TLR4及IL-35在肺炎支原体肺炎发病机制中的研究进展

拔蕊 何玲

昆明医科大学第二附属医院儿科650000

肺炎支原体 (Mycoplasma pneumoniae,MP)是介于细菌与病毒之间、能独立生活的最小病原微生物,通过黏附侵袭呼吸道上皮细胞,释放毒性代谢产物,紊乱机体免疫系统,损伤肺组织及其肺外靶器官致病[1]。肺炎支原体肺炎 (Mycoplasma pneumoniae pneumonia,MPP)现已成为呼吸道感染常见病之一[2],全年均可发生,占社区获得性肺炎的20%～30%,其发病机制复杂。大多数学者[3]认为,免疫炎症损伤与MPP发生发展密切相关。Toll样受体4 (Toll-like receptor 4,TLR4)为TLR 家族的重要成员,目前其在MPP中的作用成为研究热点。而IL-35为新发现的细胞因子,对其与MPP的关系的研究尚处于起步阶段。本文就TLR4及IL-35在MPP发病机制中的作用作一综述。

1 TLR4与MPP的关系

1.1 TLR4与信号传导 TLR 家族是一种天然免疫模式识别受体,均由胞外区、跨膜段和胞内区三部分组成[4],因其胞外段结构与一种果蝇蛋白Toll同源而得名。TLR 主要表达在抗原递呈细胞及炎性细胞上,如调节性T 细胞(regulatory T cell,Treg),通过相关分子模式受体介导信号传导,诱导免疫反应。

TLR4是TLR 的重要亚型之一,属于Ⅰ型跨膜糖蛋白,细胞外N 端包含16～28 个亮氨酸富集重复序列,主要用来识别病原相关的分子模式;其胞质C 端具有一个高度保守的Toll/IL-1受体结构域,与IL-1 受体家族成员具有较高的同源性,主要用来激活下游信号通路[5]。其信号传导为亮氨酸富集重复序列识别入侵的病原体,引起Toll/IL-1受体同源区识别配体后募集髓样分化因子88 (myeloid differentiation factor 88,MyD88)组成复合体。MyD88募集下游丝/苏氨酸蛋白激酶IRAK,活化的IRAK 募集并磷酸化泛素连接酶肿瘤坏死因子受体相关因子-6 (tumor necrosis factor receptor-associated factor 6,TRAF6),TRAF6随后与下游因子形成复合物,最后激活核转录因子κB(nuclear factorκB,NF-κB),进一步激发下游信号分子的活化,介导炎症反应 (传导机制见图1)[6]。

TLR4 是识别内毒素/脂多糖 (lipopolysaccharide,LPS)的主要受体,MP缺乏细胞壁成分,因而也缺乏类似于LPS或肽聚糖等免疫活性物质可供识别[7],但其完全裸露于外界环境中的质膜含有大量的脂蛋白和胆固醇成分,因此其膜脂蛋白成为能被TLR4所识别的重要成分[8]。王玉红等[9]通过建立BALB/c小鼠MP 感染的模型,发现支原体小鼠肺组织中TLR4、MyD88 与NF-κB 表达显著升高,证明感染MP后,TLR4-MyD88-NF-κB信号通路被激活。研究发现,MPP组外周血单核细胞TLR4、TRAF6水平明显高于对照组,也验证了TLR4、TRAF6通过TLR4-MyD88通路参与MPP 发生发展[10]。TLR4 参与不同类型的MP感染的过程,可通过诱导转录因子的表达,影响IL-6、IL-8、肿瘤坏死因子α等炎性因子的表达水平,从而影响病程的进展,在引发机体产生防御反应的同时,也可诱发严重的全身炎症反应[11]。

也有研究发现类似结构的脂蛋白也存在于无致病性的支原体细胞膜上,MP的致病机制也许不完全跟 “脂蛋白-TLR4-炎症反应”有关,提示MP 可能存在其他的诱导炎症反应机制[12]。

1.2 TLR4-自噬依赖性炎症反应 自噬是依赖溶酶体的细胞分解代谢过程,能降解受损蛋白质、衰老或损伤的细胞器等细胞结构,从而保护细胞对抗应激[13]。Shimizu等[14]用自噬和内吞作用抑制剂处理腹膜巨噬细胞,使其感染MP,发现细胞因子的诱导被抑制,并在感染的巨噬细胞中观察到MP的DNA 和自噬标记蛋白LC3Ⅱ的表达,表明自噬参与MP 诱导炎症反应的过程;进一步用MP 感染TLR2基因敲除的小鼠,细胞因子增加,而感染TLR2/4基因敲除的小鼠,细胞因子诱导降低。表明TLR4是炎症反应后激活自噬通路的关键受体。而罗浩荡[15]的研究进一步明确了自噬和NF-κB信号通路的关系,结果显示抑制自噬可明显抑制NF-κB 核转位,当用NF-κB 抑制剂处理后,脂质所诱导的细胞因子及LC3Ⅱ的表达均降低。表明MP脂质可经TLR4激活自噬/NF-κB正反馈环参与细胞因子分泌。

