干擾素通路調(diào)控與自身免疫疾病

　　摘要干擾素信號通路是細胞抵抗病原微生物侵染的重要防線。通過識別病源相關(guān)模式分子、激活下游通路，干擾素的表達被顯著上調(diào)并分泌于細胞外，作用于自己和周圍細胞，引發(fā)眾多下游基因的轉(zhuǎn)錄激活。這些基因產(chǎn)物直接參與抗侵染過程或調(diào)控機體免疫反應。干擾素信號通路需要被正確調(diào)控，其異常激活會導致炎癥和自身免疫疾病的發(fā)生。正確地識別“自己”和“非己”分子是首要一步。有鑒于干擾素通路所抵抗的微生物侵染中，核酸分子是重要的免疫原性分子，內(nèi)源性核酸分子的代謝調(diào)控顯得尤為重要。細胞編碼一系列參與核酸代謝的酶，這些蛋白功能的發(fā)揮對保持細胞核酸穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。以單基因突變引發(fā)的自身免疫疾病Aicardi–Goutières綜合征為例，目前發(fā)現(xiàn)9種基因可突變致病，均來自DNA代謝相關(guān)的和RNA代謝相關(guān)的基因。盡管這9種基因突變都導致干擾素通路的異常激活，但中間所依賴的參與蛋白并不相同。可見，同樣癥狀的疾病，其致病機理也可能不同，這也將影響有效治療方案的確定，凸顯了基因檢測在診治自身免疫疾病中的必要性。本綜述通過闡述細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)對干擾素通路正確識別“自己”和“非己”的重要作用，幫助理解自身免疫疾病的發(fā)病機理。

　　關(guān)鍵詞干擾素，信號通路，自身免疫疾病

　　天然免疫是機體抵抗病原微生物侵染的第一道屏障，主要由皮膚、黏膜等組織所組成的物理屏障以及天然免疫細胞等組成的化學防御組成2]如皮膚受損等情況的發(fā)生所導致的病原微生物入侵機體，會引發(fā)被感染細胞、組織包括干擾素通路(interferonsignaling,IFNsignaling)和炎癥通路(NFBsignaling)等應激信號通路的激活這些通路既能直接參與抗病原微生物侵染的過程，又參與調(diào)動適應性免疫系統(tǒng)對受侵染部位做出防御反應4]。

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　　其中，由干擾素通路激活而引發(fā)的大量防御基因的表達上調(diào)，是細胞對抗病原微生物侵染的有力手段，在天然免疫中發(fā)揮關(guān)鍵作用干擾素是由來自英國的病毒學家AlickIsaacs和瑞士的微生物學家JeanLindenmann共同發(fā)現(xiàn)的流感病毒感染雞胚絨毛尿囊膜后，細胞被誘導產(chǎn)生一種“干擾”因子抑制流感病毒感染其它未感染的細胞，這種分泌蛋白被他們命名為“干擾素”[5隨著對干擾素的研究不斷深入，人們對該通路的認識不斷加深，對其激活機制、發(fā)揮抗病原微生物作用的功能原理和網(wǎng)絡(luò)調(diào)控等方面有了越來越多的認識很多自身免疫疾病的發(fā)生與干擾素信號通路的異常激活密切相關(guān)，而調(diào)控干擾素信號通路的關(guān)鍵基因發(fā)生功能缺失型突變或功能獲得型突變，是導致通路異常激活的重要原因本綜述將從干擾素通路，自身免疫疾病特點和二者之間的關(guān)聯(lián)這三方面展開討論

　　1.干擾素信號通路細胞的DNA，通常存在于細胞核和線粒體中，其所轉(zhuǎn)錄的RNA，多為單鏈形式的mRNA或含有少量二級結(jié)構(gòu)的rRNA、tRNA等這些核酸分子在各自的細胞器中發(fā)揮著各自應有的作用病原微生物侵染細胞，會打破細胞內(nèi)不同類型分子分布的平衡：DNA病毒如單純皰疹病毒(herpessimplexvirustype1，HSV)，在侵染、復制過程中，使得病毒DNA在細胞質(zhì)中積累10;腦心肌炎病毒(Encephalomyocarditisvirus，EMCV)、水皰性口炎病毒(Vesicularstomatitisvirus，VSV)、甲型流感病毒(InfluenzaAvirus，IAV)等RNA病毒在基因組RNA復制的過程中，其所形成的雙鏈RNA(doublestrandedRNA，dsRNA)中間體，會出現(xiàn)在細胞質(zhì)或內(nèi)吞體中1114。

