姚志鴻，張志芳，胡蘇潔，劉 慧，陳 祥,，徐正中,，焦新安,

(1.揚州大學(xué) 江蘇省人獸共患病學(xué)重點實驗室/江蘇省動物重要疫病與人獸共患病防控協(xié)同創(chuàng)新中心， 揚州 225009；2.揚州大學(xué) 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全生物性危害因子(動物源)控制重點實驗室，揚州 225009)

引發(fā)結(jié)核病的結(jié)核分枝桿菌是一種人獸共患胞內(nèi)病原菌，其可以采取多種免疫逃逸策略，如干擾吞噬溶酶體的形成、抑制自噬效應(yīng)、調(diào)控巨噬細胞凋亡以及抗原提呈效應(yīng)等，從而促進其胞內(nèi)存活[1]。

I型干擾素家族主要包括α-干擾素(IFN-α)和β-干擾素(IFN-β)在內(nèi)的多個不同成員組成。所有I型干擾素均可以被干擾素受體(interferon receptor,IFNAR)1和2亞基組成的異二聚體受體識別，通過信號傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄刺激因子(signal transducers and activators of transcription,STAT)1和2進而激活干擾素刺激基因(interferon stimulated gene,ISG)家族[2-3]。研究證明Ⅰ型干擾素有利于結(jié)核分枝桿菌對宿主的感染和致病過程，但也有報道顯示其可以誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生針對細菌的免疫應(yīng)答，因此I型干擾素在結(jié)核分枝桿菌感染過程中具有參與感染和抗感染的兩面性。結(jié)核病對全球公共衛(wèi)生的重大威脅以及多耐藥菌株的出現(xiàn)[4]，需要采取更有效的防控策略進行應(yīng)對。破譯結(jié)核感染過程中I型干擾素及其信號通路的調(diào)控機制將有助于理解結(jié)核病的致病和免疫機制，從而為干預(yù)這一重要因子實現(xiàn)趨利避害提供新思路。現(xiàn)就I型干擾素在結(jié)核感染中的免疫調(diào)控功能作一綜述。

1 I型干擾素為活動性結(jié)核的標識并加劇結(jié)核致病過程

近年來，較多研究在患者樣品中檢測到高水平I型干擾素，表明I型干擾素可能為活動性結(jié)核的重要標識。結(jié)核病患者的早期感染階段，I型干擾素α/β受體信號下游基因在活動性結(jié)核病患者的血液中明顯上調(diào)表達[5]。在不同地理區(qū)域、具有不同遺傳背景和流行病學(xué)背景的患者中也證實了這一發(fā)現(xiàn)。在南非結(jié)核病患者中的調(diào)查顯示，潛伏性結(jié)核感染(Latent TB infection,LTBI)患者、活動性結(jié)核患者相較于健康人群，其血漿IFN-α表達顯著上調(diào)，并且ISG轉(zhuǎn)錄活性更強[6]。另一項在264名印度新德里結(jié)核患者的研究中，未經(jīng)治療的結(jié)核病患者IFN-α基因表達水平較健康人群更高[7]。同時在發(fā)展為活動性結(jié)核的患者早期檢測中，也發(fā)現(xiàn)干擾素刺激基因(包括STAT1、IFITs、GBPs、MX1、OAS1、IRF1等)的表達水平上調(diào)[8-9]。鑒于活動性結(jié)核早期I型干擾素應(yīng)答的活化，或許可以作為診斷靶標，通過監(jiān)測I型干擾素應(yīng)答水平了解疾病發(fā)展階段。

