干擾素通路調(diào)控與自身免疫疾病

　　摘要干擾素信號(hào)通路是細(xì)胞抵抗病原微生物侵染的重要防線。通過(guò)識(shí)別病源相關(guān)模式分子、激活下游通路，干擾素的表達(dá)被顯著上調(diào)并分泌于細(xì)胞外，作用于自己和周圍細(xì)胞，引發(fā)眾多下游基因的轉(zhuǎn)錄激活。這些基因產(chǎn)物直接參與抗侵染過(guò)程或調(diào)控機(jī)體免疫反應(yīng)。干擾素信號(hào)通路需要被正確調(diào)控，其異常激活會(huì)導(dǎo)致炎癥和自身免疫疾病的發(fā)生。正確地識(shí)別“自己”和“非己”分子是首要一步。有鑒于干擾素通路所抵抗的微生物侵染中，核酸分子是重要的免疫原性分子，內(nèi)源性核酸分子的代謝調(diào)控顯得尤為重要。細(xì)胞編碼一系列參與核酸代謝的酶，這些蛋白功能的發(fā)揮對(duì)保持細(xì)胞核酸穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。以單基因突變引發(fā)的自身免疫疾病Aicardi–Goutières綜合征為例，目前發(fā)現(xiàn)9種基因可突變致病，均來(lái)自DNA代謝相關(guān)的和RNA代謝相關(guān)的基因。盡管這9種基因突變都導(dǎo)致干擾素通路的異常激活，但中間所依賴的參與蛋白并不相同�？梢姡�同樣癥狀的疾病，其致病機(jī)理也可能不同，這也將影響有效治療方案的確定，凸顯了基因檢測(cè)在診治自身免疫疾病中的必要性。本綜述通過(guò)闡述細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)對(duì)干擾素通路正確識(shí)別“自己”和“非己”的重要作用，幫助理解自身免疫疾病的發(fā)病機(jī)理。

　　關(guān)鍵詞干擾素，信號(hào)通路，自身免疫疾病

　　天然免疫是機(jī)體抵抗病原微生物侵染的第一道屏障，主要由皮膚、黏膜等組織所組成的物理屏障以及天然免疫細(xì)胞等組成的化學(xué)防御組成2]如皮膚受損等情況的發(fā)生所導(dǎo)致的病原微生物入侵機(jī)體，會(huì)引發(fā)被感染細(xì)胞、組織包括干擾素通路(interferonsignaling,IFNsignaling)和炎癥通路(NFBsignaling)等應(yīng)激信號(hào)通路的激活這些通路既能直接參與抗病原微生物侵染的過(guò)程，又參與調(diào)動(dòng)適應(yīng)性免疫系統(tǒng)對(duì)受侵染部位做出防御反應(yīng)4]。

　　免疫學(xué)論文投稿刊物： 國(guó)際免疫學(xué)省級(jí)期刊投稿格式要求

　　其中，由干擾素通路激活而引發(fā)的大量防御基因的表達(dá)上調(diào)，是細(xì)胞對(duì)抗病原微生物侵染的有力手段，在天然免疫中發(fā)揮關(guān)鍵作用干擾素是由來(lái)自英國(guó)的病毒學(xué)家AlickIsaacs和瑞士的微生物學(xué)家JeanLindenmann共同發(fā)現(xiàn)的流感病毒感染雞胚絨毛尿囊膜后，細(xì)胞被誘導(dǎo)產(chǎn)生一種“干擾”因子抑制流感病毒感染其它未感染的細(xì)胞，這種分泌蛋白被他們命名為“干擾素”[5隨著對(duì)干擾素的研究不斷深入，人們對(duì)該通路的認(rèn)識(shí)不斷加深，對(duì)其激活機(jī)制、發(fā)揮抗病原微生物作用的功能原理和網(wǎng)絡(luò)調(diào)控等方面有了越來(lái)越多的認(rèn)識(shí)很多自身免疫疾病的發(fā)生與干擾素信號(hào)通路的異常激活密切相關(guān)，而調(diào)控干擾素信號(hào)通路的關(guān)鍵基因發(fā)生功能缺失型突變或功能獲得型突變，是導(dǎo)致通路異常激活的重要原因本綜述將從干擾素通路，自身免疫疾病特點(diǎn)和二者之間的關(guān)聯(lián)這三方面展開討論

