结核分枝杆菌靶向宿主细胞蛋白逃逸免疫杀伤的研究进展

全娟娟，夏爱鸿，孟 闯,，李 昕，姚志鸿，陈 祥,，徐正中,，焦新安,

结核病(tuberculosis，TB)是由结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis，M.tb)引起的一种重要人兽共患传染病，严重危害人类健康以及公共安全[1]。据WHO发布2020年世界结核病报告显示，2019年新增结核病例约1 000万，并导致约150万人死亡，其中约20.8万人为HIV病毒携带者[2]。近年来，由于HIV/TB交叉感染、耐多药结核菌株的出现、人口流动的增加，以及人们对结核病控制的忽视、卡介苗(BCG)保护力参差不齐、检测方法不够完善等原因[3-4]，结核病的防治现状仍十分严峻。

M.tb感染机体的结果在很大程度上取决于宿主对入侵病原的应答，以及病原如何逃逸宿主的免疫应答，阐明M.tb与宿主之间的相互作用有助于了解特定分枝杆菌蛋白参与感染的分子机制[5]。M.tb主要的宿主细胞是肺泡巨噬细胞，M.tb感染的结局以及结核病是否发生都与巨噬细胞紧密相关[6]。巨噬细胞作为清除M.tb的主要效应细胞，可通过多种免疫应答方式对M.tb进行清除，同时M.tb为了在其胞内存活也形成了多种机制逃避机体的免疫杀伤[7]。M.tb经过长期演变形成了完美复杂的宿主-病原体适应性，M.tb效应蛋白与宿主细胞靶蛋白的互作调控一系列的细胞免疫应答，如吞噬杀伤效应、细胞自噬、细胞凋亡、炎性应答、抗原提呈等，从而影响细菌的存活和疾病的发生过程。了解M.tb-宿主细胞的相互作用模式，有助于深入探讨M.tb致病的分子机制，为结核病诊断、预防、治疗及疫苗研制提供一定的理论依据。因此现以M.tb效应蛋白靶向宿主细胞蛋白从而影响细胞凋亡、炎性应答、抗原提呈效应的研究进展作一综述。

1 抑制细胞凋亡

当机体受到外界因素刺激时，机体为了维持本身的正常生命活动会启动一系列信号来清除病原体。如细胞凋亡，作为宿主清除入侵病原体的一种重要的先天免疫应答方式，主要通过膜受体通路，细胞色素C释放和半胱氨酸蛋白酶(Caspases)激活等途径来实现细胞凋亡的发生。目前了解的凋亡方式包括外源性途径和内源性途径，外源性途径通过分枝杆菌组分激活，并由宿主细胞表面死亡受体识别启动凋亡；内源性途径又称为线粒体途径，主要由胞内信号激活启动凋亡。然而，M.tb可通过多种方式来抑制细胞凋亡从而逃避宿主的防御。M.tb抑制巨噬细胞凋亡的方式主要有促进抗凋亡蛋白的表达，抑制促凋亡蛋白的表达，活化M.tb自身调控凋亡基因PknE[8]，secA2[9]和nuoG[10]等。Lia Danelishvili等发现Rv3654c通过一种新型的“IV型菌毛”装置分泌并转运到细菌吞噬小体外，抑制TNF-α诱导的细胞凋亡，进一步的研究发现M.tbRv3654c与识别多嘧啶束结合蛋白相关剪接因子(PSF)的互作干扰了caspase的转录表达，阻断了细胞凋亡的外在途径[11]。TRIM27是TRIM家族蛋白之一，在转录调控中发挥重要作用[12]。有研究报道在分枝杆菌感染过程中，TRIM27依赖于环区促进巨噬细胞凋亡[13]。Wang Jing等发现M.tbPtpA蛋白与TRIM27环区竞争结合，从而抑制JNK/p38和MAPK信号通路的激活和细胞凋亡[14]。

