宿主导向疗法治疗结核病的应用机制

2021-04-17强锐徐俊驰宋华峰吴敏娟胥萍

国际流行病学传染病学杂志 2021年6期

强锐徐俊驰宋华峰吴敏娟胥萍,

1 苏州大学医学部，江苏苏州 215131；2 苏州大学附属传染病医院检验中心，江苏苏州 215131

结核病是由结核分枝杆菌(Mtb)引起的一种严重慢性感染性疾病。2019 年全球新发结核病例约1 000 万，近50 万人对利福平耐药，其中78%的患者对多种一线药物耐受[1]。目前，一线药物联合治疗结核病至少需要6 个月，其过程虽可清除部分敏感菌株，但对于耐药菌株疗效不佳、治疗时间长、不良反应大[2]。

宿主导向治疗(HDT)是一种新型的抗Mtb 感染的治疗手段，它通过对小分子物质的单独使用或联合抗菌药物使用来调节宿主内环境稳态和各种反应途径，以更好地清除Mtb。本文总结了几种HDT 在结核病治疗中的作用机制及其研究进展，并讨论其潜在的临床应用价值。

一、激活AMP 依赖性蛋白激酶(AMPK)分子为主的HDT

AMPK 分子是机体新陈代谢和诱导自噬的中枢调节因子。自噬是大多数真核细胞内的分解代谢过程，通过内吞作用形成自噬小体，在溶酶体的参与中对新陈代谢产物或微生物等进行降解，维持体内平衡或清除入侵的病原体，是机体重要的免疫防御机制[3]。目前AMPK 分子作为癌症潜在治疗靶标引起广泛关注，也为抗结核治疗提供了新思路。

1.微生物及其配体或某些蛋白诱导

Jia 等[4]通过体外研究发现，由微生物及其配体或各种蛋白导致的溶酶体损伤可激活细胞质中的凝集素检测系统，产生半乳糖凝集素有关的泛素化反应，从而激活受损溶酶体上的AMPK 分子，诱导吞噬细胞自噬，增强清除Mtb 的能力。Hua 等[5]研究发现，AMPK 分子通过抑制自噬诱导的抑制因子——雷帕霉素的生物靶标(mTOR)来促进细胞抗菌自噬能力。同样，Singh 等[6]发现免疫相关的p47 型鸟苷三磷酸酶家族M 蛋白1 （IRGM1) 在小鼠和人类细胞中均有关于AMPK的分子途径，该蛋白诱导感染细胞产生自噬溶酶体，有助于清除Mtb。Chauhan 等[7]进一步通过体外实验揭示其分子机制表明，IRGM 通过编码基因的表达增强，联合ULK1、Beclin 1和ATG16L1 等自噬相关因子维持和稳定AMPK 分子从而诱导自噬。

2.降糖药物诱导

二甲双胍不仅是2 型糖尿病的传统治疗药物，也被列为结核病HDT 候选药物。Singhal 等[8]研究发现其作用机制依赖AMPK 分子诱导感染Mtb 细胞的自噬：在体外实验中，二甲双胍一方面通过溶酶体酶诱导AMPK 分子，进一步使多种蛋白磷酸化，抑制Mtb 在细胞内的生长；另一方面，也可增加线粒体活性氧，促进吞噬体与溶酶体的融合。 Yang 等[9]研究也发现 AMPK 分子相关的 PPAR γ 辅活化子-1α(PGC1α)途径能促进自噬相关基因转录，增强巨噬细胞中线粒体呼吸和生物合成等功能，提高巨噬细胞的自噬能力，从而增加宿主的抗菌活性。此外，Kumar 等[10]发现阿卡波糖和环孢菌素A 体外共培养均能抑制Mtb 的生长。在体内实验中，Singhal 等[8]发现二甲双胍可增强机体免疫力，减少Mtb 的数量，控制耐药性Mtb 的生长，能明显改善结核感染小鼠模型的肺部疾病，减少慢性炎症。临床回顾性研究发现二甲双胍治疗组糖尿病合并结核患者死亡率更低[9]，同时也有研究发现高剂量的二甲双胍有助于降低糖尿病患者的活动性结核病发病率[11]。

3.其他小分子制剂诱导

一些小分子制剂也被发现可用以激活AMPK 分子。在体外研究中，Vingtdeux 等[12]发现SIRT1 激活剂如白藜芦醇触发胞浆内钙的产生，激活AMPK 分子以促进感染Mtb 细胞自噬以及相关溶酶体降解Mtb；之后，他们筛选了一个与白藜芦醇结构相似的化学库，并确定了有效的自噬激活剂，促进AMPK 分子的激活，抑制 mTOR 途径[13]。同样，Shin 等[14]新发现的环状肽A 和环状肽B 通过激活AMPK 分子促进吞噬细胞成熟和增强清除Mtb 能力。 Kim 等[15]用分枝杆菌的脂蛋白LpqH 刺激TLR2/1/CD14，并通过维生素D 受体信号传导激活AMPK 分子，通过组织蛋白酶抑制素来诱导并激活带菌细胞的自噬。

体内研究发现维生素D 可以激活及其受体传递的信号并进一步激活AMPK 分子，提高感染细胞的自噬能力，并在动物模型中验证了其抗 Mtb 防御能力[16]。同时，Zumla 等[17]也发现活化的维生素D3 可以诱导抗菌肽(LL-37)的合成，进一步增强机体对外来细菌的抵抗，并作为抗结核的辅助药物应用于临床，以缩短治疗周期。

二、以二十烷基类化合物为中间代谢产物的HDT

二十烷类化合物是环氧化酶(COX)和脂氧化酶(LOX)等氧化二十碳多不饱和脂肪酸的产物，可触发多种抗炎反应[18-19]。利用二十烷类化合物作为中间产物，诱导或抑制机体对其合成，从而提高机体抵抗Mtb 的能力。

