SIGIRR在机体炎症与免疫反应中负性调控作用的研究进展①

宋燕萍 周小江 谢 勇（南昌大学第一附属医院，南昌 330006）

白介素-1 受体（interleukin-1 receptor，ILRs）和Toll 样受体（Toll-like receptors，TLRs）介导了机体细胞的炎症与免疫反应，其应答异常导致的下游信号通路失衡是引发众多炎症或免疫反应相关疾病发生、发展的重要机制。ILRs和TLRs均隶属于TIR 超家族（Toll/IL-1R，TIR）。该超家族成员在炎症或免疫反应相关疾病中的正性促进作用已被广泛认知，但其平衡调控研究却鲜见报道。单免疫球蛋白白介素-1受体相关蛋白（single Ig IL-1-related receptor，SIGIRR）是TIR 超家族的另一成员，在机体大部分组织和器官上广泛表达。由于结构不同于其他TIR超家族成员，SIGIRR 的特殊性在于其在炎症与免疫反应中发挥负性调控作用，维持着TIR 超家族所介导下游信号通路平衡。近年来，SIGIRR 的负性调控作用在炎症免疫相关性疾病的研究中取得了诸多进展，展现出了重要的临床应用价值。

1 SIGIRR的结构、功能与表达

人类SIGIRR 基因定位于染色体11p15.5，由10 个外显子组成，约11 700 bp。SIGIRR 蛋白含有410 个氨基酸，肽链序列由单个细胞外的Ig 结构域、1 个跨膜结构域、1 个细胞质TIR 结构域和1 个含95 个残基的长尾组成。其中，TIR 结构域在经典的TIR 家族成员中高度保守。然而，相比经典的TIR家族成员，SIGIRR 的TIR 域却缺少了2 个保守的氨基酸残基（447位的丝氨酸和536位的酪氨酸），并在肽链222 位和305 位多了半胱氨酸和亮氨酸［1］。正是由于该TIR 域的结构变化，导致SIGIRR 虽可参与炎症反应，但缺乏激活炎症免疫反应信号的能力。此外，SIGIRR 的胞外Ig 结构域存在广泛的N-和O-糖基化。缺乏糖基化的SIGIRR 将不能定位于细胞膜，只能滞留在胞质中，以至其无法参与IL-1R 或TLRs介导的炎症反应［2-3］。也有研究发现，在人结肠肿瘤中还存在一种经选择性剪接而产生的SIGIRR亚型，该亚型同样无法定位细胞膜或参与炎症反应［3］。以上研究表明，在炎症和免疫反应中SIGIRR具有结构特殊性，此外转录后修饰和翻译后修饰均对SIGIRR的功能活性具有重要影响。

SIGIRR 广泛表达于多种脏器的上皮组织中，如：肺脏、肝脏、甲状旁腺、胃肠道、肾脏等［1］。其中，以胃肠道和肾脏的上皮细胞中含量最为丰富［4-5］。此外，SIGIRR 在中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞、树突状细胞（dendritic cell，DCs）等炎症免疫细胞中也均有广泛表达［6-8］。在炎症情况下，如：炎症性肠病、坏死性肠炎、系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus，SLE）、慢性阻塞性肺疾病、肺损伤、结肠癌等，SIGIRR 的表达通常下调［9-13］。在血小板中，也可检测到SIGIRR 的mRNA 和蛋白表达。无论是从脓毒症患者体内提取的血小板还是在体外经LPS刺激后的血小板，其SIGIRR的表达均为下调［14］。因此，在炎症反应中，SIGIRR 的表达呈下降趋势，而不同于其他家族成员表现出的上调表达。炎症状态下，SIGIRR 表达水平的降低可能与p38 活化增加和泛素化酶USP13 表达降低有关。研究发现，正常情况下锌指蛋白SP1 通常与SIGIRR 基因的近端启动子结合，并在上皮细胞、中性粒细胞和人原代单核细胞中诱导SIGIRR 基因转录。而在炎症刺激时，TLR4 下游分子p38 的激活可抑制SP1 与SIGIRR 启动子的结合，从而减少SIGIRR 的产生［15-16］。另一方面，SIGIRR 蛋白可通过泛素-蛋白酶体系统介导的位点特异性泛素化降解导致表达水平下降。如在受到LPS刺激时，泛素化酶USP13表达下调，SIGIRR泛素化水平增加导致SIGIRR 的稳定性降低［17］。由此可见，SIGIRR 的结构和表达调控均不同于具有炎症正促进作用的其他TIR 家族成员，提示SIGIRR 是炎症反应中的一种负调控因子。