　　1.干擾素信號(hào)通路細(xì)胞的DNA，通常存在于細(xì)胞核和線粒體中，其所轉(zhuǎn)錄的RNA，多為單鏈形式的mRNA或含有少量二級(jí)結(jié)構(gòu)的rRNA、tRNA等這些核酸分子在各自的細(xì)胞器中發(fā)揮著各自應(yīng)有的作用病原微生物侵染細(xì)胞，會(huì)打破細(xì)胞內(nèi)不同類型分子分布的平衡：DNA病毒如單純皰疹病毒(herpessimplexvirustype1，HSV)，在侵染、復(fù)制過(guò)程中，使得病毒DNA在細(xì)胞質(zhì)中積累10;腦心肌炎病毒(Encephalomyocarditisvirus，EMCV)、水皰性口炎病毒(Vesicularstomatitisvirus，VSV)、甲型流感病毒(InfluenzaAvirus，IAV)等RNA病毒在基因組RNA復(fù)制的過(guò)程中，其所形成的雙鏈RNA(doublestrandedRNA，dsRNA)中間體，會(huì)出現(xiàn)在細(xì)胞質(zhì)或內(nèi)吞體中1114。

　　此外。線粒體DNA會(huì)在如單純皰疹病毒或登革熱病毒感染等情況下，從應(yīng)激受損的線粒體中釋放至細(xì)胞質(zhì)中1215這種來(lái)自于病原微生物或與之直接相關(guān)的，具有特定結(jié)構(gòu)特征的分子被統(tǒng)稱為病原相關(guān)模式分子(pathogenassociatedmolecularpatterns，PAMPs)模式分子不僅局限于核酸類，還有細(xì)菌的脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、鞭毛蛋白等16滿足以下兩點(diǎn)之一，就可以稱之為PAMPs：一，來(lái)自于病原微生物的特定類型分子，如dsRNA、LPS等。

　　二，分子類型為細(xì)胞已有，但是出現(xiàn)在了錯(cuò)誤的地點(diǎn)，如細(xì)胞質(zhì)中出現(xiàn)的DNA、內(nèi)吞體中出現(xiàn)的核酸分子等1718細(xì)胞進(jìn)化出受體，特異性結(jié)合這些模式分子，并觸發(fā)下游的干擾素通路，這一類受體分子統(tǒng)稱為模式識(shí)別受體(patternrecognitionreceptors，PRRs)17，如細(xì)胞質(zhì)中識(shí)別DNA的cGAS(cyclicGMPMPsynthase)、識(shí)別dsRNA的RIG(Retinoicacidinducibleene)和MDA(Melanomadifferentiationassociatedprotein)，內(nèi)吞體中識(shí)別dsRNA的TLR(Tolllikereceptor)、識(shí)別單鏈RNA(singlestrandedRNA，ssRN)的TLR7或TLR、識(shí)別DNA的TLR，細(xì)胞膜上識(shí)別LPS的TLR和細(xì)菌鞭毛的TLR等17不同的受體模式分子結(jié)合。

　　會(huì)激活下游不同的適配蛋白(adaptor)，之后會(huì)采用相同或類似的策略招募蛋白激酶(如TBK1等)完成對(duì)干擾素調(diào)節(jié)因子(Interferonregulatoryfactors，IRFs)IRF3或IRF7的磷酸化磷酸化的IRF3或IRF7發(fā)生構(gòu)象變化，形成同源二聚體，進(jìn)入細(xì)胞核行使轉(zhuǎn)錄因子的功能，激活型干擾素(如IFN或IFN等)mRNA的轉(zhuǎn)錄1920型干擾素表達(dá)后分泌至細(xì)胞外，通過(guò)結(jié)合自己和周圍細(xì)胞的膜上受體(interferonreceptor，IFNAR)，引發(fā)其形成二聚體并激活下游JAKSTAT信號(hào)通路，最終激活細(xì)胞的效應(yīng)基因的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)直接的抗病原微生物的功能和對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、代謝狀態(tài)的調(diào)節(jié)，以更好的適應(yīng)病原微生物入侵的應(yīng)激環(huán)境[21].