这些研究表明在分枝杆菌感染过程中引起巨噬细胞凋亡的复杂性及多样性。M.tb与巨噬细胞之间的互作与M.tb逃逸宿主免疫应答的能力紧密相关，互作的发生改变了机体原本的凋亡周期，鉴定抑制细胞凋亡的蛋白可以帮助了解M.tb逃逸宿主免疫应答的机制，目前已报道的M.tb拮抗细胞凋亡的蛋白还包括NuoG[15]、PknE[16]、MPT64[17]等，这些蛋白可能是疾病发生发展过程中的关键分子靶标，但是关于M.tb不同效应蛋白如何互相协调，进而调控宿主凋亡效应的机理还有待进一步探究。

2 调控细胞炎性应答

炎症激活是天然免疫防御入侵病原体的一种手段，在天然免疫应答中，分枝杆菌能够诱导宿主中NF-κB和MAPK等炎性信号通路的激活，促进一系列炎性细胞因子的分泌，如IL-1β、IL-6、IL-12p40、TNF-α等，这些炎性细胞因子在抗M.tb感染中发挥着重要的作用[18-19]。相应的M.tb已经进化出多种机制来抑制宿主炎性细胞因子的分泌，促进自身在宿主体内长期生存。

有研究显示，M.tb可以通过抑制泛素化连接酶等方式阻断宿主泛素化过程调控宿主炎性应答。M.tbPtpA通过独特的泛素结合基序样区域直接与泛素互作，激活后将宿主p-JNK， p-p38和p-VPS33B去磷酸化从而拮抗宿主炎性应答[20]。此外M.tb还能够直接利用宿主泛素化系统对自身进行修饰从而抑制宿主炎性应答，有研究报道Rv0222与TLRs信号通路接头蛋白TRAF6互作，并依赖宿主E3连接酶ANAPC2的泛素化，促进k11连接的泛素链附着到Rv0222的k76上，ANAPC2对Rv0222的k11连接泛素化促进了蛋白酪氨酸磷酸酶SHP1向接头蛋白TRAF6的募集，阻止k63连接的泛素化和TRAF6的激活，从而抑制促炎细胞因子IL-1β、IL-6和IL-12p40的表达[21]。

另外，M.tb通过ESX分泌系统分泌一系列效应蛋白，进入宿主细胞后可以直接靶向干扰细胞内源性效应分子，从而调控炎性细胞因子的分泌表达。M.tbBfrb(Rv3841)，是一种铁蛋白样的分泌蛋白，在与宿主的相互作用中发挥关键作用。Xiang He等发现Bfrb与巨噬细胞核糖体蛋白Rps3的NLS区域互作，而Rps3是NF-κB的一个功能亚基，两者互作降低了Rps3的核丰度，从而调控宿主的天然免疫系统，抑制宿主细胞中炎性因子TNF-α、IL-1β的分泌[22]。已有研究表明M.tbMce家族蛋白在分枝杆菌感染过程中具有独特的调节功能，Mce3E(LprM)通过调节宿主细胞中细胞因子的表达来抑制宿主的免疫反应，它与ERK1/2以DEF基序依赖的方式相互作用，将ERK1/2捕获到内质网，减少ERK1/2与MEK1的结合，阻断pERK1/2的入核，从而抑制ERK1/2信号通路的激活及TNF-α和IL-6的表达[23]。 同家族中的Mce2E(Rv0593)蛋白与ERK和JNK相互作用，阻断ERK/JNK与其上游激酶的互作，阻断其磷酸化以及将其滞留在内质网等方式抑制ERK、JNK和MAPK通路的激活，抑制宿主炎性因子TNF-α和IL-6的表达进而调控宿主天然免疫应答[24]。与此相应的是Wei等发现宿主细胞蛋白eEF1A1与M.tbFadD13(Rv3089)蛋白互作，促进NF-κB信号通路的激活以及促炎细胞因子IL-1β、IL-18和IL-6的产生[25]，进一步研究发现FadD13在细胞质中与eEF1A1结合以防止自身降解，并在酸性条件下参与维持M.tb完整的细胞壁结构[26]。

这些发现表明M.tb蛋白的多功能性以及M.tb与宿主细胞蛋白相互作用的多样性，M.tb可以产生和分泌多种效应蛋白进入宿主细胞，从而触发或逃避宿主的免疫应答。一些M.tb效应蛋白可能发挥多种功能来协同靶向重要的宿主信号通路，相同的效应蛋白在特定的环境中可能会引起不一样的效应。M.tb究竟是如何利用不同调节作用的效应蛋白来动态双向地发挥作用，进而保证其在细胞内长期存活的，这也是值得我们深入探究的问题。揭示结核分枝杆菌-巨噬细胞相互作用的分子机制，可能有助于识别抗结核药物的新靶点。

