熊文景 溫 茜 馬 驪 (南方醫(yī)科大學(xué)生物技術(shù)學(xué)院分子免疫學(xué)研究所，廣州 510515)

1 PGE2

前列腺素E2(Prostaglandin E2，PGE2)是花生四烯酸(Arachidonic acid，AA)在環(huán)氧合酶(Cyclooxygenase，COX)作用下代謝形成的五大重要代謝產(chǎn)物之一，與其他四種產(chǎn)物PGF2α、PGD2、PGI 及血栓烷A2(Thromboxane，TXA2)被統(tǒng)稱為前列腺素。

1.1 PGE2 合成代謝 PGE2 的合成源自細(xì)胞膜上的磷脂(Phospholipd)在磷脂酶A2(Phospholipase A2，PLA2)作用下轉(zhuǎn)化生成游離AA 的過程［1］。游離AA 可經(jīng)COX、脂氧合酶(Lipoxygenase，LOX)與細(xì)胞色素P450 單氧酶(Cytochrome P450 monooxygenase)三條通路進行代謝，其中，COX 途徑所生成的產(chǎn)物即為PGE2［1］。

COX 家族有三個成員，其中參與PGE2 合成的主要是COX-1 與COX-2［2］，COX-1 組成性表達(dá)于所有組織細(xì)胞中，而COX-2 在炎癥及癌癥發(fā)生時表達(dá)上調(diào)。COX-3 表達(dá)于腦髓與脊髓中，其作用還有待進一步研究［3］。

COX-1、-2 作用于AA 后，首先形成的代謝物為前列腺素H2(Prosta-glandin，PGH2)，其在PGE2 合酶(PGE2 synthase，PGES)的催化作用下進一步轉(zhuǎn)變?yōu)镻GE2［4］。PGES 又包含三類，即胞質(zhì)型PGE2 合酶(cytosolic PGES，cPGES)、膜結(jié)合型PGE2 合酶-1(microsomal PGES-1，mPGES-1)以 及 mPGES-2。cPGES 與mPGES-2 為組成性表達(dá)，而mPGES-1 屬于參與類花生酸與谷胱甘肽(Glutathione，GSH)代謝的膜相關(guān)蛋白家族(Membrane-associated proteins involved in eicosanoid and GSH metabolism family，MAPEG family)成員，在炎癥中表達(dá)升高，但在糖皮質(zhì)激素的抗炎過程中下調(diào)。mPGES-1 在COX-2 催化AA 經(jīng)由PGH2 生成PGE2 的過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用［5］。

1.2 PGE2 與其受體 幾乎所有的細(xì)胞都能產(chǎn)生PGE2。在炎癥發(fā)生與發(fā)展過程中，PGE2 的最主要來源是病原菌感染的免疫細(xì)胞［6］。PGE2 通過調(diào)節(jié)這些免疫細(xì)胞的成熟、遷移以及細(xì)胞因子的分泌，從而調(diào)節(jié)機體的免疫應(yīng)答。介導(dǎo)PGE2 各種生物學(xué)效應(yīng)的是前列腺素受體(E prostanoid，EP)。

目前所知的PGE2 受體有EP1-EP4。其中，EP3與EP4 是PGE2 的高親和性受體，接受較低水平的PGE2 刺激即可活化下游信號通路;而EP1 與EP2卻需結(jié)合較高水平的PGE2 才能啟動生物學(xué)效應(yīng)［7-9］。EP 為膜相關(guān)的G 蛋白偶聯(lián)受體，但EP1 與EP3 的激活并不需要通過cAMP。EP1 可增加胞內(nèi)Ca2+濃度，而EP3 為結(jié)合Gi-偶聯(lián)蛋白，結(jié)合后可抑制腺苷酸環(huán)化酶(Adenylate cyclase，AC)的活性，從而減少cAMP 的量［8］。相反，EP2 和EP4 均為GS-偶聯(lián)受體，通過偶聯(lián)G 蛋白、激活A(yù)C 以上調(diào)cAMP水平，從而誘導(dǎo)AC 依賴的cAMP/PKA/CREB 通路傳遞信號［10］。此外，EP4 在磷脂酰肌醇(-3)激酶(Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)依賴的途徑中還可激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(Extracellularsignal-regulated kinase1/2，ERK1/2)信號通路［11］。在機體免疫中，EP2 與EP4 是介導(dǎo)PGE2 抗炎和免疫抑制功能的主要受體［10］(圖1)。