　　2.自身免疫疾病的發(fā)生

　　模式識(shí)別受體對(duì)“自己”和“非己”分子的正確識(shí)別，是干擾素通路發(fā)揮功能的關(guān)鍵.基因突變所引發(fā)的蛋白功能改變是導(dǎo)致干擾素通路異常激活的重要原因[7,24].

　　由單基因突變所引發(fā)的干擾素信號(hào)通路異常激活并最終引發(fā)的自身免疫疾病，在遺傳學(xué)上符合孟德爾定律，被稱為型干擾素疾病(TypeInterferonopathy)，這一概念由YanickJ.Crow最先提出2526這類疾病包括Aicardi–Goutières綜合征(Aicardi–GoutièresSyndrome，AGS)、脊椎軟骨發(fā)育不良(Spondyloenchondrodysplasia，PENCD)、單基因突變引發(fā)的紅斑狼瘡(Monogeniclupus)和補(bǔ)體缺乏(Complementdeficiency)等2526因?yàn)槭菃位�因突變引發(fā)，所以這些突變體在研究基因功能上具有重要的提示作用，對(duì)理解基因產(chǎn)物對(duì)干擾素信號(hào)通路調(diào)控中如何發(fā)揮作用具有重要的指導(dǎo)意義下面以AGS為例介紹該類疾病的病理特征和致病機(jī)理的探討AGS是一種罕見的、早發(fā)型型干擾素疾病，以非感染狀態(tài)下免疫系統(tǒng)的異常激活和型干擾素的不正常上調(diào)為特征，主要影響腦、皮膚和免疫系統(tǒng)27。

　　相比較于系統(tǒng)性紅斑狼瘡這種受到來(lái)自于遺傳、環(huán)境和生活習(xí)慣等多種因素影響而引發(fā)的疾病，AGS發(fā)病較早，一歲新生兒就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的腦部功能障礙，特定單基因的突變就可致病是其早發(fā)性的重要原因.腦部的障礙進(jìn)一步惡化新生兒的飲食攝入和非感染狀態(tài)下的發(fā)燒癥狀的發(fā)生，最終導(dǎo)致智力嚴(yán)重受損，頭部尺寸變小等.患者皮膚出現(xiàn)疼痛、瘙癢和紅腫的表型，多發(fā)病于肢體末端，如手指、腳趾和耳部等.這些癥狀主要由血管炎癥引起，寒冷會(huì)加劇病情惡化.多數(shù)患者無(wú)法存活過(guò)童年期，但也有少數(shù)病情較輕的患者能夠生存至成年28.

　　高通量測(cè)序和生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，單基因突變是AGS的致病原因，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的突變基因有種，這些基因被賦予一個(gè)AGS編號(hào)，以便于對(duì)其進(jìn)行歸納研究：TREX1(AGS1)、RNASEH2A(AGS4)、RNASEH2B(AGS2)、RNASEH2C(AGS3)、SAMHD1(AGS5)、ADAR1(AGS6)、IFIH1(編碼MDA5蛋白)(AGS7)、LSM11(AGS8)和RNU7(AGS9)[2934]基因突變分為功能獲得型(gainoffunction，GOF)和功能喪失型(lossoffunction，LOF)兩種除IFIH1基因?yàn)楣δ塬@得性突變致病之外，其余基因都發(fā)生了功能喪失型突變有趣的事，在這些基因的編碼產(chǎn)物中，MDA5直接參與干擾素通路的激活，其余均參與細(xì)胞內(nèi)核酸(DNA、RNA)的代謝調(diào)控這些突變體的發(fā)現(xiàn)，將細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)與調(diào)控和干擾素通路緊密聯(lián)系到了一起，提示干擾素通路本身可能是作為一種監(jiān)控細(xì)胞狀態(tài)的機(jī)制，病原微生物侵染只是代表了一種應(yīng)激狀態(tài)。