1. 前列腺素 E2 和 LOX

Herb 等[20]发现基因敲除小鼠 Alox5-/-小鼠对 Mtb 抵抗力更强，而Kaul 等[21]发现前列腺素E 合成酶(PTGE)缺陷小鼠或前列腺素E2 受体 (EP2) 缺陷小鼠携带更多的Mtb，证实了LOX 的缺乏和前列腺素 E2 的存在，均能抵抗 Mtb 感染。Mishra 等[22]提及了布洛芬在高度敏感的Mtb 感染小鼠中能抑制前列腺素E2 的合成，减少肺病理和Mtb 负荷，而前列腺素E2 在TB 晚期患者肺部升高，通过前列腺素EP4 受体减少了肺病变和细菌感染负担，并提高了巨噬细胞中TNF 的产生，有助于Mtb 的清除。 Chen 等[23]发现LOX 抑制剂齐留通可用于治疗哮喘，减少无效的炎症，提高小鼠抗Mtb 的存活率。

2.IL-1 和Ⅰ型IFN

IL-1 和Ⅰ型IFN 是两类在调节二十烷类化合物上具有相反作用的细胞因子[24]，并通过二十烷基类化合物在功能上紧密相连，调控机体抵抗Mtb 的能力，为HDT 策略提供依据。

Mayer-Barber 等[24]发现在Mtb 感染小鼠和TB 患者中，IL-1 通过诱导二十烷类化合物来限制过量的Ⅰ型IFN 的产生，并抑制Mtb 的生长，增强宿主抵抗力，而IL-1 反应降低或过量的Ⅰ型IFN 会使二十烷类化合物代谢失衡，使疾病恶化。 Ji 等[25]的研究中发现IL-1 受体拮抗剂可诱导产生更多的Ⅰ型IFN 并导致小鼠易感结核，而中和IL-1 受体拮抗剂为结核感染小鼠的治疗提供益处。综上，今后可通过有效制剂调控机体二十烷类化合物合成途径的平衡，从而为结核病早期感染控制提供一种有效的HDT 策略。

三、微小RNA (miRNA)基因

miRNA 是一种小型非编码RNA，能够调节与炎症有关的细胞因子和趋化因子的活性，在转录后水平调节免疫细胞的基因表达调控，并参与形成机体对Mtb 的免疫防御力[26]。通过各种制剂上调或下调不同种类miRNA 相关基因表达来调节宿主的抗菌能力。

1.抑制某些 miRNA 表达

Singh 等[26]发现不同毒力的分枝杆菌脂甘露聚糖可刺激人巨噬细胞高度表达某些miRNA，从而使得Mtb 更容易存活，H37RV 菌株感染的DC 和巨噬细胞中高度表达miRNA-99b (miR-99b)，阻断miR-99b 的表达可导致 DC 中细菌生长明显减少，从而证明抑制miR-99b 的表达有利于宿主抵抗Mtb 感染。 Zhang 等[27]证明，miR-20a-5p 可负向调节分枝杆菌引发的细胞凋亡，故通过抑制miR-20a-5p 的表达可有效清除Mtb。在体内研究中，Ma 等[28]证明带有 miR-29 内源性阻断的转基因小鼠对Mtb 感染表现出更强的抵抗力。

在体外研究中，Spinelli 等[29]发现miRNA 的表达与结核病中的细胞因子IL-6 水平有关。 Dalvi 等[30]也发现耐多药结核病患者比新诊断结核病患者的血清IL-6 水平显著升高，认为IL-6 作为一种Mtb 的促炎因子，可能在结核病理进程中发挥正向作用，促进结核病的发展。 Wang 等[31]利用临床现有的病例分析，发现高水平IL-6 与颈淋巴结结核患者创面延迟愈合相关，通过抑制IL-6 的产生，可抑制结核病的进展。

2.促进某些miRNA 的表达

Wang 等[32]发现miRNA-155 的表达是通过抑制富含在脑中的RAS 同源蛋白的功能，并加速吞噬细胞中吞噬体成熟，提高宿主的抗Mtb 能力。 Iwai 等[33]通过体内研究发现miRNA-155基因敲除小鼠易感染Mtb，死亡时间明显比野生型小鼠提前，肺部菌量显著增加，证实miRNA-155 对Mtb 感染提供保护作用。

由于目前以miRNA 基因表达调控的HDT 仍处于初级阶段，多数miRNA 并非特异性，且可能有多个靶标，因此科学家们提倡更多有关miRNA 与人类结核病的动物模型的研究，以评估miRNAs 作为HDT 治疗靶标的作用。

四、阻断免疫检查点

免疫检查点是表达免疫抑制信号的细胞表面受体，在调节体内免疫应答的过程中提供负性调节信号，可有效地维持自身免疫耐受和免疫稳态。目前已发现几个常见的免疫检查点：程序性死亡分子受体1 (PD-1)、CTL 相关抗原4(CTLA-4)、T 淋巴细胞免疫球蛋白黏蛋白3(TIM-3)[34]和淋巴细胞活化基因 3 (LAG-3)等[35]。

Hassan 等[36]通过体外研究出现经过抗结核病强化治疗后，T 细胞和 NK 细胞上的 PD-1、PD-L1 和 PD-L2 基因表达下降，说明PD-1 的表达阻断与机体抗结核能力密切相关。然而，Barber 等[37]却认为，阻断 PD-1 会过度增强 Th1 细胞功能，从而增加了机体感染Mtb 风险及严重程度。

总之，通过适当地抑制免疫检查点的功能来提高宿主的免疫力，加强宿主抵御Mtb 的能力，也许是利用HDT 抗结核的一种可行的新思路。