γ干扰素在非结核分支杆菌感染中的作用研究进展

邱佳熠，王春芳*，钱爱东,2*

(1.吉林农业大学动物科技学院 吉林长春 130118；2.动物生产及产品质量安全教育部重点实验室 吉林长春 130118)



γ干扰素在非结核分支杆菌感染中的作用研究进展

邱佳熠1，王春芳1*，钱爱东1,2*

(1.吉林农业大学动物科技学院 吉林长春 130118；2.动物生产及产品质量安全教育部重点实验室 吉林长春 130118)

非结核分支杆菌是指除结核分支杆菌复合群与麻风分支杆菌以外的其他分支杆菌。非结核分支杆菌广泛分布在土壤、水和自然环境中，研究人员发现非结核分支杆菌能够严重危害人类的健康。IFN-γ是一种具有免疫调节、抗肿瘤等作用的细胞因子，在非结核分支杆菌感染过程中起着重要的作用。论文就IFN-γ在非结核分支杆菌感染中起到的作用做一综述。

非结核分支杆菌；结核分支杆菌；γ干扰素；巨噬细胞

结核病(Tuberculosis,TB)是一种伴随人类历史较长的慢性传染病。研究表明，最早被结核分支杆菌(Mycobacteriumtuberculosis,MTB)感染的人可以追溯到7万年前。病原为了长期存活，与机体保持着一种“共生”状态，其中10%的感染者会发展为活动性疾病，其余的则无明显临床症状，体内长期携带结核分支杆菌。2014年，全球有960万人被确定为结核分支杆菌感染，其中大约150万人死亡，死亡人数中有40万人是艾滋病病毒阳性患者。

长期以来，人们认定结核分支杆菌为分支杆菌属中重要的病原体。不断的深入研究后，研究人员认为除了结核分支杆菌外，非结核分支杆菌(Nontuberculousmycobacterium，NTM)也严重危害人类的健康。非结核分支杆菌是指除结核分支杆菌复合群与麻风分支杆菌以外的其他分支杆菌。非结核分支杆菌在土壤、水和自然环境中是无处不在的，且种类繁多，在临床上的感染率检出率极高。目前，有关非结核分支杆菌感染的病例在全球范围内逐渐增加[1]。非结核分支杆菌属于条件性致病菌，经常影响有一定程度免疫抑制的人群，多发于艾滋病患者、人类免疫缺陷病毒(HIV)感染者及白血病患者。在欧美国家的艾滋病患者中，有25%～50%的人会并发NTM感染。非结核分支杆菌感染发病后，机体会产生类结核样病变，并且对抗结核类药物耐药，对非结核分支杆菌的研究有利于人类对结核病的控制。高德杰等研究发现，NTM中的母牛分支杆菌(微卡)能够提高潜伏性结核患者的先天性免疫水平，尤其是使CD4+T细胞比例升高并且可以有效的维持，从而预防潜伏性结核感染的发病。近年来的研究表明[2-5]，γ干扰素(IFN-γ)在非结核分支杆菌感染中有着重要作用，因此，本文将对IFN-γ及在非结核分支杆菌感染中的研究进展做一综述。

1 IFN-γ的产生及功能

干扰素(interferon，IFN)分为两种类型，分别为Ⅰ型干扰素和Ⅱ型干扰素，Ⅰ型干扰素至今已发现6种，Ⅱ型干扰素只有IFN-γ 1种。γ干扰素(interferon gamma，IFN-γ)是一种具有免疫调节、抗病毒等作用的细胞因子，主要是由自然杀伤细胞(NK细胞)与活化的T细胞产生。除此之外，巨噬细胞、B细胞与树突状细胞(DC细胞)也能够分泌产生IFN-γ[6]。