　　3.細(xì)胞內(nèi)環(huán)境調(diào)控與干擾素通路和自身免疫疾病

　　細(xì)胞內(nèi)的核酸包括DNA和RNA，前者主要分布于細(xì)胞核和線粒體，后者廣泛分布于細(xì)胞核、線粒體和細(xì)胞質(zhì)等DNA通過(guò)自身復(fù)制，保證了細(xì)胞分裂中遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定傳代;其轉(zhuǎn)錄的RNA，形成mRNA、tRNA、rRNA和多種ncRNA，共同參與細(xì)胞的正常生理功能細(xì)胞核中的染色質(zhì)DNA在復(fù)制的過(guò)程中，偶爾會(huì)錯(cuò)誤地?fù)饺隢TP，產(chǎn)生短的RNA序列，這種RNA：DNA雜合鏈會(huì)引起染色質(zhì)損傷，造成DNA的斷裂，引發(fā)cGAS對(duì)破損DNA分子的識(shí)別，進(jìn)而激活干擾素信號(hào)通路3536;RNASEH2A/B/C復(fù)合物通過(guò)降解這些RNA序列，維持了細(xì)胞核中DNA的穩(wěn)定性，避免了干擾素信號(hào)通路的激活3738這三個(gè)基因發(fā)生功能喪失型突變，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)干擾素信號(hào)通路的異常激活39基因組NA中存在大量的轉(zhuǎn)座子序列40有證據(jù)表明。

　　SAMHD1(SAMdomainandHDdomaincontainingprotein1)不僅在穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)dNTP水平中發(fā)揮重要作用，在抑制轉(zhuǎn)座子活性中也至關(guān)重要4143該蛋白抑制內(nèi)源性轉(zhuǎn)座子LINE的逆轉(zhuǎn)座活性，降低細(xì)胞質(zhì)中DNA水平轉(zhuǎn)座子活性的提高將導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中DNA序列的積累，激活cGAS受體SAMHD1基因發(fā)生功能喪失型突變或表達(dá)沉默，將導(dǎo)致細(xì)胞中干擾素信號(hào)通路的異常激活44上述機(jī)制保證了細(xì)胞核中DNA的穩(wěn)定和細(xì)胞質(zhì)中DNA的缺失一旦出現(xiàn)殘留于細(xì)胞質(zhì)中的DNA分子，將由TREX1(Threeprimerepairexonuclease1)負(fù)責(zé)清除的45在TREX1敲除的細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)大量轉(zhuǎn)座子DNA積累于細(xì)胞質(zhì)中，成為cGAS的激活配體4647此外，從損傷的線粒體中泄漏的DNA，也會(huì)在細(xì)胞質(zhì)中被TREX1降解。

　　避免被cGAS識(shí)別48因此，該基因的功能喪失型突變或表達(dá)沉默，將導(dǎo)致干擾素信號(hào)通路的異常激活49最近的研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)合于基因組DNA的組蛋白功能受損也會(huì)引起cGAS介導(dǎo)的干擾素上調(diào)34在對(duì)AGS病人的基因突變篩查中，Crow課題組發(fā)現(xiàn)了兩種新的基因突變，分別位于SM11和RNU7基因中這兩種基因的編碼產(chǎn)物對(duì)組蛋白mRNA前體的正確加工至關(guān)重要，其功能突變導(dǎo)致組蛋白表達(dá)水平的降低，使得基因組DNA暴露于外，被cGAS識(shí)別，引發(fā)干擾素信號(hào)通路的激活34前面介紹的都是在DNA代謝中，關(guān)鍵基因發(fā)生功能喪失型突變會(huì)引發(fā)干擾素的異常激活在RNA代謝中，細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄的RNA會(huì)因序列互補(bǔ)配對(duì)而含有二級(jí)結(jié)構(gòu)，特別是人源細(xì)胞中一類稱為Alu的轉(zhuǎn)座子元件50這是一種長(zhǎng)約300個(gè)核苷酸的散在重復(fù)序列。

