DNA感受器AIM2在肿瘤中的作用研究进展

王小丽，江 茜，谢 璐，3，刘志平，3

（1.赣南医学院基础医学院，江西 赣州 341000；2.中国医科大学2020级博士研究生，辽宁 沈阳 110122；3.赣南医学院炎症与免疫中心，江西 赣州 341000）

在固有性免疫中，细胞基因编码的模式识别受体（Pattern recognition receptor，PRRs）扮演着盾牌的角色以抵制病原体入侵。PRRs能与病原相关分子模式（PAMPs）和损伤相关分子模式（DAMPs）配体专一性结合并传递放大病原体感染的效应，使得活跃在炎症反应中心的免疫细胞通过基因转录而激活，产生分泌多种抗病原体的细胞因子以保护宿主。PRRs主要根据胞内位置及配体特异性及功能进行分类。根据分布位置，PRRs分为胞膜PRRs和胞质PRRs。胞膜PRRs包括Toll样受体（TLRs）和C型凝集素受体（CLRs）。胞质PRRs包括NOD样受体（NLRs）、RIG样受体（RLRs）和黑色素瘤缺失受体AIM2样受体（ALRs）［1］。近年来关于这些受体与配体结合的特异性及其传递信号的级联通路的研究让人们对固有免疫有了更加深入与清晰的认知。

在病毒感染的细胞胞质内，会出现病原体的各种组分，NLRs能一端识别配体，另一端启动信号转导，发挥效应作用。而对于胞内出现的病原体DNA，胞内也存在着感知蛋白。近些年胞内DNA引起的免疫反应导致了几种ALRs的发现。ALR基因型在哺乳动物中差别大，在人类发现有4种［黑素瘤缺乏因子2(absentin melanoma2,AIM2)，IFI16，PYHIN1，MNDA］，在小鼠中发现有13种［2］。虽然AIM2与其他ALRs一样都具有热蛋白结构域（Pyrin domain，PYD）和DNA结合域（HIN），但AIM2与其他哺乳动物ALRs基因同源性差异大。不同于其他ALRs参与IFN-ISD信号通路，AIM2是通过募集大分子蛋白组成炎症小体，促使IL-18、IL-1β的成熟分泌及细胞焦亡（pyroptosis）来发挥免疫效应［3-4］。虽然AIM2炎症小体相关细胞因子对感染性疾病起宿主保护作用，但它在一些无菌炎症性疾病中也显示了一些不利的方面，包括动脉粥样硬化［5］、慢性肾病（CKD）［6］、皮肤疾病［7］、肝病［8］和神经炎症［9］。除了对炎症疾病的影响，AIM2在肿瘤中也起着不可小觑的作用，有的情况作用机制并不是依赖炎症小体的形成。研究显示AIM2在肿瘤发生发展中起双向作用，是抑癌还是促癌作用取决于癌症类型。在结直肠癌和肝癌中，AIM2起着抑癌的作用，但在鳞状细胞癌中起着促癌作用。其具体的机制值得进一步的研究，本文就AIM2对各种肿瘤的研究进展进行综述，旨在为肿瘤的免疫治疗提供依据。

1 AIM 2的生物学活性

AIM2最早是在人黑色素瘤细胞株中被发现缺失，且能逆转该肿瘤表型，因而得名黑色素瘤缺乏因子2。结构分析表明AIM2是干扰素诱导的HIN-200蛋白家族中的一员。人AIM2基因定位于1q22染色体，由344个氨基酸组成，分子量大小约为39 487 Da。AIM2主要定位于胞质中，具有HIN-200蛋白家族的2个典型结构域（PYD和HIN-200）［10］，其N端含有热蛋白结构域PYD，可以和接头蛋白ASC结合。C端是含有2个相邻的寡核苷酸/寡糖结合结构域（OB）的HIN-200［11］，与dsDNA的识别与结合有关。作为胞内DNA感受器，AIM2能感受侵入宿主细胞胞质的病毒DNA、发挥逃逸机制在吞噬体膜上打洞进入胞质的细菌DNA、损伤细胞的DNA和宿主自身降解进入胞质的DNA。这些dsDNA均可作为配体激活AIM2，依赖dsDNA的磷酸骨架与HIN结构域之间的静电相互作用，AIM2的OB结构域与dsDNA结合，导致了AIM2的寡聚，之后AIM2的PYD结构域与ASC的PYD结合，诱导了ASC的二聚体化，ASC通过自身的CARD与Pro-Caspase-1的CARD结构结合，形成AIM2-ASC-Pro-Caspase-1炎性复合体，即AIM2炎症小体。Pro-Caspase-1得以活化，继而剪切pro-IL-1β和pro-IL-18，被剪切成熟的IL-1β和IL-18启动细胞的固有免疫［4］。活化的Caspase-1可裂解底物GSDM-D，该底物的N端寡聚化并与胞膜结合，诱导细胞焦亡（Pyroptosis）的产生，促进胞内寄生病原体的释放清除，并且将成熟的IL-1β和IL-18释放到细胞外，激发了免疫反应。

