畢文文， 陳國權(quán)， 張黔東， 王 娜， 梅世慧， 周碧君，2，3*， 程振濤，2，3， 王開功，2，3， 文 明，2，3*

(1. 貴州大學動物科學學院，貴州 貴陽 550025； 2. 貴州省動物疫病研究室，貴州 貴陽 550025； 3. 貴州省動物生物制品工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550025)

在與病原微生物的不斷斗爭過程中，動物機體經(jīng)過長期進化形成了一系列抵抗病原入侵的保護機制。其中固有免疫的免疫記憶作用機制問題仍然是幾近年來免疫學領域的研究熱點。經(jīng)典免疫學理論認為只有獲得性免疫才能建立免疫記憶。然而近年來的研究發(fā)現(xiàn)，固有免疫細胞經(jīng)過馴化后能在再次受到病原刺激后產(chǎn)生增強的免疫反應，這種現(xiàn)象被稱為固有免疫記憶或訓練免疫。深入研究固有免疫的免疫記憶作用機制可為感染性疾病、癌癥及炎癥的發(fā)病機理及治療提供新的思路。

1 固有免疫系統(tǒng)簡介

固有免疫系統(tǒng)廣泛存在于多細胞動物中，是多細胞動物長期為適應外界環(huán)境和抵抗病原入侵而逐漸形成和完善的防御體系，與皮膚、黏膜共同構(gòu)成了動物機體抵抗感染的防疫屏障。主要包括：吞噬細胞、自然殺傷細胞(NK)、嗜堿性粒細胞、嗜酸性粒細胞、M細胞等先天免疫細胞。這些先天免疫細胞的表面均存在著模式識別受體(PRRs)，能夠識別病原體相關分子模式(PAMPs)，從而區(qū)分非自身機體的病原微生物[1～4]，進而啟動免疫應答，清除病原體。PRRs主要包括Toll樣受體(TLRs)、核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域受體(NLRs)、視黃酸/維甲酸誘導基因Ⅰ樣受體(RLRs)、胞質(zhì)中的DNA識別受體、NOD樣受體、RIG-Ⅰ樣受體、C型凝集素樣受體(CLRs)[5]。TLRs是最早被發(fā)現(xiàn)的PRRs。目前已經(jīng)在人體中發(fā)現(xiàn)了10種TLRs，在小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了12種TLRs[6]，可分別識別不同的PAMPs[7]。TLR 1、2、4、5、6、10表達位點在細胞表面；TLR 3、7、8、9表達在細胞質(zhì)中的細胞器膜上，可以識別核酸的PAMPs[8]。NLRs是細胞質(zhì)內(nèi)的識別受體，能夠識別細胞內(nèi)細菌的肽聚糖和脂多糖等多種組分，同時廣泛參與機體的炎癥反應[9]。RLRs分布于胞質(zhì)內(nèi)，是重要的抗病毒識別受體[10]。視黃酸誘導基因Ⅰ(RIG-Ⅰ)、黑素瘤分化相關基因5(MDA5)、遺傳學和生理學實驗室蛋白2(LGP2)均是RLRs家族中的成員。該類受體可識別細胞內(nèi)的病毒RNA或其復制中間產(chǎn)物，在抗病毒固有免疫中起到至關重要的作用。DNA識別受體主要包括環(huán)鳥苷酸-腺苷酸合成酶(cGAS)、DNA依賴的干擾素調(diào)節(jié)因子激活物(DAI)、黑色素瘤缺乏因子(AIM2)、干擾素誘導蛋白16(IFI16)、RNA/DNA解旋酶(DHX9、DHX36、DDX60、DDX41)、DNA依賴蛋白激酶(DNA-PK)、MRN復合物(MRE11)等[11]。此類受體發(fā)現(xiàn)較晚，主要存在于胞質(zhì)中，部分存在于細胞核(如IFI16、DNA-PK、MRE11)。另外還有其他一些受體家族，如清道夫受體、甲酸基多肽受體、補體受體等[12]。

2 固有免疫系統(tǒng)的免疫記憶

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，并非只有獲得性免疫才能產(chǎn)生免疫記憶。天然免疫細胞(如單核細胞、巨噬細胞、NK細胞)能夠針對相同或無關病原體再刺激產(chǎn)生增強或減弱的免疫反應，如炎性介質(zhì)分泌增加，這種現(xiàn)象被定義為受訓后免疫(TI)。與獲得性免疫不同的是，TI雖然具有記憶性，但是持續(xù)時間較短，只有數(shù)周或者數(shù)月。在固有免疫細胞生命周期較短的情況下，如何維持TI的長期性記憶是當前免疫學研究的前沿。造血干/祖細胞(HSPC)能向髓系祖細胞分化并不斷產(chǎn)生固有免疫細胞，故認為HSPC可能也存在TI現(xiàn)象。目前對這方面的研究還較少，但深入探究該科學問題將為免疫調(diào)控機制及動物(包括人)疾病發(fā)病機理研究提供新的見解。其機制涉及表觀遺傳學和代謝重編程等。

