转录因子Bach2在免疫细胞中的作用研究进展①

谢先达 胡晓敏 唐代荣 廖湘平 张 烜

(中国医学科学院 北京协和医院风湿免疫科，北京 100730)

转录因子Bach2在免疫细胞中的作用研究进展①

谢先达 胡晓敏 唐代荣②廖湘平②张 烜

(中国医学科学院 北京协和医院风湿免疫科，北京 100730)

Bach2(BTB and CNC homolog 2)是一个具有碱性亮氨酸拉链结构(bZIP domain)的转录因子。它能与小Maf蛋白形成异二聚体并与其DNA上的特异性序列Maf识别元件(Maf recognition elements,MARE)结合，抑制其表达，起到转录抑制作用，参与细胞转录调控过程[1]。Bach1和Bach2共同构成了Bach家族，其中Bach1在全身各处广泛存在且在造血细胞中高表达，而Bach2主要在T细胞、B细胞、肺泡巨噬细胞及神经细胞表达。近年来的研究发现Bach2在多发性硬化症、炎性肠病、类风湿性关节炎、Graves病等多种免疫相关性疾病的发生发展中起重要作用。

1 Bach2对T淋巴细胞的影响

近期的研究发现Bach2的表达在维持初始T细胞的稳定，调控效应T细胞、记忆性T细胞、Treg细胞的生成和功能以及参与T细胞耗竭等过程中起到重要作用。

Bach2通过抑制效应T细胞、记忆T细胞的相关基因的表达，维持初始T细胞的稳定。Tsukumo等[2]发现Bach2敲除小鼠虽然T细胞发育正常，但外周初始T细胞的数量减少，且在TCR刺激后迅速产生IL-4、IL-5等Th2类型的细胞因子。在Bach2敲除的初始T细胞中高表达与ST-2、CCR4和Blimp1相关的基因，这些基因与效应T细胞、记忆T细胞的生成相关。同时，Tsukumo等[2]将Bach2 cDNA转染到Bach2敲除的初始T细胞中使Bach2在T细胞过表达，发现上述异常表达的基因又恢复到正常水平。

Bach2对效应T细胞的调控则可能是通过基因座超级增强子(Super-enhancers，SEs)实现。 SEs被认为通过提高T细胞及其亚群转录活性而发挥重要作用，其可调节细胞因子应答相关基因(Ifng、Il4ra、Il7a、f)和转录因子相关基因(T-bet,GATA-3,RORγt)的表达[3]，这些基因决定效应T细胞亚群分类，进而促进效应T细胞分化。Bach2作为转录抑制因子可通过限制SEs转录活性从而能极大的抑制效应T细胞的生成和分化；进一步的研究发现，Bach2敲除的CD4+T细胞表现出更强的向Th2分化能力，且Th2相关的细胞因子分泌增多，并且在IL-21存在的情况下依旧如此(IL-21可抑制Th2细胞分化、促进Th1细胞分化)[2]。这可能是由于Bach2作为转录抑制因子可以抑制Blimp1，而Blimp1在T细胞中可以抑制Th1基因的表达[4]，进而使CD4+T细胞向Th2分化减少，向Th1分化增多。相似的，Bach2也可通过抑制芳香烃受体，实现对Th17的抑制[5]。

已有全基因组研究证实，Bach2是CD8+记忆T细胞发育过程中的一个重要转录因子[6]。 Roychoudhuri等[7]证实Bach2可通过干扰AP-1家族转录因子亚型的功能而调控CD8+T细胞的分化，Bach2敲除的CD8+T细胞在急性病毒感染后不能形成和积聚数量稳定的记忆细胞池。当不存在炎症细胞因子的情况下，CD8+T细胞分化为记忆细胞。然而，当机体炎症细胞因子分泌增多时，CD8+T细胞则更多的持续分化为效应T细胞。包括IL-12、IL-15、IL-18等炎症细胞因子能够促进miRNA148a的产生，而miRNA148a能直接抑制Bach2的表达[8，9]。所以Bach2的表达可能在炎症细胞因子和miRNA调控记忆B细胞的形成与功能中起到重要作用。

