損傷相關模式分子在感染性疾病中的研究進展

(重慶醫科大學附屬第二醫院檢驗科，重慶 400010)

1994年法國免疫學家POLLY[1]等提出了危險理論，認為免疫系統并不是識別“自身”與“非己”排除抗原性異物，而是識別危險信號并對其進行防御。危險信號是在感染或組織損傷過程中快速釋放至細胞外環境的內源性分子，又稱警示信號，屬于損傷相關模式分子(DAMPs)蛋白。DAMPs是指機體自身細胞死亡所釋放的內源性分子，即內源性危險信號，來源于受損或壞死組織激活的免疫細胞，可激活固有免疫細胞，引起固有免疫應答，同時可直接或間接啟動適應性免疫應答[2]。DAMPs可存在于細胞核、細胞質或細胞外基質中，在細胞核內有高遷移率族蛋白B1 (HMGB1)等，在細胞質內有尿酸及S100蛋白等，細胞外基質中有透明質酸等；按結構類型又可為蛋白類以及非蛋白類，蛋白類有熱休克蛋白(HSPs)、S100蛋白、HMGB1及補體C3a、C4a、C5a等，非蛋白類如腺苷三磷酸、尿酸、硫酸肝素、RNA和DNA等[3]。

DAMPs，如HMGB1、組蛋白、S100蛋白及熱休克蛋白在胞內和胞外具有不同的作用。在沒有損傷或感染的情況下，在胞內DAMPs起到調控DNA轉錄、維持鈣平衡、細胞增殖及分化功能；在胞外DAMPs與自身免疫狀態和炎癥紊亂的嚴重程度有關，如膿毒血癥、顱腦損傷、急性肺損傷、炎癥性腸病等。DAMPs可以與模式識別受體(PRRs)結合，參與宿主防御和組織修復，誘導信號轉導和激活下游信號通路；通過招募樹突細胞(DC)和抗原提呈細胞(APC)，激活固有免疫和適應性免疫反應，觸發炎癥或組織再生。近幾年，DAMPs在病原體感染中的作用備受關注，發揮著雙刃劍的作用，一方面可清除病原體及被感染、被破壞的細胞，利于機體的修復，但同時也可加劇炎癥致組織損傷，增加病原體易感性，進一步加劇感染程度。本文主要針對常見的幾種DAMPs如HMGB1、熱休克蛋白以及ATP、S100蛋白在感染過程中的作用進行綜述。

1 HMGB1

HMG即高遷移率族蛋白于1973年首次被發現，因其相對分子質量小，在聚丙烯酰胺凝膠電泳中有很高的遷移性而得名。根據相對分子質量大小、序列相似性以及DNA結構特異性，HMG又可進一步地分為HMGA、HMGB和HMGN 3個家族，其中HMGB家族又包含了3個成員，即HMGB1、HMGB2以及HMGB3。HMGB1相對分子質量約30×105，由219個氨基酸組成，廣泛存在于哺乳動物的淋巴組織、腦、肺、心、腎、脾、胰腺和胸腺等組織中。HMGB1在細胞內和細胞外環境中所起的作用不同，在胞內參與DNA復制、轉錄和修飾，是細胞核中具有高度保守性的與DNA結合的非組織蛋白成分之一，被稱之為“分子伴侶”[4]。胞外存在的HMGB1作為危險信號，在激活固有免疫、適應性免疫反應和啟動炎癥反應中擔任重要角色[5]。目前認為HMGB1向胞外分泌主要有兩種方式：巨噬細胞、成熟的樹突狀細胞和自然殺傷細胞主動分泌；壞死、損傷及凋亡細胞被動釋放。

晚期糖基化受體(RAGE)和Toll樣受體(TLRs)是目前已確定的HMGB1的重要受體[6-7]。RAGE能與多種配體結合，但與HMGB1的親和力遠遠高于其他配體。HMGB1與RAGE結合可激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和核轉錄因子-κB(NF-κB)通路，并誘導多種致炎因子[6]。TLRs是識別外來微生物危險信號的受體，在機體對抗外來微生物的免疫反應中具有極其重要的意義，其中TLR2和TLR4在HMGB1誘導的巨噬細胞和中性粒細胞NF-κB活化中發揮主要的作用，而RAGE受體僅起次要的作用[8]。