1.3 腫瘤發(fā)生發(fā)展中PGE2 對凋亡的調(diào)控 PGE2在細(xì)胞凋亡中的調(diào)控作用在腫瘤研究中有較多報道。不同生理與病理狀態(tài)下，PGE2 通過作用于不同凋亡途徑的調(diào)節(jié)與效應(yīng)分子，對細(xì)胞凋亡可發(fā)揮促進與抑制兩種相反的效應(yīng)，從而對腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有截然不同的影響。例如，在人的原代大腸癌細(xì)胞以及大腸癌細(xì)胞系HT-29、HCA-7 中，PGE2 與EP1 結(jié)合后將誘導(dǎo)Fas 配體(Fas ligand，F(xiàn)asL/CD95L)表達(dá)上調(diào)，后者通過結(jié)合腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞(Tumor-infiltrating lymphocytes，TIL)表面的Fas 受體而誘導(dǎo)TIL 發(fā)生凋亡，由此促進腫瘤細(xì)胞的生長［12，13］。阻斷小鼠體內(nèi)EP1 受體將下調(diào)FasL 的表達(dá)水平，從而抑制了FasL 誘導(dǎo)的免疫細(xì)胞凋亡，進一步地阻遏了腫瘤的免疫抑制作用，使活化的CD8+T 細(xì)胞可高效執(zhí)行殺傷腫瘤細(xì)胞的任務(wù)。

相反，在腸癌研究中發(fā)現(xiàn)，PGE2 可上調(diào)原癌基因Bcl-2 以抑制細(xì)胞凋亡，但不影響原癌基因Bcl-xl與抑癌基因Bax 的表達(dá)［14］。此外，在非小細(xì)胞肺癌(Non-small cell lung cancer，NSCLC)中，PGE2 能迅速上調(diào)c-myc 基因的表達(dá)水平;c-myc 進而誘導(dǎo)致瘤性miR-17-92 表達(dá)，后者靶向下調(diào)抑癌基因——第10 號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因(Phosphatase and tension homolog deleted on chromosome ten gene，PTEN)，從而抑制細(xì)胞凋亡，促進癌變惡化［15］。

2 MTB 感染后巨噬細(xì)胞的凋亡

結(jié)核病是由結(jié)核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis，MTB)感染所引起、被列為重大傳染性疾病的人類呼吸道傳染病。全球約有三分之一的人口感染MTB。

圖1 PGE2 的生物合成途徑以及其受體效應(yīng)示意圖Fig.1 A diagram of PGE2 synthesis pathway and reaction with its receptors

MTB 感染機體后主要寄生在巨噬細(xì)胞中。而巨噬細(xì)胞作為天然免疫的重要組成部分，在抗MTB感染免疫中扮演重要的角色。與布氏桿菌、沙門氏菌等其他胞內(nèi)寄生菌相似，感染機體后，分枝桿菌將經(jīng)由模式識別受體被吞噬細(xì)胞識別與吞噬。溶酶體與包裹細(xì)菌的吞噬小體融合后，釋放酸性水解酶殺傷病原菌。同時，吞噬細(xì)胞加工遞呈病原菌抗原，從而激活T 細(xì)胞免疫反應(yīng)。這樣的免疫機制可以清除大部分的入侵病原菌。然而，MTB 強毒株的感染有可能改變機體的上述免疫機制［16］，其途徑之一即為調(diào)控巨噬細(xì)胞死亡的方式，進而抑制免疫反應(yīng)并促進病原菌的體內(nèi)擴散。

