郝珊珊 侯彥強(qiáng) 彭亮

上海市松江區(qū)中心醫(yī)院檢驗(yàn)科，上海201600

在過(guò)去，人們認(rèn)為僅有適應(yīng)性免疫系統(tǒng)具有免疫記憶的特性，但這一傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)最近正受到挑戰(zhàn)。研究人員發(fā)現(xiàn)，固有免疫細(xì)胞在初次接觸病原體后，免疫反應(yīng)會(huì)發(fā)生改變，使機(jī)體能對(duì)再次刺激產(chǎn)生長(zhǎng)期的非特異性保護(hù)作用，這一概念被稱為“受訓(xùn)后免疫”或“固有免疫記憶”［1］。這一新概念的提出是對(duì)免疫系統(tǒng)的補(bǔ)充，同時(shí)也為研究人員對(duì)于疾病或疫苗的研發(fā)提供了一個(gè)嶄新的視角。本文主要對(duì)TI的發(fā)現(xiàn)、作用機(jī)制及其在疾病中的作用進(jìn)行綜述。

TI的發(fā)現(xiàn)及作用機(jī)制

研究發(fā)現(xiàn)，在一些在缺乏適應(yīng)性免疫反應(yīng)的生物體（植物、無(wú)脊椎動(dòng)物）以及脊椎動(dòng)物體內(nèi)，固有免疫系統(tǒng)中的細(xì)胞如自然殺傷細(xì)胞（NK）、單核/巨噬細(xì)胞（Mo/M?），具有免疫記憶的特點(diǎn)，這一觀點(diǎn)打破了人類對(duì)免疫系統(tǒng)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。研究發(fā)現(xiàn)固有免疫細(xì)胞（NK，Mo/M?）在初次接觸病原體后，可以長(zhǎng)期對(duì)再次入侵的相同或無(wú)關(guān)病原體作出免疫反應(yīng)，這種免疫反應(yīng)不依賴于記憶T細(xì)胞或B細(xì)胞的非特異性保護(hù)，研究人員將其稱為“受訓(xùn)后免疫”（trained immunity，TI），也稱為固有免疫記憶［1］。

越來(lái)越多的研究表明，在TI的發(fā)過(guò)程中，免疫細(xì)胞（Mo，M?）會(huì)發(fā)生代謝重編程［2］。代謝途徑既能為免疫細(xì)胞提供所需的能量，也為細(xì)胞的新陳代謝及功能分化等生命活動(dòng)提供基本的原料。在靜息狀態(tài)下，Mo/M?主要是通過(guò)氧化磷酸化獲取能量；在激活狀態(tài)下，其代謝過(guò)程由氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒跆墙徒猓╓arburg效應(yīng)）并產(chǎn)生大量的乳酸［1］。眾所周知，細(xì)胞通過(guò)對(duì)葡萄糖的攝取滿足活化M?的代謝需要，但機(jī)體內(nèi)的各種代謝途徑對(duì)TI誘導(dǎo)的影響直到最近才為人們發(fā)現(xiàn)［3］。糖酵解、三羧酸循環(huán)（TCA）、膽固醇合成、谷氨酰胺分解等代謝途徑是受訓(xùn)M?維持長(zhǎng)期性免疫功能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1、糖酵解途徑

TI的發(fā)生與細(xì)胞內(nèi)代謝途徑的改變有密切的關(guān)系，轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)分析表明代謝途徑，尤其是糖酵解在TI的發(fā)生中起重要作用。在給予小鼠β-glucan或者磷酸鹽緩沖液（PBS）刺激后的第7天，對(duì)小鼠的長(zhǎng)期造血干細(xì)胞（LT-HSCs）進(jìn)行RNA測(cè)序分析，結(jié)果顯示β-glucan干預(yù)組的細(xì)胞和PBS干預(yù)組的細(xì)胞相比有1 683個(gè)差異表達(dá)基因，利用創(chuàng)新途徑分析對(duì)差異基因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與糖酵解途經(jīng)相關(guān)的基因，在上調(diào)的基因中被過(guò)度表達(dá)［4］。真菌來(lái)源的β-glucan可以通過(guò)Akt/mTOR/HIF-1α通路誘導(dǎo)TI表型地發(fā)生，介導(dǎo)細(xì)胞代謝從氧化磷酸化向糖酵解轉(zhuǎn)變［5-6］。用β-glucan和RPMI體外刺激單核細(xì)胞，在刺激后的第3～7天，對(duì)兩組細(xì)胞通路的葡萄糖消耗量和乳酸的產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示β-glucan組細(xì)胞葡萄糖的消耗量和乳酸的生成量明顯高于RPMI組［6］。這一結(jié)論與活化的巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、TH1和TH17淋巴細(xì)胞從氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)樾柩跆墙徒獾臋z測(cè)結(jié)果一致，即經(jīng)培訓(xùn)的細(xì)胞會(huì)增加葡萄糖消耗量和乳酸的產(chǎn)量［7］。