2 AIM 2与结肠炎和结直肠癌的关系

在肠道炎症患者的大小肠内，AIM2主要在巨噬细胞和上皮细胞中表达，提示AIM2与肠道炎症疾病有关联。研究发现AIM2-/-小鼠在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导下，肠道微生态平衡被打破，发展比野生型（WT）小鼠更严重的结肠炎。具体机制是AIM2炎症小体通过IL-18/IL-22/STAT3信号通路致抗菌肽表达上调以调整肠道生态平衡，AIM2-/-小鼠因为该信号通路失调，导致STAT3依赖性抗菌肽表达下降，肠道内稳态不能保持而诱发了结肠炎［12-14］。

慢性炎症下组织易于癌变，临床研究表明，慢性肠炎患者比对照组有着更高的患癌的风险［15］。在对结直肠癌（Colorectal cancer，CRC）的研究中也发现AIM2的表达与患者的预后相关［16-17］。研究显示，经AOM和DSS造模后，AIM2-/-小鼠比WT小鼠结肠内有更严重的炎症改变，更多的息肉，更高的肿瘤负荷，说明AIM2在CRC中起抑制作用［18］。通过比较两种小鼠内，炎症小体信号通路中Caspase-1、IL-18、IL-1β及NF-κB信号通路中ERK、IκBa；各种炎症因子、调控因子及趋化因子；外周血、脾、肠系膜各种白细胞数，均未见明显差异，说明AIM2在CRC中起抑制作用并不是通过炎症小体及炎症细胞因子发挥作用。在AIM2-/-小鼠CRC模型中，在Wnt促肿瘤信号通路被阻断（它莫西芬作用于β连环蛋白）的情况下，肿瘤细胞显著增高，Ki67、磷酸化AKT、c-Myc数量的增加，证实在AIM2-/-小鼠内，肠道干细胞异常活跃，肿瘤细胞显著增加［18］。这些研究证实AIM2可以通过抑制肠道干细胞增殖及抑制P13K/Akt通路促使细胞死亡，AIM2通过抑制DNA-PK活化阻止了依赖DNA-PK的激酶AKT的磷酸化，从而降低CRC的发生。在AIM2缺失情况下，P13K/Akt通路过度活化可以下调抑肿瘤蛋白的表达，促进细胞过度异常增殖导致CRC发生［18-21］。有研究还显示AIM2可以通过抑制P13K/Akt通路调控细胞周期诱导细胞周期停留在G2/M阶段，以减少结肠癌细胞增殖［22］。以上研究说明，AIM2能调控细胞周期抑制异常增殖，抑制P13K/Akt通路促使肿瘤细胞死亡，还可以通过抑制肠道干细胞增殖阻遏CRC的发展。

在AOM/DSS诱导的小鼠CRC模型中，粪便标本16SrRNA测序结果发现WT和AIM2-/-小鼠肠道菌群有着巨大差异，但通过共笼这一自然肠道菌群交换方式，AIM2-/-小鼠结直肠肿瘤数量在得到WT小鼠的肠道菌群后明显下降，说明肠道菌群在抑制CRC中也产生着一定的影响［18］。