MTB 減毒株能誘導(dǎo)被感染巨噬細(xì)胞發(fā)生凋亡，這是機體阻抑細(xì)菌繁殖、同時促進T 細(xì)胞交叉激活的重要防御機制［17］。凋亡小體包裹著入侵的MTB，并被其他吞噬細(xì)胞吞噬，從而使MTB 不致被釋放入體液而感染更多的細(xì)胞。與此相反，誘導(dǎo)被感染巨噬細(xì)胞壞死是MTB 強毒株的一種非常有效的免疫逃逸策略。被感染細(xì)胞的壞死中斷了免疫反應(yīng)，并使MTB 可擴散至胞外，在體內(nèi)散播。研究證實，這是MTB 強毒株通過損壞質(zhì)膜，并阻礙溶酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)以及高爾基體的膜修復(fù)功能，致使細(xì)胞膜持續(xù)性損壞來實現(xiàn)的［18］。

被感染細(xì)胞吞噬體內(nèi)尚存活的MTB 可分泌脂磷酸酶——SapM，不斷水解吞噬體膜上的磷脂酰肌醇-3-磷酸(Phosphatidylinositol 3-phosphate，PI3P)。PI3P 是重要的膜運輸脂類調(diào)節(jié)配體，可促進包裹MTB 的吞噬溶酶體形成，同時對于細(xì)胞質(zhì)膜修復(fù)過程中囊泡的運輸有著重要作用。PI3P 的降解一方面使MTB 得以阻止吞噬體與溶酶體融合形成吞噬溶酶體，從而逃避宿主的殺傷［19］;另一方面，使吞噬體與溶酶體融合后進行的細(xì)胞質(zhì)膜修復(fù)過程也受到嚴(yán)重抑制［20］。此外，MTB 強毒株還會引起線粒體膜的損壞，進一步促進宿主細(xì)胞壞死［21］。胞膜與線粒體膜的完整性直接決定了細(xì)胞的死亡方式。

3 PGE2 對MTB 感染細(xì)胞凋亡的影響

在MTB 感染后的巨噬細(xì)胞凋亡或壞死的命運決定中，PGE2 發(fā)揮了關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。磷脂酶(Phospholipases C，PLC)是在許多胞內(nèi)寄生菌中能被編碼表達(dá)的一個致病毒力因子，有研究表明，在表達(dá)PLC 的MTB 感染細(xì)胞中，細(xì)胞壞死率明顯提高，而在外源性加入PGE2 后，此情況有顯著的逆轉(zhuǎn)。這些結(jié)果提示，PGE2 對阻礙MTB 誘導(dǎo)的細(xì)胞壞死有重要的作用［22］。

PGE2 對MTB 所誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞死亡方式的調(diào)控主要依賴于PGE2 在質(zhì)膜修復(fù)以及保護線粒體內(nèi)膜穩(wěn)定性方面的重要作用。目前人們對該過程的具體調(diào)控機制認(rèn)識較少，還有待深入研究。目前已知PGE2 至少通過兩種相互獨立的途徑來阻止MTB 感染導(dǎo)致的巨噬細(xì)胞壞死:(1)PGE2 與EP2 結(jié)合后可通過激活PKA 產(chǎn)生大量cAMP。質(zhì)膜修復(fù)的過程主要就是在cAMP 的參與下，依賴于內(nèi)膜系統(tǒng)如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體等的胞外分泌所形成的膜小泡通過囊泡運輸至修復(fù)部位來進行的［23］。cAMP 通過參與修復(fù)受損質(zhì)膜，從而保護細(xì)胞膜與線粒體膜免受MTB 感染所致的損壞。(2)PGE2 通過與EP4 結(jié)合可激活PI3K 通路，以此促進溶酶體分泌小泡的膜轉(zhuǎn)位。在MTB 減毒株引起細(xì)胞凋亡的過程中，正是通過激活PI3K 信號通路來促進溶酶體的膜轉(zhuǎn)位以修復(fù)質(zhì)膜的。吞噬體內(nèi)的MTB 減毒株能誘導(dǎo)PGE2依賴的溶酶體相關(guān)膜蛋白-1(Lysosomal-associated membrane protein 1，LAMP-1)，經(jīng)PI3K 信號通路進行囊泡運輸至巨噬細(xì)胞膜上，即，通過溶酶體途徑對質(zhì)膜進行修復(fù)［20，24］。同時，PGE2 與EP4 的結(jié)合還可上調(diào)PI3K 的表達(dá)，PI3K 信號通路中將會產(chǎn)生大量的PI3P，進而拮抗MTB 感染所致的PI3P 水平下調(diào)效應(yīng)，從而促進質(zhì)膜修復(fù)［24，25］。

