自身免疫调节因子在机体免疫耐受中的作用机制研究进展*

翟建昭，张 苹，张乃丹，王洋一，刘在栓 综述,武永康,3△ 审校

1.四川大学华西医院实验医学科，四川成都 610041；2.四川省德阳市人民医院检验科，四川德阳 618000；3.四川大学华西医院门诊部，四川成都 610041

免疫耐受指机体对特定抗原无免疫应答的现象，自身免疫调节因子(Aire)是一种转录调节因子，在机体的免疫耐受中起着重要的作用。Aire主要表达在胸腺髓质上皮细胞(mTECs)中，参与T细胞的阴性选择过程，此外也参与外周免疫耐受的维持。Aire基因的突变会导致机体免疫耐受破坏，与多种自身免疫性疾病的发生有关。本文将通过对Aire的结构、表达、分布、功能和涉及的疾病进行综述，了解该因子在机体免疫耐受平衡中起到的作用。

1 Aire的结构

Aire基因位于21q22.3处，含有14个外显子，可编码含有545个氨基酸的Aire蛋白。Aire蛋白含有4个亚基，从N端到C段分别为CARD结构域、SAND结构域和两个PHD结构域(PHD1、PHD2)[1]。

CARD结构域是Aire蛋白行使功能的基础，位于Aire蛋白的氨基末端，该结构域可以与入核载体相互作用，将Aire蛋白转运至细胞核。同时，CARD结构域影响着Aire二聚体和四聚体结构的形成，是Aire中十分重要的区域，该基因突变引起疾病的许多位点位于该结构域[1]。

SAND结构域是一段保守的DNA结合序列，最初发现其存在于4种基因(Sp100、Aire、 NucP41/75和DEAF1[2])中。该结构域与激活转录因子7相互作用蛋白1(ATF7ip)-甲基CpG结合蛋白1(MBD1)复合物结合，可能与PHD-1起协同作用，共同激活组织特异性抗原(TSA)的表达[1]。在这个过程中Aire首先激活ATF7ip-MBD1复合物以靶向TSA基因，再与组蛋白甲基转移酶ESET-SETDB1结合，将其定位于甲基化的CpG二核苷酸，甲基化的CpG二核苷酸富含非活性基因的启动子，从而激活TSA的表达[3]。除此之外，已经确定了数十个具有不同功能的可以与Aire结合并相互作用的蛋白质，例如Aire可以独立与组蛋白相互作用，也可以通过与DNA依赖性蛋白激酶相互作用对组蛋白的核心蛋白进行连接[3]。该结构域的突变也会引起多种自身免疫性疾病。

PHD1是富含半胱氨酸的结构域，可以阅读组蛋白密码，与组蛋白H3上代表转录抑制标志的未甲基化的赖氨酸4相互作用。未甲基化的赖氨酸4通常是转录抑制的标志，PHD1通过与组蛋白H3上这些区域结合，将Aire蛋白转移到染色质的相对不活跃区域，从而调控表观遗传转录，这对于Aire发挥转录调节功能十分重要[4]。PHD2的作用机制现在仍然不明确。

除了上述4个亚基外，Aire蛋白还包括两个涉及核转运的核定位信号区域以及4个LXXLL模体，它们介导Aire与其他含LXXLL模体的蛋白质相互作用[1]。

2 Aire在组织和细胞中的分布

Aire在细胞中位于核内，呈斑点状分布[5]，主要在胸腺中表达，最常表达的细胞是mTECs，在髓样树突状细胞(DC)和脾、淋巴结等外周免疫器官，以及性腺、肺、肾、外周血单核细胞中也有表达[5]。

Aire的表达还存在性别差异，大多数自身免疫性疾病具有女性易感性，女性的Aire水平也更低，这导致了女性自身反应性T细胞选择性清除率降低，从而更容易患自身免疫性疾病[6]。除此之外，小鼠实验还表明雌二醇会影响胸腺上皮细胞(TECs)中蛋白质的表达水平和Aire依赖性TSA的表达水平[7]。相反，雄激素会刺激这些蛋白表达，这可能是造成Aire在不同性别中差异表达的原因。总之，女性对自身免疫性疾病的敏感性增加，部分原因可能是雌激素导致的胸腺Aire表达水平降低。

3 Aire蛋白的功能

常规的转录因子通过与靶基因的启动子结合，使得靶基因以特定的强度在特定的时间、空间表达相应的蛋白质分子。而Aire不是这种经典的转录因子，因为它没有明确的DNA结合序列[3]，它只能通过识别沉默状态的基因表观遗传标记，与多种蛋白非特异性地相互作用来促进基因的转录[8]。小鼠实验表明，Aire对于转录因子的促进作用是在拓扑异构酶的辅助下，通过激活超级增强子诱导大量基因的表达实现的[9]。

3.1Aire在中枢免疫耐受中的作用

3.1.1TSA的表达 TSA的表达主要由Aire和前脑胚胎锌指样蛋白2(Fezf2)控制[10]，Aire及其复合物在TSA基因的启动子附近非特异性结合以激活转录[8]，通过诱导胸腺DC表达TSA来控制阴性选择过程[11]，这对免疫系统的正常发育至关重要。除了激活转录以外，Aire对TSA的调控还可以通过对RNA的3′端非翻译区(3′UTR)进行转录后修饰，通过缩短3′UTR mRNA的长度促进TSA的表达[12]。同时，Aire通过影响TSA的表达，增强了mTECs的抗原呈递能力。

