趋化因子与结核病的关系研究进展

李瑞雪，杜娟，程义局2，

(1.贵州医科大学临床学院，贵阳 550004； 2.贵阳市公共卫生救治中心，贵阳 550004； 3.贵州医科大学附属医院呼吸与危重症学科，贵阳 550004)

结核病是由结核分枝杆菌(mycobacterium tuberculosis，MTB)引起的慢性传染病。世界卫生组织发布的《2019年全球结核病报告》显示，2018年全球新增结核病患者约1 000万例[1]。据调查，我国现有结核病患者约600万例，每年约25万例因结核病死亡[2]。因此，深入研究结核病的发病机制对于控制我国结核疫情尤为重要。机体内的先天免疫细胞是最主要的吞噬MTB的因子，MTB进入机体后，可促使先天免疫细胞聚集到MTB感染处，形成结核肉芽肿，以限制和杀灭MTB[3]。趋化因子具有化学趋化作用，与相应的受体结合后参与人体的抗原传递、细胞迁移、维持内部免疫平衡等生物学功能[4]。MTB可促进炎症反应的发生，但如果MTB量较大或繁殖速度过快，则可导致由趋化因子介导的细胞间协调能力反应过缓以及机体免疫力表达缺失[5]。因此，研究趋化因子与结核病发病机制的关系有助于控制结核病的发生发展。现就趋化因子与结核病关系的研究进展予以综述。

1 趋化因子及其受体概述

1.1趋化因子 趋化因子又名化学趋化性细胞因子，是由70～125个氨基酸构成的、分子量为8 000～10 000的可诱导多种细胞迁移的小分子量蛋白质家族。维持趋化因子单体结构的二硫键是由中央三链β折叠、上覆的C端α螺旋和短的非结构化N端组成，在受体激活中起关键作用[6]。当人体受到细菌及病毒产物、干扰素、生长因子等刺激时，趋化因子由成纤维细胞、内皮细胞、淋巴细胞等免疫细胞分泌产生[7]。自1987年发现第一个趋化因子白细胞介素(interlukine，IL)-8以来，现已发现50多种趋化因子[8]。根据其一级氨基酸序列及N端的两个半胱氨酸残基位置的不同，趋化因子可分为CXC(α)、CC(β)、XC(γ)、CX3C(δ)四个亚家族，其相应配体则表示为CXC趋化因子配体[chemokine(C-X-C motif) ligand，CXCL]、CC趋化因子配体[chemokine(C-C motif) ligand，CCL]、XC趋化因子配体和CX3C趋化因子配体[9]。目前发现的趋化因子主要为CXC和CC两类，其中CXC趋化因子包括IL-8、γ干扰素诱导单核因子、γ干扰素诱导蛋白-10(interferon γ-inducible protein 10，IP-10)、干扰素诱导T细胞趋化物等17个成员；CC趋化因子包括单核细胞趋化蛋白(monocyte chemotactic protein，MCP)-1、调节活化的正常T细胞表达和分泌的因子(regulated upon activation normal T cell expressed and secreted，RANTES)、嗜酸粒细胞趋化因子等28个成员[6]。

1.2趋化因子受体 趋化因子受体是拥有7次跨膜螺旋结构域的G蛋白偶联受体家族[10]。根据结合趋化因子类型的不同，趋化因子受体可分为CXC趋化因子受体[chemokine(C-X-C motif) receptor，CXCR]、CC趋化因子受体[chemokine(C-C motif) receptor，CCR]、XC趋化因子受体和CX3C趋化因子受体；这四类趋化因子受体的大小相似，约由350个氨基酸组成，其中包括1个短的酸性N端、7个螺旋跨膜结构域、3个胞内及胞外亲水环以及1个胞内丝氨酸、苏氨酸残基C端[11]。趋化因子受体主要表达于白细胞亚群(如单核/巨噬细胞、淋巴细胞等)、上皮细胞、血管内皮细胞、成纤维细胞等炎症及结构细胞表面。根据趋化因子受体特点的不同，一个趋化因子受体可特异性地只与一种趋化因子结合(如CCR6与CCL20、CX3C趋化因子受体1与CX3C趋化因子配体1等)，也可与多个趋化因子结合(如CCR3与RANTES、MCP-2、MCP-3、MCP-4等结合，CCR4与CCL2、CCL3、CCL5等结合)，从而导致一种趋化因子表达于不同趋化因子受体的免疫细胞，使免疫细胞产生定向迁移，而一种免疫细胞也可被多种趋化因子招募，最大限度地发挥其生物学功能[8]。