2 SIGIRR的负性调控作用机制

在SIGIRR 对炎症反应的负性调控作用中，IL-37 扮演关键角色。当细胞受到炎症刺激时会产生IL-37，并分泌至细胞外与IL-18Rα 结合，所形成的复合体再与SIGIRR的细胞外Ig结构域相互作用，从而激活SIGIRR［18］。活化的SIGIRR 可负性调控IL-1R1、IL-1R5/IL-18Rα、TLR1/2、TLR3、TLR4、TLR7、TLR9等，抑制含TIR域的TLRs及IL-1R诱导的NF-κB和JNK 的激活［14，19-23］。然而，对于不具备TIR 域结构的其他受体（如TNF 受体）介导的NF-κB 的激活，SIGIRR 并不能发挥其负性调控作用。目前，普遍认为SIGIRR 能够负性调控含TIR 域的TLRs 和IL-1Rs家族成员的分子机制主要是通过干扰TIR 域信号体的形成。具体表现在以下两方面：一方面，SIGIRR通过其BB-loop 区域（在含TIR 的分子中高度保守）以配体依赖的方式短暂结合IL-1R、TLR4 或TLR7，另一方面，SIGIRR 与MyD88 相互作用，使MyD88 结合位点的正常结构和电环境被完全破坏，阻断了MyD88 同型二聚体的形成，从而减少下游信号分子（IRAK 和TRAF6）的激活［24-26］。此外，SIGIRR 抑制IL-1R信号还需要其胞外Ig结构域的参与，胞外单个Ig域能干扰IL-1R和IL-1受体协同蛋白（IL-1RAcP）的二聚化。研究表明，二聚化形成的异源二聚体是IL-1R信号传导的必要因素［27-28］。

3 SIGIRR的负性调控作用机制在炎症免疫相关性疾病中的研究

3.1 感染性疾病 在不同感染条件下，SIGIRR 表达的异常与机体组织炎症损伤的程度有关。在结核分枝杆菌感染中，SIGIRR 基因缺陷小鼠表现出过度的炎症反应，其特征是巨噬细胞和中性粒细胞肺浸润增强、全身炎症细胞因子水平升高，且死亡率也明显升高。进一步探究其原因发现并非是结核杆菌的过量繁殖，而是SIGIRR缺乏导致其对IL-1和TNF-α 抑制效应的解除。若阻断IL-1 和TNF-α，SIGIRR 缺陷小鼠的生存期则得到显著延长［29］。同样，在由铜绿假单胞菌引起的急性肺部感染中，低表达的SIGIRR 解除了对IL-1 信号的抑制是导致机体对细菌易感性增加、促炎细胞因子过度释放以及死亡率增加的真正原因［30］。在白色念珠菌或烟曲霉菌肺感染模型中，由于IL-1信号的激活和Th17细胞反应增强，SIGIRR 基因缺陷小鼠的肺部真菌定植量、黏膜易感性和黏膜炎症扩散均增加，死亡风险也相应增加［31］。在大肠杆菌LPS诱导的尿路感染模型中，SIGIRR 基因沉默导致膀胱上皮细胞中NF-κB和MAPK 的激活及IL-6 和IL-8 表达显著增加。并且，当再次进行LPS 处理时，SIGIRR 缺陷的细胞对炎症反应的耐受能力明显下降［32］。在SIGIRR 缺陷小鼠中，β-淀粉样肽（Abeta，一种TLR2激动剂）诱导的突触和认知功能障碍更为严重，而上调SIGIRR表达可缓解Abeta 介导的海马突触活动长时程增强（LTP）损伤［33］。在铜绿假单胞菌引起的角膜炎模型中，SIGIRR 被证明可以调节Th1 细胞中的IL-1R1 和TLR4信号，并防止组织炎症损伤［34］。这些研究说明SIGIRR 通过对IL-1R 和TLRs 介导的炎症信号通路的精细调控，使机体抗菌和抑炎反应处于微妙的平衡中，对防止炎症反应过度激活，减轻炎症症状、限制炎症范围及延长小鼠生存时间具有重要作用。

此外，肠上皮细胞（intestinal epithelial cell，IEC）中表达丰富的SIGIRR，这是IEC 对大多数细菌产物的耐受能力较强的重要原因之一。IEC 的这种先天低反应性可防止其对肠道共生菌产生不适当的炎症反应。很早以前人们就已经认识到了肠道共生菌对机体消化、生长和防御的重要作用，研究表明SIGIRR 的表达失调可影响肠道微生态的稳定。例如，在柠檬酸杆菌感染的小鼠模型中，SIGIRR 缺乏会导致肠道内IEC的增殖加速以及强烈的促炎和抗菌反应，然而这种夸张的抗菌反应将导致受感染的肠道迅速而显著地丧失共生微生物，从而削弱正常微生物群与入侵病原体争夺空间和营养物质的能力［35］。因此，SIGIRR 是机体实现抵抗致病菌感染的，同时也能为共生菌的生存提供一定包容空间的重要分子。