Bach2的表达对Treg细胞的产生及功能发挥重要作用。研究发现Bach2敲除小鼠的Treg细胞显著下降，血清中抗核抗体和抗双链DNA抗体水平升高，并最终导致一系列疾病的发生[5]；同时Bach2的表达也调控外周iTreg的生成。Bach2敲除的CD4+T细胞在TGF-β的诱导下产生iTreg将明显减少，而与效应T细胞发挥多重效应有直接联系的多个基因如T-bet、GATA-3、RORγt则被异常表达[5,10]。因此，Bach2可能通过抑制效应T细胞分化来调控iTreg细胞的分化。

在T细胞耗竭过程中，Bach2也发挥着重要作用。长期暴露于持续性抗原和慢性感染时经常发生T细胞耗竭。包括Blimp-1(Blymphocyte maturation induced protein)[11]、Eomes[12](Eomeso-dermin) 等转录因子促进T细胞耗竭发生，相反Id3[13](Inhihitors of differentiation protein 3)在T细胞过度耗竭中起到抑制作用。Bach2通过调节这些转录因子网络，参与T细胞耗竭。反复的TCR刺激可引起Bach2在T细胞的表达下调，研究发现慢性病毒感染后耗竭的CD4+T细胞和CD8+T细胞中Bach2的表达比正常的CD4+T细胞和CD8+T细胞下降2～4倍[14]。Bach2在效应T细胞和记忆T细胞的表达较初始T细胞下降，因此推测其在T细胞应答产生的子代细胞中的表达可能呈比例下降[6,15]。如前所述，Bach2具有稳定初始T细胞，调控效应T细胞、记忆性T细胞等其他功能。因此，Bach2可通过抑制T细胞终末分化，促进记忆T细胞的数量及功能稳定，阻止T细胞耗竭。

2 Bach2对B淋巴细胞的影响

Bach2在B细胞分化过程中的体细胞高频突变(Somatic hypermutation，SHM)和抗体类别转换(Class switch recombination，CSR)发挥关键的调控作用。在生发中心，抗原激活的成熟B细胞经过SHM增强其产生的抗体与抗原的亲和力。与此同时，B细胞经过CSR改变它们所产生免疫球蛋白的类别。这些B细胞进一步分化为浆细胞和记忆B细胞参与体液免疫。Muto等[16]发现在Bach2缺陷小鼠的次级淋巴组织中生发中心形成减少，其产生的IgM抗体亲和力相对降低，抗体的同种类型转换也较少。Aicda编码的活化诱导胞嘧啶核苷酸脱氨酶(Activation-induced cytidine deaminase，AID)是SHM和CSR过程中所必需的酶，Bach2敲除的B细胞由于不能诱导AID表达而引起SHM和CSR的缺陷。而Blimp1在浆细胞发育过程中能抑制Aicda促进浆细胞分化,其可作为桥梁连接Bach2与AID。Bach2 与 Maf形成的异二聚体与位于Prdm1(Blimp1基因)启动子上游的Maf识别元件结合，从而抑制Prdm1的表达。Bach2缺陷的B细胞对Prdm1抑制作用消失，使其Prdm1的表达较野生型细胞上调，B细胞在抗原刺激时能迅速分化为浆细胞[17]。因此，Bach2可能通过抑制Prdm1对Aicda进行调控进而影响SHM、CSR及浆细胞分化；正常情况下，Bach2在B细胞不同发育阶段的表达有很大差异，受到严格调控。从祖B细胞到成熟B细胞，Bach2都是高表达，而在浆细胞中则低表达甚至无表达。通过这个表达模式，Bach2可实现对B细胞发育和分化的调控。Kometani等[18]发现Bach2在记忆B细胞上低表达，这可使记忆B细胞再次面对相同抗原刺激时能迅速地分化为浆细胞。这与Bach2缺陷B细胞快速向浆细胞分化的发现一致。