1.3趋化因子及其受体的功能 趋化因子最初是作为一种趋化介质通过细胞表面的G蛋白偶联趋化因子受体发出信号，刺激细胞进行迁移[8]。趋化因子与相应受体结合可导致趋化因子构象发生变化，引起细胞内效应子活化，启动信号转导通路并引发细胞应答，从而产生生物学效应[12]。根据功能不同，趋化因子又可分为平衡趋化因子和炎症趋化因子两类，平衡趋化因子包括CCL14、CCL19、CCL2、CXCL12、CXCL13等，其主要作用是趋化白细胞进行定向移动；炎症趋化因子主要包括CCL2、CCL3、CCL4、CCL5、CXCL8、CXCL10等[13]。当炎症发生时，趋化因子主要参与体内炎症反应、诱导免疫细胞聚集到炎症反应部位[14]。一般情况下，一种趋化因子可结合多种受体，一种受体也可选择性结合不同的趋化因子，这种现象使趋化因子系统可以对免疫细胞进行精细调节。人体内，趋化因子与相应靶细胞上的受体结合可诱导G蛋白复合物中的β、γ亚基解离，而γ亚基可结合活化的磷脂酶C、磷脂酰肌醇-3-激酶、腺苷酸环化酶，从而激发细胞内的一系列信号转导，导致靶细胞活化并定向移动[15]。趋化因子在人体内的功能众多，包括参与免疫应答、组织创伤修复、炎症反应以及调节细胞增生、促进抗原特异性辅助性T细胞(helper T cell，Th细胞)1、Th2的克隆活化、刺激血管生成等[4]。

2 趋化因子与结核病的关系

2.1结核病的发病机制 肺结核的排菌者是目前人型MTB传播的主要传染源，主要通过气溶胶形式传播。MTB进入人体后会引起一系列机体反应，根据MTB感染时间及不同时间段机体免疫反应特点的不同，机体反应分为起始期、T细胞反应期、共生期、细胞外增殖及传播期。在感染起始期，CCL2、CCL7、CCL12通过促进巨噬细胞、T细胞聚集[5]协助杀灭MTB。在T细胞反应期，由T细胞介导的细胞免疫在结核保护性免疫机制中占主导地位，趋化因子及其受体可协助募集免疫细胞，这是T细胞介导的细胞免疫期的关键因素[16]。CD4+T细胞在T细胞介导的细胞免疫反应期起主要作用，其活化和分化均受表面趋化因子的调控。在转化生长因子-β诱导下，CD4+T细胞可分化为Th1细胞和Th2细胞[17]。维持Th1细胞和Th2细胞在机体内的平衡，可在一定程度上缓解结核病患者病情的进展。CXCR3、CCR5和CXCR4、CCR3分别表达于Th1和Th2细胞表面，协助T细胞进一步完成趋化反应[17]。结核肉芽肿是一种多细胞免疫团，由不同种类细胞(巨噬细胞、淋巴细胞、中性粒细胞等)组成，形成肉芽肿是结核病控制的标志，而结核肉芽肿可以控制MTB扩散以及离散部位内的炎症[18]。因此，趋化因子的协同表达可驱动炎症细胞从周围器官向相应感染部位及肉芽肿内募集，从而影响结核肉芽肿的形成。

2.2趋化因子在结核病发病中的作用 趋化因子在机体感染MTB后的免疫功能调节中发挥重要作用[4]。趋化因子可阻碍其受体参与结核病患者免疫细胞的募集过程，增加趋化因子及其受体的表达或亲和力可导致体内淋巴细胞水平的显著升高，进而增强机体对MTB的清除能力；此外，部分趋化因子还具有抑菌功能，如IP-10具有防御素样作用，机体感染MTB后快速分泌IP-10，以协助机体进行免疫反应[19]。结核病发病以Th1细胞介导的细胞免疫反应为主，单核巨噬细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞等为主要参与者，趋化因子可趋化单核巨噬细胞、T淋巴细胞等向感染部位聚集，参与慢性炎症反应及肉芽肿的形成[5]。在感染初期，巨噬细胞吞噬MTB并产生趋化因子CCL2～CCL5，协助招募中性粒细胞、单核细胞、自然杀伤细胞等免疫细胞聚集到感染部位[20]。在MTB感染的第12天，机体内可检测到CXCL3、CXCL5的表达，而CXCL3、CXCL5可以增强趋化因子对中性粒细胞、自然杀伤细胞的趋化[21]。同时，在MTB的刺激下，肺泡上皮细胞和支气管上皮细胞可分泌CCL2、CXCL8，加强抗结核免疫[22]。虽然免疫细胞在感染早期被大量募集，却仍无法抑制MTB的增长繁殖，因此在T细胞反应期应继续免疫反应以清除MTB。研究显示，树突状细胞吞噬MTB后，在趋化因子CCL19、CCL21及CCR7的作用下迁移至纵隔淋巴结，激活T细胞，参与免疫反应[23]。研究发现，CCR7缺乏可导致小鼠树突状细胞迁移至引流淋巴结的能力受损，进而导致抗结核免疫的CD4+T细胞的启动延迟[24]。在MTB感染期间，趋化因子可以通过模式识别受体发出的信号驱动CCL的表达或由特定细胞表面的趋化因子受体功能性募集趋化因子配体，启动机体内的结核免疫[25]。