結(jié)核分枝桿菌感染過程中I型干擾素應(yīng)答對宿主的免疫調(diào)控作用被廣泛研究，I型干擾素可能加劇結(jié)核分枝桿菌的致病過程，并在小鼠和人的系列研究中被廣泛證實。Zhang等[10]報道由IFNAR1基因突變而導(dǎo)致的I型干擾素信號受損反而增強了患者對結(jié)核病的免疫抵抗力。利用小鼠模型研究顯示，具有結(jié)核分枝桿菌易感遺傳背景(A129，129S2)小鼠的IFNAR缺陷可提高HN878超強毒株感染后的存活率[11]。另外有研究表明持續(xù)且高水平的I型干擾素應(yīng)答在加劇小鼠結(jié)核病方面起著不利作用[12]。在缺失GM-CSF信號的情況下，I型干擾素可以誘導(dǎo)中性粒細胞胞外陷阱(neutrophil extracellular trap，NET)形成，從而促進分枝桿菌生長和病理損傷[13]。小鼠和人的體內(nèi)外試驗均表明I型干擾素能抑制IL-1α、IL-1β以及TNF-α等防御結(jié)核感染的重要細胞因子表達[14]，并且限制前列腺素E2以導(dǎo)致感染細胞壞死，從而增強細菌擴散傳播[15]。Depaus等[16]報道TNF-α和IL-12等其他促炎細胞因子的表達也會受到外源性IFN-α或IFN-β的負調(diào)控。I型干擾素可以在體外誘導(dǎo)巨噬細胞產(chǎn)生免疫抑制細胞因子IL-10[17]，并因此增加小鼠易感性且抑制IL-12和TNF-α的分泌[18]。有研究表明，高水平的I型干擾素表達不僅僅抑制促炎細胞因子，還影響Th1輔助細胞的免疫應(yīng)答反應(yīng)[19-20]。I型干擾素還被證明可以促進肺泡巨噬細胞的早期細胞死亡，并促進髓樣細胞的局部積聚，致使感染和肺部炎癥的擴散[21]。鑒于I型干擾素在結(jié)核感染中的負面作用，或許具有作為抗結(jié)核藥物靶標的潛力，還需進一步探究。

2 I型干擾素及信號通路促進宿主抗結(jié)核免疫應(yīng)答

與先前認為結(jié)核分枝桿菌誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生I型干擾素以促進其致病過程的觀點相反，近來多項研究表明，在某些情況下I型干擾素還可以誘導(dǎo)宿主免疫防御功能，從而對結(jié)核分枝桿菌產(chǎn)生不利影響。I型干擾素家族中IFN-α和IFN-β被證實在結(jié)核感染中均具有宿主免疫保護效應(yīng)。聯(lián)合使用IFN-α與PGE2后，結(jié)核分枝桿菌抗原刺激的患者外周血單核細胞產(chǎn)生自噬水平顯著增強[22]。通過IFN-α和牛分枝桿菌卡介苗的加強免疫策略可以誘導(dǎo)Th1型細胞因子表達(IFN-γ、IL-12、TNF-α、IL-17)，并降低胞內(nèi)菌量[23]。小鼠I型干擾素受體基因缺失將導(dǎo)致肺部細菌載量增多和病理損傷加重，而且Ifngr-/-Ifnar-/-雙基因缺失小鼠與Ifngr-/-單基因缺失小鼠相比更易被感染[24]。此外，胞質(zhì)DNA傳感器環(huán)狀GMP-AMP合酶(cyclic GMP-AMP synthase,cGAS)和干擾素基因刺激因子(stimulator of interferon genes,STING)基因敲除小鼠巨噬細胞的IFN-β轉(zhuǎn)錄水平較低，并且其細菌載量和死亡率顯著高于正常小鼠[25]。

Banks等[26]報道I型干擾素通過誘導(dǎo)巨噬細胞表達NO，從而有效殺傷入侵結(jié)核分枝桿菌。cGAS-STING-TBK1-IRF3/7 通路誘導(dǎo)的IFN-β可以有效清除小鼠體內(nèi)分枝桿菌感染[27]。此外，即便在IFN-γ信號缺失的情況下，I型干擾素也在小鼠結(jié)核感染中發(fā)揮了不可或缺的作用[28]。I型干擾素具有促進炎性因子表達、活化免疫細胞的作用，相應(yīng)結(jié)核分枝桿菌組分及I型干擾素本身具有作為結(jié)核疫苗佐劑的潛力，其應(yīng)用價值和前景還需進一步評價。