MP 也通过细胞黏附诱导巨噬细胞自噬。Shimizu等[14]采用转座子技术使MP ABC转运体和F0F1 ATP合成酶发生突变,突变体丧失细胞黏附性,发现MP 对自噬以及诱导细胞因子分泌的效应也随之消失,这表明黏附与炎症反应以及自噬之间是存在一定联系的。进一步研究通过延长感染时间或提高感染浓度,TLR4仍能诱导TLR2-/-巨噬细胞分泌细胞因子,表明细胞黏附并不是诱导细胞因子分泌的直接因素,可能是通过增强巨噬细胞的摄取从而参与TLR4-自噬信号通路的激活。而Yoon 等[16]通过评估TLR 在分化的嗜酸性Eo L-1细胞和人脐血CD34+细胞分化的成熟嗜酸粒细胞中的表达和功能,证实TLR 转录本的表达中TLR4是表达最强的TLR,并提出嗜酸粒细胞通过由不同的TLR4配体诱导的功能变化来调节巨噬细胞的炎性和抗炎极化。在MPP的发病过程中TLR4和嗜酸粒细胞以及巨噬细胞三者之间存在怎样的相互作用有待进一步研究证实。

图1 TLR4信号转导途径与IL-35的关系

2 IL-35与MPP的关系

2.1 IL-35与信号传导 IL-35是IL-12家族的一种免疫抑制活性因子,是由α链p35亚基和β链EB病毒诱导基因3蛋白在人和小鼠中形成的异源二聚体细胞因子[17]。之前的研究显示在人类只有活化Treg细胞能产生,但近几年多项研究表明通过TLR4和CD40激活而获得免疫抑制功能的调节性B细胞[18-19]也可产生。有研究认为IL-12家族的细胞因子受体存在链共享的特征[20],虽拥有相同的信号转导通路,但在下游区转录后发挥的功能却是相反的,即IL-12和IL-27具有刺激功能,而IL-35 则发挥抑制作用。同属IL-12家族的异二聚体细胞因子之一,IL-35具有独特的功能,除存在链共享外,可能拥有自己独特的受体。研究发现,IL-35的受体为IL-12Rβ2、gp130 和WSX-1,可组成IL-12Rβ2-IL-12Rβ2、gp130-gp130 同源二聚体受体以及gp130-IL-12Rβ2-IL-12Rβ2、WSX-1-IL-12Rβ2异源二聚体这4种类型[21]。目前发现,IL-35的2个亚基可分别与4种受体结合,通过转录因子STAT1、STAT3和STAT4传递转录信号并激活JAK-STAT 信号通路参与免疫调节 (图2)[22]。当IL-35与同源二聚体受体结合时,只能激活一条通路,此时T 细胞的增殖受到抑制,但IL-35只能发挥部分抑制活性;而通过异源二聚体的信号转导可拓宽IL-35的抑制谱和特异性,使其能最大限度地发挥免疫抑制作用[23]。

2.2 IL-35在MPP中的作用

2.2.1 IL-35抑制IL-17的分泌 MPP的反复发生可导致患者气道高反应的发生,多数认为哮喘急性发作或长期难以缓解与MP感染密切相关[24]。血清IL-17作为炎性介质,存在于患者痰、支气管活检中,并对MPP的免疫反应产生影响[25]。Whitehead等[26]用卵清蛋白及低水平LPS致敏小鼠,发现Treg细胞产生数量与卵清蛋白攻击次数呈正比,Treg细胞可表达IL-10、转化生长因子β及IL-35,实验中IL-10或转化生长因子β并不能抑制IL-17的产生和气道高反应,而通过建立含IL-35亚基的小鼠可抑制相关气道过敏反应。因此提示Treg细胞通过产生IL-35抑制Th17细胞产生的IL-17 和气道高反应。Okada 等[27]对IL-35 对Th17细胞的直接作用进行了首次报道,发现IL-35是通过抑制RORα和RORγt直接抑制IL-17的表达,从而抑制炎症条件下的过度免疫应答。