CD4+辅助性T细胞(CD4 helper cells, Th)是适应性免疫系统的一个核心要素，它们保护生物体免受病原体的侵害。在不同的条件下，CD4+T细胞能分化为具有特定功能的不同亚群，如Th1、Th2等。IFN-γ是Th1型细胞反应标志性的细胞因子，在机体的细胞免疫中发挥着重要的作用。①IFN-γ可以活化巨噬细胞，使巨噬细胞的杀伤功能得到激活。②IFN-γ可以抑制由病毒引起的肿瘤中病毒的繁殖，并且可以作用于细胞膜，抑制肿瘤细胞增殖分化，同时还会刺激机体的免疫系统，增强巨噬细胞和NK细胞的杀伤能力，从一定程度上可以抑制肿瘤的生长[7]。③IFN-γ可以促进主要组织相溶性复合体(MHC)Ⅰ类分子的合成，并且可以调控MHCⅠ类分子抗原呈递和抗原多肽加工过程，同时可以诱导巨噬细胞、B细胞与树突状细胞产生转录因子CⅡTA(classⅡ transactivator, CⅡTA)从而实现对MHC Ⅱ类分子参与的抗原呈递过程的调控。

2 IFN-γ在抗结核分支杆菌感染中的作用

巨噬细胞和中性粒细胞引起的先天免疫反应是防御结核分支杆菌进入机体的第一道屏障。体内的巨噬细胞活化后，才具有吞噬MTB的作用。IFN-γ可以促进单核细胞前体增殖分化为单核细胞，促进巨噬细胞的激活，从而使巨噬细胞获得杀灭MTB的能力。IFN-γ能够促进T细胞的增殖与分化。研究证实，在人类抗结核感染中CD4+T细胞发挥着重要的作用。由CD4+T细胞分化的Th1亚群可以直接分泌IFN-γ，白介素2(IL-2)等细胞因子，能够促进细胞毒性T淋巴细胞的杀伤作用，活化巨噬细胞，增强巨噬细胞清除MTB的能力。Th 17细胞产生的IL-17可以促进中性粒细胞的增殖和IFN-γ分泌，协同Th1细胞对抗MTB感染[8]。研究表明，IFN-γ能够诱导Th0细胞向Th1细胞分化，增强免疫应答，形成良性循环，促进MTB的清除。与Th1和Th17的保护功能相反，Th2细胞分泌的IL-4和IL-10等细胞因子，能够抑制Th1型细胞因子如IFN-γ的产生，使巨噬细胞的激活受到抑制，巨噬细胞的能力降低，从而削弱其对MTB的清除能力，抑制Th1反应。调节性T细胞(Treg)分泌的IL-10和β生长转化因子(TGF-β)可以抑制Th1和Th17的生成与功能，从而抑制MTB的清除。IFN-γ在结核性肉芽肿的形成过程中起着关键作用，在肉芽肿免疫中对大多数 MTB 感染者发挥保护性免疫作用[9]。总的来说，IFN-γ在结核病中主要起着活化巨噬细胞，增强Th1反应的作用。

3 IFN-γ在抗非结核分支杆菌感染中的作用

NTM侵入机体后，其致病过程与结核杆菌相似，主要在巨噬细胞内复制，并且参与和操控机体的免疫系统。巨噬细胞吞噬一部分NTM后，DC细胞摄取NTM后逐渐成熟，并且释放大量的IL-12诱导Th1细胞反应，促进IFN-γ的分泌。未被清除的NTM可以进入机体的其他器官和淋巴结，机体受到NTM刺激产生多种细胞因子，激活体内的自然杀伤淋巴细胞并诱导其分泌IFN-γ。Th1细胞与自然杀伤细胞分泌的IFN-γ可能在NTM感染中起到重要作用。研究表明，感染NTM数周内，机体发生CD4+T细胞介导的IFN-γ抗原特异性免疫反应[10]。在鸟分支杆菌感染模型中，机体可以识别受体导致肿瘤坏死因子α(TNF-α)和IL-12的产生，从而激活CD4+T细胞和IFN-γ的分泌[2]。IFN-γ通过其自身细胞表面受体的细胞内信号转导控制一些重要基因的表达，在小鼠分支杆菌病中，IFN-γ作用于T细胞，通过对T细胞凋亡易感性与凋亡信号的水平的调节，促进细胞凋亡[11]。而在鸟分支杆菌感染小鼠模型中发现，IFN-γ能够诱导免疫相关的GTP酶lrgm1，保护成熟的效应CD4+T细胞免受IFN-γ诱导的细胞死亡[3]。NTM感染中，IFN-γ能够增强机体Th1细胞反应，保护CD4+T细胞免受凋亡，而CD4+T细胞受到刺激可以分泌更多的IFN-γ，形成良性循环。

