TIM-1在病毒相关疾病中的研究进展①

陈柳燕 卿吉琳 肖洋洋 陈治中

(广西中医药大学,南宁 530200)

T 细胞免疫球蛋白黏蛋白(T cell immunoglobulin domain and mucin domain protein，TIM)是近年新发现的参与机体免疫调节的基因家族。鼠类TIM 基因家族有8个成员(TIM-1～TIM-8)，定位于其染色体11B1.1区域；人TIM基因家族由3个成员(TIM-1、TIM-3、TIM-4)组成，定位于染色体5q33.2区域[1]。TIM-1最早在非洲绿猴的肾脏细胞中发现，后来证实其与人甲型肝炎病毒受体-1 (human hepatitis A virus receptor,hHAVcr-1)及肾损伤分子-1(kidney injury molecule，KIM-1)为同源基因[2]。TIM-1大量表达于Th2细胞、黏膜上皮细胞及肥大细胞，在调节过敏性疾病、自身免疫性疾病和移植耐受性等免疫反应性疾病进程中起关键作用[3]。TIM-3又被称为甲型肝炎病毒细胞受体2，表达于Th1细胞、Th17细胞、CD8+T细胞等多种免疫细胞，可通过与其配体半乳凝素-9(Galectin-9，Gal-9)相互作用诱导Th1细胞和Th17细胞凋亡，负调控机体免疫应答，与自身免疫性疾病、过敏性疾病、恶性肿瘤和病毒感染等多种免疫相关性疾病密切相关[4]。与TIM家族其他成员不同，TIM-4表达于抗原提呈细胞(antigen-presenting cell，APC)表面，特别是淋巴结的成熟树突细胞(dendritic cell，DC)，参与介导细胞凋亡过程[1]。最近研究发现人TIM-1基因存在高度多态性,其157位存在插入/缺失MTTTVP(157ins/del MTTTVP)型变异,这种变异会影响病毒入胞，从而改变病毒感染的易感性和疾病的严重程度[5,6]。近年对TIM-1的研究更多地集中在病毒感染、肿瘤以及心血管疾病等方面，尤其是病毒感染性疾病方面[7-9]。本文主要对TIM-1的生物学特性、功能及其在病毒相关性疾病如病毒性肝炎、艾滋病、登革热、出血热等中的研究进展进行综述，分析其可能的作用机制，以探讨TIM-1作为抗病毒感染治疗靶点的可能性。

1 TIM-1分子的结构和功能

1.1TIM-1分子的结构 TIM-1蛋白同TIM家族其他成员一样，均为Ⅰ型跨膜蛋白,基本结构包括N末端免疫球蛋白可变区结构域(immunoglobulin variable，IgV)、黏蛋白样结构域(mucin-like domain，MLD)、跨膜区和一个带有磷酸化基序的胞质尾区[10]。通过对TIM-1分子的IgV区进行晶体结构分析，发现其结构特征：包括2个β-片层,分别由B、E、D折叠片和A、G、F、C、 C′、C″折叠片构成，由3个保守的二硫键稳定。与BC环和F折叠片桥接的二硫键拉近了2个β-片层，另外2个二硫键则位于AGFCC′C″片层中，将CC′环拉向FG环。这一结构特点使CC′环和FG环间形成了1个裂缝结构域，被称为金属离子依赖的配体结合区域，磷脂酰丝氨酸(PtdSer，PS)结合槽就位于这个裂缝中[11,12]。TIM-1基因这种独特的结构是TIM-1发挥功能的基础。

1.2TIM-1分子的功能 TIM-1被认为是T细胞活化的协同刺激因子，在CD4+T细胞活化后，TIM-1表达于Th2细胞中，而在Th1细胞中不表达。TIM-1特异性单克隆抗体体外刺激CD4+T细胞可增强其增殖能力，而在Th2细胞中，这种刺激极大地促进了IL-4的合成，从而抑制外周耐受的发生并增强免疫应答[13]。

TIM-1通过与其配体结合来促进Th2型细胞因子的分泌以及细胞的活化。目前已发现的TIM-1配体有HAV、TIM-4、IgA、PS、SELP、LMIR5、PE，其可与TIM-1分子结合而介导病毒感染或T细胞的活化。TIM-1与配体相互作用产生调节信号，参与机体的天然免疫和特异性免疫调节与应答。

2 TIM-1分子的配体

2.1HAV TIM-1最早发现的异源性配体。甲型肝炎病毒( hepatitis A virus，HAV)能在TIM-1的IgV结构域和MLD上发生特异性结合，用该区域构建免疫黏附分子的表达可以中和HAV感染，降低病毒在胞内的浓度。HAV作为TIM-1外源配体，通过与TIM-1其他配体的竞争性结合模式，与表达在Th2细胞上的TIM-1结合，两者结合后，即可抑制Th2细胞的激活，影响T细胞的分化，导致Th1细胞与Th2细胞的平衡失调[14]。