3.1.2胸腺细胞的迁移与黏附 促进TSA的表达并非Aire对T细胞阴性选择的唯一作用方式。T细胞发育时需要从胸腺皮质迁移到髓质，此过程中胸腺细胞的迁移及其与mTECs的黏附有着十分重要的作用。小鼠细胞体外实验表明，Aire基因的破坏会降低mTECs与胸腺细胞的黏附性[10,13]，还会引起多种与胸腺细胞黏附作用相关基因的表达水平降低，如Cd80、Vcam、Icam4等，从而削弱胸腺细胞的黏附性[13]。此外，Aire还可以调节趋化因子及其受体和配体的表达，如CCR4/7，从而降低免疫耐受[14]。

3.1.3调节性T细胞(Treg)的发育 胸腺中一部分CD4+T细胞在接受自身抗原的刺激后，分化为Treg[15]，表达Aire的mTECs通过呈递自身抗原在这个过程中起重要的作用[15]。除了促进分化外，Aire还可以通过延长Treg在血液循环中存在的时间来增强其作用，Treg通过表面的CCR6受体与胸腺细胞表达的CCL20结合，并从外周进入胸腺再次循环，以此延长存在的时间，而CCL20的表达水平依赖于Aire的调节[16]。因此，Aire的表达水平降低会通过减少Treg的数量和再循环等途径来减少其免疫抑制作用。

3.2在外周免疫耐受中的作用 在外周免疫系统中Aire的表达较少，很难检测到，但有研究表明Aire在外周淋巴结、扁桃体、肠淋巴组织、脾、胚胎肝脏细胞和外周血单个核细胞中均有表达[5]。与Aire在中枢免疫耐受中的作用类似，外周淋巴器官中的Aire也可以通过调节TSA的表达来清除自身反应性T细胞，并且外周Aire所针对的靶抗原和胸腺Aire不同，因此它并不是简单地加强其在中枢免疫耐受中的作用，而是进行了补充。除了诱导TSA在外周的表达外，Aire还可以通过其他机制影响外周免疫。

3.2.1调节Toll样受体(TLR) TLR主要在巨噬细胞和DC等抗原呈递细胞中表达，可识别多种病原体介导的机体免疫反应，对于先天免疫反应十分重要。在SUN等[17]的研究中，将Aire转染到小鼠外周血DC中，其作用表现为显著上调TLR3、TLR8及TLR7，加强抗原呈递能力。有趣的是，FERGUSSON等[18]在人类扁桃体成熟DC中也检测到了Aire的表达，然而这些细胞显示出TLR3、TLR4、TLR7的表达水平降低以及相关细胞因子水平降低，这可能是由于表达位置的差异，使得Aire发挥了不同的作用，而在机体内不同免疫细胞中Aire的表达对TLR的作用仍需要进一步的研究。

3.2.2调节DC表达 Aire在外周的表达有助于机体识别并清除自身反应性T细胞[19]。一项研究显示，在过表达Aire的DC中，白细胞介素(IL)-12、IL-6和转化生长因子(TGF)-β等细胞因子的产生增加，以此诱导辅助性T细胞(Th)1和Th17的分化[20]。此类DC还会抑制T细胞受体(TCR)信号通路并减少自身反应性T细胞的数量[21]。这些研究显示了Aire在外周DC中多样的作用，除了诱导DC表达自身抗原外，还可以促进DC呈递抗原，抑制自身反应性T细胞的数量等，进而影响外周免疫耐受。但也有人认为Aire对外周DC不起作用[18]，但这些研究结果都是基于体外实验得出，对于Aire在外周DC中的确切作用还需要深入的研究。

4 Aire与疾病

Aire基因的突变会造成Aire蛋白结构或含量改变，从而影响下游基因的激活和表达，导致免疫耐受的破坏及多种自身免疫性疾病的发生[22]。其中最重要的一种Aire单基因突变疾病是自身免疫性多腺体综合征(APS)。APS是一种累及多个内分泌腺的免疫缺陷疾病，又名自身免疫性多发性内分泌病-念珠菌病-表皮营养不良(APECED)，分为APS-1、APS-2、APS-3、APS-4 4型。APS-1主要表现为内分泌腺功能失调，通常表现为甲状旁腺功能减退、Addison病、自身免疫性肝炎等器官特异性自身免疫病[23]，以及对特征性传染病，如慢性黏膜皮肤念珠菌病的易感性，其临床表现为黏膜、皮肤、指甲的慢性复发性普通酵母菌、念珠菌严重感染[1]。目前已有超过60种Aire基因突变与APS-1有关[24]。但当突变没有累积到引起APS-1时，会导致一些较为常见的自身免疫性疾病[23]，包括类风湿性关节炎、Graves病、系统性硬化症、系统性红斑狼疮、重症肌无力等[23,25-26]。

Aire的表达增强了机体的免疫耐受，而它的过表达可能会造成肿瘤细胞的免疫逃逸，在多种肿瘤中均可以检测到Aire的高表达。在前列腺癌中Aire的表达使小鼠肿瘤发生、发展，增加了肿瘤抗药性和侵袭性[27]。此外，Aire rs1800522的等位基因多态性可能通过调节T细胞对肿瘤细胞的识别，影响黑色素瘤的易感性。而在骨肉瘤患者中Aire高表达会导致更低的总生存率和无转移生存率[28]，Aire或许可以作为骨肉瘤的随访指标。

5 小 结

Aire对于自身免疫耐受的建立十分重要，它最主要的作用场所是胸腺，不同于经典转录因子的作用方式，它通过识别表观遗传标记，在启动子上游非特异性结合发挥作用，这也导致如果它的结合域发生突变将会影响相关基因的表达。目前对于Aire的研究并不是很广泛，对它的作用机制也不是很明确，但不可否认它在中枢和外周免疫耐受中的重要作用。因此，对Aire的深入研究有助于加深研究者对免疫耐受和自身免疫性疾病的认识。如果可以人为调控Aire的表达，或许有助于相关疾病的治疗。