Bach2的表达除了能调控B细胞Prdm1的表达之外,也反过来受到B细胞发育和分化过程中的许多转录因子的调节，如Pax5[19](Paired box protein 5)、IRF4[20](Interferon regulatory factor 4)、E2A(E2-alpha)等[21]。这些上游的调控因子和下游的靶基因Prdm1共同促成Bach2的B细胞-浆细胞基因调节网络(B-plasma cell Gene regulatory network，B-plasma cell GRN)[22]；GRN各因子之间的相互作用和联系决定成熟B细胞和浆细胞的特性以及抗原刺激下SHM和CSR的发生。其中Pax5通过激活许多B细胞基因如Bach2、Aicda等建立和维持B细胞的特性。而IRF4根据其表达蛋白水平的不同，分别在B细胞成熟和分化过程中起着两个不相同的作用：当IRF4处于低浓度时，IRF4通过调控Aicda促进CSR和SHM发生；当IRF4处于高浓度时，IRF4通过调控Prdm1促进浆细胞分化。因此，Bach2及Pax5、IRF4等通过在GRN上的相互影响调节B细胞的发育、成熟与分化。

另外，在B细胞活化的后期，Bach2的表达受到PI3K-Akt-mTOR信号的调控。PI3K-Akt-mTOR通过磷酸化Bach2,激活其细胞质定位信号(Cytoplasmic localization signal，CLS)，最终介导Bach2从细胞核转出到细胞质，抑制Bach2在细胞核的积累[23]。另外，氧化应激反应也可影响Bach2的表达。CLS在氧化应激反应中被抑制，并诱导Bach2的核积累[24]。所以Bach2可通过在细胞膜、细胞核表达的调控，在B细胞发育和分化中发挥作用。

3 Bach2对肺泡巨噬细胞的影响

Bach2对于肺泡巨噬细胞的功能十分重要。肺泡巨噬细胞能够吸收和降解肺泡表面活性物质，当肺泡巨噬细胞受损时，过量的表面活性物质将充满肺泡腔，造成肺表面活性物质蛋白沉积(Pulmonary surfactant proteinosis，PAP)并最终导致呼吸衰竭。Bach2敲除的小鼠在成长过程中出现PAP样的失调[25]，并最终在18周时开始逐渐因为呼吸困难而死亡。另外，Bach2缺陷的肺泡巨噬细胞与其趋化性、脂质代谢、M2巨噬细胞活性等相关。可见Bach2的表达对肺泡巨噬细胞的功能十分重要。

4 Bach2与疾病的关系

研究表明，多种疾病的发生与免疫细胞中Bach2的异常有关。Bach2最早被证实与多种血液系统疾病相关，如慢性粒细胞白血病、弥漫性大B细胞淋巴瘤等。近年来研究认为免疫相关性疾病患者特别是自身免疫性疾病患者可能存在Bach2表达异常。自身免疫性疾病是机体对自身抗原发生免疫反应而导致自身组织损害所引起的疾病，其病因不明。Bach2表达异常不能正常调控B细胞的发育和分化，使B细胞向浆细胞异常分化，初始T细胞持续向效应T细胞分化并释放出IFN-γ、IL-6、IL-17等炎症细胞因子。同时Bach2表达异常可抑制Treg生成与功能，使其不能很好地发挥免疫抑制的作用。综上，Bach2表达异常最终可导致自身抗体大量产生并与自身抗原结合形成免疫复合物沉积，促进自身免疫性疾病的发生发展。已有动物实验证实Bach2敲除小鼠在成长过程中表现出血清抗核抗体和抗双链DNA抗体水平升高的类似自身免疫性疾病的临床指标改变[5]。研究证实Bach2是多发性硬化症的易感基因。Perga等[26]发现与健康人相比，多发性硬化患者外周血中，Bach2的表达降低。同时，Hoppmann等[27]发现Bach2与多发性硬化中致脑炎CD4+T细胞的调节有关;而在炎性肠病中，Bach2可通过影响抗体类别转换参与到疾病发生发展[28]。近年来，多个全基因组关联分析研究表明，Bach2的表达与多种免疫相关性疾病有关，如Bach2上的SNP位点rs72928038被证实与类风湿性关节炎有关[29]，而另一个Bach2上的SNP位点rs1847472则被证实与克罗恩病相关[30]。相似的关于Bach2的全基因组关联分析研究在哮喘、Ⅰ型糖尿病等免疫相关性疾病中均有报道[31，32]。