2.2IgA TIM-1分子的天然配体。免疫球蛋白A(immunoglobulin A，IgA)有IgA1和IgA2两个亚型。IgA1主要存在于血清中，约占血清中IgA的85%，α1链分子量为56 kD。IgA2主要存在于外分泌液中，少部分以血清型IgA存在，约占血清中IgA的15%，α2链分子量为52 kD。实验证明IgA1与TIM-1 Fc融合蛋白的结合可以被抗Igα1和抗Igλ链的IgA1以及抗TIM-1 Fc融合蛋白的单克隆抗体所抑制，IgA1显著增强了TIM-1 Fc对HAV的中和作用，因此，IgA作为TIM-1的特异性配体，他们的结合在病毒与受体的相互作用中具有协同作用[15]。

2.3TIM-4 TIM-1分子的另一天然配体。TIM-4是TIM家族的另一成员，其胞质尾区的酪氨酸激酶磷酸化基序缺乏，使其不具备信号转导的功能，因而其功能的发挥主要通过与TIM-1的结合实现。TIM-4表达于APCs并与TIM-1特异性结合传导正向信号，协同刺激T细胞增殖，诱导Th2优势的免疫反应[1]。TIM-4与TIM-1结合后可使TIM-1尾部酪氨酸磷酸化，也使T细胞内的下游信号AKT和ERK(细胞外信号调节激酶)、细胞活化连接蛋白(linker for activation of T cells，LAT)发生磷酸化，在介导吞噬凋亡细胞中发挥重要作用[16]。

2.4PS TIM-1分子的介导细胞凋亡配体。磷脂酰丝氨酸(PS)通常定位于细胞膜的内小叶，但当细胞发生凋亡时，PS会重新分布并暴露于细胞膜外，从而介导细胞凋亡和许多包膜病毒的入胞。TIM独特的IgV结构域使得暴露于凋亡细胞表面的PS具有高度特异性识别能力，TIM-1、TIM-3、TIM-4均能识别PS，但亲和力各不相同，研究表明TIM-1和TIM-4对PS的亲和力相似，均高于TIM-3[3]。TIM-1和TIM-4通过IgV结构域绑定PS受体，且成纤维细胞转染的TIM-4可以激活细胞凋亡[17]。在凋亡细胞表面的PS可以与在APC上的TIM-4分子结合，在外核体表面的PS则可以与TIM-1或TIM-4结合，从而通过外核体增强了TIM-1与TIM-4的相互作用。PS表面暴露在病毒包膜中形成凋亡小体，其与TIM-1结合通过巨噬细胞胞饮作用引发病毒入胞，因此PS与TIM-1分子结合可以促进多种包膜病毒感染[18]。

2.5SELP TIM-1的潜在配体。P选择素(P-selectin，SELP)是CD62抗原样家族成员P，作为活化内皮细胞表面上的细胞黏附分子，在血管的内皮表面和活化的血小板上排列。SELP通过介导血管表面的束缚和滚动，在白细胞转运中起中枢作用，其主要白细胞配体是黏蛋白P选择素糖蛋白配体1 (P-selectin glycoprotein ligand 1，PSGL-1)。研究发现在Th1和Th17细胞中，缺乏黏蛋白结构域和IgV结构域的TIM-1能显著减少SELP在血管中的束缚和滚动，同时失活的TIM-1抑制了PSGL-1独立的残余滚动。因此，SELP是TIM-1的潜在配体，参与调控T细胞的转运，在炎症反应和自身免疫性疾病中发挥特定作用[19]。

2.6LMIR5：TIM-1的内源配体 白细胞单免疫球蛋白样受体5(leukocyte mono-immunoglobulin-like receptor 5，LMIR5/CD300b)是一种DAP12偶联活化受体，主要表达于髓细胞。研究发现LMIR5能与TIM-1和TIM-4相互作用，且不需通过与PS结合参与凋亡细胞的吞噬作用。在肾缺血再灌注损伤小鼠中，缺乏LMIR5能改善小鼠肾小管损伤，而此时TIM-1是上调的。因此，研究者发现TIM-1与LMIR5相互作用能诱导中性粒细胞的累积，活化肥大细胞，在髓细胞的免疫调节中发挥生理作用[20]。

