激素會(huì)刺激這些蛋白表達(dá)，這可能是造成Aire在不同性別中差異表達(dá)的原因。總之，女性對(duì)自身免疫性疾病的敏感性增加，部分原因可能是雌激素導(dǎo)致的胸腺Aire表達(dá)水平降低。

3 Aire蛋白的功能

常規(guī)的轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)與靶基因的啟動(dòng)子結(jié)合，使得靶基因以特定的強(qiáng)度在特定的時(shí)間、空間表達(dá)相應(yīng)的蛋白質(zhì)分子。而Aire不是這種經(jīng)典的轉(zhuǎn)錄因子，因?yàn)樗鼪](méi)有明確的DNA結(jié)合序列[3]，它只能通過(guò)識(shí)別沉默狀態(tài)的基因表觀遺傳標(biāo)記，與多種蛋白非特異性地相互作用來(lái)促進(jìn)基因的轉(zhuǎn)錄[8]。小鼠實(shí)驗(yàn)表明，Aire對(duì)于轉(zhuǎn)錄因子的促進(jìn)作用是在拓?fù)洚悩?gòu)酶的輔助下，通過(guò)激活超級(jí)增強(qiáng)子誘導(dǎo)大量基因的表達(dá)實(shí)現(xiàn)的[9]。

3.1Aire在中樞免疫耐受中的作用

3.1.1TSA的表達(dá) TSA的表達(dá)主要由Aire和前腦胚胎鋅指樣蛋白2(Fezf2)控制[10]，Aire及其復(fù)合物在TSA基因的啟動(dòng)子附近非特異性結(jié)合以激活轉(zhuǎn)錄[8]，通過(guò)誘導(dǎo)胸腺DC表達(dá)TSA來(lái)控制陰性選擇過(guò)程[11]，這對(duì)免疫系統(tǒng)的正常發(fā)育至關(guān)重要。除了激活轉(zhuǎn)錄以外，Aire對(duì)TSA的調(diào)控還可以通過(guò)對(duì)RNA的3′端非翻譯區(qū)(3′UTR)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后修飾，通過(guò)縮短3′UTR mRNA的長(zhǎng)度促進(jìn)TSA的表達(dá)[12]。同時(shí)，Aire通過(guò)影響TSA的表達(dá)，增強(qiáng)了mTECs的抗原呈遞能力。

3.1.2胸腺細(xì)胞的遷移與黏附 促進(jìn)TSA的表達(dá)并非Aire對(duì)T細(xì)胞陰性選擇的唯一作用方式。T細(xì)胞發(fā)育時(shí)需要從胸腺皮質(zhì)遷移到髓質(zhì)，此過(guò)程中胸腺細(xì)胞的遷移及其與mTECs的黏附有著十分重要的作用。小鼠細(xì)胞體外實(shí)驗(yàn)表明，Aire基因的破壞會(huì)降低mTECs與胸腺細(xì)胞的黏附性[10,13]，還會(huì)引起多種與胸腺細(xì)胞黏附作用相關(guān)基因的表達(dá)水平降低，如Cd80、Vcam、Icam4等，從而削弱胸腺細(xì)胞的黏附性[13]。此外，Aire還可以調(diào)節(jié)趨化因子及其受體和配體的表達(dá)，如CCR4/7，從而降低免疫耐受[14]。

3.1.3調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)的發(fā)育 胸腺中一部分CD4+T細(xì)胞在接受自身抗原的刺激后，分化為T(mén)reg[15]，表達(dá)Aire的mTECs通過(guò)呈遞自身抗原在這個(gè)過(guò)程中起重要的作用[15]。除了促進(jìn)分化外，Aire還可以通過(guò)延長(zhǎng)Treg在血液循環(huán)中存在的時(shí)間來(lái)增強(qiáng)其作用，Treg通過(guò)表面的CCR6受體與胸腺細(xì)胞表達(dá)的CCL20結(jié)合，并從外周進(jìn)入胸腺再次循環(huán)，以此延長(zhǎng)存在的時(shí)間，而CCL20的表達(dá)水平依賴于Aire的調(diào)節(jié)[16]。因此，Aire的表達(dá)水平降低會(huì)通過(guò)減少Treg的數(shù)量和再循環(huán)等途徑來(lái)減少其免疫抑制作用。

3.2在外周免疫耐受中的作用 在外周免疫系統(tǒng)中Aire的表達(dá)較少，很難檢測(cè)到，但有研究表明Aire在外周淋巴結(jié)、扁桃體、腸淋巴組織、脾、胚胎肝臟細(xì)胞和外周血單個(gè)核細(xì)胞中均有表達(dá)[5]。與Aire在中樞免疫耐受中的作用類似，外周淋巴器官中的Aire也可以通過(guò)調(diào)節(jié)TSA的表達(dá)來(lái)清除自身反應(yīng)性T細(xì)胞，并且外周Aire所針對(duì)的靶抗原和胸腺Aire不同，因此它并不是簡(jiǎn)單地加強(qiáng)其在中樞免疫耐受中的作用，而是進(jìn)行了補(bǔ)充。除了誘導(dǎo)TSA在外周的表達(dá)外，Aire還可以通過(guò)其他機(jī)制影響外周免疫。