5 结语

Bach2在体内多种免疫细胞中的产生、发育及功能调控的过程中均发挥重要作用，参与调节固有免疫和适应性免疫，维持机体免疫平衡。Bach2通过调节B细胞-浆细胞基因调控网络，实现B细胞对抗原产生动态和多样化的应答，包括调控CSR、SHM和浆细胞分化等。同样，Bach2参与T淋巴细胞和巨噬细胞的生成和功能调控过程，并发挥着至关重要的作用。许多免疫相关性疾病特别是自身免疫性疾病如类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、干燥综合征等疾病的发病机制与T淋巴、B淋巴细胞等生成与功能紊乱及自身抗体的异常形成等密切相关，全面且深入的了解Bach2在免疫系统中的功能，将有助于进一步了解相关疾病发生机制与治疗。

[1] Oyake T,Itoh K,Motohashi H,etal.Bach proteins belong to a novel family of BTB-basic leucine zipper transcription factors that interact with MafK and regulate transcription through the NF-E2 site[J].Mole Cell Biol,1996,16(11):6083-6095.

[2] Tsukumo S,Unno M,Muto A,etal.Bach2 maintains T cells in a naive state by suppressing effector memory-related genes[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2013,110(26):10735-10740.

[3] Vahedi G,Kanno Y,Furumoto Y,etal.Super-enhancers delineate disease-associated regulatory nodes in T cells[J].Nature,2015,520(7548):558-562.

[4] Kallies A,Hawkins ED,Belz GT,etal.Transcriptional repressor Blimp-1 is essential for T cell homeostasis and self-tolerance[J].Nat Immunol,2006,7(5):466-474.

[5] Roychoudhuri R,Hirahara K,Mousavi K,etal.BACH2 represses effector programs to stabilize T(reg)-mediated immune homeostasis[J].Nature,2013,498(7455):506-510.

[6] Hu G,Chen J.A genome-wide regulatory network identifies key transcription factors for memory CD8(+)T-cell development[J].Nat Commun,2013,4:2830.

[7] Roychoudhuri R,Clever D,Li P,etal.BACH2 regulates CD8(+)T cell differentiation by controlling access of AP-1 factors to enhancers[J].Nat Immunol,2016,17(7):851-860.

[8] Liu X,Zhan Z,Xu L,etal.MicroRNA-148/152 impair innate response and antigen presentation of TLR-triggered dendritic cells by targeting CaMKIIalpha[J].J Immunol,2010,185(12):7244-7251.

[9] Porstner M,Winkelmann R,Daum P,etal.miR-148a promotes plasma cell differentiation and targets the germinal center transcription factors Mitf and Bach2[J].Eur J Immunol,2015,45(4):1206-1215.

[10] Kim EH,Gasper DJ,Lee SH,etal.Bach2 regulates homeostasis of Foxp3+regulatory T cells and protects against fatal lung disease in mice[J].J Immunol,2014,192(3):985-995.

[11] Shin H,Blackburn SD,Intlekofer AM,etal.A role for the transcriptional repressor Blimp-1 in CD8(+)T cell exhaustion during chronic viral infection[J].Immunity,2009,31(2):309-320.

[12] Paley MA,Kroy DC,Odorizzi PM,etal.Progenitor and terminal subsets of CD8+T cells cooperate to contain chronic viral infection[J].Science,2012,338(6111):1220-1225.

[13] Menner AJ,Rauch KS,Aichele P,etal.Id3 controls cell death of 2B4+ virus-specific CD8+T cells in chronic viral infection[J].J Immunol,2015,195(5):2103-2114.

[14] Crawford A,Angelosanto JM,Kao C,etal.Molecular and transcriptional basis of CD4(+)T cell dysfunction during chronic infection[J].Immunity,2014,40(2):289-302.

[15] Wirth TC,Xue HH,Rai D,etal.Repetitive antigen stimulation induces stepwise transcriptome diversification but preserves a core signature of memory CD8(+)T cell differentiation[J].Immunity,2010,33(1):128-140.

[16] Muto A,Tashiro S,Nakajima O,etal.The transcriptional programme of antibody class switching involves the repressor Bach2[J].Nature,2004,429(6991):566-571.