2.7PE：TIM-1分子新发现的配体 磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)是哺乳动物细胞中第二丰富的磷脂，主要在膜的内部小叶中。有研究通过体外TIM-1 Fc结合试验发现，TIM-1与PS、PE均发生特异性结合，PE亲和力较小，而与磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine，PC)和磷脂酸(phosphatidic acid，PA)不发生反应。而且在肾上皮细胞中既可识别PS，也识别PE，因而提出PE是人TIM-1的配体[21]。另有研究发现PE参与吞噬过程和病毒入胞，有助于吞噬表达TIM-1的凋亡细胞，并参与PS受体介导包膜病毒内化的过程[22]。

3 TIM-1与病毒相关性疾病

3.1TIM-1与甲型肝炎 HAV是一种导致人类急性肝炎的小核糖核酸病毒科成员，而TIM-1常作为HAV的配体参与甲肝的免疫过程。关于这种病毒研究表明，TIM-1的IgV结构域参与HAV病毒脱壳和随后的细胞感染，TIM-1的IgV结构域和免疫球蛋白域是TIM-1与HAV结合的特异性识别部位[23]。TIM-1的157ins MTTTVP型多态性变异位于病毒入胞必需的黏蛋白样序列中心，因此病毒入胞的效率可以通过157ins MTTTVP的延长显著改变[10]。Kim等[5]的研究也证实了这一观点，TIM-1的长型(157insMTTTVP)比短型(157delMTTTVP)能更有效地与HAV结合，可能会诱导HAV患者产生更强烈的免疫反应使肝损伤加重。TIM-1可调控CD4+T调节细胞(T-regulatory，Treg)功能，但HAV与TIM-1的相互作用沉默了Treg功能，从而减少了IL-10和TGF-β(两种主要的调节细胞因子)的产生，使得机体免疫反应受限[24]。因此， TIM-1可能通过其结构特点和基因多态性调控病毒的脱壳入胞，促进HAV的进入，同时也可能通过对Treg细胞的调控，负性调节免疫细胞，抑制机体免疫应答。

3.2TIM-1与丙型肝炎 HCV是一种主要感染人类肝细胞的单链RNA病毒。TIM-1的IgV结构域可以与HCV直接作用促进HCV入胞，也可以通过与暴露在HCV包膜上的PS配体相互作用而增强HCV感染[25]。研究表明敲除TIM-1基因可导致HCV细胞黏附和感染显著减少，但不能减少HCV的复制，也不能完全预防HCV感染，因此TIM-1能增强HCV感染，但不参与HCV的复制，也不是HCV感染的必需条件[26,27]。研究发现只通过PS与PS受体结合并不足以介导HCV与TIM-1的相互作用，这表明TIM-1 IgV上可能还有其他分子参与HCV的感染，如E1/E2糖蛋白，也进一步表明TIM-1 IgV与HCV之间的相互作用可能不仅仅局限于PS结合口袋[27]。以上实验均证明TIM-1在HCV的附着和感染中发挥重要作用，但其中的具体机制仍需进一步研究。

3.3TIM-1与艾滋病 获得性免疫缺陷病(acquired immunodeficiency syndrome，AIDS)主要是由HIV病毒感染引起的一种免疫缺陷疾病。上皮细胞表面的TIM-1能与HIV通过网格蛋白、小窝蛋白和脂筏触发对病毒的内吞作用和胞饮作用，促进HIV的内化[28]。研究表明尽管TIM-1能活化CD4+T细胞，促进HIV-1进入，但是TIM-1与HIV表面暴露的PS结合形成的聚合链，可以有效阻止HIV-1的释放，减少HIV的生成和复制[29]。TIM-1黏蛋白结构域的高度多态性与HIV-1复制减少有关，TIM-1短型(157delMTTTVP)多态性变异会引起TIM-1表达的减少，从而导致Th2分化水平降低，促使Th1型反应增强，抑制HIV-1复制[30]。有新的研究发现，负调控因子(negative factor，Nef)蛋白干扰了TIM-1与PS之间的相互作用，并将TIM-1隔离在细胞内，促进了质膜中TIM-1的内化，从而通过调节TIM-1的内吞作用来拮抗TIM-1对HIV释放的抑制作用。同时还发现在缺乏Nef蛋白时，丝氨酸整合因子(serine incorporator,SERINC)蛋白可以延长TIM-1的半衰期，使其稳定表达，增强了TIM-1对HIV释放的抑制作用[31]。

因此，TIM-1可能在HIV感染中起多重调控作用，可能作为HIV表面结合位点内化病毒，进而有利于HIV入侵机体；也可能通过调控其配体和基因多态性片段，负性调节免疫细胞，下调HIV复制，从而保护机体；还可能通过可调控TIM-1的Nef及SERINC蛋白质限制其对HIV释放的抑制作用。

