Ⅰ型干扰素与细菌感染

刁 然，徐 峰，王选锭 综述

Ⅰ型干扰素与细菌感染

刁 然，徐 峰，王选锭 综述

(浙江大学医学院附属第二医院呼吸内科，浙江杭州310009)

干扰素(IFN)是免疫反应中重要的细胞因子。根据IFN作用受体的不同，IFN通常分为Ⅰ型IFN(主要包括IFN-α、IFN-β)和Ⅱ型IFN(IFN-γ)，Ⅰ型IFN主要通过IFN受体A(IFNAR)介导机体抗病毒反应。近年研究表明，Ⅰ型IFN在机体抗细菌感染中也起着重要作用。文中着重对Ⅰ型IFN信号通路介导的宿主免疫在利斯特菌、链球菌、结核杆菌、炭疽芽孢杆菌、军团菌、铜绿假单胞菌等细菌感染中的作用作一综述。

干扰素α/药理学;Ⅰ型IFN;天然免疫;信号转导;细菌感染

［JZhejiang Univ(Medical Sci)，2012，41(4):464-468.］

干扰素(interferon，IFN)是人类和动物细胞在对各种病原体刺激的应答中产生的具有多种功能的一类蛋白或糖蛋白。依据结构上和功能上的不同将干扰素分为两大类，它们与不同的细胞表面受体结合产生继发免疫反应。一般认为:Ⅰ型IFN是抗病毒的免疫调控因子，而Ⅱ型IFN在抗菌免疫中起重要作用。然而近年研究表明，Ⅰ型IFN在机体在宿主抗菌免疫应答中也起到重要作用，根据病原菌的不同，Ⅰ型IFN对宿主免疫起着有利或不利的效应［1］。作者分别阐述Ⅰ型IFN信号通路介导的宿主免疫，在利斯特菌、链球菌、结核杆菌、炭疽芽孢杆菌、军团菌、铜绿假单胞菌等细菌感染中所起的免疫调控作用。

1 Ⅰ型干扰素与天然免疫

高等动物免疫系统可分为天然免疫和获得性免疫两大系统。天然免疫系统是生物体在长期进化过程中所获得的有普遍性的重要防御机制，该系统在机体维持体内平衡、抵抗外来不良刺激时，是最早、最快发生应答的，Ⅰ型IFN在天然免疫应答中起着关键作用。

根据IFN受体(IFNR)的不同，IFN通常分为两型。其中Ⅰ型IFN主要包括IFN-α和IFN-β，在哺乳动物中，还包含 IFN-ω、IFN-κ 和 IFN-ε，通过IFN受体A(IFNAR)介导机体抗病毒反应;Ⅱ型IFN即IFN-γ主要作用于IFN受体G(IFNGR)，激活宿主抗细菌免疫。IFN-α、IFN-β和IFN-γ在体内由白细胞或淋巴细胞、成纤维细胞和受免疫刺激的T淋巴细胞产生。

Ⅰ型IFN受体包含两个亚基，IFNAR1和IFNAR2，Ⅰ型IFN与相应受体复合物结合后，由酪氨酸激酶前体(包括JAKI/蛋白酪氨酸激酶和TYK2/酪氨酸激酶2)启动信号转导，使IFNAR1磷酸化，并引起信号转导与转录活化因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)的聚集和磷酸化。STAT异二聚体和IFN调节因子9(interferon regulatory factor，IRF9)构成 IFN激活基因因子(IFN-stimulated gene factor，ISGF3)。上述复合物转移到细胞核内，与干扰素刺激应答元件(IFN-stimulated response element，ISRE)结合，诱导IFN刺激基因的表达，产生Ⅰ型 IFN反应［2］。近年来的研究表明，干扰素激活基因(interferon-stimulated gene，ISG)编码上百种产物，主要包括:双链 RNA激活的蛋白激酶(dsRNA-activated protein kinase R，PKR)、2-5A家族(family of 2'-5'-oligoadenylate synthases)及Mx GTP酶类(Mx GTPases)等，它们作为干扰素的效应分子通过不同的分子机制直接参与机体免疫反应［3］。

