结核分枝杆菌免疫逃避机制研究进展

陈伟伟，张冉冉，曹 雯，陈 晋

结核分枝杆菌免疫逃避机制研究进展

陈伟伟，张冉冉，曹 雯，陈 晋

结核病(Tuberculosis TB)主要由结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis，Mtb)感染引起，结核分枝杆菌在机体中长期存在与其逃避机体免疫杀伤机制密切相关。已发现的结核分枝杆菌免疫逃避机制包括阻止巨噬细胞吞噬溶酶体的成熟及酸化，抑制氧化应激反应，抑制细胞凋亡及自噬等。结核分枝杆菌逃避宿主免疫杀伤的机制错综复杂，目前尚未完全明了，本文就结核分枝杆菌免疫逃避机制做一综述，为其深入研究提供参考。

结核分枝杆菌；逃逸机制；免疫杀伤

结核分枝杆菌在与宿主长期相互作用下，有些能逃避宿主的免疫杀伤从而在宿主细胞中长期存在，即形成一系列免疫逃避机制，这给结核病的防治带来极大的阻碍。结核分枝杆菌是胞内寄生菌，主要通过飞沫经呼吸道传播，感染人体后，先经巨噬细胞内化吞噬，随后与溶酶体结合酸化细菌寄存的吞噬体，通过一系列蛋白水解酶和脂肪酶活动杀伤病原菌[1]，近几年研究证明，凋亡对抑制胞内结核分枝杆菌繁殖有一定的影响，同时巨噬细胞的自噬也被证明是重要的病原体清除途径[2-4]。为抵抗机体广泛的杀菌作用，结核分枝杆菌通过一系列应对措施得以在细胞内环境生存，应对措施包括阻止吞噬溶酶体的成熟及酸化，抑制氧化应激反应，抑制细胞凋亡及自噬[5]。研究表明，结核分枝杆菌多年来之所以成为第二大致死性疾病的病原体，不仅在于其结构的复杂性，也与其能够调节宿主的免疫应答机制、逃避宿主的免疫防御及杀伤密切相关[6]，因此，有必要对结核分枝杆菌免疫逃避机制进行更深入的研究。先前已有大量关于结核分枝杆菌免疫逃避综述，本文在王飞雨等[7]撰写的综述的基础上就该内容近年研究成果作一概括。

1 阻止巨噬细胞吞噬溶酶体的成熟及酸化

结核分枝杆菌感染巨噬细胞后，为其能长期存在机体并保持其自身的毒力，可通过阻碍巨噬细胞吞噬体成熟、酸化以及抑制自噬溶酶体的形成[8-11]。结核分枝杆菌在与宿主长期作用进化过程中，自身结构及其菌体成分即可一定程度阻止吞噬溶酶体成熟及酸化的功能。已有的研究表明，结核分枝杆菌细胞壁的物理结构及其分子组成的特殊性，可通过调节自身的pH发挥抵制巨噬细胞吞噬小体酸化的作用，从而逃避吞噬体的酸化杀伤。此外，也有研究表明，结核分枝杆菌菌体蛋白及脂类成分能通过抑制吞噬体的成熟提高自身的生存率。先前已有报道表明结核分枝杆菌的部分分泌蛋白，如LpdC、NdkA、PknG、SapM 等，其维持结核分枝杆菌在宿主细胞内的生长主要通过不同的路径来发挥其抑制巨噬细胞吞噬体成熟的功能[6]。SecA2[10]和PtpA[8]是结核分枝杆菌分泌的两种蛋白质，均能通过影响V-ATPase从而抑制吞噬体的酸化过程，阻止吞噬溶酶体的成熟。近期研究表明，促炎症转录因子NF-κB可通过调控溶酶体酶释放到吞噬体的转运过程，从而导致病原体杀伤能力的减低，而阻断NF-κB激活途径可以导致溶酶体和巨噬细胞吞噬体正常融合现象的减少[12]。组织蛋白酶Cathepsins是一种蛋白水解酶，在内吞过程中发挥重要的作用，通过参与抗原提呈途径直接或间接杀伤病原菌。Pires D.研究表明[13]结核分枝杆菌感染机体后，会导致大部分组织蛋白酶表达量下降，尤其是Cathepsins B，L和S，同时抑制IFNγ调控组织蛋白酶mRNA，因此减少相应的组织蛋白酶产生，从而减少其对病原菌的杀伤增加病原菌在细胞内的存活。ESX-3分泌的由EsxG 和EsxH组成的二聚体已经证实能通过阻止巨噬细胞吞噬体成熟从而保持结核分枝杆菌的毒力。锌离子和铁离子能通过调节ESX-3的分泌从而对结核分枝杆菌在机体内的生存产生影响，在无锌离子和铁离子的条件下，EsxG 和EsxH生成增加，进一步阻止吞噬溶酶体的成熟，增加结核分枝杆菌生存率[14]。