有研究認為，乙型肝炎中感染及受損死亡的肝細胞或者其他細胞釋放的HMGB1，可活化基質金屬蛋白酶，降解細胞外基質，增強黏附分子表達，招募免疫炎癥細胞遷徙進入肝組織，加劇乙肝病理性損傷[9-10]。在免疫缺陷疾病中，THIERRY等[11]通過細胞實驗研究證實，重組 HMGB1可能通過外周血單個核細胞表面的 RAGE受體，經 P38信號傳導至NF-κB，最終促進HIV復制。盧干珍等[12]在H5N1流感病人中發現，H5N1病毒能誘導機體產生炎癥細胞以及一系列趨化因子和炎癥因子，進而誘導單核巨噬細胞的產生，而后者又會釋放趨化因子和炎癥因子。在這一過程中，HMGB1作為胞外炎癥信號也起到很重要的作用，他們由此推測，早期和晚期炎癥因子相互作用很可能是嚴重禽流感病人炎癥反應的關鍵機制。最近，HMGB1已經被確認是致命性全身性炎癥(如內毒素血癥和膿毒癥)和局部炎癥(如關節炎、急性肺損傷等)中的細胞因子遞質[12]。HMGB1在西尼羅河病毒、鮭魚貧血病毒、SARS病毒等感染性疾病中通過活化單核巨噬細胞釋放炎癥因子、黏附分子等，使炎癥級聯反應擴大化，對感染病毒的靶細胞進行免疫殺傷[13]。

2 HSPs

HSPs相對分子質量為76 000與26 000，并被命名為“熱休克蛋白”。HSPs是細胞在應激刺激如高溫、放射線、低糖等條件下表達增加的一組蛋白，同族的HSPs具有高度保守性，廣泛存在于人、動物、微生物及植物細胞中。根據同源程度和相對分子質量的大小可將其分為小HSP、HSP40、HSP60、HSP70、HSP90、HSP110等家族。迄今已經發現的HSPs有30余種。HSPs參與炎癥免疫反應主要通過兩條途徑，其一是作為TLRs的配體，其二是作為抗原參與免疫反應。

在真核細胞應激反應中，HSP70參與機體免疫、抗感染、抗氧化、抗凋亡，與抑癌基因和癌基因相互作用，對細胞起保護作用。近年來有研究證實，HSP70與病毒的感染具有一定的聯系。LAHAYE等[14]的研究表明，狂犬病病毒感染可致HSP70表達增加，進而發揮促進該病毒復制與加劇感染的作用。在呼吸綜合征病毒感染的研究中，宿主來源的HSP70同樣參與到該病毒的復制感染中，發揮促進效應[15]。在慢性阻塞性肺病病人肺部感染中，由細菌感染引起的HSP70可以通過激活單核巨噬細胞釋放大量的炎癥因子進而加劇疾病的進展[16]。RILEY等[17]的研究表明，在因多種肝臟疾病形成的玻璃(Mallory)小體中都有HSP70和HSP90表達，推測HSPs可能與Mallory小體的形成有關。有研究顯示，HSP90則可通過誘導肝星形細胞和削弱其活化而發揮抑制肝纖維化的作用[18]。在多種感染中，HSP60和HSP70通常是宿主體液免疫和細胞免疫的靶目標，如在細菌感染(麻風、結核)以及真菌感染中，HSPs是感染中重要的免疫原性抗原[19-20]。在日本血吸蟲病肝纖維化患者和日本血吸蟲病動物模型肝組織中HSP47表達均上調[21]。王華鵬[22]等的研究表明，HSP70抑制腸道病毒復制并參與機體免疫應答；在腸道病毒介導的細胞凋亡中發揮抗凋亡作用；通過TLRs信號轉導途徑激活免疫調節；某些藥物可通過誘導HSP70的表達而發揮抗病毒作用。老年癲癇病人容易受到病原菌感染，且感染后病人血清中HSPs蛋白水平存在明顯異常[23]。因此，對HSPs在感染應激中的免疫損傷和保護機制的進一步探討，可能對一些感染性疾病的防治及有關的新藥開發等產生深遠影響。

