线粒体在固有免疫中的作用及机制

汪　琦　刘晓波

(广东药科大学基础学院病原生物学与免疫学系，广州510006)

线粒体在固有免疫中的作用及机制

汪琦刘晓波

(广东药科大学基础学院病原生物学与免疫学系，广州510006)

线粒体是除红细胞外所有真核细胞内重要的细胞器，拥有独立的基因组。虽然各种生物的线粒体具有共同的起源，但是，其大小、组成及结构随着细胞的不同，存在着明显的差异。目前所发现的最小的线粒体基因组来自顶复门的疟原虫，只有约6 kb。人类的线粒体DNA大小约为16 kb，含13种编码OXPHOS 亚单位的基因，2种rRNA和22种tRNA基因。

传统意义上的线粒体一直被看作能量工厂，事实上，它的功能不仅仅是产生ATP，还涉及细胞凋亡、信号转导、细胞免疫反应等。固有免疫是人类在漫长进化过程中获得的一种遗传特性，病原体入侵时，宿主通过病原体识别受体(Pattern recognition receptors，PRRs)识别病原体相关分子模式(Pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)，如病原体的结构成分、DNA或蛋白质等。而宿主自身的损伤相关分子模式(Damage-associated molecular patterns，DAMPs)也同样可以被PRRs识别，进而诱导一系列的免疫反应。目前已经发现的PRRs主要包括TLRs(Toll-like receptors)、NLRs(Nod-like receptors)、RLRs(RIGI-like receptors)、CLRs(C-type lectin receptors)四大类。TLRs识别胞外的PAMPs 和DAMPs,而其他受体则识别胞内的PAMPs 和DAMPs。PRRs对PAMPs的识别可激活多种信号途径，如NF-κB、MAPKs、IRF等，产生抗病毒、抗菌等作用，并进一步激活特异性免疫。随着MAVs(Mitochondrial-associated viral sensor)的发现，线粒体与免疫的关系开始引起重视，随后的研究发现NLRX1、TRAF6、NLRP3、IRGM等免疫分子与线粒体的功能密切相关，线粒体是机体固有免疫反应的最基本的信号平台[1]。本文将从MAVs、线粒体动力学、mROS三个方面，综述固有免疫反应中线粒体的作用及最新进展。

1MAVs在固有免疫中的作用

MAVs蛋白位于线粒体外膜，由540个氨基酸组成，包含三个功能域：N-末端CARD(caspase-recruitment domains)，富含脯氨酸区域和C端跨膜片段。MAVs的N端CARD与 RIG-I和MAD5的CARDs结合，激活下游的NF-κB 和IRF信号途径，产生Ⅰ型干扰素和前炎症因子。富脯氨酸区域的MAVs可以与TNF受体相关因子(TNF receptor-associated factor,TRAF)结合，激活下游信号通道，缺乏富脯氨酸区域的MAVs过量表达同样可以激活下游信号通道，说明TRAF可以与MAVs不同功能区域结合。MAVs C端跨膜域和BCL-2(B cell lymphoma 2)、BCL-XL和TOM20(translocase of the outer membrane 20)结合,该区域的缺乏将导致MAVs失去与线粒体外膜(OMM,outer mitochondrial membrane)结合的机会，无法激活下游信号蛋白，C-跨膜区域还可以促进MAVs的聚合，进一步诱导MAVs 与TRAF的结合，激活下游信号途径[2]。

MAVs不仅结合在游离的线粒体上，也与线粒体相关膜(Mitochondrial-associated membrane，MAM)连接，将内质网特异位点和线粒体外膜连接在一起[3]。MAVs缺失小鼠不能产生Ⅰ型IFN，极易受到病毒感染。MAVs也定位于过氧化物酶体膜上，为抗病毒基因ISGs(interferon-stimulated genes)在病毒感染初期快速表达所必需,当过氧化物酶体MAVs以依赖干扰素调控因子-1(Interferon regulatory factor 1-dependent，IRF-1)方式诱导IFN-γ时，线粒体MAVs可以同时诱导IFN-β和IFN-γ分泌[4]，最大的抗病毒反应由线粒体和过氧化物酶体的MAVs共同完成。