3 干扰抗原提呈效应

抗原提呈效应是M.tb感染后激活机体获得性免疫应答的一个重要环节，巨噬细胞和树突状细胞可作为抗原提呈细胞在抵抗M.tb感染中发挥作用[27]，与此同时M.tb也通过多种机制干扰宿主细胞递呈抗原：如抑制细菌降解和抗原肽的形成、抑制MHC分子的表达和转运、抑制特异性抗原肽与MHC分子的结合等[28]。M.tb蛋白可以通过这些机制持续抑制抗原的递呈从而逃避免疫监视以建立潜伏感染。Erika H. Noss等证实M.tb19-kDa脂蛋白抑制巨噬细胞MHC-II分子的表达及合成进而限制了抗原加工的过程[29]。进一步研究发现19-kDa脂蛋白与TLR2互作阻断巨噬细胞介导的HLA-DR抗原加工和向CD4 T细胞的提呈，进而使病原菌逃避免疫监视[30]。Liu Yuan等发现 rLrp(Rv2779c)与TLR2直接互作抑制TAK1向IRAK1和TRAF6的募集从而阻断了NF-κB的激活，促进了PI3K/Akt信号转导并通过入侵的巨噬细胞产生的调节细胞因子(IL-6，IL-12p40)下调MHC-II类分子和共刺激分子CD86的表达[31]。Adam J. Gehring等发现LprG (Rv1411c)以TLR-2依赖的方式抑制MHC-II 抗原的加工[32]。

目前文献报道较多的为抑制MHC-II类分子的表达和运输等，但也有研究报道与MHC-I分子竞争性结合进而抑制抗原提呈，比如研究报道较多的ESAT-6(Rv3875)蛋白是M.tb的毒力因子[33]，进一步研究发现ESAT-6与巨噬细胞中的β-2-微球蛋白(β2M)发生特异性的互作，抑制其与MHC-I分子的缔合导致MHC-I-β2M复合物的含量降低进而抑制抗原提呈[34]。这些研究揭示了宿主与病原体之间微妙的关系，抑制机体的抗原提呈功能协助病原体逃逸宿主免疫应答，促进了细菌在胞内的存活，这也提示与其互作的宿主蛋白具有作为结核病药物靶点的潜力。

4 小结与展望

近年来，人们对结核分枝杆菌和宿主之间相互作用的了解越来越深入，M.tb与宿主细胞蛋白互作，通过多种分子机制，进而改变宿主细胞免疫功能[35-36]。目前通过对这些蛋白的研究，我们对M.tb在宿主内存活的机制有了一定的认识，为结核病的防治和今后的研究提供了参考。M.tb通过不同效应组分、在感染不同时期与宿主细胞的靶蛋白互作，如上述介绍的，抑制宿主细胞凋亡、调控宿主炎性应答、干扰抗原提呈效应，另外还包括抑制宿主自噬[37]、抑制炎性小体活化[38]等多种机制逃逸宿主免疫杀伤。M.tb具有3 977个潜在编码能力的基因[39]，目前M.tb分泌蛋白与宿主细胞蛋白之间相互作用的直接了解十分有限，我们还需要继续通过各种有效的筛选技术，如转座子突变库、CRISPR-Cas9突变库等，探寻M.tb与宿主细胞直接相互作用的效应组分，依据“关联负效应”原理，研究蛋白互作意味着具有已知功能的蛋白质可能对于其互作伙伴的功能提供有价值的信息[40]。M.tb和宿主细胞之间的蛋白质-蛋白质相互作用通常涉及细菌在宿主中的致病性和持久性，这些蛋白在结核发病机制中发挥着潜在作用。因此，进一步加强对M.tb-宿主分子相互作用网络的了解，有助于深入理解M.tb逃逸宿主免疫应答的分子机制，这些研究将有助于人们找到防治结核病的新方法及新对策，为人类早日根除结核病奠定基础。

利益冲突：无