另外，IFN信号通路也存在负调控机制。目前研究证实有3个负性调控因子家族能够调节IFN信号:①细胞因子信号转导抑制因子家族(suppressor of cytokine signaling，SOCS)是JAK-STAT信号通路中特异性负调控因子，目前共发现8种;②活化STAT的蛋白抑制因子家族(protein inhibitor of activated STAT，PIAS)，能抑制相应的DNA结合活性和STATs介导的基因转录，从而能直接抑制JAKs的作用;③蛋白酪氨酸磷酸酶家族(protein tyrosine phosphatase，PTP)主要通过 JAK-STAT的酪氨酸残基去磷酸化导致通路的失活［4］。机体对IFN的应答及强度依赖于IFN作用的靶细胞、病原体的特性及其机体环境中细胞因子的复合作用。

2 Ⅰ型IFN与细菌感染

Ⅰ型IFN对抗病毒有重要的作用。近年来越来越多的研究表明，Ⅰ型IFN信号通路在细菌感染免疫中也发挥着重要作用，并且该信号通路对机体抗细菌反应的调控作用具有病原特异性。

2.1 单核细胞增生利斯特菌 (listeria monocytogenes，LM) LM是一种典型的胞内菌。野生型和溶血素缺乏的LM株感染宿主后都能磷酸化p38MAPK及干扰素转录因子2，激活宿主细胞的核转录因子(nuclear factor-κB，NF-κB)通路和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)反应;其中，野生菌株还可以启动Ⅰ型IFN反应通路，并且 LM诱发的 IFN-β反应独立于IRF3［5］。LM的6-磷酸葡糖酸内酯酶突变可致细胞 质 监 控 通 路 的 激 活，产 生 IFN-β［6-7］。Stockinger用LM感染Ⅰ型IFN的受体缺乏(IFNAR-/-)的小鼠，从感染小鼠的纯化脾脏细胞中得到的结果证明巨噬细胞有一个特殊的表面抗原，可以促使大量Ⅰ型IFN的合成，而浆细胞树突状细胞(plasmocyte dendric cell，pDC)则无此表面抗原，且研究显示小鼠体内产生Ⅰ型IFN的量与抗菌能力成反比［8］。Tam等在研究LM感染的模型中发现，相对于野生型小鼠，IFN-α/β 缺乏的小鼠可以产生更多的 IFN-γ，且IFN-α/β对于DC细胞的成熟具有抑制作用［9］。同时LM感染后产生的IFN-β可诱导小鼠巨噬细胞坏死;上调的IFN可激活天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶(caspase)及产生诱生型一氧化氮合酶(iNOS)等［10］。另外，Ⅰ型IFN还通过其它途径调控抗菌免疫反应。Ⅰ型IFN和白介素-12(IL-12)协同作用于CD4+T细胞使其产生IFN-γ，在LM感染后对于启动抗原特异性CD4+T细胞具有重要影响作用，Ⅰ型IFN或IL-12缺失使CD4+T细胞的IFN-γ表达量下降50%，但是对于CD8+T细胞的IFN-γ表达无影响［11］。Hansen 等发现，IFN-α 还可以促进IL-15的表达，IL-15对NK细胞的增生、存活、招募及对 T细胞的激活有着重要的影响［12］。

2.2 链球菌 肺炎链球菌鼻咽部定居可诱发Ⅰ型IFN产生和IFN所诱导的基因表达。肺炎链球菌感染改变了很多基因表达，如 JAK/STAT信号通路和许多 Ⅰ型IFN诱导基因，激活机体早期炎症反应［13］。Shahangian建立了流感病毒感染后继发细菌感染的小鼠模型，发现流感病毒感染5 d后，小鼠体内IFN-β表达增加;然后，用肺炎链球菌感染小鼠，发现增加的Ⅰ型IFN影响了感染早期细胞因子，如趋化因子角质形成细胞来源的趋化因子(keratinocyte-derived chemokine，KC)、巨噬细胞炎症蛋白2(macrophage inflammatory protein 2，MIP2)的生成，进而降低了中性粒细胞在肺部的募集和杀菌能力，削弱了机体清除肺炎链球菌的能力。上述研究证明，Ⅰ型IFN可增加小鼠对肺炎球菌感染的敏感性［14］。