2.1NK細胞免疫記憶NK細胞是固有免疫系統(tǒng)的重要成員，具有快速產(chǎn)生效應因子和殺死病毒感染細胞或腫瘤細胞的能力。NK細胞的免疫記憶在半抗原誘導的超敏反應中被發(fā)現(xiàn)，小鼠肝臟內(nèi)的CXCR6+NK細胞可介導抗原特異性超敏反應[13]。巨細胞病毒(CMV)感染小鼠可以誘導NK細胞向記憶性NK細胞分化，釋放細胞因子，促進NK細胞清除CMV[14]。利用人源化免疫系統(tǒng)的小鼠模型與人體試驗發(fā)現(xiàn)，人體NK細胞也能形成抗原記憶[15]。艾滋病病毒(HIV)抗原免疫的小鼠肝臟NK細胞在遇到呈現(xiàn)HIV蛋白的DC細胞會產(chǎn)生應答反應，但對無關病毒和蛋白無應答。這些均證明NK細胞能夠記憶接觸過的病原體，并且呈現(xiàn)類似獲得性免疫記憶的特異性的記憶特征。此外，記憶NK細胞也具有非特異性的記憶特征：卡介苗(BCG)免疫的人NK細胞在體外接受結(jié)核桿菌或其他不相關的病原體刺激時，可產(chǎn)生更強的細胞因子應答；小鼠實驗顯示BCG疫苗的免疫能抵抗白色念珠菌的感染，這種保護作用部分依賴于產(chǎn)生免疫記憶的NK細胞[16]。

2.2 循環(huán)單核細胞/巨噬細胞免疫記憶相關研究表明，β葡聚糖或BCG馴化人的外周血單核細胞7 d后，采用脂多糖(LPS)等刺激、馴化的單核細胞可以產(chǎn)生(相較于非馴化的單核細胞)更強的細胞因子應答[17]。BCG免疫人體后分離的單核細胞在體外接受微生物刺激時也可產(chǎn)生增強的應答反應，與BCG的非特異性保護相關，證明在人體內(nèi)單核細胞可以被馴化產(chǎn)生免疫記憶[18]。

2.3 造血干細胞免疫記憶研究顯示，系統(tǒng)性固有免疫記憶由造血干細胞介導，小鼠腹腔內(nèi)注射β-葡聚糖24 h后即可提高其骨髓細胞生成并可持續(xù)至4周。過繼轉(zhuǎn)移β-葡聚糖馴化的小鼠造血干細胞后，可提高髓系前體細胞數(shù)量，促進長期的骨髓細胞生成[19，20]。造血干細胞產(chǎn)生免疫記憶后可不斷補充分化為具有免疫記憶的單核細胞，使相應的免疫記憶由3～4 d延長至數(shù)月，從而產(chǎn)生1種持續(xù)的保護作用[21]。

2.4 組織巨噬細胞免疫記憶組織巨噬細胞相較于外周單核細胞壽命更長，能維持更長的記憶時間，并且可不依賴造血干細胞及單核細胞單獨介導免疫記憶。肺泡巨噬細胞(AMs)起源于胚胎，代謝更替緩慢，狀態(tài)穩(wěn)定，急性呼吸道腺病毒感染后可誘導記憶AMs。在肺炎鏈球菌和大腸桿菌等細菌感染時，快速誘導趨化因子和中性粒細胞募集而對抗細菌感染[22]。神經(jīng)小膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的組織巨噬細胞，當被病毒或細菌感染刺激后，對再次感染的危險信號產(chǎn)生更強的免疫應答，表現(xiàn)為免疫記憶的特征[23，24]。

3 固有免疫記憶形成機制

3.1 增強的免疫細胞因子固有免疫細胞記憶的1個顯著的特征是經(jīng)過刺激馴化后，記憶細胞再接受類似刺激時細胞因子、趨化因子或免疫防御相關效應因子反應增強，免疫防御功能增強。腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素-6(IL-6)、白細胞介素-1β(IL-1β)等被證實是介導固有免疫記憶的主要細胞因子[25]。記憶性NK細胞表現(xiàn)為受到再次刺激時腫瘤壞死因子-γ(IFN-γ)表達增強[26]。效應CD8+T細胞分泌的IFN-γ是AMs免疫記憶形成的關鍵分子。