在質(zhì)膜修復(fù)過程中，溶酶體與高爾基體的膜修復(fù)效應(yīng)通路是相互獨立的［24］。PGE2 對高爾基體囊泡運輸途徑的質(zhì)膜修復(fù)過程并無明顯促進作用，而主要通過促進溶酶體的分泌小泡膜轉(zhuǎn)位來修復(fù)質(zhì)膜。突觸結(jié)合蛋白(Synaptotagmin 7，Syt-7)是溶酶體的鈣感受器，溶酶體的胞外分泌及質(zhì)膜修復(fù)過程均依賴于Syt-7 傳遞的鈣誘導(dǎo)信號。因此在溶酶體質(zhì)膜修復(fù)途徑中，Syt-7 發(fā)揮著不可或缺的作用［26，27］，而其表達(dá)也受到PGE2 的調(diào)控。有研究表明在MTB 強毒株感染的細(xì)胞中，外源性PGE2 可使Syt-7 的表達(dá)水平上調(diào)近10 倍，從而增加溶酶體介導(dǎo)的胞外分泌，顯著促進受損質(zhì)膜的修復(fù)［24］。

研究證實，在缺乏PGE2 的微環(huán)境中，巨噬細(xì)胞不能修復(fù)由MTB 感染所引起的線粒體損傷，最終發(fā)生壞死。與PGE2 作用相反的是脂氧素A4(Lipoxin A4，LXA4)，它可通過下調(diào)COX-2 的mRNA 水平來抑制PGE2 的生物合成。在生理狀態(tài)下，PGE2 與LXA4 的表達(dá)處于相對平衡。而MTB 強毒株能誘導(dǎo)LXA4 表達(dá)水平上升，通過抑制PGE2 的表達(dá)而抑制巨噬細(xì)胞的凋亡，同時促進被感染細(xì)胞的壞死［28，29］?；ㄉ南┧?5-脂加氧酶(Arachidonate 5-lipoxygenase，ALOX-5)是催化AA 代謝為LXA4 的重要酶類。Alox5-/-小鼠感染強致病性MTB 后，巨噬細(xì)胞具有較強的激活CD8+T 細(xì)胞交叉應(yīng)答的作用［30］。與此相一致的是，PGES-/-小鼠巨噬細(xì)胞不能控制H37Rv 菌株的繁殖，當(dāng)機體感染強致病性MTB 后，其肺部荷菌量明顯升高。

同時，有研究表明，在表達(dá)PLC 的MTB 感染細(xì)胞中，細(xì)胞壞死率明顯提高，而在外源性加入PGE2后，此情況有顯著的逆轉(zhuǎn)。上述研究充分證實PGE2在MTB 感染早期對MTB 繁殖乃至對結(jié)核病的控制，具有必不可少的作用［30］。

4 總結(jié)

目前，細(xì)胞的凋亡途徑研究較多，但PGE2 與凋亡的關(guān)聯(lián)仍存在諸多未知。前期研究多集中于腫瘤領(lǐng)域，PGE2 通過調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡相關(guān)分子的表達(dá)水平與活性，從而對腫瘤的發(fā)生與發(fā)展有密切聯(lián)系，這些都已有明確的研究報道。