此外，Xiao的实验显示:MAP3K基因突变可导致小鼠蛋白激酶Tp12产生障碍，Ⅰ型IFN生成减少，增加宿主对 B型链球菌的易感性［15］。Gratz用化脓链球菌感染小鼠建立的皮下蜂窝织炎模型表明:Ⅰ型IFN能成功地起到免疫防御作用［16］。

2.3 结核杆菌 与许多细胞内的病原菌一样，结核杆菌感染引起的一个重要反应是Ⅰ型IFN的激活，但是对于其识别路径仍然不清楚。对于IFNGR1缺乏且有播散性分枝杆菌感染的患者，给予低剂量IFN-α可以有效减轻分枝杆菌对肝、脾、后腹膜和盆腔淋巴结的破坏作用［17］。结核杆菌通过细菌肽聚糖促进细胞质中核苷酸偶联寡聚结构域(nucleotide binding oligomerization domain，Nod2)信号途径的激活，这种肽聚糖在Nod2/Rip2/IRF5路径中是一种有力的激动剂，促进Ⅰ型IFN表达。Nod2途径在IRF3缺失的情况下会被部分抑制。而TB-DNA激活途径却完全依赖IRF3这一转录因子［18］。Ⅰ型IFN对于结核杆菌的刺激做出反应需要ESX-1介导的分泌作用，而IFNAR-/-的小鼠对于脾脏中结核杆菌的生长具有更强的抑制作用［19］。

2.4 炭疽芽孢杆菌 炭疽芽孢杆菌具有很高的致死率，抗生素效果有限。体内试验中发现Ⅰ型IFN刺激因子聚肌胞(Poly-IC)对炭疽芽孢杆菌感染的小鼠是一种强有力的保护措施。在感染小鼠体内注入重组的IFN-β可以减少小鼠的死亡率，IFNAR-/-小鼠再给予Poly-IC，对小鼠死亡率无影响，说明这种保护性是由Ⅰ型IFN介导的［20］，核糖核酸酶 L(RNase-L)是RNA decay通路的一个最终成分，是IFN抗病毒反应的中介。RNase-L-/-的小鼠对于炭疽芽孢杆菌有更高的致死率，所以RNase-L是介导IFN抗细菌反应的一个重要效应分子［21］。

2.5 军团菌 军团菌是在宿主巨噬细胞内复制的格兰阴性菌，可致军团菌性肺炎。维甲酸诱导分化基因-1(retinoic acid-inducible gene I，RIG-I)和黑色素瘤分化相关基因5(melanoma differentiation-associated gene-5，MDA5)可以感知军团菌的RNA，引起Ⅰ型IFN反应。最新发现:一种新的效应蛋白SdhA，介导了Ⅰ型IFN对于军团菌抑制作用［22］。军团菌诱导Ⅰ型IFN表达依赖于IRF-3，但不是NF-κB。自分泌型Ⅰ型IFN可重新作用感染细胞，增强对细胞内军团菌的抑制［23］。Lippmann的小鼠军团菌肺炎模型表明:巨噬细胞通过干扰素基因刺激因子及干扰素启动子结合蛋白-3依赖途径分泌大量的IFN-β，这刺激干扰素基因的表达，正反馈产生大量的Ⅰ型IFN，无论是休眠期还是复制期的军团菌，这些Ⅰ型IFN都可作用于军团菌胞内的特殊空泡，发挥机体的自身防御反应［24］。

2.6 铜绿假单胞菌 体内实验证实，在IFN-(Toll-IL-1R domain-containing adaptor-inducing IFN-β，TRIF)敲除小鼠的肺泡和腹膜巨噬细胞中，调解活化正常T细胞表达和分泌的趋化因子(RANTES)的产生完全被抑制，TNF和KC表达降低，MIP-2和IL-1β产生减少，从而导致TRIF-/-小鼠对铜绿假单胞菌的清除功能受损。因此认为IFN-β在铜绿假单胞菌的感染免疫中是一个很重要的细胞因子［25］。