3 ATP

腺苷三磷酸(ATP)在機體內不但是能源物質，還是機體內一種重要的內源性DAMP。在炎癥反應中可作為免疫系統的胞外信號，在機體免疫反應中發揮重要作用。嘌呤受體P2X(P2X7R)是以ATP為配體的離子門控通道，而ATP是P2X7R的唯一天然激活劑。因P2X7R表達于多種免疫細胞表面，ATP-P2X7R信號轉導途徑在多種疾病的病理生理過程中發揮著重要作用，成為機體對抗病原體的重要組成部分[24]。近年來，嘌呤信號轉導途徑ATP-P2X7R因其介導多種疾病的病理生理過程，成為治療很多疾病的潛在治療靶點。在寄生蟲感染中，KEATING等[25]的研究表明，在旋毛蟲感染小鼠的腸型期，感染和損傷的腸道細胞釋放的ATP可使空腸組織固有層P2X7R表達上調，P2X7R通過促進炎性遞質IL-1β分泌，在抗小鼠旋毛蟲感染中發揮重要作用。另有研究發現，旋毛蟲感染誘導P2X7R表達上調，沒有促進腸上皮細胞分泌促炎因子IL-1β，但可誘導小鼠上皮細胞趨化因子CCL5表達上調，導致大量CD11c+CD、CD103+DC在腸上皮浸潤，提示P2X7R在DC募集中發揮了重要作用[26]。此外，一些胞內寄生蟲如亞馬孫利什曼原蟲和弓形蟲同樣可調控巨噬細胞ATP-P2X7R信號通路的活化，并在宿主清除胞內病原體中發揮著重要作用[27-28]。

ATP作為DAMPs除參與寄生蟲感染外，其在細菌感染中的作用也備受關注。已有研究發現，ATP可通過激活巨噬細胞內NLRP3炎癥小體誘導IL-1β和IL-18等炎癥因子表達釋放，發揮抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌感染的效應[29]。在一項利用敗血癥動物模型的研究證實，細胞外釋放的ATP可以與巨噬細胞P2X7R結合激活下游信號級聯促進該細胞殺菌效應，這一研究表明ATP在感染中是宿主免疫的一個保護性因子[30]。在泌尿道感染中，由于ATP含量與致病菌濃度有一定的相關性，因此ATP可作為泌尿道感染的標志物[31]。

4 S100s

S100蛋白家族成員(S100s)是具有EF-手型構型且能夠與鈣結合的家族[32]。到目前為止已發現至少25個成員，其中有22個成員的編碼基因位于人類21號染色體1q21區(又稱S100基因簇)[33]。該家族成員主要包含S100A1～A15、S100B及S100P等。其中，S100A8、S100A9及S100A12是目前發現的經典的具有DAMP特性的3個成員，它們主要由單核巨噬細胞、粒細胞等分泌，可與微環境中炎癥免疫細胞膜上經典PRRs中TLR4或RAGE結合，激活下游MAPK信號、PI3K/AKT信號以及NF-κB信號，調節炎癥免疫反應。

大量研究顯示，S100s在感染性疾病中發揮重要作用。在禽流感病毒感染引起的肺炎中，肺中S100A9水平顯著增加，可以激活肺泡內皮細胞或巨噬細胞表面的TLR4信號級聯，加劇疾病的進展[34]。在柯薩奇病毒感染引起的病毒性心肌炎中，S100A8與S100A9水平也顯著增加，同樣加劇疾病進展[35]。而在HIV感染中，S100A9可通過促進NK細胞活性抑制該病毒的復制[36]。除在病毒感染性疾病中，S100s在細菌感染中同樣具有作用。在葡萄球菌感染性肺炎中，通過動物模型發現，S100A9具有抑制細菌及減輕肺組織病理性損傷的作用[37]。在一項新生兒敗血癥模型研究中，發現S100A8及S100A9激活MyD88依賴的炎癥信號級聯可刺激機體免疫發揮保護性作用[38]。這些研究也提示S100作為DAMPs對機體發揮雙刃劍的作用，某些病原體感染過程中可清除病原體以及被感染和破壞的細胞，利于機體的修復，但同時也可加劇炎癥增加病原體易感性，加劇感染程度。

5 展望

DAMPs是人類適應各類應激的重要分子，也是免疫應答的重要調節蛋白，對免疫應答，免疫耐受等有重要的影響，在病原體感染如病毒、細菌、真菌及寄生蟲感染等病理生理過程中都有著重要的地位。因此，無論是從預防還是治療的角度，DAMPs都有著良好的研究價值與應用前景。其中，DAMPs分子的表達水平將成為疾病嚴重程度評定及預后判斷的依據；而且，隨著DAMPs分子相關基礎研究不斷深入，將為許多重要疾病如感染性疾病的發病機制、防治研究和相關疫苗開發等提供新的重要線索。

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