然而，PGE2 在病原菌感染過程中對凋亡的調(diào)控研究較少。許多胞內(nèi)寄生菌均可抑制宿主細(xì)胞的凋亡，借以作為生長繁衍的場所。其中最典型的代表即是MTB。被MTB 感染的巨噬細(xì)胞可通過凋亡而將入侵的病原菌包裹于凋亡小泡中，從而使病原菌被鄰近吞噬細(xì)胞所吞噬，在實現(xiàn)交叉提呈的同時抑制MTB 的繁殖。但MTB 強毒株則會抑制巨噬細(xì)胞的凋亡，促使其壞死。隨著胞膜的破裂，胞內(nèi)的MTB 將釋放至胞外，再尋找下一個宿主細(xì)胞以感染、繁殖。近年來開始有研究將PGE2 與結(jié)核感染的機制聯(lián)系在一起，發(fā)現(xiàn)在被感染細(xì)胞的死亡命運的決定中，PGE2 發(fā)揮重要的調(diào)控作用，其機制與腫瘤發(fā)生發(fā)展過程有相似之處，但更多的是在感染中存在的、以質(zhì)膜修復(fù)機制為代表的獨特效應(yīng)。若對PGE2 在MTB 感染細(xì)胞后的質(zhì)膜修復(fù)及相關(guān)信號通路活化過程中的作用進行深入研究，將有助于更好地了解結(jié)核病的發(fā)生發(fā)展過程及病原菌與宿主的相互作用。對上述認(rèn)識的合理利用，將為結(jié)核病的治療提供新的途徑。

［1］Buczynski MW，Dumlao DS，Dennis EA.Thematic Review Series:Proteomics.An integrated omics analysis of eicosanoid biology［J］.J Lipid Res，2009，50(6):1015-1038.

［2］Smith WL，Dewitt DL，Garavito RM.Cyclooxygenases:structural，cellular，and molecular biology［J］.Annu Rev Biochem，2000，69:145-182.

［3］Sobolewski C，Cerella C，Dicato M，et al.The role of cyclooxygenase-2 in cell proliferation and cell death in human malignancies［J］.Int J Cell Biol，2010，2010:215158.

［4］Park JY，Pillinger MH，Abramson S B.Prostaglandin E2 synthesis and secretion:the role of PGE2 synthases［J］.Clin Immunol，2006，119(3):229-240.

［5］Kudo I，Murakami M.Prostaglandin E synthase，a terminal enzyme for prostaglandin E2 biosynthesis［J］.J Biochem Mol Biol，2005，38(6):633-638.

［6］Kalinski P.Regulation of immune responses by prostaglandin E2［J］.J Immunol，2012，188(1):21-28.

［7］Sugimoto Y，Namba T，Honda A，et al.Cloning and expression of a cDNA for mouse prostaglandin E receptor EP3 subtype［J］.J Biol Chem，1992，267(10):6463-6466.

［8］Hata A N，Breyer R M.Pharmacology and signaling of prostaglandin receptors:multiple roles in inflammation and immune modulation［J］.Pharmacol Ther，2004，103(2):147-166.

［9］Honda A，Sugimoto Y，Namba T，et al.Cloning and expression of a cDNA for mouse prostaglandin E receptor EP2 subtype［J］.J Biol Chem，1993，268(11):7759-7762.

［10］Fujino H，Salvi S，Regan JW.Differential regulation of phosphorylation of the cAMP response element-binding protein after activation of EP2 and EP4 prostanoid receptors by prostaglandin E2［J］.Mol Pharmacol，2005，68(1):251-259.

［11］Fujino H，Xu W，Regan JW.Prostaglandin E2 induced functional expression of early growth response factor-1 by EP4，but not EP2，prostanoid receptors via the phosphatidylinositol 3-kinase and extracellular signal-regulated kinases［J］.J Biol Chem，2003，278(14):12151-12156.

［12］O'Callaghan G，Ryan A，Neary P，et al.Targeting the EP1 receptor reduces Fas ligand expression and increases the antitumor immune response in an in vivo model of colon cancer［J］.Int J Cancer，2013，133(4):825-834.