3.2.1調(diào)節(jié)Toll樣受體(TLR) TLR主要在巨噬細(xì)胞和DC等抗原呈遞細(xì)胞中表達(dá)，可識(shí)別多種病原體介導(dǎo)的機(jī)體免疫反應(yīng)，對(duì)于先天免疫反應(yīng)十分重要。在SUN等[17]的研究中，將Aire轉(zhuǎn)染到小鼠外周血DC中，其作用表現(xiàn)為顯著上調(diào)TLR3、TLR8及TLR7，加強(qiáng)抗原呈遞能力。有趣的是，F(xiàn)ERGUSSON等[18]在人類扁桃體成熟DC中也檢測(cè)到了Aire的表達(dá)，然而這些細(xì)胞顯示出TLR3、TLR4、TLR7的表達(dá)水平降低以及相關(guān)細(xì)胞因子水平降低，這可能是由于表達(dá)位置的差異，使得Aire發(fā)揮了不同的作用，而在機(jī)體內(nèi)不同免疫細(xì)胞中Aire的表達(dá)對(duì)TLR的作用仍需要進(jìn)一步的研究。

3.2.2調(diào)節(jié)DC表達(dá) Aire在外周的表達(dá)有助于機(jī)體識(shí)別并清除自身反應(yīng)性T細(xì)胞[19]。一項(xiàng)研究顯示，在過(guò)表達(dá)Aire的DC中，白細(xì)胞介素(IL)-12、IL-6和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β等細(xì)胞因子的產(chǎn)生增加，以此誘導(dǎo)輔助性T細(xì)胞(Th)1和Th17的分化[20]。此類DC還會(huì)抑制T細(xì)胞受體(TCR)信號(hào)通路并減少自身反應(yīng)性T細(xì)胞的數(shù)量[21]。這些研究顯示了Aire在外周DC中多樣的作用，除了誘導(dǎo)DC表達(dá)自身抗原外，還可以促進(jìn)DC呈遞抗原，抑制自身反應(yīng)性T細(xì)胞的數(shù)量等，進(jìn)而影響外周免疫耐受。但也有人認(rèn)為Aire對(duì)外周DC不起作用[18]，但這些研究結(jié)果都是基于體外實(shí)驗(yàn)得出，對(duì)于Aire在外周DC中的確切作用還需要深入的研究。

4 Aire與疾病

Aire基因的突變會(huì)造成Aire蛋白結(jié)構(gòu)或含量改變，從而影響下游基因的激活和表達(dá)，導(dǎo)致免疫耐受的破壞及多種自身免疫性疾病的發(fā)生[22]。其中最重要的一種Aire單基因突變疾病是自身免疫性多腺體綜合征(APS)。APS是一種累及多個(gè)內(nèi)分泌腺的免疫缺陷疾病，又名自身免疫性多發(fā)性內(nèi)分泌病-念珠菌病-表皮營(yíng)養(yǎng)不良(APECED)，分為APS-1、APS-2、APS-3、APS-4 4型。APS-1主要表現(xiàn)為內(nèi)分泌腺功能失調(diào)，通常表現(xiàn)為甲狀旁腺功能減退、Addison病、自身免疫性肝炎等器官特異性自身免疫病[23]，以及對(duì)特征性傳染病，如慢性黏膜皮膚念珠菌病的易感性，其臨床表現(xiàn)為黏膜、皮膚、指甲的慢性復(fù)發(fā)性普通酵母菌、念珠菌嚴(yán)重感染[1]。目前已有超過(guò)60種Aire基因突變與APS-1有關(guān)[24]。但當(dāng)突變沒(méi)有累積到引起APS-1時(shí)，會(huì)導(dǎo)致一些較為常見(jiàn)的自身免疫性疾病[23]，包括類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、Graves病、系統(tǒng)性硬化癥、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、重癥肌無(wú)力等[23,25-26]。

Aire的表達(dá)增強(qiáng)了機(jī)體的免疫耐受，而它的過(guò)表達(dá)可能會(huì)造成腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸，在多種腫瘤中均可以檢測(cè)到Aire的高表達(dá)。在前列腺癌中Aire的表達(dá)使小鼠腫瘤發(fā)生、發(fā)展，增加了腫瘤抗藥性和侵襲性[27]。此外，Aire rs1800522的等位基因多態(tài)性可能通過(guò)調(diào)節(jié)T細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的識(shí)別，影響黑色素瘤的易感性。而在骨肉瘤患者中Aire高表達(dá)會(huì)導(dǎo)致更低的總生存率和無(wú)轉(zhuǎn)移生存率[28]，Aire或許可以作為骨肉瘤的隨訪指標(biāo)。

5 小 結(jié)

Aire對(duì)于自身免疫耐受的建立十分重要，它最主要的作用場(chǎng)所是胸腺，不同于經(jīng)典轉(zhuǎn)錄因子的作用方式，它通過(guò)識(shí)別表觀遺傳標(biāo)記，在啟動(dòng)子上游非特異性結(jié)合發(fā)揮作用，這也導(dǎo)致如果它的結(jié)合域發(fā)生突變將會(huì)影響相關(guān)基因的表達(dá)。目前對(duì)于Aire的研究并不是很廣泛，對(duì)它的作用機(jī)制也不是很明確，但不可否認(rèn)它在中樞和外周免疫耐受中的重要作用。因此，對(duì)Aire的深入研究有助于加深研究者對(duì)免疫耐受和自身免疫性疾病的認(rèn)識(shí)。如果可以人為調(diào)控Aire的表達(dá)，或許有助于相關(guān)疾病的治療。