Dectin-1与真菌β-葡聚糖介导的天然免疫

[摘要] β-葡聚糖是真菌胞壁的主要多糖成分。天然免疫系统识别这一成分后触发髓系细胞的免疫应答反应，杀伤和清除入侵微生物。该文主要介绍天然免疫细胞的模式识别受体dectin-1 与β-葡聚糖的特性以及它们通过何种信号传导途径激活天然免疫系统。对β-葡聚糖和dectin-1的研究必将为研制抗真菌免疫制剂和抗真菌药物靶点提供崭新的思路。

[文献标识码] A

[文章编号] 1674-1293(2015)04-0277-03

DOI：10.11786/sypfbxzz.1674-1293.20150411

基金项目：全军医学科技青年培育项目（14QNP010）

作者单位：100700 北京，北京军区总医院全军皮肤损伤修复研究所（祝贺，吕雪莲，杨蓉娅）

作者简介：祝贺，副主任医师，研究方向：医学真菌学，E-mail: salinnazhu@163.com

通讯作者：杨蓉娅，E-mail: yangrya@sina.com

The relationship between dectin-1 and innate immune induced by fungal β-glucans

ZHU He，LV Xue-lian，YANG Rong-ya

Institute of Skin Damage and Repair, General Hospital of Beijing Military Command, Beijing 100700, China

[Abstract] Polysaccharide such as β-glucans is the major component of fungal surfaces. Recognition of these molecules by the innate immune system triggers inflammatory responses and activation of microbicidal mechanisms mediated by myeloid cells. This review will depict in details how the property of β-glucans and their receptor dectin-1 contributes to its immunostimulating effect in hosts and the potential uses of β-glucans by elucidating the dectin-1 signal transduction pathway. These studies will undoubtedly open a new research area on their potential therapeutic applications, including immunostimulants for antifungal agents.

[Key words] Fungal；β-glucans；Innate immune；Dectin-1 signal transduction pathway

[J Pract Dermatol, 2015, 8(4):277-279]

地球存在超过10万种真菌，但真正能引起人类致病，特别是免疫系统正常的人体致病的真菌种类并不多。一些条件致病真菌只有在机体免疫系统发生变化或物理屏障功能遭到破坏时，才能致病。然而，事实上在近几十年时间里，由于医学干预、免疫抑制疗法的应用和艾滋病的盛行，这种条件致病菌的感染正在显著上升。每年全球大约新增隐球菌感染者100万例，而念珠菌已上升至院内败血症致病菌的第4位 [1]。即使不断有新的抗真菌药物问世，但这类感染仍有较高的病死率和不良的预后。曲霉导致的系统感染的病死率高达80%，是血液肿瘤患者最可怕的并发症之一。近20年时间里，有关宿主的免疫应答及天然和获得性免疫机制研究已经成为热点。

天然免疫反应（innate immune response）主要是通过吞噬细胞（phagocytic cell），如巨噬细胞、中性粒细胞，摄取并杀死入侵的病原体，之后通过分泌细胞因子和趋化因子激活获得性免疫系统（adaptive immune system）。宿主对入侵微生物的识别依赖于原始的生殖系编码的模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）。PRR可以识别对于微生物来说高度保守而又极为重要的分子模式。目前我们了解最多的PRR家族是Toll样受体（Toll-like receptors，TLR），它可以识别细菌和病毒，并诱发免疫反应的信号通路 [2,3]。除TLR外，Nod样受体（Nod-like receptor）和膜相关C型凝集素（C-type lectin）也是重要的模式识别受体。其中C型凝集素家族中最重要的受体是dectin（DC-associated C-type lectin）-1，它由髓性细胞表达，是自然杀伤细胞受体样C型凝集素家族的一员。真菌感染之所以能被宿主细胞的受体识别并免疫杀伤， dectin-1起到了至关重要的作用 [4]。而dectin-1的识别物即为真菌细胞壁的组成成分β葡聚糖（β-Glucans）。