3.4TIM-1与埃博拉出血热 埃博拉病毒(ebolavirus，EBOV)属于丝状病毒科,能感染人和灵长类动物引发埃博拉出血热(Ebola hemorrhagic fever，EHF)，具有极高病死率。TIM-1被认为是埃博拉病毒的受体，与埃博拉病毒的广谱感染能力和高致病性相关[7，32]。TIM-1作为双附着受体，直接与糖蛋白(glycoprotein，GP)和PS相互作用将EBOV募集到细胞表面[33]。TIM-1与TIM-4均通过IgV结构域与PS相互作用，增强EBOV病毒黏附作用[34]。TIM-1和尼曼-匹克C1(Niemann-Pick C1，NPC1)在EBOV糖蛋白介导的细胞内小泡中共定位并相互作用发生融合，而TIM-1单克隆抗体M224/1能干扰TIM-1与NPC1的结合，降低EBOV病毒感染[35]。虽然EBOV依赖TIM-1直接结合并激活CD4+T细胞，也依赖PS参与内化结合[36]。但最新研究发现其在T细胞中没有发生有效的病毒复制，表明其中可能还存在细胞限制因子或不存在病毒复制所需的因子[37]。这些机制的阐述都证实TIM-1参与EBOV的发生发展，为开发其新的治疗策略提供思路。

3.5TIM-1与登革热 登革热是最常见的由蚊子传播的病毒性疾病，登革热病毒(Dengue virus，DENV)有DENV-1～DENV-4 4种血清型。TIM-1在促进DENV内吞作用中起积极作用，是DENV感染中第一个被证实的进入受体，其PS配体是DENV的病毒增强剂[38，39]。有研究提出，模拟凋亡细胞表面的PS和PE可能通过TIM受体信号来激活DENV感染靶细胞，逃避先天免疫应答，进而促进DENV进入和增强其复制[22,39]。有趣的是，TIM-1在其胞质尾区的两个赖氨酸残基K338和K346上泛素化，这种修饰能促进DENV内化作用[38]。因此，这些研究提示TIM-1在促进DENV进入和感染的免疫调控中发挥重要作用，但TIM-1直接参与DENV病毒内化的过程还没能被完整描述。

3.6TIM-1与其他病毒性疾病 拉沙热的病原为拉沙病毒(Lassa virus，LASV)，是一种沙状病毒科的单链RNA病毒。实验表明在LASV功能性受体α-DG被敲除后，外源性TIM-1的表达才会明显影响LASV的进入，因而当存在DG竞争时，TIM-1与LASV不发生作用或作用不明显。但在缺乏LASV DG的情况下，TIM-1通过病毒颗粒与TIM-1的IgV中PS结合口袋的相互作用，促进LASV病毒入胞[40]。

西尼罗病毒病是由西尼罗病毒(west nile virus,WNV)通过蚊虫传播引起的传染病。WNV病毒与ENOV、DENV等都是包膜病毒，能通过表达于包膜病毒上的PE与TIM-1相互作用，促进机体吞噬病毒。研究通过使用PE特异性环状肽抗生素耐久霉素抑制试验，发现病毒粒子膜上的PE增强了病毒对TIM-1的黏附[22]。

日本脑炎是由日本脑炎病毒(Japanese encephalitis virus， JEV)引起的严重流行的病毒性脑炎，病死率高。JEV是一种由蚊子传播的单股正链RNA包膜病毒，属于黄病毒属。研究者从A549细胞中克隆了3个TIM-1突变体(V1、V2和V3)，发现只有293T细胞中的TIM-1 V2表达才能显著促进JEV的附着、进入和感染。TIM-1依赖PS进入靶细胞，其胞质结构增强JEV附着，因此TIM-1促进JEV的进入和感染[41]。

4 结束语

越来越多的研究表明TIM-1和TIM家族促进多种病毒的入胞，包括沙状病毒，甲病毒属，丝状病毒和黄病毒科等[18]。TIM-1在不同效应T细胞上有不同的表达，并能通过与其配体结合的正或负共刺激信号途径，介导T细胞的免疫调节和免疫耐受[42]。特别是其PS配体也是许多包膜病毒的关键入胞因子，促使各种包膜病毒利用模拟凋亡过程促进病毒入胞、结合和免疫逃避[6,43]。因此，TIM-1和/或其配体可能被认为是用于抗病毒感染免疫的一个潜在的干预靶点和免疫关卡分子，为病毒感染相关性疾病的预防、诊断和治疗提供新的途径。但是目前对于TIM-1与这些疾病关联和调控机制的研究主要基于体外实验，尚处在初级阶段，仍需进行构建相关动物模型等多种试验进一步探索，来系统地阐明TIM-1在病毒相关性疾病中的免疫调控机制。