3 結(jié)核分枝桿菌感染過程中I型干擾素的表達及通路活化

較多體內(nèi)外試驗均已證實結(jié)核分枝桿菌能夠誘導(dǎo)I型干擾素表達并發(fā)揮免疫調(diào)控功能，并且其信號通路和分子機制已被多數(shù)研究者初步探明。Banks等[26]報道I型干擾素應(yīng)答與結(jié)核分枝桿菌菌株毒力和宿主易感性有關(guān)，恥垢分枝桿菌與結(jié)核分枝桿菌強毒株(CDC1551、H37Rv)相比，可以誘導(dǎo)更高水平的I型干擾素應(yīng)答。有研究使用結(jié)核分枝桿菌的強毒臨床分離株(包括HN878，W4和CDC1551)感染小鼠，結(jié)果顯示毒力更強的HN878和W4株誘導(dǎo)較高水平的I型干擾素[11]。還有研究認為誘導(dǎo)較高水平I型干擾素的結(jié)核分枝桿菌菌株可能毒力更強，由于IL-12依賴的宿主Th1應(yīng)答減弱[29]，而該效應(yīng)會對宿主造成有害影響，這一特性依賴于結(jié)核分枝桿菌毒力因子ESAT-6分泌系統(tǒng)-1(ESX-1)[20]。以上研究都顯示I型干擾素表達水平與結(jié)核分枝桿菌毒力呈正相關(guān)。

結(jié)核分枝桿菌誘導(dǎo)I型干擾素表達的信號通路主要包括TLR4介導(dǎo)的TRIF-TBK1-IRF3通路，以及胞內(nèi)分枝桿菌或線粒體DNA介導(dǎo)的STING-TBK1-IRF3通路。Carmona等[30]報道宿主免疫細胞表面及胞內(nèi)模式識別受體可以直接識別結(jié)核分枝桿菌組分以誘導(dǎo)I型干擾素轉(zhuǎn)錄。此外，結(jié)核分枝桿菌感染宿主細胞后，在胞內(nèi)釋放的分枝桿菌DNA或細胞線粒體DNA可被胞液傳感器cGAS識別，產(chǎn)生環(huán)狀二鳥苷酸-腺苷酸(cyclic di-GMP-AMP，cGAMP)，進而活化STING-TBK1-IRF3信號通路進而誘導(dǎo)I型干擾素表達[12]。胞質(zhì)DNA傳感器cGAS對啟動抗結(jié)核感染的干擾素應(yīng)答是必不可少的，且依賴于ESX-1VII型分泌系統(tǒng)[31]，其細菌DNA與cGAS結(jié)合后，cGAS隨后激活STING-TBK1-IRF3途徑，導(dǎo)致I型IFN基因轉(zhuǎn)錄上調(diào)[32]。隨后，釋放的I型干擾素可以通過與細胞表面IFNAR1-IFNAR2異源二聚體受體結(jié)合，進而活化STAT二聚體化并誘導(dǎo)下游干擾素刺激基因(ISG)轉(zhuǎn)錄[33]。cGAS-STING-TBK1途徑是天然免疫細胞識別進入胞漿的病毒和細菌病原體的主要途徑，但包括結(jié)核分枝桿菌在內(nèi)的不同細菌進化出了不同的機制來啟動這一應(yīng)答[34]。結(jié)核分枝桿菌誘導(dǎo)I型干擾素應(yīng)答的能力與一系列因素存在相關(guān)性，尤其是菌株背景差異，但其他的一些因素，如宿主本身是否存在影響仍未知。