　　此外。線粒體DNA會在如單純皰疹病毒或登革熱病毒感染等情況下，從應激受損的線粒體中釋放至細胞質(zhì)中1215這種來自于病原微生物或與之直接相關(guān)的，具有特定結(jié)構(gòu)特征的分子被統(tǒng)稱為病原相關(guān)模式分子(pathogenassociatedmolecularpatterns，PAMPs)模式分子不僅局限于核酸類，還有細菌的脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、鞭毛蛋白等16滿足以下兩點之一，就可以稱之為PAMPs：一，來自于病原微生物的特定類型分子，如dsRNA、LPS等。

　　二，分子類型為細胞已有，但是出現(xiàn)在了錯誤的地點，如細胞質(zhì)中出現(xiàn)的DNA、內(nèi)吞體中出現(xiàn)的核酸分子等1718細胞進化出受體，特異性結(jié)合這些模式分子，并觸發(fā)下游的干擾素通路，這一類受體分子統(tǒng)稱為模式識別受體(patternrecognitionreceptors，PRRs)17，如細胞質(zhì)中識別DNA的cGAS(cyclicGMPMPsynthase)、識別dsRNA的RIG(Retinoicacidinducibleene)和MDA(Melanomadifferentiationassociatedprotein)，內(nèi)吞體中識別dsRNA的TLR(Tolllikereceptor)、識別單鏈RNA(singlestrandedRNA，ssRN)的TLR7或TLR、識別DNA的TLR，細胞膜上識別LPS的TLR和細菌鞭毛的TLR等17不同的受體模式分子結(jié)合。

　　會激活下游不同的適配蛋白(adaptor)，之后會采用相同或類似的策略招募蛋白激酶(如TBK1等)完成對干擾素調(diào)節(jié)因子(Interferonregulatoryfactors，IRFs)IRF3或IRF7的磷酸化磷酸化的IRF3或IRF7發(fā)生構(gòu)象變化，形成同源二聚體，進入細胞核行使轉(zhuǎn)錄因子的功能，激活型干擾素(如IFN或IFN等)mRNA的轉(zhuǎn)錄1920型干擾素表達后分泌至細胞外，通過結(jié)合自己和周圍細胞的膜上受體(interferonreceptor，IFNAR)，引發(fā)其形成二聚體并激活下游JAKSTAT信號通路，最終激活細胞的效應基因的表達，實現(xiàn)直接的抗病原微生物的功能和對細胞的生長、代謝狀態(tài)的調(diào)節(jié)，以更好的適應病原微生物入侵的應激環(huán)境[21].

　　2.自身免疫疾病的發(fā)生

　　模式識別受體對“自己”和“非己”分子的正確識別，是干擾素通路發(fā)揮功能的關(guān)鍵.基因突變所引發(fā)的蛋白功能改變是導致干擾素通路異常激活的重要原因[7,24].

　　由單基因突變所引發(fā)的干擾素信號通路異常激活并最終引發(fā)的自身免疫疾病，在遺傳學上符合孟德爾定律，被稱為型干擾素疾病(TypeInterferonopathy)，這一概念由YanickJ.Crow最先提出2526這類疾病包括Aicardi–Goutières綜合征(Aicardi–GoutièresSyndrome，AGS)、脊椎軟骨發(fā)育不良(Spondyloenchondrodysplasia，PENCD)、單基因突變引發(fā)的紅斑狼瘡(Monogeniclupus)和補體缺乏(Complementdeficiency)等2526因為是單基因突變引發(fā)，所以這些突變體在研究基因功能上具有重要的提示作用，對理解基因產(chǎn)物對干擾素信號通路調(diào)控中如何發(fā)揮作用具有重要的指導意義下面以AGS為例介紹該類疾病的病理特征和致病機理的探討AGS是一種罕見的、早發(fā)型型干擾素疾病，以非感染狀態(tài)下免疫系統(tǒng)的異常激活和型干擾素的不正常上調(diào)為特征，主要影響腦、皮膚和免疫系統(tǒng)27。