2、三羧酸循環(huán)

TCA重構(gòu)是伴隨炎癥巨噬細(xì)胞活化的代謝適應(yīng)。在這一過(guò)程中，內(nèi)源性代謝物可以發(fā)揮調(diào)節(jié)炎癥的作用。比如琥珀酸可以調(diào)節(jié)IL-1β-HIF-1α軸促進(jìn)炎癥的發(fā)展。衣康酸通過(guò)抑制琥珀酸脫氫酶（SDH）調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞代謝與效應(yīng)功能。有研究發(fā)現(xiàn)，在脂多糖（LPS）刺激的巨噬細(xì)胞中誘導(dǎo)性一氧化氮合酶表達(dá)升高，并伴有炎癥細(xì)胞因子（IL-1β、IL-6、IL-18等）的分泌量增加，在使用衣康酸類似物（DMI）預(yù)處理的巨噬細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)上述的指標(biāo)表達(dá)或者分泌量均是下降的，由此證實(shí)衣康酸具有抗炎作用［8］。說(shuō)明免疫反應(yīng)基因1（IRG1）催化順-烏頭酸產(chǎn)生的衣康酸可以抑制SDH的活性從而中斷TCA進(jìn)而改善炎癥。這一結(jié)論在β-glucan誘導(dǎo)TI發(fā)生過(guò)程中也得以證實(shí)，TCA過(guò)程中的某些中間產(chǎn)物（比如衣康酸、琥珀酸、延胡索酸）以及某些限速酶（比如IRG1和SDH）等可能參與調(diào)控TI的發(fā)生。與RPMI組相比，LPS刺激的巨噬細(xì)胞中衣康酸和琥珀酸的產(chǎn)量顯著升高，延胡索酸的產(chǎn)量下降，IL-6和TNF-α的分泌量下降，IRG1表達(dá)量升高，SDH的表達(dá)量降低，β-glucan刺激的M?琥珀酸和延胡索酸的產(chǎn)量升高，IL-6和TNF-α的分泌量增加，IRG1表達(dá)量下降，SDH的表達(dá)量升高，而且在LPS與β-glucan共 刺 激 的M?中 發(fā) 現(xiàn)β-glucan可 以 通 過(guò) 抑 制IRG1表達(dá)以逆轉(zhuǎn)LPS誘導(dǎo)的免疫耐受［1，9-11］。上述內(nèi)容表明β-glucan誘導(dǎo)TI的發(fā)生與IRG1-衣康酸-SDH軸密切相關(guān)。