3.2 增強的病原相關分子模式受體的表達記憶性細胞在受到再次刺激時發(fā)生更快、更強的應答，其表面的病原相關分子模式受體識別病原體并激活是關鍵的第1步。鼠巨細胞病毒(CMV)可馴化記憶NK細胞高表達Ly49H受體，該受體是特異性識別抗原的關鍵[26]。黃熱病毒疫苗免疫的人NK細胞可以高表達Toll樣受體3(TLR3)、Toll樣受體9(TLR9)，以及細胞激活的標志——細胞表面糖蛋白(CD69)和白細胞抗原DP(HLA-DP)；腺病毒馴化的記憶AMs高表達主要組織相容性復合體-Ⅱ(MHC-Ⅱ)；BCG馴化的記憶單核細胞高表達核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域蛋白2(NOD2)受體[17，28]。馴化后的固有免疫細胞，其細胞表面病原相關分子模式受體的高表達賦予記憶細胞對2次刺激更快、更強的反應能力。

3.3 表觀遺傳重編程不同細胞類型之間的異質(zhì)性取決于不同的基因表達模式，而不同的基因表達模式又取決于表觀遺傳信息的調(diào)控。有研究認為，固有免疫記憶主要通過馴化固有免疫細胞全基因的組蛋白表觀遺傳重編程而儲存記憶[29]。組蛋白修飾可影響組蛋白與DNA雙鏈的親和性，改變?nèi)旧|(zhì)的疏松和凝集狀態(tài)，進而影響轉(zhuǎn)錄因子等調(diào)節(jié)蛋白與染色質(zhì)的結(jié)合而調(diào)節(jié)基因的表達。組蛋白3第27位賴氨酸乙酰化(H3K27ac)以及組蛋白3第 4位賴氨酸的三甲基化(H3K4me3)等是染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄活化的標志，而β葡聚糖馴化單核細胞可引起廣泛基因的H3K4me3和 H3K27ac修飾，從而使TNF-α、IL-1β 等宿主防御基因的啟動子區(qū)域帶上了轉(zhuǎn)錄活化的記憶標簽，當再次受到刺激時可迅速活化，更快地產(chǎn)生增強的細胞因子表達[30]。

3.4 免疫細胞的代謝重編程細胞代謝供能途徑改變稱為“代謝重編程”，免疫細胞代謝對免疫細胞生長、分化及其免疫效應的發(fā)揮至關重要。固有免疫細胞代謝途徑包括糖酵解、膽固醇代謝、谷氨酸代謝等途徑的改變，在固有免疫記憶中也具有重要作用[31]。β葡聚糖誘導的固有免疫記憶中，通過蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白/低氧誘導因子-1α(AKT/mTOR/HIF-1α)通路調(diào)控糖代謝從氧化磷酸化切換到有氧糖酵解，被認為是β-葡聚糖誘導的單核細胞記憶的代謝基礎[30]。當免疫記憶馴化過程中糖酵解途徑被抑制后，細胞的表觀遺傳修飾及免疫記憶均被抑制[32]。細胞代謝的改變不僅是細胞能量需求增強的體現(xiàn)，其代謝中間產(chǎn)物也是表觀遺傳學修飾中一些重要的酶的輔因子和底物[33]。糖酵解過程中產(chǎn)生的乙酰輔酶A為組蛋白乙酰化提供材料[34]；三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物延胡索酸的積累可抑制組蛋白脫甲基酶，進而調(diào)控表觀的改變，介導免疫記憶[31]。除了葡萄糖代謝通路，其他代謝通路(如膽固醇合成通路)在人巨噬細胞形成免疫記憶的過程中同樣發(fā)揮重要作用。β-葡聚糖刺激后，膽固醇合成通路中的關鍵中間產(chǎn)物甲戊酸鹽(Mevalonate)是誘導形成免疫記憶的必要條件。因此，免疫細胞代謝重編程作為免疫刺激與表觀遺傳學的重要鏈接，是固有免疫記憶的機制之一。

4 小結(jié)與展望

以表觀遺傳修飾為機制、增強的細胞因子應答為特征的固有免疫記憶是多細胞動物的宿主防御的基本特征。其概念的提出豐富了免疫記憶領域的研究，并且為炎癥、宿主防御、腫瘤、疫苗等的研究提供了新的思路。然而在這個新興的領域仍有許多懸而未決的問題需要進一步探索：(1)固有免疫記憶形成的分子機制仍需全面深入闡述；(2)激發(fā)固有免疫記憶的物質(zhì)基礎是什么，其是否可作為調(diào)控固有免疫記憶的工具；(3)固有免疫記憶的識別機制，其識別是否存在類似獲得性免疫記憶的特異性；(4)固有免疫記憶在疾病發(fā)生中的作用仍需深入探索；(5)探索基于誘導或調(diào)控固有免疫記憶的治療疾病的方法，如何在疫苗設計中激活固有免疫記憶以增強疫苗的保護效果和抵抗感染或治療癌癥，如何在炎癥性疾病中調(diào)控或抑制固有免疫記憶的形成進而抑制疾病的發(fā)生發(fā)展。通過進一步深入研究，闡明固有免疫記憶的調(diào)控機制將為感染性疾病、免疫缺陷病及炎癥等疾病的發(fā)病機理研究以及新型疫苗的研發(fā)提供新視角。