3.2 自身免疫疾病与过敏反应 ILRs 和TLRs 参与了自身免疫性疾病和过敏性炎症的发病机制。IL-1 被认为是Th17 分化和活化的关键因子，介导了包括自身免疫性脑脊髓炎、类风湿关节炎、SLE等在内的多种免疫性疾病的发展［36］。在此背景下SIGIRR被证实可抑制自身免疫性疾病的发生和发展。研究发现SIGIRR 可控制IL-1 依赖性Th17 的分化、扩增和效应功能，并可直接抑制T 细胞中多种IL-1 依赖的信号通路发挥作用，尤其是Th17 增殖相关的mTOR 通路。例如，在SIGIRR 基因敲除小鼠中，神经元细胞和T 细胞中的mTOR 信号通路过度激活，Th17 极化增强，同时甲基CpG 结合蛋白2（MeCP2）表达增加，突触可塑性及可塑相关基因表达上调，神经元树突棘形态破坏增加，导致实验性自身免疫性脑脊髓炎更容易发生［22，37］。在小鼠关节炎模型中，SIGIRR 缺陷的小鼠将会出现更严重的关节炎症状，这与受损关节中细胞浸润增加有关［38］。银屑病关节炎患者外周血中SIGIRR 的表达较健康献血者少［39］。SIGIRR 缺陷小鼠也更易患银屑病，且疾病严重程度与浸润和活化的γδT 细胞过量表达IL-17A密切相关［40］。在SLE 患者中，处于疾病活动期的SLE 患者体内的SIGIRR 水平降低，Th17 与SIGIRR+CD4+T 细胞的比值升高，并明显高于健康对照组或非活动期SLE患者［41-42］。此外，有研究调查了SIGIRR的基因多态性与SLE的关系。欧洲人群中广泛存在的SIGIRR 等位基因单核苷酸错义突变（rs3210908）被证实与与SLE 没有相关性，但中国人群单核苷酸位点rs7396562 多态性与SLE 易感性有关［43-44］。综上所述，缺乏SIGIRR不仅会增加自身免疫性疾病的发生风险，且缺乏程度与疾病严重程度呈正相关。

SIGIRR 在过敏性炎症中的作用尚存争议。在IL-33 依赖的气道过敏性炎症中，缺乏SIGIRR 的小鼠表现为肺炎症、脾肿大，同时伴有血清IL-5和IL-13水平升高和Th2细胞因子的产生增加［28］。但一项针对日本人群哮喘的遗传学研究认为SIGIRR 的等位基因或单倍型均与哮喘易感性或哮喘相关表型无关［45］。

3.3 无菌性炎症 无菌性炎症也可被定义为坏死组织的炎症反应［46］。坏死组织能够通过释放所谓的内源性“危险信号”来促进炎症反应，这种信号可促进巨噬细胞、DCs 和其他先天免疫系统的哨兵细胞的激活［46-47］。这些“危险信号”也被称为损伤相关分子模式（DAMPs）。典型的DAPMs 包括IL-1 细胞因子家族成员，如IL-1α、IL-1β、IL-18、IL-33、IL-36α、IL-36β 和IL-36γ 等［48］。因此DAPMs 可被IL-1R 和TLRs 识别并结合，从而激活其下游信号分子，触发无菌性炎症反应［49-50］。SIGIRR 作为IL-1R-TLR 信号负性调控因子，能抑制DAPMs诱导的免疫细胞的激活及炎症因子的产生，避免因缺血再灌注而触发的组织损伤，并对诱导移植器官的免疫耐受发挥积极作用。例如，在急性肾衰竭小鼠模型中，SIGIRR 缺乏和肾损伤加重有关，主要表现为肾髓质细胞大量激活、肾内细胞因子和趋化因子的产生增加以及白细胞募集增加［51］。而在移植术前，通过基因修饰使小鼠表达高水平的SIGIRR，移植术后小鼠DCs 的活化和成熟及T 细胞亚群的分化受到影响，主要组织相容性复合物（MHC）产生减少，移植物的生物学功能得到保护并且小鼠生存期延长［52］。此外，在完全不匹配的同种异体肾移植小鼠模型中，SIGIRR 缺乏的移植物与对照移植物相比耐受性较差，主要是由于缺乏SIGIRR 的移植物中DCs 前体细胞的扩增和成熟增加，进而在TLR4 配体和TNF-α 的刺激下释放大量的IL-6，表现出更强的IL-1R 和TLRs 驱动的移植后同种异体适应性免疫反应［53］。