[17] Muto A,Ochiai K,Kimura Y,etal.Bach2 represses plasma cell gene regulatory network in B cells to promote antibody class switch[J].EMBO J,2010,29(23):4048-4061.

[18] Kometani K,Nakagawa R,Shinnakasu R,etal.Repression of the transcription factor Bach2 contributes to predisposition of IgG1 memory B cells toward plasma cell differentiation[J].Immunity,2013,39(1):136-147.

[19] McManus S,Ebert A,Salvagiotto G,etal.The transcription factor Pax5 regulates its target genes by recruiting chromatin-modifying proteins in committed B cells[J].EMBO J,2011,30(12):2388-2404.

[20] Sciammas R,Shaffer AL,Schatz JH,etal.Graded expression of interferon regulatory factor-4 coordinates isotype switching with plasma cell differentiation[J].Immunity,2006,25(2):225-236.

[21] Lin YC,Jhunjhunwala S,Benner C,etal.A global network of transcription factors,involving E2A,EBF1 and Foxo1,that orchestrates B cell fate[J].Nat Immunol,2010,11(7):635-643.

[22] Igarashi K,Ochiai K,Itoh-Nakadai A,etal.Orchestration of plasma cell differentiation by Bach2 and its gene regulatory network[J].Immunol Rev,2014,261(1):116-125.

[23] Ando R,Shima H,Tamahara T,etal.The transcription factor Bach2 is phosphorylated at multiple sites in murine B cells but a single site prevents its nuclear localization[J].J Biol Chem,2016,291(4):1826-1840.

[24] Hoshino H,Kobayashi A,Yoshida M,etal.Oxidative stress abolishes leptomycin B-sensitive nuclear export of transcription repressor Bach2 that counteracts activation of Maf recognition element[J].J Biol Chem,2000,275(20):15370-15376.

[25] Nakamura A,Ebina-Shibuya R,Itoh-Nakadai A,etal.Transcription repressor Bach2 is required for pulmonary surfactant homeostasis and alveolar macrophage function[J].J Exp Med,2013,210(11):2191-2204.

[26] Perga S,Montarolo F,Martire S,etal.Anti-inflammatory genes associated with multiple sclerosis:a gene expression study[J].J Neuroimmunol,2015,279(15):75-78.

[27] Hoppmann N,Graetz C,Paterka M,etal.New candidates for CD4 T cell pathogenicity in experimental neuroinflammation and multiple sclerosis[J].J Neurol,2015,138(Pt 4):902-917.

[28] Graham DB,Xavier RJ.From genetics of inflammatory bowel disease towards mechanistic insights[J].Trends Immunol,2013,34(8):371-378.

[29] McAllister K,Yarwood A,Bowes J,etal.Identification of BACH2 and RAD51B as rheumatoid arthritis susceptibility loci in a meta-analysis of genome-wide data[J].Arthritis Rheum,2013,65(12):3058-3062.

[30] Franke A,McGovern DP,Barrett JC,etal.Genome-wide meta-analysis increases to 71 the number of confirmed Crohn′s disease susceptibility loci[J].Nat Genet,2010,42(12):1118-1125.

[31] Ferreira MA,Matheson MC,Duffy DL,etal.Identification of IL6R and chromosome 11q13.5 as risk loci for asthma[J].Lancet,2011,378(9795):1006-1014.

[32] Cooper JD,Smyth DJ,Smiles AM,etal.Meta-analysis of genome-wide association study data identifies additional type 1 diabetes risk loci[J].Nat Genet,2008,40(12):1399-13401.

[收稿2017-03-28 修回2017-05-25]

(编辑 倪 鹏)

①本文为国家自然科学基金(81601431)资助项目。

②南华大学附属郴州医院肾脏风湿免疫科，郴州 423400。

R392

A

1000-484X(2017)10-1588-04

10.3969/j.issn.1000-484X.2017.10.032

谢先达 (1989年-),男,硕士，主要从事自身免疫性疾病方面的研究,E-mail:xiandaxie@163.com。

及指导教师：张 烜(1969年-),男,博士，教授,主任医师，博士生导师,主要从事自身免疫性疾病等方面研究，E-mail:zxpumch2003@sina.com。