　　相比較于系統(tǒng)性紅斑狼瘡這種受到來自于遺傳、環(huán)境和生活習慣等多種因素影響而引發(fā)的疾病，AGS發(fā)病較早，一歲新生兒就會出現(xiàn)嚴重的腦部功能障礙，特定單基因的突變就可致病是其早發(fā)性的重要原因.腦部的障礙進一步惡化新生兒的飲食攝入和非感染狀態(tài)下的發(fā)燒癥狀的發(fā)生，最終導致智力嚴重受損，頭部尺寸變小等.患者皮膚出現(xiàn)疼痛、瘙癢和紅腫的表型，多發(fā)病于肢體末端，如手指、腳趾和耳部等.這些癥狀主要由血管炎癥引起，寒冷會加劇病情惡化.多數(shù)患者無法存活過童年期，但也有少數(shù)病情較輕的患者能夠生存至成年28.

　　高通量測序和生物信息學分析發(fā)現(xiàn)，單基因突變是AGS的致病原因，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的突變基因有種，這些基因被賦予一個AGS編號，以便于對其進行歸納研究：TREX1(AGS1)、RNASEH2A(AGS4)、RNASEH2B(AGS2)、RNASEH2C(AGS3)、SAMHD1(AGS5)、ADAR1(AGS6)、IFIH1(編碼MDA5蛋白)(AGS7)、LSM11(AGS8)和RNU7(AGS9)[2934]基因突變分為功能獲得型(gainoffunction，GOF)和功能喪失型(lossoffunction，LOF)兩種除IFIH1基因為功能獲得性突變致病之外，其余基因都發(fā)生了功能喪失型突變有趣的事，在這些基因的編碼產(chǎn)物中，MDA5直接參與干擾素通路的激活，其余均參與細胞內(nèi)核酸(DNA、RNA)的代謝調(diào)控這些突變體的發(fā)現(xiàn)，將細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)與調(diào)控和干擾素通路緊密聯(lián)系到了一起，提示干擾素通路本身可能是作為一種監(jiān)控細胞狀態(tài)的機制，病原微生物侵染只是代表了一種應激狀態(tài)。

　　3.細胞內(nèi)環(huán)境調(diào)控與干擾素通路和自身免疫疾病

　　細胞內(nèi)的核酸包括DNA和RNA，前者主要分布于細胞核和線粒體，后者廣泛分布于細胞核、線粒體和細胞質(zhì)等DNA通過自身復制，保證了細胞分裂中遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定傳代;其轉(zhuǎn)錄的RNA，形成mRNA、tRNA、rRNA和多種ncRNA，共同參與細胞的正常生理功能細胞核中的染色質(zhì)DNA在復制的過程中，偶爾會錯誤地摻入NTP，產(chǎn)生短的RNA序列，這種RNA：DNA雜合鏈會引起染色質(zhì)損傷，造成DNA的斷裂，引發(fā)cGAS對破損DNA分子的識別，進而激活干擾素信號通路3536;RNASEH2A/B/C復合物通過降解這些RNA序列，維持了細胞核中DNA的穩(wěn)定性，避免了干擾素信號通路的激活3738這三個基因發(fā)生功能喪失型突變，會導致細胞內(nèi)干擾素信號通路的異常激活39基因組NA中存在大量的轉(zhuǎn)座子序列40有證據(jù)表明。

　　SAMHD1(SAMdomainandHDdomaincontainingprotein1)不僅在穩(wěn)定細胞內(nèi)dNTP水平中發(fā)揮重要作用，在抑制轉(zhuǎn)座子活性中也至關(guān)重要4143該蛋白抑制內(nèi)源性轉(zhuǎn)座子LINE的逆轉(zhuǎn)座活性，降低細胞質(zhì)中DNA水平轉(zhuǎn)座子活性的提高將導致細胞質(zhì)中DNA序列的積累，激活cGAS受體SAMHD1基因發(fā)生功能喪失型突變或表達沉默，將導致細胞中干擾素信號通路的異常激活44上述機制保證了細胞核中DNA的穩(wěn)定和細胞質(zhì)中DNA的缺失一旦出現(xiàn)殘留于細胞質(zhì)中的DNA分子，將由TREX1(Threeprimerepairexonuclease1)負責清除的45在TREX1敲除的細胞中，發(fā)現(xiàn)大量轉(zhuǎn)座子DNA積累于細胞質(zhì)中，成為cGAS的激活配體4647此外，從損傷的線粒體中泄漏的DNA，也會在細胞質(zhì)中被TREX1降解。

