結核分枝桿菌靶向宿主細胞蛋白逃逸免疫殺傷的研究進展

全娟娟，夏愛鴻，孟 闖,，李 昕，姚志鴻，陳 祥,，徐正中,，焦新安,

結核病(tuberculosis，TB)是由結核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，M.tb)引起的一種重要人獸共患傳染病，嚴重危害人類健康以及公共安全[1]。據WHO發(fā)布2020年世界結核病報告顯示，2019年新增結核病例約1 000萬，并導致約150萬人死亡，其中約20.8萬人為HIV病毒攜帶者[2]。近年來，由于HIV/TB交叉感染、耐多藥結核菌株的出現、人口流動的增加，以及人們對結核病控制的忽視、卡介苗(BCG)保護力參差不齊、檢測方法不夠完善等原因[3-4]，結核病的防治現狀仍十分嚴峻。

M.tb感染機體的結果在很大程度上取決于宿主對入侵病原的應答，以及病原如何逃逸宿主的免疫應答，闡明M.tb與宿主之間的相互作用有助于了解特定分枝桿菌蛋白參與感染的分子機制[5]。M.tb主要的宿主細胞是肺泡巨噬細胞，M.tb感染的結局以及結核病是否發(fā)生都與巨噬細胞緊密相關[6]。巨噬細胞作為清除M.tb的主要效應細胞，可通過多種免疫應答方式對M.tb進行清除，同時M.tb為了在其胞內存活也形成了多種機制逃避機體的免疫殺傷[7]。M.tb經過長期演變形成了完美復雜的宿主-病原體適應性，M.tb效應蛋白與宿主細胞靶蛋白的互作調控一系列的細胞免疫應答，如吞噬殺傷效應、細胞自噬、細胞凋亡、炎性應答、抗原提呈等，從而影響細菌的存活和疾病的發(fā)生過程。了解M.tb-宿主細胞的相互作用模式，有助于深入探討M.tb致病的分子機制，為結核病診斷、預防、治療及疫苗研制提供一定的理論依據。因此現以M.tb效應蛋白靶向宿主細胞蛋白從而影響細胞凋亡、炎性應答、抗原提呈效應的研究進展作一綜述。

1 抑制細胞凋亡

當機體受到外界因素刺激時，機體為了維持本身的正常生命活動會啟動一系列信號來清除病原體。如細胞凋亡，作為宿主清除入侵病原體的一種重要的先天免疫應答方式，主要通過膜受體通路，細胞色素C釋放和半胱氨酸蛋白酶(Caspases)激活等途徑來實現細胞凋亡的發(fā)生。目前了解的凋亡方式包括外源性途徑和內源性途徑，外源性途徑通過分枝桿菌組分激活，并由宿主細胞表面死亡受體識別啟動凋亡；內源性途徑又稱為線粒體途徑，主要由胞內信號激活啟動凋亡。然而，M.tb可通過多種方式來抑制細胞凋亡從而逃避宿主的防御。M.tb抑制巨噬細胞凋亡的方式主要有促進抗凋亡蛋白的表達，抑制促凋亡蛋白的表達，活化M.tb自身調控凋亡基因PknE[8]，secA2[9]和nuoG[10]等。Lia Danelishvili等發(fā)現Rv3654c通過一種新型的“IV型菌毛”裝置分泌并轉運到細菌吞噬小體外，抑制TNF-α誘導的細胞凋亡，進一步的研究發(fā)現M.tbRv3654c與識別多嘧啶束結合蛋白相關剪接因子(PSF)的互作干擾了caspase的轉錄表達，阻斷了細胞凋亡的外在途徑[11]。TRIM27是TRIM家族蛋白之一，在轉錄調控中發(fā)揮重要作用[12]。有研究報道在分枝桿菌感染過程中，TRIM27依賴于環(huán)區(qū)促進巨噬細胞凋亡[13]。Wang Jing等發(fā)現M.tbPtpA蛋白與TRIM27環(huán)區(qū)競爭結合，從而抑制JNK/p38和MAPK信號通路的激活和細胞凋亡[14]。