3 AIM 2与原发性肝癌

肝癌的发生与肝炎病毒导致的慢性炎症及机体的免疫失调相关。研究发现，AIM2抑制肝癌的发展，表现出抑癌作用。与末梢的正常无癌组织相比，AIM2在肝癌组织中表达显著降低，并且AIM2的表达与肿瘤负担呈负相关，揭示了AIM2与肝癌的关系［23］。其具体的机制为AIM2可以通过抑制mTOR-S6K1信号通路，抑制免疫功能不全的裸鼠的肝癌发生。肝癌细胞中AIM2的沉默与过表达的研究提示进一步揭示AIM2通过炎症小体的产生及触发细胞焦亡来发挥抑癌作用。有研究发现AIM2的缺失诱导乙肝病毒X蛋白的产生，使肝癌细胞具有更高的迁移性与侵袭力，导致肝转移［24］。在这项研究中，AIM2缺失而X蛋白产生，X蛋白攻击肝脏的纤维连接蛋白FN1，提高了上皮间质转化，从而确认了HBx/AIM2/FN1轴作为新的转移性肝癌的治疗靶点。有意思的是，近来的一项研究揭示了AIM2在肝癌中不利的一面［25］。在二乙基亚硝胺诱导肝癌小鼠模型中，AIM2基因敲除引起了肝损害的下降和肿瘤发展的滞缓。AIM2在肝癌（Hepatic carcino⁃ma，HCC）中表现出的相反的角色是否是因为不同的小鼠模型（DSS与二乙基亚硝胺）的原因呢？如果是，那AIM2在转移性肝癌动物模型中是起抑制保护的作用，但在化学性诱导动物模型中是有害的、促癌的。

4 AIM 2与皮肤鳞状细胞癌

AIM2经常被视为肿瘤抑制因子，但在皮肤鳞状细胞癌（Cutaneous squamous cell carcinima，cSCC）中，AIM2是潜在的致癌、促癌因子。有研究显示，与正常皮肤细胞相比，AIM2 mRNA在皮肤癌细胞中高表达，RNA-seq、qRT-PCR和免疫组化实验显示，AIM2在原发和转移性cSCC中高表达［26］。在AIM2炎症小体的激活下，cSCC细胞释放间接效应细胞因子诱导上调了细胞周期调节基因CDK1、CDC7、CCNA1等，细胞死亡受到抑制，增殖速度提高，导致肿瘤的更快发展。敲除AIM2后，免疫组化、RNA-seq及信号通路因子分析显示，肿瘤细胞侵袭转移力下降，转移的肿瘤细胞生长及血管形成受到抑制。cSCC侵袭性下降，与信号通路下游的MMP-13与MMP-1下降有关。敲除AIM2后，调节细胞周期的关键调节基因CDK1表达下降，cSCC肿瘤细胞生存能力下降，凋亡细胞数增加。基于以上结果，研究者认为AIM2促进了cSCC的发生发展与转移，提出AIM2可作为cSCC发生前的生物学标记物，且AIM2炎症小体可作为cSCC生物治疗的靶点。

5 AIM 2与放疗化疗

AIM2作为一种重要的PRR，在感受外源性病原dsDNA、形成炎症小体、启动固有免疫为机体抵抗病原体感染发挥着关键作用。但AIM2作为胞内DNA感受器，也能感受内源性DNA，如电离辐射和化疗药物作用下，骨髓细胞和胃肠道黏膜上皮细胞内的细胞核膜与线粒体膜被破坏，释放内源性DNA，胞内的AIM2能感受、捕捉到释放的dsDNA，AIM2被募集到受损胞核周围并且被活化，组装炎症小体，调控依赖Caspase-1骨髓细胞和胃肠道黏膜上皮细胞的死亡，引起放化疗的胃肠道反应与造血障碍。实验显示，Casp1-/-小鼠和ASC-/-小鼠比WT小鼠对射线引起的肠道敏感性与致命性更具有抵抗性，提示Caspase-1和ASC依赖性信号通路调控肠道的辐射敏感性［27］。WT小鼠比AIM2-/-小鼠在射线照射下表现出更严重的肠道黏膜损伤，更多的肠隐窝消失，更高的致死率。而Casp1-/-、Aim2-/-骨髓来源巨噬细胞（BMDM）与WT BMDM中效应因子IL-1β等的比较证实，AIM2并不是激活产生的细胞因子IL-1β和IL-18发挥作用，而是AIM2炎症小体剪切激活Caspase-1，调控放疗细胞死亡以降低射线对肠道和造血的毒害。AIM2对化疗所致的毒副作用也起着相似的作用。有研究显示，AIM2-/-小鼠在常用放疗药物阿霉素高剂量投喂下，相比较WT小鼠，具有更完整的胃肠黏膜，肠腺窝损伤小，胃肠道损伤及造血障碍症状更轻微［28］。以上研究提示以AIM2为靶点的药物可能在放化疗毒副作用中起一定治疗作用。如对于使用化疗药物伊立替康（CPT-11）进行抗肿瘤的小鼠模型，可以通过阻断AIM2信号通路的方式降低药物的不良反应［29］。