NTM侵入机体后，先天免疫作为保护机体的第一道屏障，巨噬细胞将NTM吞噬形成吞噬小体，直接杀伤NTM，还可以通过诱导自身凋亡来实现对NTM的清除。但是另一部分NTM能够抑制吞噬体的酸化，避免溶酶体的融合，进而逃避巨噬细胞的吞噬。IFN-γ可以促进单核细胞前体增殖分化为单核细胞，促进巨噬细胞的激活，使巨噬细胞表达更多的MHCⅡ类分子和一氧化氮，促进吞噬体与溶酶体融合，从而使巨噬细胞获得杀灭NTM的能力。IFN-γ能够活化巨噬细胞，增强巨噬细胞的吞噬能力，有助于机体内NTM的清除。

在感染NTM的患者体内，IFN-γ的分泌量比健康人体内的多[12]，并且由IFN-γ诱导的趋化因子CXCL10分泌量也增多[4]，携带IFN-γ抗体的患者会削弱IFN-γ的信号，从而导致严重的播散性感染[13-14]。研究发现，抗IFN-γ中和抗体(Neutralizing anti-interferon-γ autoantibody, nAIGA)相关的免疫缺陷是一种新兴的全球医疗问题，Chi C Y等在46例成人播散性NTM感染中，发现了45例与nAIGA免疫缺陷有关的病例[15]。抗IFN-γ中和抗体的存在对播散性NTM患者有影响[16-17]，并且可以完全阻断IFN-γ的激活和IFN-γ/IL-12信号通路[18]。IFN-γ与受体结合，能够激活JAK-STAT信号通路。IL-12的生物学功能主要由受体介导，IL-12受体主要在树突状细胞表达，触发这种受体，也能够激活JAK-STAT信号通路。JAK-STAT信号通路在免疫应答初期，能够诱导CD4+T细胞产生IFN-γ，并且促进CD4+T细胞分化为效应Th1细胞。IFN-γ/IL-12信号通路是杀灭细胞内分支杆菌的重要途径[19-20]，IFN-γ/IL-12信号通路也控制其他细胞内病原体的反应，包括沙门菌，荚膜组织胞浆菌和其他一些细菌病毒。然而，大约一半播散性非结核分支杆菌病患者并没有发现这种信号通路存在缺陷。以上研究表明，IFN-γ在NTM感染过程中能够增强免疫应答的作用，IFN-γ/IL-12信号通路能够清除细胞内的NTM，从而保护机体免受NTM感染，而IFN-γ的缺乏会导致机体发生严重的播散性NTM感染。研究证实，IFN-γ可以通过影响内吞途径，从而改变吞噬小体的活性[21]，分支杆菌感染导致巨噬细胞吞噬体无法与溶酶体融合，并且影响炎性细胞因子IFN-γ等的分泌。黄瑛等[22]研究了IFN-γ对吞噬体转换和细胞因子反应的影响，发现在人类巨噬细胞感染耻垢分支杆菌后，IFN-γ不仅能够促进溶酶体成熟同时可以增加促炎细胞因子IL-1β的分泌，随后可以激活NF-kB信号通路。在NTM感染过程中，IFN-γ能够促进溶酶体的成熟，使其与巨噬细胞结合，有效清除体内的NTM。

