寄生虫的巨噬细胞迁移抑制因子对宿主免疫调节的研究进展

郑友乐，古小彬

(四川农业大学动物医学院/动物寄生虫病研究中心，四川 成都 611130)

寄生虫是引起人类和动物疾病的重要病原之一，其在宿主体内或体表寄生时会通过产生分泌物/ 排泄物(Excretory-secretory products，ES)来调节宿主免疫反应，从而利于自身存活。巨噬细胞迁移抑制因子(Macrophage migration inhibitory factor，MIF)属于寄生虫的排泄/ 分泌物质之一，其作为一种进化上高度保守的蛋白，具有促炎和调节宿主免疫反应等多种功能[1-3]。研究发现MIF 不仅能抑制巨噬细胞的随机移动，使之活化、增生并集聚在炎症局部位置，加强其吞噬和粘附能力等，还可以促进多种细胞因子的生成，如 TNF-α、IFN-γ、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-12、巨噬细胞炎性蛋白2(MIP-2)、环氧合酶2(COX2)、NO 等[4]。此外MIF 被证明能拮抗糖皮质激素等类固醇抑制炎性因子分泌的功能，上调Th2 型并下调Th1 型免疫反应，从而利于寄生虫在宿主体内长期生存[4]；同时，寄生虫源MIF 在宿主的先天性和获得性免疫系统的防御和应激反应中也起到重要影响[5]。

目前，MIF 已被证实存在于多种线虫、原虫、外寄生虫中，且发现寄生虫源MIF 可能通过多种途径干扰或调节宿主的免疫反应[2]。第一种途径：寄生虫MIF 竞争性结合宿主细胞表面受体CD74，从而干预或调节宿主MIF 的功能和活性[6]；第二种途径：寄生虫MIF 作为哺乳动物MIF 的同系物，可参与调控虫体与宿主的交互作用，从而发挥其免疫逃避作用[2]；第三种途径：寄生虫MIF 通过抑制局部组织的巨噬细胞抗原呈递细胞(APCs)的运动，或通过宿主特定炎症/ 抗炎通路的作用而干扰宿主免疫。但目前对这些干扰或调节作用的具体机制尚不明确[1]。因此，本文总结了目前寄生虫源MIF 调节宿主免疫方面的研究，从MIF 的结构、表达定位、功能(细胞因子、酶活、激素)三方面进行综述，旨在为MIF 的后续深入研究提供参考。

1 寄生虫MIF的独特结构

已报道寄生虫的MIF 单体编码114～146 个氨基酸，相对分子质量(Mr)为11 ku～16.4 ku[7-8]。X- 射线晶体衍射图像分析显示天然条件下MIF 以单体、二聚体和三聚体的混合物形式存在，其中同源三聚体是最主要、最稳定的形式。目前，已发现的MIF 均存在同源三聚体，其每个亚单位均包含2 个反向平行的α 螺旋以及6 个β 链，其中4 个β 链组成混合折样的β 折叠，这种特殊结构使得MIF 具有催化一些化学反应和结合特定小分子物质的功能[9]。

寄生虫MIF 和宿主MIF 的结构相似性很高，但生物学功能方面略有差异。重组锡兰钩口线虫(Ancylostomaceylonicum)MIF蛋白(AceMIF)与人源MIF蛋白(huMIF）的三维晶体结构相似度十分高，互变异构酶活性却差异显著，而且AceMIF 的互变异构酶活性不受huMIF 同类型酶抑制剂ISO-1 的抑制[10]。类似的情况在约氏疟原虫中也得到证实，约氏疟原虫(Plasmodium yoelii)的MIF (PyMIF)与小鼠MIF 的三维结构极其相似，但其底物结合谱有显著差异，这可能是造成两种来源MIF 互变异构酶活性显著差异的原因之一[11]。

