结核分枝杆菌逃逸免疫杀伤机制的研究进展

王飞雨，章 乐

·综 述·

结核分枝杆菌逃逸免疫杀伤机制的研究进展

王飞雨，章 乐

结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis, MTB)是典型的胞内致病菌，感染机体后主要寄居于宿主巨噬细胞内。巨噬细胞作为机体防御系统的第一道防线,可通过介导和调控自身及其他细胞凋亡而实现其免疫调节、免疫杀伤及清除病原菌的作用。MTB感染机体后可通过多种途径使巨噬细胞不能正常凋亡，借以逃避巨噬细胞的免疫监视及清除，继而在体内衍生繁殖。进一步探讨结核分枝杆菌逃逸宿主细胞的免疫杀伤机制，对宿主细胞抗结核免疫及人们更好地防治结核病具有深远影响。

结核分枝杆菌;巨噬细胞;逃逸机制

20世纪90年代以来,全球结核病的发病率全面回升，其病原菌——结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis,MTB)感染者约占全球总人口的三分之一，近几年随着耐多药MTB和HIV混合感染的流行，使结核病控制形势更加严峻，结核病已成为所有传染病中威胁人们生命健康的头号杀手。MTB感染机体后主要被宿主巨噬细胞吞噬，未被吞噬清除而潜伏下来的MTB也主要寄居在巨噬细胞内。在感染过程中,MTB与宿主巨噬细胞相互作用及相互适应，MTB可促使宿主巨噬细胞凋亡，诱导抗MTB感染的保护性免疫反应；此外，MTB的某些菌体成分或分泌的一些分子亦可遏制宿主细胞凋亡，借以逃避宿主巨噬细胞的免疫杀伤[1]。当前对结核病的分子发病机制了解的还不是很透彻，而进一步研究结核分枝杆菌抗宿主细胞凋亡及其免疫逃逸途径，有助于人们更好地认识结核病，本文主要就近年来有关该领域的相关研究成果做一概述。

1 结核分枝杆菌抑制巨噬细胞凋亡的结构基础

MTB胞壁中含有许多特殊脂类物质(分枝菌酸、磷脂、蜡质D等)，这种特殊的胞壁结构赋予了MTB在宿主细胞内寄生的能力，与此同时，MTB的致病性与它本身的一些菌体成分亦紧密相关[2]。Dao等[3]早前发现，甘露糖末端脂阿拉伯甘露聚糖(ManLAM)是一种大量表达于MTB细胞壁的特殊多糖结构，可阻止巨噬细胞蛋白激酶C(PKC)的活化、下调巨噬细胞中IFN-γ和HLA-DR-A基因的表达、诱导TGF-β的生成，ManLAM还可激活抗凋亡通路，亦能拮抗NO的促巨噬细胞凋亡作用；此外，ManLAM对宿主巨噬细胞凋亡的遏制还存在Ca2+依赖性，ManLAM可阻止Ca2+流入胞内，影响P53和Bcl-2的表达。致病性的MTB亦能够分泌利用ATP的酶——二磷酸核苷酸激酶(nucleoside diphosphate kinase,Ndk),经由P2z受体介导,促进MTB病原体在宿主内的繁殖[4]。

MTB感染机体后,不同毒力的MTB在宿主巨噬细胞内会有不同的命运。近年研究发现[5]MTB强毒株能通过抑制或降低宿主巨噬细胞的凋亡以逃避宿主细胞的杀伤，进而在体内繁殖、衍生。Keane等[6]早期用非致病性的堪萨斯分枝杆菌及不同毒力的MTB感染人肺泡巨噬细胞后，发现减毒或无毒株较毒力株相比能更加明显的诱导细胞凋亡，说明毒力可能是MTB逃避机体免疫清除不可忽视的因素。随后Riendeau等[7]用实验证实，MTB毒力株感染宿主巨噬细胞后可通过影响巨噬细胞内细胞因子(TNF-A、IL-10)的表达来影响宿主细胞的凋亡；Sly等[8]发现MTB强毒株感染宿主巨噬细胞后可诱导抗凋亡基因Mcl-1的高表达，并证实沉默Mcl-1L基因后，巨噬细胞凋亡率较前增加。Koziel等[9]进一步研究发现，MTB强毒株可阻滞细胞色素C的释放及caspase-3的活化，亦能上调抗凋亡基因(Bcl-2、Mcl-1)的表达，其中McL-1通过维持线粒体膜的稳定性、抑制细胞色素C的释放、抑制某些促凋亡基因(Bax、Bak)的表达来实现其抗凋亡作用。近年研究表明[10]存在于结核分枝杆菌RDZ区的MPT64抗原,在一些弱毒性的BCG菌株中缺失，提示MPT64抗原可能是一种毒力相关因子，其可能通过提高IL-10水平来发挥其凋亡抑制作用。

