自身免疫調節因子在機體免疫耐受中的作用機制研究進展*

翟建昭，張 蘋，張乃丹，王洋一，劉在栓 綜述,武永康,3△ 審校

1.四川大學華西醫院實驗醫學科，四川成都 610041；2.四川省德陽市人民醫院檢驗科，四川德陽 618000；3.四川大學華西醫院門診部，四川成都 610041

免疫耐受指機體對特定抗原無免疫應答的現象，自身免疫調節因子(Aire)是一種轉錄調節因子，在機體的免疫耐受中起著重要的作用。Aire主要表達在胸腺髓質上皮細胞(mTECs)中，參與T細胞的陰性選擇過程，此外也參與外周免疫耐受的維持。Aire基因的突變會導致機體免疫耐受破壞，與多種自身免疫性疾病的發生有關。本文將通過對Aire的結構、表達、分布、功能和涉及的疾病進行綜述，了解該因子在機體免疫耐受平衡中起到的作用。

1 Aire的結構

Aire基因位于21q22.3處，含有14個外顯子，可編碼含有545個氨基酸的Aire蛋白。Aire蛋白含有4個亞基，從N端到C段分別為CARD結構域、SAND結構域和兩個PHD結構域(PHD1、PHD2)[1]。

CARD結構域是Aire蛋白行使功能的基礎，位于Aire蛋白的氨基末端，該結構域可以與入核載體相互作用，將Aire蛋白轉運至細胞核。同時，CARD結構域影響著Aire二聚體和四聚體結構的形成，是Aire中十分重要的區域，該基因突變引起疾病的許多位點位于該結構域[1]。

SAND結構域是一段保守的DNA結合序列，最初發現其存在于4種基因(Sp100、Aire、 NucP41/75和DEAF1[2])中。該結構域與激活轉錄因子7相互作用蛋白1(ATF7ip)-甲基CpG結合蛋白1(MBD1)復合物結合，可能與PHD-1起協同作用，共同激活組織特異性抗原(TSA)的表達[1]。在這個過程中Aire首先激活ATF7ip-MBD1復合物以靶向TSA基因，再與組蛋白甲基轉移酶ESET-SETDB1結合，將其定位于甲基化的CpG二核苷酸，甲基化的CpG二核苷酸富含非活性基因的啟動子，從而激活TSA的表達[3]。除此之外，已經確定了數十個具有不同功能的可以與Aire結合并相互作用的蛋白質，例如Aire可以獨立與組蛋白相互作用，也可以通過與DNA依賴性蛋白激酶相互作用對組蛋白的核心蛋白進行連接[3]。該結構域的突變也會引起多種自身免疫性疾病。

PHD1是富含半胱氨酸的結構域，可以閱讀組蛋白密碼，與組蛋白H3上代表轉錄抑制標志的未甲基化的賴氨酸4相互作用。未甲基化的賴氨酸4通常是轉錄抑制的標志，PHD1通過與組蛋白H3上這些區域結合，將Aire蛋白轉移到染色質的相對不活躍區域，從而調控表觀遺傳轉錄，這對于Aire發揮轉錄調節功能十分重要[4]。PHD2的作用機制現在仍然不明確。

除了上述4個亞基外，Aire蛋白還包括兩個涉及核轉運的核定位信號區域以及4個LXXLL模體，它們介導Aire與其他含LXXLL模體的蛋白質相互作用[1]。

2 Aire在組織和細胞中的分布

Aire在細胞中位于核內，呈斑點狀分布[5]，主要在胸腺中表達，最常表達的細胞是mTECs，在髓樣樹突狀細胞(DC)和脾、淋巴結等外周免疫器官，以及性腺、肺、腎、外周血單核細胞中也有表達[5]。