3、膽固醇合成途徑

2018年便有文章指出，膽固醇合成通路在β-glucan，oxLDL和卡介苗（BCG）誘導(dǎo)的TI中發(fā)揮重要作用，尤其是甲羥戊酸的生成［12］。在β-glucan干預(yù)的M?中加入他汀類抑制劑（如氟伐他?。┳钄郒MG-CoA向甲羥戊酸的轉(zhuǎn)化，發(fā)現(xiàn)再刺激細(xì)胞時(shí)細(xì)胞因子（TNF-α）的產(chǎn)生減少，乳酸產(chǎn)量也下降（糖酵解減少），這就表明切斷甲羥戊酸生成會(huì)導(dǎo)致β-glucan無(wú)法誘導(dǎo)TI形成，炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)量和乳酸產(chǎn)量是TI表型誘導(dǎo)成功的一個(gè)重要表現(xiàn)。該結(jié)論在oxLDL和BCG誘導(dǎo)的TI表型中也得以證實(shí)［12］。甲羥戊酸是影響TI誘導(dǎo)的關(guān)鍵代謝物，這不僅僅在體外實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證，在臨床患者體內(nèi)也得以驗(yàn)證。超免疫球蛋白D綜合征（HIDS）患者的單核細(xì)胞中存在甲羥戊酸激酶缺陷，因此，甲羥戊酸在細(xì)胞內(nèi)積累誘導(dǎo)TI的發(fā)生。與正常人相比，HIDS患者出現(xiàn)周期性無(wú)菌性炎癥，癥狀包括發(fā)熱、皮膚損傷、淋巴結(jié)病和關(guān)節(jié)痛［13］。在一些配體（LPS、P3C、MALP2等）的刺激下HIDS患者的白細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生更多的細(xì)胞因子（IL-1β、IL-6、TNF-α），這可能是甲羥戊酸積累誘導(dǎo)TI免疫表型所導(dǎo)致。這一結(jié)論在HIDS患者單核細(xì)胞進(jìn)行RNA-seq分析后也得到確認(rèn)［12］。由于單核細(xì)胞在外周血的生命周期較短，所以有研究人員猜想TI的誘導(dǎo)可能會(huì)影響骨髓的造血細(xì)胞，對(duì)給予β-glucan或者PBS刺激的小鼠LT-HSCs進(jìn)行RNA測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)β-glucan和PBS干預(yù)的細(xì)胞之間有1 683個(gè)差異表達(dá)基因，而且這些差異基因的創(chuàng)新途徑分析（IPA）結(jié)果顯示主要與膽固醇生物合成有關(guān)，特別是甲羥戊酸途徑［4］。由此可以發(fā)現(xiàn)膽固醇合成通路對(duì)誘導(dǎo)TI起關(guān)鍵作用。

4、谷氨酰胺分解

TI的形成過(guò)程除了涉及上述的糖酵解，TCA和膽固醇合成通路外，谷氨酰胺代謝途徑也參與其中［14］。在β-glucan和BCG誘導(dǎo)的TI中發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺代謝增加，而且在加入谷氨酰胺酶抑制劑BPTES后便阻斷了TI的誘導(dǎo)過(guò)程［15］。同時(shí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也加以證實(shí)了這種結(jié)論，給小鼠腹腔注射β-glucan，1周后注射LPS，LPS刺激4 h后，用ELISA檢測(cè)循環(huán)血液中細(xì)胞因子的分泌量，發(fā)現(xiàn)使用LPS再次刺激的β-glucan訓(xùn)練的小鼠血漿中IL-1β濃度明顯高于對(duì)照組［16］。更重要的是當(dāng)BPTES抑制谷氨酰胺分解后，評(píng)估TI誘導(dǎo)的指標(biāo)IL-1β的產(chǎn)量顯著下調(diào)。在上面的內(nèi)容我們已經(jīng)陳述糖酵解，TCA中的某些代謝產(chǎn)物及限速酶和膽固醇合成通路對(duì)TI的誘導(dǎo)起關(guān)鍵作用。有研究表明，谷氨酰胺分解可以促進(jìn)上述代謝途徑的加速，如谷氨酰胺代謝的中間產(chǎn)物能夠進(jìn)入TCA循環(huán)產(chǎn)成大量的蘋果酸，蘋果酸被轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿中用以生成丙酮酸，丙酮酸的大量合成以及mTOR-HIF-1α途徑的激活將進(jìn)一步促進(jìn)有氧糖酵解過(guò)程，進(jìn)而促進(jìn)TI的發(fā)生，并且谷氨酰胺分解是琥珀酸和延胡索酸的重要來(lái)源［5，9，17］。在對(duì)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系的研究中發(fā)現(xiàn)，谷氨酰胺促進(jìn)單核細(xì)胞中膽固醇的合成途徑?？傊?，這些數(shù)據(jù)表明除糖酵解，TCA和膽固醇合成途徑外，β-glucan誘導(dǎo)TI發(fā)生谷氨酰胺分解也是必不可少的代謝途徑。