2 寄生虫MIF的表达与定位

MIF 不属于管家基因，其表达量与寄生虫的发育时期、生长环境有关[8]。环纹背带线虫(Teladorsagiacircumcincta)的MIF 在L3 期幼虫中广泛分布于组织内，而在L4期幼虫和成虫中仅分布于肠道，推断这可能和线虫肠道分泌的排泄物可以显著影响宿主免疫有关[12]。进食期的美洲钝眼蜱(Amblyomma americanum)和变异革蜱(Dermacentor variabilis)中肠部位分泌最多的MIF，同时唾液腺有少量MIF 存在[13]。Wasala 等人推测，蜱中肠分泌的 MIF 可能与保护其自身肠道细胞免受吸食血液中有害成分的破坏有关，而蜱唾液腺分泌的MIF 可能和其进食时调控宿主免疫有关[14]；这种采食蜱的MIF 在长角血蜱(Haemaphysalis longicornis)中的分布稍有差异，除中肠和唾液腺外，虫体表皮细胞也有大量MIF 分泌，且采食后该蜱的MIF 表达量显著上调[15]。但Chen 等在原虫的研究中得出相反的结论，他们发现饥饿状态下的阴道毛滴虫(T.vaginalis)分泌的TvMIF 量比血清充足条件的要高2.5 倍以上。进一步的研究解释了这一现象，这是因为在饥饿条件下，TvMIF的高表达有助于阴道毛滴虫提高存活率[16]；研究还发现在没有血清的情况下，添加外源重组TvMIF 蛋白也可以增加毛滴虫的存活率，并且重组的huMIF 也具有同样的效果，这些结果表明阴道毛滴虫可以通过分泌MIF 或利用宿主MIF 来减缓自身的死亡[16]。此外，约氏疟原虫(P.yoelii)的MIF 缺失组在宿主体内会发生生长迟缓的现象[5]。由此可见，MIF 与寄生虫的发育、采食和生存密切相关。

3 寄生虫MIF的功能

MIF 是一种公认的多效分子，该分子既可以作为天然免疫中信号级联反应的上游影响因子，又可以依靠旁分泌或自分泌的形式诱导MIF 自身在内的物质的释放，高效激发天然免疫反应[4]，还能参与调节适应性免疫应答，通过与T 细胞表面CD74 等受体特异性结合，启动T 细胞的活化，从而激发适应性免疫应答。MIF 还可以拮抗糖皮质激素抑制炎症的功能，进而调节宿主的免疫反应[17]。此外，MIF 还可以与多种细胞信号转导通路发生复杂的相互作用，并在一系列的细胞反应调控中发挥重要作用，如在基因转录水平上的调控，影响细胞的增殖分化和细胞的周期与凋亡等[18]。经过长期研究发现MIF 的功能主要可归为三类，即细胞因子、酶和激素功能。

3.1 细胞因子 MIF 最初被描述为活化T 细胞的产物，抑制豚鼠腹腔内巨噬细胞的随机迁移，促进巨噬细胞在迟发型超敏反应中的聚集。后来研究逐渐发现MIF 可以广泛表达于多种免疫细胞如T 细胞、B 细胞、单核- 巨噬细胞等和一部分非免疫细胞如上皮细胞、内皮细胞、内分泌细胞等，并且MIF 在单核- 巨噬细胞中的表达量最高[19]。当这些细胞受到应激或受到如肿瘤坏死因子α(TNFα)、干扰素γ(IFNγ)、脂多糖(LPS)等多种促炎因子刺激后会释放MIF，且遵循钟形剂量反应曲线。这说明高浓度的促炎因子(包括 MIF 本身)刺激可以通过p53 和NF-κB 负反馈回路作用下调MIF 的分泌。另一方面，MIF 还可以调节多种促炎因子的表达，包括其本身、TNF-α、IL-6、NO、基质金属蛋白酶(MMP)、前列腺素E2 和 COX-2 等[1]。另外，MIF 还可以通过上调免疫细胞Toll 样受体4(TLR4)的表达，抑制p53 来维持巨噬细胞的促炎症功能[20]。

为了实现其功能，MIF 通常需要与多种化学介质相互作用，通过复杂的调控网络，包括激活多个细胞信号通路，来实现MIF 的多种生物活性[18]。目前的研究结果表明MIF 可以与CD74 受体结合，在由CD44 和酪氨酸激酶Src 组成的信号复合体的存在下，介导ERK-1/2 磷酸化的级联反应，从而激活参与炎症反应的各种效应蛋白。MIF还可以直接结合受体CXCR2 和CXCR4，诱导受体的内化和激发白细胞趋化反应[21]。当MIF 分泌失衡时也有可能触发炎症和自身免疫性疾病，从而引起宿主组织和多种器官损伤[22]。