2.2.2 IL-35与T 淋巴细胞 T 细胞可分为辅助性T 细胞(即CD4+Th细胞)和细胞毒性T 淋巴细胞 (即CD8+T淋巴细胞),正常情况下,两者处于动态平衡,维持免疫功能的稳定。研究表明[28],在MPP中,CD4+T 细胞参与免疫病理过程并决定疾病的严重程度和对感染的抵抗力,在重症MPP的预测中具有较高价值,而CD8+T 细胞则可抑制CD4+T 细胞介导的支原体感染的炎症反应。MP侵入机体后,发生T 细胞亚群紊乱,CD4+T 细胞水平明显降低,而CD8+T 细胞增加,且重症、急性期MPP与普通、恢复期MPP相比,CD4+/CD8+T 细胞比例失衡更剧烈,即T细胞亚群水平异常越明显,患者病情越严重,提示预后越差[29]。CD4+CD25+Treg 细胞可抑制CD8+T 细胞,Niedbala等[30]通过构建IL-35 模型培养CD4+CD25+Treg细胞,研究发现CD4+CD25+Treg细胞明显扩增并检测到细胞因子的升高,表明IL-35 可通过共刺激使得CD4+CD25+Treg细胞得以扩增,使其发挥作用抑制免疫反应。Zhao等[31]转染了间充质干细胞以过度表达IL-35,发现IL-35通过抑制Th17水平促进CD4+Foxp3+Treg的功能调节T 细胞免疫。有学者[32]探索了重组异二聚体IL-35对正常小鼠T 细胞亚群发育的影响,证实IL-35的过表达确实会影响T 细胞分化,可有效抑制Th1、CD8+表达并诱导明显的Th2和Treg偏倚。Li等[33]通过蛋白质组学技术揭示了影响CD8+T 细胞功能的IL-35依赖性调节机制,表明IL-35参与CD8+T 细胞的白细胞趋化性调节和细胞迁移,并可能通过花生四烯酸途径影响细胞的代谢和细胞毒性,进而有效抑制CD8+T 细胞的免疫反应。Vijayan等[34]研究显示IL-35可能通过调节NF-κB 以及Ⅰ型、Ⅱ型干扰素信号通路而影响CD8+T 细胞的分化。最新研究[35]通过LPS诱导急性肺损伤模型,发现经LPS 诱导及agomir-IL-35处理的小鼠不仅细胞因子水平降低,TLR4、NF-κBp65、NF-κBp50的表达以及NF-κB 抑制剂的降解均减少。表明IL-35通过抑制TLR4/NF-κB 信号通路减少急性肺损伤炎症反应,对机体起到保护作用。由此提示MP致病机制中,NF-κB作为转录因子,在TLR-MyD88-NF-κB 转导途径和IL-35免疫调节中均发挥重要的作用。而两者之间存在怎样的变化关系有待进一步研究。

图2 IL-35亚基、受体组成及信号传导

2.2.3 IL-35 与非T 淋巴细胞 研究证实IL-35 能抑制Th17细胞、T 细胞的增殖,但与其他非T 细胞 (自然杀伤细胞、中性粒细胞、树突状细胞、巨噬细胞等)的关系研究尚少。袁浩等[36]研究显示MPP 患者血清中IL-35 水平与外周血自然杀伤细胞、中性粒细胞、树突状细胞呈负相关,说明机体感染MP 后出现免疫紊乱,降低了中性粒细胞对胞外病原体的吞噬调理作用,也抑制了自然杀伤细胞表面的受体。正常来讲,IL-35抑制细胞免疫的同时也抑制抗原递呈细胞,但研究[37]发现树突状细胞含量随细胞免疫的抑制而减少时,巨噬细胞含量却显著升高,原因可能是巨噬细胞大量产生来调节MPP患者体内过强的免疫反应导致的机体内环境紊乱。以上研究也提示非T 细胞在MPP疾病发生发展过程中发挥了与T 细胞同样重要的作用,而非T 细胞含量的增加或减少受IL-35含量的影响,IL-35可影响抗原的递呈过程并控制引起的免疫反应的强弱。

3 总结

综上所述,TLR4及IL-35在MPP的发生发展过程中均发挥重要的作用。活化的Treg细胞能产生IL-35,TLR4可表达于Treg细胞上,并激活B细胞使其获得免疫抑制功能后产生IL-35,而NF-κB 作为转录子在TLR4-MyD88-NF-κB转导途径和IL-35 调节信号通路途径中发挥作用,IL-35可通过抑制TLR4/NF-κB 信号通路减轻免疫反应,二者在MPP的发病中有怎样的密切关系,是否有希望被用于MP感染患者的治疗,尚待进一步研究证实。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突