虽然以AIM2为靶点的药物使AIM2沉默可以减轻放疗化疗引起的胃肠道反应与造血障碍反应，但在HIV的常用抗病毒药奈非那韦（Nelfinavir，NFR）使用中，AIM2却起着积极的作用［30］。HIV主要侵犯表达CD4的T淋巴细胞，NFR可以影响受HIV感染的骨髓巨噬细胞与人白血病单核细胞（THP-1细胞）的核膜的组成成分核纤维蛋白（Lamin A），核膜与线粒体膜的完整性遭受破坏，核内DNA释放，AIM2能聚集到受损胞核周围并且被活化形成的炎症小体调控了Caspase-1的激活及IL-1β的分泌，提高了炎症反应，促进了受染细胞的焦亡，减少了HIV在宿主免疫细胞内的逆转录复制与扩散。这种机制有可能帮助解释NFR除了作为抗HIV药，也可用于疟疾、结核、肿瘤治疗中［30］。

6 小 结

在细胞微观生态平衡条件下，AIM2能感知自身DNA并通过某种保守机制标记核内自身DNA并降解错误定位的DNA以维持体内正常的免疫平衡。当炎症或微生物感染，宿主或微生物dsDNA释放，被AIM2感知，募集ASC组成炎症小体，然后促使效应细胞因子的激活，诱导细胞焦亡，在微生物感染中起保护作用，所以AIM2炎症小体能帮助宿主抵抗各种病原体如病毒、细菌、真菌和寄生虫的感染。但AIM2在无菌性炎症疾病中却起着促进炎症的作用，AIM2炎症小体驱动了许多无菌性炎症疾病如心血管疾病、皮肤疾病、CKD和神经炎症。如炎症小体激活的IL-18、IL-1b对IRI小鼠CKD疾病是有害的。同样的，AIM2激活的炎症小体通路促进了心血管疾病和神经炎症的发展。但在AIM2抑制结肠炎性相关CRC中，AIM2并不依赖于炎症小体通路，而是通过调控肠道干细胞增殖和调节肠道生态平衡发挥作用，这为AIM2的新机制提供了新的视角。AIM2对不同类型的肿瘤表现不同的作用机制与效应，是值得探索的方向，有利于肿瘤免疫治疗学的发展，同理，对AIM2在无菌性炎症疾病中的作用分子机制的研究也将推动免疫治疗学的发展。虽然AIM2的治疗性靶点对无菌性炎症疾病可能是有利的，但对AIM2的沉默可能置患者于感染的风险中，因此，理解病原性dsDNA属性与胞内来源是一个探索AIM2生物学亟待解决的问题。

除了AIM2，cGAS-STING-NLRP3信号通路也可以被dsDNA激活形成炎症小体，在鼠类中，细菌、病毒感染只吸引AIM2构建AIM2炎症小体，而在人体内，除了AIM2，人类早期骨髓细胞内也可以激活cGAS-STING-NLRP3信号通路，是什么因素来精准调控人类与鼠类激活利用不同的感受器现在还不清楚，但一些假设认为AIM2在针对外源性DNA产生炎症小体扮演的是一个次要的角色，并且在肿瘤发生中发挥作用并不依赖于炎症小体机制。或者认为AIM2只能被某些并不是全部微生物DNA激活，所以研究DNA是如何被AIM2聚集和探测到的具体机制，才能很好的回答这个问题。AIM2是否涉及各种无菌性炎症疾病仍需更多的研究检测。除了AIM2，大量的胞质dsDNA探测感觉器已经被发现，它们与AIM2炎症小体之间是否有某种关联从而影响疾病的病理进程？另外，一些对AIM2的生理性抑制物也陆续被报道，但仍需更多的研究来理解这些生理性抑制物在感染和炎症疾病中的作用机制。总之，AIM2在感染性和无菌性炎症疾病起保护作用，而在肿瘤方面展示的是双面角色。