這些研究表明在分枝桿菌感染過程中引起巨噬細胞凋亡的復雜性及多樣性。M.tb與巨噬細胞之間的互作與M.tb逃逸宿主免疫應答的能力緊密相關，互作的發(fā)生改變了機體原本的凋亡周期，鑒定抑制細胞凋亡的蛋白可以幫助了解M.tb逃逸宿主免疫應答的機制，目前已報道的M.tb拮抗細胞凋亡的蛋白還包括NuoG[15]、PknE[16]、MPT64[17]等，這些蛋白可能是疾病發(fā)生發(fā)展過程中的關鍵分子靶標，但是關于M.tb不同效應蛋白如何互相協(xié)調，進而調控宿主凋亡效應的機理還有待進一步探究。

2 調控細胞炎性應答

炎癥激活是天然免疫防御入侵病原體的一種手段，在天然免疫應答中，分枝桿菌能夠誘導宿主中NF-κB和MAPK等炎性信號通路的激活，促進一系列炎性細胞因子的分泌，如IL-1β、IL-6、IL-12p40、TNF-α等，這些炎性細胞因子在抗M.tb感染中發(fā)揮著重要的作用[18-19]。相應的M.tb已經進化出多種機制來抑制宿主炎性細胞因子的分泌，促進自身在宿主體內長期生存。

有研究顯示，M.tb可以通過抑制泛素化連接酶等方式阻斷宿主泛素化過程調控宿主炎性應答。M.tbPtpA通過獨特的泛素結合基序樣區(qū)域直接與泛素互作，激活后將宿主p-JNK， p-p38和p-VPS33B去磷酸化從而拮抗宿主炎性應答[20]。此外M.tb還能夠直接利用宿主泛素化系統(tǒng)對自身進行修飾從而抑制宿主炎性應答，有研究報道Rv0222與TLRs信號通路接頭蛋白TRAF6互作，并依賴宿主E3連接酶ANAPC2的泛素化，促進k11連接的泛素鏈附著到Rv0222的k76上，ANAPC2對Rv0222的k11連接泛素化促進了蛋白酪氨酸磷酸酶SHP1向接頭蛋白TRAF6的募集，阻止k63連接的泛素化和TRAF6的激活，從而抑制促炎細胞因子IL-1β、IL-6和IL-12p40的表達[21]。

另外，M.tb通過ESX分泌系統(tǒng)分泌一系列效應蛋白，進入宿主細胞后可以直接靶向干擾細胞內源性效應分子，從而調控炎性細胞因子的分泌表達。M.tbBfrb(Rv3841)，是一種鐵蛋白樣的分泌蛋白，在與宿主的相互作用中發(fā)揮關鍵作用。Xiang He等發(fā)現Bfrb與巨噬細胞核糖體蛋白Rps3的NLS區(qū)域互作，而Rps3是NF-κB的一個功能亞基，兩者互作降低了Rps3的核豐度，從而調控宿主的天然免疫系統(tǒng)，抑制宿主細胞中炎性因子TNF-α、IL-1β的分泌[22]。已有研究表明M.tbMce家族蛋白在分枝桿菌感染過程中具有獨特的調節(jié)功能，Mce3E(LprM)通過調節(jié)宿主細胞中細胞因子的表達來抑制宿主的免疫反應，它與ERK1/2以DEF基序依賴的方式相互作用，將ERK1/2捕獲到內質網，減少ERK1/2與MEK1的結合，阻斷pERK1/2的入核，從而抑制ERK1/2信號通路的激活及TNF-α和IL-6的表達[23]。 同家族中的Mce2E(Rv0593)蛋白與ERK和JNK相互作用，阻斷ERK/JNK與其上游激酶的互作，阻斷其磷酸化以及將其滯留在內質網等方式抑制ERK、JNK和MAPK通路的激活，抑制宿主炎性因子TNF-α和IL-6的表達進而調控宿主天然免疫應答[24]。與此相應的是Wei等發(fā)現宿主細胞蛋白eEF1A1與M.tbFadD13(Rv3089)蛋白互作，促進NF-κB信號通路的激活以及促炎細胞因子IL-1β、IL-18和IL-6的產生[25]，進一步研究發(fā)現FadD13在細胞質中與eEF1A1結合以防止自身降解，并在酸性條件下參與維持M.tb完整的細胞壁結構[26]。

這些發(fā)現表明M.tb蛋白的多功能性以及M.tb與宿主細胞蛋白相互作用的多樣性，M.tb可以產生和分泌多種效應蛋白進入宿主細胞，從而觸發(fā)或逃避宿主的免疫應答。一些M.tb效應蛋白可能發(fā)揮多種功能來協(xié)同靶向重要的宿主信號通路，相同的效應蛋白在特定的環(huán)境中可能會引起不一樣的效應。M.tb究竟是如何利用不同調節(jié)作用的效應蛋白來動態(tài)雙向地發(fā)揮作用，進而保證其在細胞內長期存活的，這也是值得我們深入探究的問題。揭示結核分枝桿菌-巨噬細胞相互作用的分子機制，可能有助于識別抗結核藥物的新靶點。