1　β-葡聚糖的结构与生物学活性

β-葡聚糖有是含有β(1,6)-侧链的β(1,3)-葡聚糖聚合物。从担子菌和子囊菌中提取的具有免疫活性的β-葡聚糖大多是由β(1,3)-结合而构成的。侧链虽然都是由β葡聚糖的 l 个残基构成的，但是因菌种类的不同而存在很大差异。残基的种类与多少，直接影响β葡聚糖的各种生物学活性。β-葡聚糖有3种结构式：三螺旋、单螺旋和不规则螺旋。这3种结构式可以相互转化，三螺旋在NaOH等碱性条件下支链被打开，变成单螺旋结构，而单螺旋在HCl等酸性条件下可以变为不规则螺旋，在加热或渗析条件下不规则螺旋结构又重新恢复为三螺旋结构 [5,6]。三螺旋和单螺旋结构谁能更多的发挥免疫刺激作用，目前仍是一个有争议的问题。β-葡聚糖的结构越复杂，其免疫调节和抗癌作用就越强。β(1,3)-葡聚糖因为有高分子量和复杂的β(1,6)-侧链链接，对鼠的巨噬细胞有明显的刺激作用。高分子量（＞450 kDa）的β-葡聚糖就比低分子量的葡聚糖有更好的诱导巨噬细胞分泌肿瘤坏死因子（TNF）-α的作用 [7]。

β-葡聚糖分为可溶性和非可溶性两类。普遍的研究认为：非可溶性微粒结构的β-葡聚糖可以通过dectin-1这一通路激活鼠的树突状细胞和巨噬细胞产生TNF-α、白细胞介素（IL）-6和活性氧（ROS），或作为一种抗原提呈，刺激细胞和体液免疫，使细胞对微粒结构的β-葡聚糖进行抗原包埋 [8]；而水溶性的虽然也可以与这两种细胞结合，但却没有激活作用 [9]。然而，Hino等 [10]报道了巨噬细胞在吞噬了微粒结构的β-葡聚糖后，微粒结构的β-葡聚糖被活性氧分解成可溶性的β-葡聚糖并释放到间质中，而这些释放物又刺激了巨噬细胞的活化。

β-葡聚糖属于病原相关分子模式（pathogenassociatedmolecular patterns，PAMP），通过识别与其相对应的PRR来介导免疫刺激应答。这些PRR包括dectin-1，补体受体3（complement receptor 3，CR3），TLR2，TLR4，TLR6，清道夫受体，CD5和乳糖酶基鞘氨醇受体等 [11]。这些受体主要表达于单核/巨噬细、树突状细胞、中性粒细胞、NK细胞、嗜酸粒细胞和Gr-1 +细胞的表面。另外，β-葡聚糖受体还可表达于一些非免疫细胞的表面，如内皮细胞、成纤维细胞 [12]。目前研究最多的也是最重要的受体是dectin-1。

2　dectin-1的结构与功能

dectin-1是一种Ⅱ型跨膜受体，属于非Toll样模式识别受体，是自然杀伤细胞受体样C型凝集素家族中的成员之一。它的结构与自然杀伤细胞受体样C型凝集素家族中的其他成员类似，主要由胞外段的C型凝集素样区域（C-typelectin like domain, CTLD）、跨膜结构域以及胞内段免疫受体酪氨酸活化（immunoreceptor tyrosine-based activation motif, ITAM）基序组成。小鼠的dectin-1主要有两种异构体：一种是全长A型，另一种是无短茎的B型，可特异性识别β(1,3)-和β(1,6)-连接的葡聚糖，甚至整个酵母菌颗粒 [13]。dectin-1主要表达于髓系细胞，包括单核/巨噬细、树突状细胞以及中性粒细胞的表面。另外，部分T淋巴细胞上也有少量的表达。人类B淋巴细胞和嗜酸粒细胞的表面也有dectin-1的表达 [14]。

β-葡聚糖与dectin-1的结合主要由CTLD介导，而这种糖类识别的机制尚需进一步的研究。除此之外，dectin-1还能够识别分枝杆菌表面的配体，对于这种相互作用的机制并不十分清楚，推测可能是由一些内源性的分子所介导的。研究发现，dectin-1除了能够识别β-葡聚糖之外，还能够识别CD4 +和CD8 +T淋巴细胞表面的内源性配体，从而促进T淋巴细胞的增生 [15]。dectin-1是主要但非惟一的β-葡聚糖受体，其他一些受体如CR3、乳糖酶基鞘氨醇受体、清道夫受体等也能够和β-葡聚糖结合。