4 結(jié)核分枝桿菌組分對I型干擾素應(yīng)答的調(diào)控作用

I型干擾素的免疫防御功能可能不利于結(jié)核分枝桿菌的感染及胞內(nèi)存活，結(jié)核分枝桿菌采取一系列策略進而下調(diào)宿主I型干擾素應(yīng)答水平。一方面，結(jié)核分枝桿菌通過抑制I型干擾素誘導(dǎo)信號通路活化及其轉(zhuǎn)錄表達，如結(jié)核分枝桿菌及其TLR2配體可以抑制TLR9依賴的I型干擾素表達(圖1中的A)和MHCI類抗原交叉提呈[35]。結(jié)核分枝桿菌磷酸二酯酶可以通過水解細菌來源的c-di-AMP和宿主來源的cGAMP而抑制STING通路的活化，進而下調(diào)I型干擾素表達(圖1中的B)[36]。另一方面，結(jié)核分枝桿菌還可以通過多種途徑抑制I型干擾素受體信號通路活化以及下游一系列干擾素刺激基因(ISG)的表達。研究表明，結(jié)核分枝桿菌通過抑制I型干擾素介導(dǎo)的酪氨酸激酶(tyrosine kinase 2,TYK2)和Janus激酶(Janus kinase 1,JAK1)的激活和下游STAT1和STAT2磷酸化，從而影響宿主細胞I型干擾素刺激基因轉(zhuǎn)錄譜[26](圖1中的C)。有報道顯示結(jié)核分枝桿菌可以通過IL-10依賴的途徑誘導(dǎo)STAT3活化，并下調(diào)iNOS表達和NO合成[37]，且IFN-α/β誘導(dǎo)的STAT3的激活可以下調(diào)I型干擾素介導(dǎo)的IP-10表達。更重要的是，STAT3隔離STAT1并抑制DNA結(jié)合的STAT1同源二聚體的形成[38](圖1中的D)。結(jié)核分枝桿菌抑制I型干擾素信號通路，從而促進胞內(nèi)存活和實現(xiàn)持續(xù)感染，這可能是結(jié)核分枝桿菌免疫逃逸策略之一，但是目前的機制研究還不全面，還需繼續(xù)深入探究。

圖1 結(jié)核分枝桿菌調(diào)控宿主I型干擾素信號通路Figure 1 Regulation of type I interferon pathway during Mycobacteriumtuberculosis infection

5 總結(jié)

雖然I型干擾素在宿主抵御病毒感染過程中被認為發(fā)揮積極作用，但其在細菌感染中的作用并不完全清楚，并且因細菌類型和感染部位的不同而有所差異。越來越多的研究證明I型干擾素在結(jié)核分枝桿菌感染中發(fā)揮著重要的作用，但是矛盾的是I型干擾素似乎同時充當著促進感染致病和免疫防御的雙面角色，其分子機理仍有待深入探究。目前普遍認為持續(xù)高水平的I型干擾素會抑制宿主的免疫防御而有利于結(jié)核感染，結(jié)核感染前期低水平的I型干擾素可以誘導(dǎo)免疫保護細胞因子的分泌表達，發(fā)揮一定的抗結(jié)核感染作用，因此I型干擾素在不同感染階段、不同水平條件下，呈現(xiàn)不同的免疫調(diào)控功能。另外，鑒于試驗?zāi)Ｐ偷牟煌?，相關(guān)文獻報道出現(xiàn)差異甚至相反的試驗結(jié)果，因此需要更多體內(nèi)外試驗來佐證這些觀點。

結(jié)核分枝桿菌通過宿主細胞表面及胞內(nèi)不同識別受體，一方面活化TRAF-TBK1-IRF3、STING-TBK1-IRF3應(yīng)答信號通路，誘導(dǎo)宿主I型干擾素表達，隨后通過IFNAR-JAK1/TYK2-STAT信號通路，促進下游I型干擾素刺激基因的轉(zhuǎn)錄表達；另一方面為了保證其在宿主細胞內(nèi)的存活及增殖，進化形成一系列免疫逃逸策略，抑制I型干擾素信號通路中關(guān)鍵信號分子活化，調(diào)控I型干擾素應(yīng)答水平。但是目前關(guān)于結(jié)核分枝桿菌哪些組分參與調(diào)控宿主I型干擾素應(yīng)答還不十分明確，通過各種有效的篩選技術(shù)，如轉(zhuǎn)座子突變庫、CRISPR-Cas9突變庫等繼續(xù)探尋結(jié)核分枝桿菌效應(yīng)組分，將為深入理解結(jié)核分枝桿菌逃逸宿主免疫應(yīng)答的分子機制，為抗結(jié)核藥物靶標篩選及疫苗研制具有重要意義。