2线粒体的动态变化与固有免疫反应

线粒体不停地分裂、融合，不仅维持线粒体网的完整和呼吸链的正常运作，而且调控固有免疫反应。已有的研究表明。线粒体的融合促进RLR信号途径，而线粒体的分离却抑制RLR信号途径[5]。线粒体融合蛋白(Mitofusin,MFN)MFN2可以与MAVs大分子基团结合抑制RLR信号途径，病毒感染时，缺失MFN2的细胞MAVs信号增强，产生更多的IFNβ,而MFN2过量表达时则可以抑制NF-κB和IRF3的激活。当敲除MFN1基因抑制线粒体融合时，同时抑制了NF-κB和IRF3的激活,而敲除诱导线粒体分裂的基因DRP1和FIS1时，则增强了MAV和STING的联系，进而加强了RLR信号[6]。同时敲除MFN1和MFN2基因，依赖RLR的抗病毒反应显著降低[7]，MFN1可以正向调控固有免疫反应，而MFN2则直接抑制MAVs。RLR的激活诱导MAVs寡聚化，进一步利用TRAF3和TRAF6激活两类胞质蛋白激酶复合物：TBK1和IKK。TBK1诱导IRF3和IRF7磷酸化和聚合化，IKK复合物则激活NF-κB诱导前炎症因子的分泌。同时，MFN1调控MAVs在线粒体上的重新分布和线粒体网络的融合，进而促进MAVs和STING的作用[1]。最新研究发现，病原体HCV可以促进由发动蛋白相关蛋白1(Dynamin-related protein 1)调控的线粒体分裂，破坏了线粒体正常的动态平衡，进而逃避凋亡以及宿主的固有免疫反应[8]。

3线粒体ROS 与固有免疫反应

线粒体是细胞ROS的重要来源，虽然经由氧化的过程，ROS能够损伤细胞蛋白、脂类和核酸，但是，ROS也是重要的第二信使，可以调控多种信号途径。最近几年的研究发现，ROS在固有免疫反应的调控中同样发挥着重要的作用。

线粒体产生的ROS最初发现与炎症因子的分泌有关，随后的研究发现，ROS减少使得由TLR初始的信号途径减弱，并降低了巨噬细胞的杀菌作用[9]。TLR1,2,4的激活可导致TRAF6的移位，并进一步与线粒体呼吸链复合体Ⅰ上的蛋白ECSIT结合,使得线粒体产生更多的ROS，增加了噬菌体的溶菌作用[10]。线粒体三羧酸循环(TCA)中间底物琥珀酸的增多可以提高ROS的产量，激活HIF-1α[11,12]。因药物治疗引起的线粒体ROS降低同时减弱了NLRP3的活性，NLRP3的激活依赖于释放ROS导致的溶酶体通透性变化[13]，线粒体外膜上的磷脂酰甘油可以直接与NLRP3结合导致其激活[14]。

在线粒体ROS调控的抗菌免疫中，UCP2(Uncoupling protein 2)起着重要的作用。UCP2缺失的小鼠中ROS含量增高，对多种病原体的抵抗力增强,过量表达UCP2的巨噬细胞中ROS的含量降低，在TLR 信号途径中UCP2的丰度直接调控了ROS的高低，从UCP2-/-小鼠中分离的巨噬细胞，其ROS 含量增高，导致NF-κB 和MAPK信号途径的激活以及前炎症因子分泌增加。ERRα(Oestrogen-related receptor-α)是另一种与线粒体ROS抗菌免疫相关蛋白，细菌感染时，IFN-γ诱导巨噬细胞中依赖ERR-α的 转录过程，促进线粒体的功能和ROS的产生，ERR-α缺失小鼠巨噬细胞在李斯特菌感染时，ROS减少，清除细菌的能力降低。最新的研究表明，细菌感染时ROS的增加，与转录因子ATFS-1相关，诱导了相关基因的表达，并进一步通过UPRmt(mitochondrial unfolded protein response)调控固有免疫反应抵抗感染[15]。

线粒体ROS同样可以调控机体抗病毒反应。MAVs的负向调控因子gC1qR位于线粒体基质中，调控线粒体复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的氧化磷酸化，敲除gC1qR基因后，导致线粒体复合物Ⅰ～Ⅳ 功能异常，导致ROS增高，增强了MAVs信号途径。NLRX1可以与氧化磷酸化复合物Ⅲ的核心成分结合，调控ROS的产量，据此推测，NLRX1可以通过改变ROS产量调控RLR信号途径，UCP2过量表达减弱RLR-MAVs信号，与低水平的 ROS相关[16]。

4小结

因为MAVs 的发现，线粒体和免疫之间的关系引起人们的重视，最近十年来，相关领域的研究已成为热点。线粒体不仅仅为免疫反应提供必需的能量，同时，也是固有免疫反应的核心参与者(Central participants)[15]。胞内病原体可以直接通过线粒体调控细胞凋亡，免疫细胞的命运也取决于细胞的代谢[17,18]。目前的研究表明，线粒体无论在固有免疫还是适应性免疫中都起着重要的作用，但是仍有诸多亟待解决的问题，如线粒体在免疫细胞中的作用及机制、体内线粒体调控免疫的证据等等。本文仅对快速发展的线粒体免疫作一简短的回顾，相信该领域知识的不断丰富,将为疾病的防治提供更多的科学依据和手段。

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[收稿2015-06-07修回2015-07-07]

(编辑张晓舟)

doi:10.3969/j.issn.1000-484X.2016.06.035

作者简介：汪琦(1970年-)，女，博士，副教授，硕士生导师，主要从事病原体与宿主相互作用的研究，E-mail: 2449281020@qq.com。

中图分类号R392.1

文献标志码A

文章编号1000-484X(2016)06-0920-03