3.4 肿瘤 肿瘤和炎症之间存在密切联系。在某些类型的肿瘤中，炎症在组织恶变发生之前就已经存在。然而在其他一些类型的肿瘤中，组织恶变后会诱发炎性微环境，从而促进肿瘤的发展［54］。肿瘤和炎症之间的关联主要由两方面因素介导，一方面是内源性恶性肿瘤遗传易感基因的激活和转录，另一方面是外源性炎症或感染性条件增加了某些解剖部位（例如结肠、前列腺和胰腺）发生恶性肿瘤的风险，但归根结底这两方面的作用机制都是NF-κB、信号传导与转录激活因子3（STAT3）、缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）等核转录因子的激活［54-55］。然而SIGIRR 可通过抑制肿瘤相关炎症反应影响炎症相关肿瘤发生和发展。例如，在结肠癌模型中，NF-κB信号在SIGIRR缺陷小鼠的结肠组织中被大量激活，并通过影响对细胞生存和增殖至关重要的靶基因（包括Cyclin D1 和Bcl-xL）的表达促进肿瘤的形成［5，56］。同时，在SIGIRR缺陷小鼠的结肠组织检测到细胞因子（TNF-α、IL-6 和IFN-γ）和趋化因子（MIP-2、MCP-1和KC）的表达增加。重要的是IL-6已被证明能通过激活癌基因STAT3 在炎症相关癌症模型中促进肿瘤进展［57］，在结肠组织中发现的STAT3 表达的上调也印证了这一点。

此外，肿瘤细胞为避免被机体免疫系统发现和消灭，创造出多种方式来调节炎症反应。其中SIGIRR 作为免疫与炎症的负性调控因子，在肿瘤中所起的作用并不是单一的，最近因其在部分肿瘤中协助肿瘤逃避免疫攻击而受到广泛关注。自然杀伤细胞（NK 细胞）是一种天然的淋巴细胞，介导机体对病原体的抵抗，并参与机体适应性免疫反应的激活和定位。IL-18对于NK细胞的分化和功能具有重要作用［58］。NK 细胞中SIGIRR 的缺乏解除了对IL-18 通路的抑制，导致IL-18 诱导的IRAK-4 磷酸化增加，IL-18 依赖的S6 和JNK 通路激活增加，提示SIGIRR 抑制了IL-18 依赖性的mTOR 和JNK 的激活，影响NK 细胞分化和功能成熟［59］。在二乙基亚硝胺诱导的肝癌模型中，SIGIRR 缺陷小鼠NK 细胞绝对数量及IFN-γ+NK 细胞占百分比增高，抗肿瘤免疫的细胞因子（如IFN-γ）水平增加，与肿瘤发展相关的促炎细胞因子（IL-6、TNF、IL-1β、CCL2、CXCL1）减少，肿瘤数量、大小和组织学方面也均有改善［59］。此外，在小鼠乳腺癌模型中，转化后的乳腺上皮细胞和原发乳腺肿瘤组织中的SIGIRR 高表达。SIGIRR 的高表达降低了肿瘤组织中IL-1 依赖性NF-κB的活化和促炎细胞因子的产生，并抑制了NK细胞的活化、增加了M2 样巨噬细胞的极化，促进肿瘤的转移和扩散。然而敲除小鼠SIGIRR基因后，由于免疫细胞（NK 细胞和CD8+T 细胞）的动员和激活增加，可抑制肿瘤的生长和转移。同时，临床标本的免疫基因标记分析显示，SIGIRR 高表达与先天免疫感觉受损和肿瘤微环境T细胞排斥有关［60］。

4 结语

SIGIRR通过ILRs和TLRs信号通路负性调控炎症反应，从而影响感染性疾病、自身免疫性疾病、肿瘤等多种炎症免疫相关疾病的发生发展。在感染性疾病中，SIGIRR 可防止因炎症反应过度而造成的组织损伤，促进感染性疾病的恢复；在自身免疫性疾病中，SIGIRR 可降低疾病的发生风险以及严重程度；在肿瘤中，SIGIRR 可通过控制肿瘤相关炎症反应，抑制肿瘤的发生和发展。此外，SIGIRR 可能在协助肿瘤细胞扩散和转移时发挥了一定的作用。SIGIRR 的功能已经在不同条件下的小鼠身上得到了强有力的证明，且支持SIGIRR与人类疾病相关的临床数据也在不断出现。由此可见研究SIGIRR 在炎症免疫反应中的负性调控作用具有重要临床价值。但目前对于疾病状态下SIGIRR 水平变化机制的研究较少，具体调节机制尚不明确。且大多数研究对于SIGIRR 与炎症和免疫疾病关系的挖掘还停留在现象层面，对SIGIRR的精细负性调控机制研究不够深入。另外，SIGIRR 在肿瘤中发挥的具体作用尚存争议。因此有必要展开更为深入的研究，探索SIGIRR 作为潜在的新型抗炎制剂或炎症和免疫相关疾病预后指标之一的临床价值。