2 结核分枝杆菌的免疫逃逸机制

巨噬细胞是机体免疫防御的主要效应细胞，其通过一系列的免疫调节作用可有效的清除寄居于其内的MTB病原体，但仍有一部分病原体可逃避巨噬细胞的免疫杀伤，在不利于其存活的环境中衍生繁殖。MTB可通过以下几种途径逃逸巨噬细胞的免疫杀伤。

2.1 改变巨噬细胞的摄取方式 由于MTB细胞表面复杂的分子结构，巨噬细胞需要依赖不同的受体分子参与MTB的内化过程，这些受体主要有Toll样受体、补体受体(CR)、甘露糖受体(MR)、DC-SIGN分子、Fc受体和清道夫受体[11-12]。研究表明[13]，参与巨噬细胞识别内化MTB膜表面受体的不同，会诱发不同的炎症反应及胞内活化信号，最终导致MTB在宿主内的命运出现差异。在这些受体中，若MTB通过MR途径被宿主巨噬细胞识别，会致使补体受体所介导的Ca2+信号通路受到抑制，从而不能诱发宿主巨噬细胞的杀菌效应，以促使MTB在吞噬溶酶体内的繁殖[14]。同时MR介导的吞噬途径，亦可提供一个相对温和的初始内环境给MTB，以增强其在宿主细胞内的生存能力[15],最终躲避巨噬细胞的免疫杀伤。

2.2 阻止吞噬小体的酸化及吞噬溶酶体的形成 MTB可通过抑制吞噬小体的酸化阻止吞噬体的成熟，进而抑制吞噬溶酶体的形成，以利于MTB在细胞内的存活、增殖。此外，MTB细胞壁的物理结构及其分子组成的特殊性，可使它自身的pH值仍保持中性，发挥抵制吞噬小体酸化的作用[16]。吞噬体从成熟至与溶酶体融合是一个极其复杂而有序的过程，在此过程中MTB主要通过下列几种方式抑制吞噬溶酶体的形成。

2.2.1 结核分枝杆菌的特殊菌体蛋白作用 有报道表明[17-18]早期分泌型抗原靶6/培养滤液蛋白10(ESAT6/CFP10/MTSA10)和分泌型ATP1/2(secretion ATPase 1/2,SecA1/2)蛋白可通过阻止液泡GTP酶及ATP酶的积累、降低pH值，借以干扰吞噬体的成熟及其功能。另外，吞噬体中的MTB分泌的Ser/Thr蛋白激酶G(serine/threonine protein kinase G，PknG)，亦发挥了阻断吞噬体与溶酶体融合[17]的作用。

2.2.2 三磷酸磷脂酰肌醇分子(PI3P)的作用 三磷酸磷脂酰肌醇分子(PI3P)主要定位于早期内体和吞噬小体表面，其是巨噬细胞细胞膜的重要组成成分。MTB感染机体后可破坏PI3P分子的生物合成过程,阻断吞噬小体与溶酶体之间的正常融合[19]；其亦能分泌一种酸性磷酸酶SamP,SamP可使吞噬小体表面的PI3P分子发生水解，借以阻止吞噬小体表面PI3P分子的集聚[20]，最终达到抑制吞噬小体与溶酶体融合的目的。

2.2.3 TACO分子的募集 TACO分子(tryptophan aspartate containing coat protein)又称Coronin1，其仅在含有活性MTB的吞噬小体中表达，MTB可通过募集宿主细胞TACO分子于吞噬体膜上来抑制吞噬体与溶酶体的融合[21]。Noble等[22]证实宿主巨噬细胞吞噬MTB后，TACO分子会很快被募集至胞内，并在短时间内引起大量Ca2+涌入胞内，TACO分子感应到胞内Ca2+浓度变化后，引起钙调磷酸酶蛋白的活化，从而调节吞噬溶酶体的形成。

2.2.4 早内体标记物的滞留 巨噬细胞吞噬MTB后，先形成早期吞噬体再募集早内体标记物Rab5，随后吞噬体会将Rab5去除以募集晚内体标记物Rab7，一段时间作用后，吞噬体便会成熟并与溶酶体发生融合，从而获得较高浓度的酸性水解酶以利于MTB的清除；此外，MTB亦可通过干扰这一过程借以逃避巨噬细胞的免疫杀伤。有研究表明含有MTB的吞噬体能长期滞留早内体标记物Rab5，影响其募集晚内体标记物Rab7，促使吞噬体稽留在早内体阶段，以此妨碍其与溶酶体的融合[23]。