3　dectin-1与β-葡聚糖在真菌免疫反应中的作用

尽管真菌和β-葡聚糖的体积及分子量比较大，但仍可以被淋巴结内的M（microfold）细胞所吞噬，并与巨噬细胞和树突状细胞相互作用，刺激机体的系统性免疫应答。高等动物的天然免疫细胞的PRRs 主要是dectin-1受体系统，它是真菌侵袭后的首道关卡，同时还具有抗癌和提升免疫系统功能的作用。

dectin-1在抗真菌感染免疫以及β-葡聚糖介导的免疫调节中起到至关重要的作用，同时参与了自身免疫疾病的诱发。dectin-1可识别多种不同的真菌，包括酵母菌、念珠菌、球孢子菌、肺囊虫等。识别β葡聚糖后，dectin-1通过刺激树突状细胞的成熟和巨噬细胞的活化，产生趋化因子及炎症因子，同时激活RBL-2H3肥大细胞的脾酪氨酸激酶（Syk），进而引发各种细胞免疫应答，实现抗真菌免疫。最新的研究显示，如果敲除dectin-1基因或dectin-1信号通路被受体激动剂凝胶多糖所干扰或阻断，髓系细胞的吞噬和杀伤真菌的功能将受到显著抑制 [16]。dectin-1通路的激活参与了真菌诱发的天然免疫。烟曲霉能够诱导非免疫抑制患者发生超敏反应，包括过敏性肺炎、哮喘等。这与肺泡巨噬细胞高表达dectin-1以及dectin-1通路的活化有明显联系。dectin-1介导的免疫反应还能够诱发自身免疫性疾病：如β-葡聚糖可诱导SKG小鼠发生类风湿性关节炎，而阻断dectin-1通路后又可阻止该疾病的发生发展 [17]。

当然，dectin-1必须与其他受体共同协作才能完成抗原识别过程。比如真菌细胞壁的其他组分就是被dectin-2、Mincle、TLR等所识别。有研究指出，TLR2和dectin-1的协作才实现了对酵母多糖（zymosan）的识别。最新研究发现硫代乙酸钠所诱导的dectin-1缺失的巨噬细胞中，β-葡聚糖诱导细胞因子生成的过程被大部分阻断，巨噬细胞几乎无法表达TNF、IL-12和IL-10，但是呼吸爆发（respiratoryburst）仍维持正常；在dectin-1缺失的中性粒细胞中，呼吸爆发也仅是程度减弱。因此，研究者推断细胞对酵母多糖的识别和结合应该另有其他信号通路来联合完成 [18]，可能是由dectin-1非依赖性的分子机制即接头分子（adaptor molecule）MyD88依赖性的分子机制所介导。这说明在髓系细胞表面除了dectin-1对β-葡聚糖识别之外，还有一些重要的受体参与了识别和反应。

4　展望

宿主对于真菌的天然免疫应答涉及复杂的协同作用。不同PRR识别不同的真菌病原体分子模式，激发不同细胞因子的生成。真菌β-葡聚糖发挥着机体免疫活化、体内抗真菌和抗肿瘤等作用，但如果没有它的主要受体dectin-1，抗真菌侵袭的免疫应答也很难有效启动。大量研究表明，β-葡聚糖与受体作用的方式影响着这些糖类的免疫调节活性。由于临床上大量免疫缺损患者对真菌表现出更高的易感性，因此，这方面研究的潜在应用价值非常巨大。未来，这种受体或配体之间的相互作用关系将是抗真菌免疫机制的研究重点。同时，dectin-1与其他天然免疫受体间的协同抗真菌的作用机制，也可能是免疫调节治疗的新策略或抗真菌药物的新靶点。

【参 考 文 献】

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（收稿日期 2014-12-13 修回日期 2015-04-29）

（本文编辑 敖俊红）

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