4 小结与展望

NTM感染后，机体会发生一系列免疫反应，IFN-γ能够促进溶酶体的成熟，活化巨噬细胞，增强Th1细胞反应，IFN-γ/IL-12信号通路能够有效清除体内NTM，这些现象表明IFN-γ在非结核分支杆菌感染中起着重要的调节作用。NTM引起的肺病患者体内，受损的IFN-γ反应可以作为肺NTM感染预后不良的指标。多种因素可能会导致NTM感染的易感性，包括NK细胞缺陷，细胞因子释放过程受损[23]和单核巨噬细胞的缺失[24]。但是在非结核分支杆菌感染过程中，NK细胞与其他细胞因子在机体内起到的相关免疫学作用还需要进一步研究。近几年来，临床发现的非结核分支杆菌感染病例逐渐增多，目前尚无治疗NTM的特效药，治疗难度增加。值得庆幸的是，抗CD20(利妥昔单抗)能够缓解由于抗IFN-γ中和抗体存在引起的播散性NTM疾病的症状[25]。我们相信，经过科学家的不断努力，人类一定可以研究出预防和治疗非结核分支杆菌病的有效方法。

[1] Novosad S, Henkle E, Winthrop K L. The challenge of pulmonary nontuberculous mycobacterial infection[J]. Cur Pulmonol Reports, 2015, 4(3):152-161.

[2] 高德杰, 霍丽丽, 劳海黎,等. 母牛分支杆菌在治疗潜伏性结核感染中的细胞免疫学作用机制[J]. 中华医院感染学杂志, 2016, 26(7):1480-1482.

[3] Early J, Fischer K, Bermudez L E.Mycobacteriumaviumuses apoptotic macrophages as tools for spreading[J]. Microbial Pathogenesis, 2011, 50(2): 132-139.

[4] Feng C G, Zheng L, Jankovic D, et al. The immunity-related GTPase Irgm1 promotes the expansion of activated CD4+T cell populations by preventing interferon-gamma-induced cell death.[J]. Nat Immunol, 2008, 9(11):1279-87.

[5] Lim A, Allison C, Price P, et al. Susceptibility to pulmonary disease due toMycobacteriumavium-intracellulare, complex may reflect low IL-17 and high IL-10 responses rather than Th1 deficiency[J]. Clin Immunol, 2010, 137(2):296-302.

[6] 杨生海, 殷 宏, 刘永生,等. 干扰素-γ研究进展[J]. 生物技术通报, 2010(8):29-34.

[7] 夏伦斌, 王新华, 连宏军,等. γ干扰素及其在动物疾病防控中的应用[J]. 动物医学进展, 2007, 28(5):74-78.

[8] Prezzemolo T, Guggino G, La Manna M P, et al. Functional signatures of human CD4 and CD8 T Cell responses toMycobacteriumtuberculosis[J]. Front Immunol，2014(5):180.

[9] 刘媛媛, 宝福凯, 柳爱华,等. γ-干扰素与结核病关系研究进展[J]. 中国热带医学, 2012, 12(10):1275-1281.

[10] Appelberg R, Castro A G, Pedrosa J, et al. Role of gamma interferon and tumor necrosis factor alpha during T-cell-independent and -dependent phases ofMycobacteriumaviuminfection.[J]. Infection Immunity, 1994, 62(9):3962-3971.

[11] Li X, Mckinstry K K, Swain S L, et al. IFN-gamma acts directly on activated CD4+T cells during mycobacterial infection to promote apoptosis by inducing components of the intracellular apoptosis machinery and by inducing extracellular proapoptotic signals.[J]. J Immunol, 2007, 179(2):939-49.

[12] Kim K, Waterer G, Thomson R, et al. Levels of anti-cytokine antibodies may be elevated in patients with pulmonary disease associated with non-tuberculous mycobacteria.[J]. Cytokine, 2014, 66(2):160-163.

[13] Ishii T, Tamura A, Matsui H, et al. Disseminated Mycobacterium avium, complex infection in a patient carrying autoantibody to interferon-γ[J]. J Infection Chemother Official J Jpn Soc Chemother, 2013, 19(6):1152-7.