［13］O'Callaghan G，Kelly J，Shanahan F，et al.Prostaglandin E2 stimulates Fas ligand expression via the EP1 receptor in colon cancer cells［J］.Br J Cancer，2008，99(3):502-512.

［14］Sheng H，Shao J，Morrow J D，et al.Modulation of apoptosis and Bcl-2 expression by prostaglandin E2 in human colon cancer cells［J］.Cancer Res.1998，58(2):362-366.

［15］Krysan K，Kusko R，Grogan T，et al.PGE2-driven Expression of c-Myc and OncomiR-17-92 Contributes to Apoptosis Resistance in NSCLC［J］.Mol Cancer Res，2014，12(5):765-774.

［16］余傳霖.細(xì)胞內(nèi)寄生微生物感染的細(xì)胞免疫機理［J］.國外醫(yī)學(xué)(微生物學(xué)分冊)，1989，(5):210-213.

［17］Behar SM，Martin CJ，Booty MG，et al.Apoptosis is an innate defense function of macrophages against Mycobacterium tuberculosis［J］.Mucosal Immunol，2011，4(3):279-287.

［18］Roy D，Liston DR，Idone VJ，et al.A process for controlling intracellular bacterial infections induced by membrane injury［J］.Science，2004，304(5676):1515-1518.

［19］Vergne I，Chua J，Lee HH，et al.Mechanism of phagolysosome biogenesis block by viable Mycobacterium tuberculosis［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2005，102(11):4033-4038.

［20］Deretic V，Singh S，Master S，et al.Mycobacterium tuberculosis inhibition of phagolysosome biogenesis and autophagy as a host defence mechanism［J］.Cell Microbiol，2006，8(5):719-727.

［21］Chen M，Gan H，Remold HG.A mechanism of virulence:virulent Mycobacterium tuberculosis strain H37Rv，but not attenuated H37Ra，causes significant mitochondrial inner membrane disruption in macrophages leading to necrosis［J］.J Immunol，2006，176(6):3707-3716.

［22］Assis PA，Espindola MS，Paula-Silva FW，et al.Mycobacterium tuberculosis expressing phospholipase C subverts PGE2 synthesis and induces necrosis in alveolar macrophages［J］.BMC Microbiol，2014，14:128.

［23］Togo T，Alderton JM，Steinhardt RA.Long-term potentiation of exocytosis and cell membrane repair in fibroblasts［J］.Mol Biol Cell，2003，14(1):93-106.

［24］Divangahi M，Chen M，Gan H，et al.Mycobacterium tuberculosis evades macrophage defenses by inhibiting plasma membrane repair［J］.Nat Immunol，2009，10(8):899-906.

［25］Regan JW.EP2 and EP4 prostanoid receptor signaling［J］.Life Sci，2003，74(2-3):143-153.

［26］Martinez I，Chakrabarti S，Hellevik T，et al.Synaptotagmin VII regulates Ca(2 +)-dependent exocytosis of lysosomes in fibroblasts［J］.J Cell Biol，2000，148(6):1141-1149.

［27］Martens S，Mcmahon HT.Mechanisms of membrane fusion:disparate players and common principles［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2008，9(7):543-556.

［28］Bafica A，Scanga CA，Serhan C，et al.Host control of Mycobacterium tuberculosis is regulated by 5-lipoxygenase-dependent lipoxin production［J］.J Clin Invest，2005，115(6):1601-1606.

［29］Chen M，Divangahi M，Gan H，et al.Lipid mediators in innate immunity against tuberculosis:opposing roles of PGE2 and LXA4 in the induction of macrophage death［J］.J Exp Med，2008，205(12):2791-2801.

［30］Divangahi M，Desjardins D，Nunes-Alves C，et al.Eicosanoid pathways regulate adaptive immunity to Mycobacterium tuberculosis［J］.Nat Immunol，2010，11(8):751-758.