TI在疾病中的研究進(jìn)展

在反復(fù)感染的背景下，TI對(duì)再次感染提供了強(qiáng)有力的保護(hù)，改善了膿毒癥動(dòng)物模型的病死率，給小鼠注射低劑量的白色念珠菌可免于隨后暴露于致命劑量念珠菌的傷害［14，18］。同樣，接種低劑量BCG的小鼠暴露于致命劑量的念珠菌時(shí)，可顯著降低病死率［14］。這些保護(hù)作用在適應(yīng)性免疫紊亂的小鼠模型中仍然存在。在一些炎癥性疾病中，如肥胖和動(dòng)脈粥樣硬化，M?與疾病的進(jìn)展密切相關(guān)。因此，M?是治療多種疾病的一個(gè)有趣的靶點(diǎn)［19］。Ldlr-/-（動(dòng)脈粥樣硬化模型）小鼠飼喂高脂飲食可誘導(dǎo)出現(xiàn)系統(tǒng)性炎癥，將飲食改為正常飲食后，這些小鼠炎癥水平雖可恢復(fù)正常，但其對(duì)于LPS刺激時(shí)分泌炎癥因子能力卻顯著高于正常飲食組小鼠，由此證明了高脂飲食也可誘導(dǎo)TI的產(chǎn)生［2］。體外，大量受訓(xùn)的M?的確揭示了一個(gè)動(dòng)脈粥樣硬化的表型，以增加促動(dòng)脈粥樣硬化細(xì)胞因子和趨化因子分泌量為特點(diǎn)，包括TNF-α、IL-6、單核細(xì)胞趨化蛋白1（MCP1）、MMP2和MMP9，增 加 泡 沫 細(xì) 胞 的 形 成［20］。此 外，在ApoE-/-小鼠體內(nèi)，連續(xù)4周使用超低劑量的LPS大大加劇了動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展，這與循環(huán)系統(tǒng)單核細(xì)胞的促炎重編程有關(guān)［21］。在健康受試者接種卡介苗后3個(gè)月，循環(huán)系統(tǒng)單核細(xì)胞表現(xiàn)出細(xì)胞因子生產(chǎn)能力的增加，以對(duì)體內(nèi)各種微生物的刺激作出反應(yīng)［14］。在母體中接觸乙肝病毒（HBV）會(huì)在新生兒中引發(fā)一種TI的狀態(tài)，其特征是當(dāng)臍帶血單核細(xì)胞接觸到各種不相關(guān)的細(xì)菌時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更多的促炎細(xì)胞因子。

討 論

有研究表明，TI的發(fā)生對(duì)于機(jī)體是具有兩面性的。一方面，TI能保護(hù)機(jī)體免受病原體的再次感染，預(yù)防手術(shù)部位感染，另一方面，TI誘導(dǎo)過(guò)程中所產(chǎn)生的一系列炎性反應(yīng)也可能會(huì)促進(jìn)某些疾病（肥胖、糖尿病、腫瘤）地發(fā)生發(fā)展［20，22-25］。當(dāng)然，TI的發(fā)現(xiàn)也為一些疾病的治療提供新的方向。如低劑量LPS訓(xùn)練的Mo可降低小鼠大腸桿菌所導(dǎo)致的腹膜炎病死率。BCG訓(xùn)練的Mo也可通過(guò)TI對(duì)膀胱癌起到治療的作用［14，26］。β-glucan通過(guò)逆轉(zhuǎn)免疫耐受中相關(guān)表觀遺傳組蛋白的修飾變化來(lái)降低內(nèi)毒素血癥患者體內(nèi)細(xì)胞因子水平。此外，TI也為新型疫苗設(shè)計(jì)、接種提供新思路［14，27-28］。

綜上所述，TI是把雙刃劍，如何維持其動(dòng)態(tài)平衡將是未來(lái)科研的重點(diǎn)。TI現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為人類重大疾病機(jī)制、新型疫苗設(shè)計(jì)、新型療法策略等提供新的探索角度。因此，對(duì)于TI進(jìn)行深入的研究是有必要的。