2 抑制氧化应激反应

氧化应激(Oxidative Stress，OS)在机体抵抗外来细菌入侵时发挥重要的作用。结核分枝杆菌感染巨噬细胞后，活化的宿主可通过呼吸暴发从而生成大量的代谢性自由基，借助强氧化作用和细胞毒作用有效地清除结核分枝杆菌[6]。巨噬细胞产生的杀伤结核分枝杆菌的物质包括活性氧中间物(ROI)以及活性氮介质(RNI)，这些ROI和RNI可以通过与各种分子，包括核酸、蛋白质、脂类和碳水化合物广泛作用从而达到杀菌的作用[15]。结核分枝杆菌可以通过降低磷酯酶D的活性, 减少活性氧中间体和活性氮中间体的产生从而逃避病原菌在机体内的氧化杀伤。已有的研究表明，结核分枝杆菌自身结构的物理特性就具有一定的抗氧化作用，其细胞壁上富含的特殊成分已经证实可以有效的减少自由基的生成[16]。Dong Min[17]等人通过敲除结核分枝杆菌EIS基因，检测其促炎症细胞因子与氧自由基的产生情况，发现EIS基因敲除的结核分枝杆菌感染机体后能导致机体大量产生促炎症细胞因子TNF-a，IL-6以及氧自由基，表明EIS基因在调节宿主氧化应激应答方面发挥重要的作用。EIS基因对结核分枝杆菌在机体内的生存调节主要是通过JNK信号通路调节ROS的产生，而其调节ROS的主要是N-乙酰转移酶结构域。结核分枝杆菌分泌的蛋白CFP-10,ESAT-6以及CFP-10和ESAT-6的复合物能够有效抑制氧自由基的产生，在蛋白质治疗5 min后即可观察到氧自由基明显的下降。Niladri Ganguly等[18]实验结果表明，CFP-10和ESAT-6的复合物相比于CFP-10或ESAT-6单一成分具有更高效的抑制氧自由基的作用，其主要是通过抑制脂多糖诱导的NF-κB激活，从而下调ROS的产生。结核分枝杆菌的KatG酶，trxB2酶相应的编码基因在H2O2和NO作用的条件下表达量明显增加，表明这两种酶对氧化环境有一定的抵抗作用[19]。结核分枝杆菌rv0431基因编码的具有特殊折叠结构的胞质膜连接蛋白已经证实能够减少结核分枝杆菌膜囊泡的生成，而囊泡中含有丰富的巨噬细胞Toll样受体2(TLR2)激动剂LpqH，因此结核分枝杆菌rv0431基因能通过减少与巨噬细胞受体相互作用从而减少免疫刺激因子产生，减少结核分枝杆菌在机体的免疫杀伤[20]。

3 抑制细胞凋亡及自噬

凋亡是指为维护细胞内环境的稳定，由基因控制的细胞主动有序的死亡。凋亡在结核分枝杆菌感染初期是巨噬细胞对抗病原菌非常重要的先天性防御机制[21]，能有效控制细菌的繁殖，降低其在细胞内的生存能力，从而维持机体正常结构和功能。已有的研究表明，巨噬细胞凋亡程度与结核分枝杆菌毒力相关，无毒或减毒菌株相比于毒力菌株引起的巨噬细胞凋亡数目明显增多，表明毒力菌株能显著下调宿主细胞的凋亡[22]。巨噬细胞有多种凋亡途径，已有的研究表明，结核分枝杆菌能干扰巨噬细胞凋亡的Caspase酶途径[23]，JAK2/STAT1途径[24]，TNF-α途径[25]和Bcl-2途径[26]，从而减少巨噬细胞的凋亡，增加病原菌的生存。结核分枝杆菌分泌的一些蛋白已经证实会抑制细胞的凋亡，如SecA2和超氧化物歧化酶SodA、过氧化氢/过氧化物酶KatG、Ⅰ型NADH 脱氢酶NuoG、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶PknE、Rv3655c等[27-29]。董江涛等人研究发现，在结核分枝杆菌感染的早期和晚期，结核分枝杆菌小分子热休克蛋白 Hsp16.3可能是通过促进 Bcl-2蛋白的表达以及抑制凋亡蛋白酶 Caspase-3的表达等机制从而能够有效抑制小鼠肺泡巨噬细胞的凋亡[30]。Neeraj Kumar Sainid等的研究表明，结核分枝杆菌的Mce4A与结核分枝杆菌的免疫逃逸相关，实验结果发现Mce4刺激THP-1细胞后，可以促进细胞因子TNF-α和IFNγ等的产生。Mce4A对THP-1凋亡的影响机制与TNF-α相关，在抗TNF-α抗体存在的条件下，THP-1细胞的凋亡比例与单独Mce4A作用相比明显下降[31]。