　　在整合進(jìn)基因組的過(guò)程中兩個(gè)元件頭對(duì)頭或尾對(duì)尾整合在相鄰的位置，那么其在所插入基因的轉(zhuǎn)錄的過(guò)程中，就會(huì)形成一條約300bp的雙鏈結(jié)構(gòu)51這種雙鏈結(jié)構(gòu)被稱為反向重復(fù)Alu，簡(jiǎn)稱為IRAlu(invertedrepeatAlu)元件細(xì)胞中編碼一種RNA特異性腺苷脫氨酶(RNAspecificadenosinedeaminase1，ADAR1)，能結(jié)合sRNA并具有脫氨酶活性，將dsRNA中的腺嘌呤催化為次黃嘌呤通常情況下，由ADAR1將IRAlu中的部分修飾為，從而將：配對(duì)改變成和的組合，無(wú)法形成配對(duì)結(jié)構(gòu)51ADAR1通過(guò)這樣的修飾作用。

　　破壞了IRAlu的雙鏈結(jié)構(gòu)，使得該RNA在細(xì)胞質(zhì)中，不會(huì)被MDA5識(shí)別但在發(fā)生功能喪失型(LOF)ADAR1突變或功能獲得型突變(GOF)IFIH(編碼MDA5蛋白)的情況下，IRAlu元件被錯(cuò)誤識(shí)別為“非己”分子，從而通過(guò)MDA5MAVS(Mitochondrialantiviralsignalingprotein)途徑，使細(xì)胞產(chǎn)生干擾素信號(hào)通路的異常激活5253由此可見，干擾素通路的功能發(fā)揮，需要以細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定作為前提的，一旦這一平衡被打破，干擾素通路將發(fā)生異常激活，從而引發(fā)機(jī)體炎癥和自身免疫疾病的發(fā)生.

　　4總結(jié)與展望

　　通過(guò)上面的介紹，可以看出，干擾素抗病原微生物通路作為細(xì)胞的一種應(yīng)激反應(yīng)，其正常活性需要精確調(diào)控，即使在非感染情況下，細(xì)胞新陳代謝、分裂復(fù)制的過(guò)程中，也會(huì)產(chǎn)生很多刺激干擾素信號(hào)的化學(xué)分子.通過(guò)調(diào)控因子的作用，保證了這些危險(xiǎn)信號(hào)分子的降解.

　　隨著對(duì)自身免疫疾病致病機(jī)理的研究越來(lái)越深入，這些調(diào)控因子對(duì)干擾素信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的作用越來(lái)越清晰，核酸代謝穩(wěn)態(tài)對(duì)細(xì)胞在干擾素通路在非感染狀態(tài)下的靜息沉默至關(guān)重要.在未來(lái)的治療策略研究中，這些調(diào)控因子也許會(huì)成為新的精準(zhǔn)化檢測(cè)的目標(biāo)和藥物靶點(diǎn)，而不僅限于依賴于抑制已經(jīng)被異常激活的干擾素通路[54].近年來(lái)，針對(duì)DNA代謝失調(diào)所引發(fā)的AGS病例，已經(jīng)有使用逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑進(jìn)行治療的臨床探索[27,55].在未來(lái)的數(shù)年間，預(yù)期將有越來(lái)越多的特異性抑制劑或生物治療手段用來(lái)進(jìn)行相關(guān)測(cè)試、研究[56].

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　　作者：李偉1)#，楊晗2，3)#，穆昕2，3)**

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