2.7 其它 Oliveira将106CFU的布鲁杆菌注入小鼠体内发现，对于布鲁杆菌的感染IFNAR-/-小鼠较野生型小鼠有更好的抵抗能力，认为Ⅰ型IFN在机体抵抗布鲁杆菌中起到负面作用［26］。Roux将布鲁杆菌注入小鼠体内，3 d后发现脾细胞内有炎症反应，Ⅰ型IFN和Ⅱ型IFN基因表达明显上调。在感染后的前4周，与野生型小鼠比较，IFNAR-/-小鼠的布鲁氏菌负荷并没有影响。上述实验提示:Ⅰ型IFN通路在该布鲁氏菌感染模型中并不起重要作用［27］。

弗朗西丝菌的毒力取决于它在宿主细胞质中复制能力。巨噬细胞细胞质的病原识别受体识别病原体后，激活复杂的免疫反应，释放炎症因子包括IL-1β和IL-18，激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1(caspase-1)依赖的细胞死亡。Henry等研究发现弗朗西丝菌可引起Ⅰ型IFN的反应，这对于caspase-1激活很重要，是炎症反应一个正向调控的例子。Ⅰ型IFN信号通路在弗朗西丝菌感染时激活抗菌免疫反应起重要作用［28］。

Moussawi的试验显示，Ⅰ型IFN在惠普尔病致病菌(T.whipplei)感染中起负性调控作用。感染T.whipplei的巨噬细胞通过IRF3的激活介导Ⅰ型IFN反应，导致细胞凋亡。用IFNAR-/-的小鼠巨噬细胞感染 T.whipplei，证实Ⅰ型IFN反应通过JNK依赖的途径诱导巨噬细胞凋亡［29］。

3 小结

对于Ⅰ型IFN的产生，复杂的信号通路及其功能研究目前已经取得了很大进展。Ⅰ型IFN是在抵抗感染中发挥作用的重要效应蛋白，既可以诱导更多的下游效应分子，又是连接天然免疫和获得性免疫的桥梁。然而，现有研究显示:Ⅰ型IFN通路对机体抵抗细菌感染的调控作用具有病原特异性。因此，如何进一步阐明Ⅰ型IFN信号通路在细菌感染免疫中的作用和相关分子调控机制是临床免疫学领域的重要问题。

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Type I interferon and bacterial infection

DIAO Ran，XU Feng，WANG Xuan-ding
(Department of Respiratory Medicine，The Second Affiliated Hospital，Zhejiang University School of Medicine，Hangzhou 310009，China)

Interferons(IFNs)are cytokines playing an important role in immune responses.Interferons are classified into two distinct types according to specific interferon receptors(IFNR).TypeⅠ IFNs include IFN-α and IFN-β，whereas IFN-γ is typeⅡ IFN.It is well known that typeⅠ IFNs have important roles in the host defense against viruses through activation of interferon receptor A(IFNAR).However，many recent studies have also demonstrated that typeⅠ IFNs have effects on immune responses to bacterial infection.This review focuses on the immune regulation of typeⅠ IFN-mediated signal pathways in bacterial infections such as listeria monocytogenes， streptococcus，mycobacterium tuberculosis，bacillus anthracis，legionella，pseudomonas aeruginosa and others.

Interferon-alpha/pharmacol;Type Ⅰ interferon;Innate immunity;Signal transduction;Bacterial infections

R 979.5

A

1008-9292(2012)04-0464-05

http:∥www.journals.zju.edu.cn/med

10.3785/j.issn.1008-9292.2012.04.018

2011-05-05

2011-11-12

国家自然科学基金资助项目(30871130);浙江省自然科学基金委杰出青年基金项目(R12H010004);2008年浙江省科技厅钱江人才项目基金(2008R10080).

刁 然(1986-)，女，硕士生.

王选锭(1965-)，男，主任医师，教授，从事临床微生物及抗感染的研究;E-mail:xudwang@mail.hz.zj.cn.

［责任编辑 黄晓花］