寄生虫分泌MIF 利于自身在宿主体内或体表的寄生和长期生存。多项研究证明寄生虫MIF 在其感染致病机制中起到关键作用[7-8]。捻转血矛线虫(Haemonchus contortus)的MIF 可以和宿主单核细胞结合，从而抑制宿主单核细胞吞噬作用及TNF-α、IL-1β 和IL-12p40 的分泌，并最终抑制单核细胞MHC-II 的表达[7]。这与Onodera 等对小鼠MIF 研究得到的结果相反，即小鼠MIF 可以促进巨噬细胞吞噬作用，增强TNF-α、IL-1β 的分泌。这些相互矛盾的结果提示寄生虫MIF 与哺乳类动物(宿主) MIF 的作用存在差异，寄生虫可能通过分泌MIF 与宿主细胞表面受体竞争性结合，抑制宿主的免疫调控机制，进而完成免疫逃避[2]。后续研究也证实了这一点，Prieto-Lafuente 等发现马来丝虫(Brugiamalayi)成虫通过分泌MIF 抑制小鼠巨噬细胞的随机迁移，激活宿主抗炎通路，降低宿主免疫反应，从而为自身创造良好的寄生条件[23]。Nisbet 等证实锡兰钩口线虫MIF 可结合宿主细胞CD74 受体，这意味着寄生虫MIF 可以通过竞争结合机制干扰或调节宿主MIF 活性，从而实现免疫逃避[10,12]。

与上述线虫MIF 不同的是，原虫MIF 多具有促炎的功能[24]。阴道毛滴虫MIF 和刚地弓形虫(Toxoplasma gondii)MIF 可激活ERK 和Akt 等相关炎症通路，促进IL-8 分泌，从而调节宿主免疫反应[24]。约氏疟原虫MIF 可以上调宿主小鼠体内IFN-γ、TNF-α 和IL-6 等促炎性细胞因子，对宿主单核细胞募集和激活起到一定作用[5]。人们发现hu-MIF 和原虫MIF 的作用也存在很大差异。对huMIF 的研究发现其会促进巨噬细胞对细胞内寄生虫的杀灭，但是原虫MIF 却可以抑制巨噬细胞的杀灭作用，改善自身寄生环境，延长寄生时间。Kamir 等人发现利什曼原虫MIF(LmMIF)可以促进宿主单核细胞的随机迁移，从而减弱其在炎症部位的募集，此外还可以抑制宿主单核细胞吞噬作用，为胞内寄生原虫自身的复制和发育提供有利环境[25]。LmMIF 还可以减缓宿主细胞凋亡进程，为原虫的寄生生活的持续提供有利环境[25]。Shao 等人发现PyMIF 可以轻微延缓感染小鼠的死亡，为疟原虫的长期寄生创造条件[11]。在感染溶组织内阿米巴(Entamoebahistolytica)的小鼠体内模型实验中，阻断阿米巴MIF(EhMIF)后宿主体内的黏膜趋化因子和中性粒细胞均显著下降[26]。

外寄生虫的MIF 研究相对较少，美洲钝眼蜱[13]和长角血蜱15]的MIF 因子可以抑制哺乳动物单核巨噬细胞的随机迁移，对细胞增殖有潜在作用。Jaworski 等人发现用美洲钝眼蜱源MIF 免疫家兔后，蜱叮咬位点表现出较少的炎症反应，且延长蜱寄生的时间[27]。疥螨(Sarcoptesscabiei) MIF 被认为可能参与多种方式逃避宿主的固有免疫和适应性免疫应答[8]。

3.2 酶活MIF具有两种生物学催化活性，即氧化还原酶与互变异构酶活性。研究人员发现MIF 的两种酶活性在寄生虫发育不同阶段具有较高的保守性，揭示了其对于寄生虫生存繁衍的重要意义[5-6]。

MIF 的氧化还原酶活性依赖于CXXC(Cys57-Xaa-Xaa-Cys60)特定基序(motif)，并以其为催化中心[28]。该酶活性对细胞内的氧化还原平衡、蛋白互作、免疫调节和细胞凋亡的抑制等有着重要影响。该活性使MIF 类似于硫氧还蛋白或人T 细胞白血病衍生因子，可以参与细胞多种应激的调节。Jung 等人进一步验证了这一观点，发现huMIF可以结合并调节过氧化还原酶[29]。Sharma 等人用胰岛素浊度测定的方法证明班氏丝虫(Wuchereria bancrofti)的MIF-1 具有很好的氧化还原酶活性，且当人为突变CXXC特定基序后，该蛋白失去氧化还原酶活性[28]。

互变异构酶包含D- 多巴色素互变异构酶(DDT)和苯丙酮酸互变异构酶，该酶活性对MIF 的促炎作用有显著影响，有报道称阻断该活性可以作为一种潜在的新型抗炎手段。互变异构酶活性依赖于一些活性位点，例如Pro-2、Lys-32、Ile-64、Tyr-95、Asn-97 和 Val-106 (不同源 MIF 的氨基酸位点略有差异)，当这些活性位点发生突变时MIF促炎活性也出现了明显降低的现象。Fingerle-Rowson 等人将小鼠MIF 蛋白的N- 末端脯氨酸-2 (Pro2)敲除，发现该蛋白结合细胞表面受体CD74 和胞内结合蛋白JAB1/CSN5的能力减弱，表明该位点的结构完整性是MIF 生物活性介导蛋白质-蛋白质相互作用的关键，也进一步表明互变异构酶活性在MIF 行使生长调节作用中是不可或缺的[30]。此外，马来丝虫MIF 的Pro1 位点突变为Gly 后，其多巴色素互变酶活性和细胞因子活性也显著下降[7]。