自噬是在自噬相关基因的调控下，细胞利用溶酶体降解自身受损的细胞器以及大分子物质的过程，能杀伤胞内病原菌从而有助于维持细胞的稳态[32]。同时，自噬还是一种重要的免疫防御机制，参与机体固有免疫和适应性免疫应答[33]。研究表明，自噬在巨噬细胞抗分枝杆菌过程中至关重要，且结核分枝杆菌抑制自噬的能力与其细菌毒力相关[5-7]，毒力菌株相比于无毒菌株或者减毒菌株更能抑制巨噬细胞的自噬能力，毒力菌株能上调Th2细胞因子水平，同时抑制Th1型细胞免疫应答，从而减少巨噬细胞的自噬。Shilpa V. Jamwal等研究发现，结核分枝杆菌在感染机体初期的胞质定位能增强细菌抑制巨噬细胞自噬激活的能力，同时，激活胞质磷脂酶A2(cPLA2)能增强Mtb逃逸到胞质的能力，恢复结核分枝杆菌的毒力，因此能抑制细胞的自噬[34]。cPLA2抑制对胞内定位的细菌生存无影响，却能降低胞质定位的细菌的生存率，表明cPLA2对胞质定位的结核分枝杆菌在机体内生存繁殖有重要作用。Mtb EIS蛋白已经证实可以增强结核分枝杆菌在巨噬细胞内的存活，其中一个机制即负向调节细胞自噬[17]，EIS基因敲除的结核分枝杆菌能促使自噬囊泡的积聚以及促炎症因子的产生，从而增加细胞自噬。而Liang Duan, Min Yi等的研究认为，Mtb EIS蛋白可能是通过H3乙酰化上调IL-10，因此激活Akt/mTOR/p70S6K通路从而抑制巨噬细胞自噬[35]。ESAT-6也证实能通过雷帕霉素蛋白(MTOR)激活途径调节自噬吞噬溶酶体融合，导致溶酶体功能障碍，从而抑制细胞的自噬[36]。Dong Hu等人研究发现，酸性磷酸酶SapM也能通过阻断自噬吞噬体与溶酶体融合而抑制细胞的自噬，其机制可能与RAB7抑制相关[37]。已有的研究表明，miR30-A能抑制宿主杀伤结核分枝杆菌的能力。在结核分枝感染机体后，miR30-A表达上调，且miR30-A表达量与细菌菌量呈正相关，实验结果表明，miR30-A增强细菌在机体的生存率主要通过miR30-A抑制宿主细胞的自噬，其主要是通过选择性抑制ATG5和beclin-1[38]。

4 小结与展望

结核分枝杆菌在与宿主长期相互作用的过程中, 为其能在宿主体内存活并增殖从而逐渐形成多种逃避免疫杀伤策略。尽管先前已有大量关于结核分枝杆菌免疫逃避的研究，但是结核分枝杆菌逃避宿主免疫杀伤的机制错综复杂，目前尚未完全明了。结核分枝杆菌免疫逃避机制与结核病发生，发展密切相关，因此了解宿主在抗结核免疫过程中的作用以及深入探讨其与结核分枝杆菌免疫逃逸有关的杀伤机制，将有助于结核病的预防及治疗。

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Chen Jin, Email: chenjindor@126.com

ProgressinimmuneescapemechanismsofMycobacteriumtuberculosis

CHEN Wei-wei, ZHANG Ran-ran, CAO Wen, CHEN Jin

(DepartmentofClinicalLaboratory,ShanghaiPulmonaryHospital,SchoolofMedicine,TongjiUniversity,Shanghai200433,China)

Tuberculosis(TB) is mainly caused byMycobacteriumtuberculosis (Mtb), which in the body long-term existence is closely related to the immune escape mechanism. Mtb’s immune escape mechanisms have been found to include prevention of phagosomal maturation and acidification of lysosomes, suppression of oxidative stress, inhibition of apoptosis and autophagy. Mtb immune escape mechanism to avoid the host is complex, not yet fully understood. This article focuses on Mtb immune escape mechanism as a review, is an in-depth study to provide a reference.

Mycobacteriumtuberculosis; escape mechanism; immune killing

10.3969/j.issn.1002-2694.2017.08.013

国家自然科学基金(No.81371775)

陈 晋，Email：chenjindor@126.com

同济大学附属上海市肺科医院检验科，上海 200433

Funded by the National Natural Science Foundation of China (No. 81371775)

R378.91

：A

：1002-2694(2017)08-0730-04

2017-02-08编辑：张智芳