Aire的表達還存在性別差異，大多數自身免疫性疾病具有女性易感性，女性的Aire水平也更低，這導致了女性自身反應性T細胞選擇性清除率降低，從而更容易患自身免疫性疾病[6]。除此之外，小鼠實驗還表明雌二醇會影響胸腺上皮細胞(TECs)中蛋白質的表達水平和Aire依賴性TSA的表達水平[7]。相反，雄激素會刺激這些蛋白表達，這可能是造成Aire在不同性別中差異表達的原因。總之，女性對自身免疫性疾病的敏感性增加，部分原因可能是雌激素導致的胸腺Aire表達水平降低。

3 Aire蛋白的功能

常規的轉錄因子通過與靶基因的啟動子結合，使得靶基因以特定的強度在特定的時間、空間表達相應的蛋白質分子。而Aire不是這種經典的轉錄因子，因為它沒有明確的DNA結合序列[3]，它只能通過識別沉默狀態的基因表觀遺傳標記，與多種蛋白非特異性地相互作用來促進基因的轉錄[8]。小鼠實驗表明，Aire對于轉錄因子的促進作用是在拓撲異構酶的輔助下，通過激活超級增強子誘導大量基因的表達實現的[9]。

3.1Aire在中樞免疫耐受中的作用

3.1.1TSA的表達 TSA的表達主要由Aire和前腦胚胎鋅指樣蛋白2(Fezf2)控制[10]，Aire及其復合物在TSA基因的啟動子附近非特異性結合以激活轉錄[8]，通過誘導胸腺DC表達TSA來控制陰性選擇過程[11]，這對免疫系統的正常發育至關重要。除了激活轉錄以外，Aire對TSA的調控還可以通過對RNA的3′端非翻譯區(3′UTR)進行轉錄后修飾，通過縮短3′UTR mRNA的長度促進TSA的表達[12]。同時，Aire通過影響TSA的表達，增強了mTECs的抗原呈遞能力。

3.1.2胸腺細胞的遷移與黏附 促進TSA的表達并非Aire對T細胞陰性選擇的唯一作用方式。T細胞發育時需要從胸腺皮質遷移到髓質，此過程中胸腺細胞的遷移及其與mTECs的黏附有著十分重要的作用。小鼠細胞體外實驗表明，Aire基因的破壞會降低mTECs與胸腺細胞的黏附性[10,13]，還會引起多種與胸腺細胞黏附作用相關基因的表達水平降低，如Cd80、Vcam、Icam4等，從而削弱胸腺細胞的黏附性[13]。此外，Aire還可以調節趨化因子及其受體和配體的表達，如CCR4/7，從而降低免疫耐受[14]。

3.1.3調節性T細胞(Treg)的發育 胸腺中一部分CD4+T細胞在接受自身抗原的刺激后，分化為Treg[15]，表達Aire的mTECs通過呈遞自身抗原在這個過程中起重要的作用[15]。除了促進分化外，Aire還可以通過延長Treg在血液循環中存在的時間來增強其作用，Treg通過表面的CCR6受體與胸腺細胞表達的CCL20結合，并從外周進入胸腺再次循環，以此延長存在的時間，而CCL20的表達水平依賴于Aire的調節[16]。因此，Aire的表達水平降低會通過減少Treg的數量和再循環等途徑來減少其免疫抑制作用。

3.2在外周免疫耐受中的作用 在外周免疫系統中Aire的表達較少，很難檢測到，但有研究表明Aire在外周淋巴結、扁桃體、腸淋巴組織、脾、胚胎肝臟細胞和外周血單個核細胞中均有表達[5]。與Aire在中樞免疫耐受中的作用類似，外周淋巴器官中的Aire也可以通過調節TSA的表達來清除自身反應性T細胞，并且外周Aire所針對的靶抗原和胸腺Aire不同，因此它并不是簡單地加強其在中樞免疫耐受中的作用，而是進行了補充。除了誘導TSA在外周的表達外，Aire還可以通過其他機制影響外周免疫。