3 干擾抗原提呈效應

抗原提呈效應是M.tb感染后激活機體獲得性免疫應答的一個重要環(huán)節(jié)，巨噬細胞和樹突狀細胞可作為抗原提呈細胞在抵抗M.tb感染中發(fā)揮作用[27]，與此同時M.tb也通過多種機制干擾宿主細胞遞呈抗原：如抑制細菌降解和抗原肽的形成、抑制MHC分子的表達和轉運、抑制特異性抗原肽與MHC分子的結合等[28]。M.tb蛋白可以通過這些機制持續(xù)抑制抗原的遞呈從而逃避免疫監(jiān)視以建立潛伏感染。Erika H. Noss等證實M.tb19-kDa脂蛋白抑制巨噬細胞MHC-II分子的表達及合成進而限制了抗原加工的過程[29]。進一步研究發(fā)現19-kDa脂蛋白與TLR2互作阻斷巨噬細胞介導的HLA-DR抗原加工和向CD4 T細胞的提呈，進而使病原菌逃避免疫監(jiān)視[30]。Liu Yuan等發(fā)現 rLrp(Rv2779c)與TLR2直接互作抑制TAK1向IRAK1和TRAF6的募集從而阻斷了NF-κB的激活，促進了PI3K/Akt信號轉導并通過入侵的巨噬細胞產生的調節(jié)細胞因子(IL-6，IL-12p40)下調MHC-II類分子和共刺激分子CD86的表達[31]。Adam J. Gehring等發(fā)現LprG (Rv1411c)以TLR-2依賴的方式抑制MHC-II 抗原的加工[32]。

目前文獻報道較多的為抑制MHC-II類分子的表達和運輸等，但也有研究報道與MHC-I分子競爭性結合進而抑制抗原提呈，比如研究報道較多的ESAT-6(Rv3875)蛋白是M.tb的毒力因子[33]，進一步研究發(fā)現ESAT-6與巨噬細胞中的β-2-微球蛋白(β2M)發(fā)生特異性的互作，抑制其與MHC-I分子的締合導致MHC-I-β2M復合物的含量降低進而抑制抗原提呈[34]。這些研究揭示了宿主與病原體之間微妙的關系，抑制機體的抗原提呈功能協(xié)助病原體逃逸宿主免疫應答，促進了細菌在胞內的存活，這也提示與其互作的宿主蛋白具有作為結核病藥物靶點的潛力。

4 小結與展望

近年來，人們對結核分枝桿菌和宿主之間相互作用的了解越來越深入，M.tb與宿主細胞蛋白互作，通過多種分子機制，進而改變宿主細胞免疫功能[35-36]。目前通過對這些蛋白的研究，我們對M.tb在宿主內存活的機制有了一定的認識，為結核病的防治和今后的研究提供了參考。M.tb通過不同效應組分、在感染不同時期與宿主細胞的靶蛋白互作，如上述介紹的，抑制宿主細胞凋亡、調控宿主炎性應答、干擾抗原提呈效應，另外還包括抑制宿主自噬[37]、抑制炎性小體活化[38]等多種機制逃逸宿主免疫殺傷。M.tb具有3 977個潛在編碼能力的基因[39]，目前M.tb分泌蛋白與宿主細胞蛋白之間相互作用的直接了解十分有限，我們還需要繼續(xù)通過各種有效的篩選技術，如轉座子突變庫、CRISPR-Cas9突變庫等，探尋M.tb與宿主細胞直接相互作用的效應組分，依據“關聯(lián)負效應”原理，研究蛋白互作意味著具有已知功能的蛋白質可能對于其互作伙伴的功能提供有價值的信息[40]。M.tb和宿主細胞之間的蛋白質-蛋白質相互作用通常涉及細菌在宿主中的致病性和持久性，這些蛋白在結核發(fā)病機制中發(fā)揮著潛在作用。因此，進一步加強對M.tb-宿主分子相互作用網絡的了解，有助于深入理解M.tb逃逸宿主免疫應答的分子機制，這些研究將有助于人們找到防治結核病的新方法及新對策，為人類早日根除結核病奠定基礎。

利益沖突：無