2.3 避免巨噬细胞氧依赖性杀菌系统的毒性效应 MTB虽可逃避溶酶体的杀伤，但活化的宿主巨噬细胞可形成呼吸暴发，生成大量代谢性自由基，借助强氧化和细胞毒作用有效地清除MTB[24]。研究发现MTB可通过以下方式抑制抗菌活化物ROS(reactive oxygen species)的毒性作用：1)MTB具有较厚的细胞壁，其细胞壁上富含的特殊成分能有效地抑制ROS[21]；2)MTB产生的超氧化物歧化酶(SodA、SodC)，过氧化氢酶(KatG)以及由AhpC、AhpD、SucB(DlaT)和Lpd组成的酶复合体都能够有效抵抗ROS[25]；3)MTB的DNA结合蛋白Lsr2能直接保护其免遭ROS的毒性作用[26]。早前研究发现在有氧呼吸作用下截短血红蛋白(trHbN)能催化降解NO的毒性[27]，以及由RNI系统产生的胍氨酸和一氧化氮，对MTB也有一定的杀伤和细胞毒作用，但MTB抑制RNS(reactive nitrogen species)毒性效应的方式还不是很清楚，具体机制还有待进一步明确。

2.4 干扰巨噬细胞对刺激应答的敏感性 巨噬细胞在抵抗MTB感染时也可作为抗原递呈细胞发挥重要作用。巨噬细胞通过胞吞途径将MTB抗原降解成免疫原性多肽，随后借助主要组织相容性复合体分子(major histocompatibility complex, MHC)的作用将有效成分呈递给特异性T细胞，此外，活化的T细胞亦能够分泌多种细胞因子(如IL-12、IFN-γ、TNF-α等)以进一步激活巨噬细胞吞噬杀伤能力，增强其抗原递呈功能。研究表明MTB可破坏抗原提呈过程，这一干扰过程主要包括抑制抗原的加工处理、抗原肽的卸载、MHC分子与内体的共定位等，另外，阻碍MHC-Ⅱ类分子的表达合成，可致使MTB持续阻止抗原的递呈过程，从而逃避巨噬细胞的免疫监视[28]。有研究者证实MTB细胞壁上能被TLR2识别的19 kD脂蛋白、Man-LAM等多种自身成分可减弱IFN-γ诱导的MHC-Ⅱ类分子的表达[11,29]，干扰巨噬细胞对刺激应答的敏感性。

3 总结与展望

MTB感染的后果以及结核病是否发生都与宿主巨噬细胞紧密相关，将宿主巨噬细胞作为抵抗MTB的研究靶点已成为当前的一个新走向，随着MTB全基因组序列的公布，以及成功筛选出的诸多与MTB逃逸宿主巨噬细胞免疫杀伤相关的基因，为有效杀灭MTB以及研制更为有效的新疫苗奠定了坚实的基础。同时众多的研究表明MTB逃逸宿主巨噬细胞的免疫监视及清除是极其错综复杂的过程，它可能由某一种逃逸机制单独引起，亦可能是多种机制协同作用的结果，这些逃逸机制对结核病的发生、发展及预后都有重要影响。因此了解宿主巨噬细胞在抗结核免疫过程中的作用以及明确与MTB免疫逃逸有关的杀伤机制，将有助于人们更好地寻得治疗和预防结核病的新方法及新对策。

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Zhang Le, Email:1257067540@qq.com

Progress in the mechanism ofMycobacteriumtuberculosisevasion from the immune killing

WANG Fei-yu,ZHANG Le

(DepartmentofPathophysiology,KeyLaboratoryofXinjiangEndemicandEthnicDiseases,MedicalSchoolofShiheziUniversity,Shihezi832000,China)

Mycobacteriumtuberculosis(MTB) is an intracellular parasite which resides mainly within macrophages. Macrophages are the first line of body's defense system, which complete their immune regulation, immune destruction and removal of pathogenic role by mediating and regulating themselves and other cellular apoptosis. In order to escape from immune surveillance of macrophage, MTB infection can prevent macrophages from normal apoptosis by a variety of ways and survival in the body of host. The mechanisms of immune evasion byMycobacteriumtuberculosishas a profound influence on the host cells killing MTB.

Mycobacteriumtuberculosis; macrophage; evasion mechanism

国家自然科学基金(No.81260241)

章乐，Email：1257067540@qq.com

石河子大学医学院病理生理学教研室，石河子大学“新疆地方与民族高发病”教育部重点实验室，石河子 832000

Supported by the National Science Foundation of China (No. 81260241).

10.3969/cjz.j.issn.1002-2694.2015.06.018

R363.1

A

1002-2694(2015)06-0579-04

2014-07-30；

2014-11-28