　　避免被cGAS識別48因此，該基因的功能喪失型突變或表達沉默，將導致干擾素信號通路的異常激活49最近的研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)合于基因組DNA的組蛋白功能受損也會引起cGAS介導的干擾素上調(diào)34在對AGS病人的基因突變篩查中，Crow課題組發(fā)現(xiàn)了兩種新的基因突變，分別位于SM11和RNU7基因中這兩種基因的編碼產(chǎn)物對組蛋白mRNA前體的正確加工至關(guān)重要，其功能突變導致組蛋白表達水平的降低，使得基因組DNA暴露于外，被cGAS識別，引發(fā)干擾素信號通路的激活34前面介紹的都是在DNA代謝中，關(guān)鍵基因發(fā)生功能喪失型突變會引發(fā)干擾素的異常激活在RNA代謝中，細胞核中轉(zhuǎn)錄的RNA會因序列互補配對而含有二級結(jié)構(gòu)，特別是人源細胞中一類稱為Alu的轉(zhuǎn)座子元件50這是一種長約300個核苷酸的散在重復序列。

　　在整合進基因組的過程中兩個元件頭對頭或尾對尾整合在相鄰的位置，那么其在所插入基因的轉(zhuǎn)錄的過程中，就會形成一條約300bp的雙鏈結(jié)構(gòu)51這種雙鏈結(jié)構(gòu)被稱為反向重復Alu，簡稱為IRAlu(invertedrepeatAlu)元件細胞中編碼一種RNA特異性腺苷脫氨酶(RNAspecificadenosinedeaminase1，ADAR1)，能結(jié)合sRNA并具有脫氨酶活性，將dsRNA中的腺嘌呤催化為次黃嘌呤通常情況下，由ADAR1將IRAlu中的部分修飾為，從而將：配對改變成和的組合，無法形成配對結(jié)構(gòu)51ADAR1通過這樣的修飾作用。

　　破壞了IRAlu的雙鏈結(jié)構(gòu)，使得該RNA在細胞質(zhì)中，不會被MDA5識別但在發(fā)生功能喪失型(LOF)ADAR1突變或功能獲得型突變(GOF)IFIH(編碼MDA5蛋白)的情況下，IRAlu元件被錯誤識別為“非己”分子，從而通過MDA5MAVS(Mitochondrialantiviralsignalingprotein)途徑，使細胞產(chǎn)生干擾素信號通路的異常激活5253由此可見，干擾素通路的功能發(fā)揮，需要以細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定作為前提的，一旦這一平衡被打破，干擾素通路將發(fā)生異常激活，從而引發(fā)機體炎癥和自身免疫疾病的發(fā)生.

　　4總結(jié)與展望

　　通過上面的介紹，可以看出，干擾素抗病原微生物通路作為細胞的一種應激反應，其正常活性需要精確調(diào)控，即使在非感染情況下，細胞新陳代謝、分裂復制的過程中，也會產(chǎn)生很多刺激干擾素信號的化學分子.通過調(diào)控因子的作用，保證了這些危險信號分子的降解.

　　隨著對自身免疫疾病致病機理的研究越來越深入，這些調(diào)控因子對干擾素信號通路網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的作用越來越清晰，核酸代謝穩(wěn)態(tài)對細胞在干擾素通路在非感染狀態(tài)下的靜息沉默至關(guān)重要.在未來的治療策略研究中，這些調(diào)控因子也許會成為新的精準化檢測的目標和藥物靶點，而不僅限于依賴于抑制已經(jīng)被異常激活的干擾素通路[54].近年來，針對DNA代謝失調(diào)所引發(fā)的AGS病例，已經(jīng)有使用逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑進行治療的臨床探索[27,55].在未來的數(shù)年間，預期將有越來越多的特異性抑制劑或生物治療手段用來進行相關(guān)測試、研究[56].

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