[14] Valour F, Perpoint T, Sénéchal A, et al. Interferon-γ autoantibodies as predisposing factor for nontuberculous mycobacterial infection[J]. Emerg Inf Dis, 2016, 22(6):1124-1126.

[15] Chi C Y, Lin C H, Ho M W, et al. Clinical manifestations, course, and outcome of patients with neutralizing anti-interferon-γ autoantibodies and disseminated nontuberculous mycobacterial infections.[J]. Medicine, 2016, 95(25):e3927.

[16] Hase I, Morimoto K, Sakagami T, et al. DisseminatedMycobacteriumgordonaeandMycobacteriummanteniiinfection with elevated anti-IFN-γ neutralizing autoantibodies[J]. J Infect Chemother, 2015, 21(6):468-472.

[17] Chruewkamlow N, Mahasongkram K, Pata S, et al. Immune alterations in patients with anti-interferon-γ autoantibodies[J]. PLoS One, 2016, 11(1):e0145983.

[18] Browne S K. Anticytokine autoantibodies in infectious diseases: pathogenesis and mechanisms.[J]. Lancet Infect Dis, 2010, 10(12):875-885.

[19] Wu U I, Holland S M. Host susceptibility to non-tuberculous mycobacterial infections.[J]. Lancet Infectious Diseases, 2015, 15(8):968-80.

[20] Lake M A, Ambrose L R, Lipman M C I, et al. '"Why me, why now?" Using clinical immunology and epidemiology to explain who gets nontuberculous mycobacterial infection.[J]. BMC Med, 2016, 14(1):54.

[21] Barry A O, Mege J L, Ghigo E. Hijacked phagosomes and leukocyte activation: an intimate relationship[J]. J Leukocyte Biol, 2011, 89(3):373-82.

[22] Ying H, Zhou X, Yu B, et al. Phagolysosome maturation of macrophages was reduced by PE_PGRS 62 protein expressing inMycobacteriumsmegmatisand induced in IFN-γ priming[J]. Vet Microbiol, 2012, 160(s 1-2):117-125.

[23] Dickinson R E, Milne P, Jardine L, et al. The evolution of cellular deficiency in GATA2 mutation[J]. Blood, 2014, 123(6):863-874.

[24] Spinner M A, Sanchez L A, Hsu A P, et al. GATA2 deficiency: a protean disorder of hematopoiesis, lymphatics, and immunity[J]. Blood, 2014, 123(6):809-821.

[25] Czaja C A, Merkel P A, Chan E D, et al. Rituximab as successful adjunct treatment in a patient with disseminated nontuberculous mycobacterial infection due to acquired anti-interferon-γ autoantibody[J]. Clin Inf Dis, 2014, 58(6):e115-e118.

Progress on Interferon-gamma in NontuberculousMycobacteriumInfection

QIU Jia-yi1, WANG Chun-fang1, QIAN Ai-dong1,2
(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology,JilinAgriculturalUniversity,Changchun，Jilin,130118,China; 2.KeyLaboratoryofAnimalProduction,ProductQualityandSecurity,MinistryofEducation,Changchun，Jilin,130118,China)

Nontuberculous mycobacteria are a series of mycobacteria exceptMycobacteriumtuberculosiscomplex andMycobacteriumlepra. Nontuberculous mycobacteria are ubiquitous in soil, water and natural environment. Researchers found that nontuberculous mycobacteria do harm to human life and health seriously. IFN-γ is a kind of cytokine which has the effects of immunoregulation and anti-tumor, and plays important roles in nontuberculousMycobacteriuminfection. This article made a summary on the function of IFN-γ in nontuberculousMycobacteriuminfection.

NontuberculousMycobacterium;Mycobacteriumtuberculosis; IFN-γ; macrophage

2016-12-04

国家自然科学基金项目(31302124，31272566);吉林省教育厅科学技术研究项目(JJKH20170315KJ)

邱佳熠(1992-)，女，吉林吉林人，硕士研究生，主要从事分子免疫学研究。 *通讯作者

S852.618

A

1007-5038(2017)06-0071-03