3.2.1調節Toll樣受體(TLR) TLR主要在巨噬細胞和DC等抗原呈遞細胞中表達，可識別多種病原體介導的機體免疫反應，對于先天免疫反應十分重要。在SUN等[17]的研究中，將Aire轉染到小鼠外周血DC中，其作用表現為顯著上調TLR3、TLR8及TLR7，加強抗原呈遞能力。有趣的是，FERGUSSON等[18]在人類扁桃體成熟DC中也檢測到了Aire的表達，然而這些細胞顯示出TLR3、TLR4、TLR7的表達水平降低以及相關細胞因子水平降低，這可能是由于表達位置的差異，使得Aire發揮了不同的作用，而在機體內不同免疫細胞中Aire的表達對TLR的作用仍需要進一步的研究。

3.2.2調節DC表達 Aire在外周的表達有助于機體識別并清除自身反應性T細胞[19]。一項研究顯示，在過表達Aire的DC中，白細胞介素(IL)-12、IL-6和轉化生長因子(TGF)-β等細胞因子的產生增加，以此誘導輔助性T細胞(Th)1和Th17的分化[20]。此類DC還會抑制T細胞受體(TCR)信號通路并減少自身反應性T細胞的數量[21]。這些研究顯示了Aire在外周DC中多樣的作用，除了誘導DC表達自身抗原外，還可以促進DC呈遞抗原，抑制自身反應性T細胞的數量等，進而影響外周免疫耐受。但也有人認為Aire對外周DC不起作用[18]，但這些研究結果都是基于體外實驗得出，對于Aire在外周DC中的確切作用還需要深入的研究。

4 Aire與疾病

Aire基因的突變會造成Aire蛋白結構或含量改變，從而影響下游基因的激活和表達，導致免疫耐受的破壞及多種自身免疫性疾病的發生[22]。其中最重要的一種Aire單基因突變疾病是自身免疫性多腺體綜合征(APS)。APS是一種累及多個內分泌腺的免疫缺陷疾病，又名自身免疫性多發性內分泌病-念珠菌病-表皮營養不良(APECED)，分為APS-1、APS-2、APS-3、APS-4 4型。APS-1主要表現為內分泌腺功能失調，通常表現為甲狀旁腺功能減退、Addison病、自身免疫性肝炎等器官特異性自身免疫病[23]，以及對特征性傳染病，如慢性黏膜皮膚念珠菌病的易感性，其臨床表現為黏膜、皮膚、指甲的慢性復發性普通酵母菌、念珠菌嚴重感染[1]。目前已有超過60種Aire基因突變與APS-1有關[24]。但當突變沒有累積到引起APS-1時，會導致一些較為常見的自身免疫性疾病[23]，包括類風濕性關節炎、Graves病、系統性硬化癥、系統性紅斑狼瘡、重癥肌無力等[23,25-26]。

Aire的表達增強了機體的免疫耐受，而它的過表達可能會造成腫瘤細胞的免疫逃逸，在多種腫瘤中均可以檢測到Aire的高表達。在前列腺癌中Aire的表達使小鼠腫瘤發生、發展，增加了腫瘤抗藥性和侵襲性[27]。此外，Aire rs1800522的等位基因多態性可能通過調節T細胞對腫瘤細胞的識別，影響黑色素瘤的易感性。而在骨肉瘤患者中Aire高表達會導致更低的總生存率和無轉移生存率[28]，Aire或許可以作為骨肉瘤的隨訪指標。

5 小 結

Aire對于自身免疫耐受的建立十分重要，它最主要的作用場所是胸腺，不同于經典轉錄因子的作用方式，它通過識別表觀遺傳標記，在啟動子上游非特異性結合發揮作用，這也導致如果它的結合域發生突變將會影響相關基因的表達。目前對于Aire的研究并不是很廣泛，對它的作用機制也不是很明確，但不可否認它在中樞和外周免疫耐受中的重要作用。因此，對Aire的深入研究有助于加深研究者對免疫耐受和自身免疫性疾病的認識。如果可以人為調控Aire的表達，或許有助于相關疾病的治療。