环纹背带线虫(T.circumcincta)的天然MIF 蛋白和重组MIF 均具有互变异构酶活性，他们认为该酶活性与MIF抑制单核细胞的趋化性和随机迁移等功能有关，MIF 可能通过该酶活性影响线虫生理机能和宿主的免疫应答[12]。Lubetsky 等人进一步提出以MIF 酶活性为靶点，使用小分子的互变异构酶活抑制剂是一种有效且十分有前景的治疗和MIF 相关的寄生虫疾病的手段[12]。目前已有多种针对MIF 的D- 多巴色素互变异构酶活性抑制剂被发现报道，如ISO-1[31]、Z590[32]和4-IPP[33]等。这些抑制剂既可以影响MIF 的互变异构酶活性，还可以减弱MIF 促进的免疫调节和促炎等功能。但也有研究发现抑制MIF 的互变异构酶活性并没有减弱其促炎能力。例如Prieto-Lafuente 等人用失去酶活的马来丝虫MIF 刺激宿主细胞，和失活组相比，体外检测宿主巨噬细胞的IL-6 分泌量没有明显变化[23]。

3.3 激素MIF 除了具有细胞因子和酶的作用外，还可行使激素的功能。Lerch 等人认为MIF 可能是应激状态下产生的一种多效性激素，它可以拮抗类固醇对炎症和免疫反应的抑制作用，还可促进机体释放胰岛素，在碳水化合物代谢中起重要作用[34]。以MIF 拮抗糖皮质激素对炎症的抑制为例，当机体受到应激或损伤时，糖皮质激素可以通过降低粘附分子的表达而抑制白细胞迁移到炎症部位，并促进白细胞的凋亡，从而限制炎症反应的程度。垂体或机体细胞受到生理浓度的糖皮质激素刺激时，即可分泌MIF 来负反馈调节其抗炎和免疫抑制活性，从而激活机体炎症和免疫反应，消除感染或组织侵袭。其作用机制为上调胞内磷脂酶A2，拮抗甾类激素诱导有丝分裂原活化蛋白激酶磷酸酶。但是高浓度的糖皮质激素也会抑制MIF 的分泌，从而避免过度的炎症反应。因此MIF 被认为是反映炎症强度的重要标志物。研究者认为用MIF 作为拮抗剂的类固醇疗法可能是治疗难治性自身免疫性或炎症性疾病的有效途径[34-35]。目前寄生虫MIF 的激素功能研究非常少，仅在奥斯特线虫(Ostertagiaostertagi)的研究中有报道，Qu 等将该线虫重组MIF 作用于牛的外周血单个核细胞，证明其可以抑制糖皮质激素的促炎作用[36]。

4 结 语

MIF 广泛存在于各种生物体中，包括细菌、植物、原生动物、蠕虫、软体动物、节肢动物、鱼类、两栖类、鸟类和哺乳动物。大多数生物的MIF 在机体的天然免疫和生长发育中起到重要作用，而寄生生物的MIF 是通过调节宿主免疫应答来创造或维持一个有利的寄生环境。但该调节过程还有待进一步深入研究，例如人们尚不清楚为什么寄生虫会主动表达促炎性物质，因为这看上去会诱导宿主产生抗炎反应从而对寄生虫产生不利影响。一些证据表明，低浓度MIF 大多表现为促炎作用，而高浓度则是抗炎的，所以寄生虫可能是通过在感染部位分泌MIF，并且诱导内源性宿主MIF 的进一步分泌，从而产生局部或全身抗炎的宿主环境，但是人们尚未查明寄生虫是如何根据自身生存需要调整MIF 浓度的。此外，还有许多问题未被解答，例如为什么在扁虫(包括涡虫、绦虫和吸虫)中没有发现MIF 基因，而提取物中也检测不到互变异构酶活性？一些寄生虫例如秀丽隐杆线虫存在多种MIF 型的意义是什么[2]？寄生虫MIF 行使细胞因子、酶活、激素功能的具体机制是什么？以及MIF 除了这三类功能还有其他未知的功能吗？这些问题的解答还需要后续不断的研究，为治疗和预防寄生虫疾病提供新的思路。