2.3与结核病相关的趋化因子

2.3.1IP-10 IP-10是CXCL亚家族中的一员，也称CXCL10，由Luster等[26]在活化的U937细胞株中首次发现。人体内的IP-10主要由γ干扰素、脂多糖等诱导产生，具有招募单核巨噬细胞、T淋巴细胞、自然杀伤细胞、嗜碱粒细胞的功能。CXCR3是IP-10的唯一受体，主要表达于记忆T淋巴细胞、激活T淋巴细胞和自然杀伤细胞，在静止的T淋巴细胞、B细胞、单核细胞及粒细胞中不表达[27]。IP-10可通过与靶细胞上的受体结合，介导人体内免疫细胞的迁移和活化，在抗结核免疫中发挥重要作用。

作为γ干扰素诱导分泌的蛋白，IP-10具有自身调节反馈作用。相关报道指出，应用IP-10检测MTB的灵敏度、特异度、准确率均较高[28-29]，且成人活动性结核患者体内IP-10水平显著高于潜伏性结核患者[29-30]，这对于判断结核感染状态具有重要意义。其机制可能为：MTB感染后，感染部位的巨噬细胞和结核肉芽肿内的朗格汉斯细胞大量分泌IP-10，而IP-10的分泌量与相应分泌细胞的活动度相关[31]。与上述研究结果不同，Whittaker等[30]研究发现，儿童活动性结核和潜伏性结核患者的IP-10水平均升高，但两者间IP-10水平比较差异无统计学意义，可见IP-10在鉴别儿童活动性结核与潜伏性结核中不具优势。

作为一种有效的趋化剂，IP-10除可趋化相应白细胞向结核感染部位迁移外，还可在一定程度上抑制 MTB的生长，这主要与宿主体内二肽基肽酶Ⅳ的抑制作用相关。Palucci等[32]分别检测感染不同MTB菌株和非MTB菌株患者的血清IP-10水平，结果发现，宿主体内二肽基肽酶Ⅳ可通过切割IP-10 N端的2个氨基酸灭活IP-10，进而抑制体内MTB的持久性生长。由此可见，IP-10具有控制感染MTB的潜力，但IP-10在抑制MTB复制中的作用仍需进一步验证。IP-10与结核的发病有一定关联，可能成为诊断结核病的生物学标志物，但在判断结核的活动性及抑制其生长方面的作用仍需进一步探讨。

2.3.2MCP-1 MCP-1也称CCL2，是1989年在人胶质细胞瘤单核细胞中发现的首个CCL(β)亚家族成员[33]。MCP-1包括MCP-1、MCP-2、MCP-3、MCP-4和MCP-5，其中人体内的MCP-1基因位于第17号染色体上，主要由肺泡上皮细胞、巨噬细胞、单核细胞、内皮细胞等分泌[34]。目前，公认的MCP-1受体有CCR2和CCR4，MCP-1与其受体结合后可促进多种免疫细胞(单核细胞、自然杀伤细胞、CD4+和CD8+T淋巴细胞等)向病灶聚集，协助机体进行免疫反应[35]。此外，MCP-1还参与了结核肉芽肿的形成，对结核病的发展和转归起重要作用。

结核免疫主要是由T细胞介导的细胞免疫反应，MCP-1可通过诱导抑制性细胞转化生长因子-β的产生，抑制T细胞的激活及其相应的功能；MCP-1还通过抑制IL-12等的产生抑制Th1型免疫反应，并通过促进抗原活化T细胞产生IL-4诱导Th2型免疫反应[36]。在感染MTB患者的免疫反应中，MCP-1通过诱导单核细胞迁移至MTB感染部位形成结核结节，从而抑制MTB的扩散、感染[37]。MCP-1还可通过增加体内单核细胞数量和诱导呼吸爆发，激活单核细胞、巨噬细胞，导致其单核细胞、巨噬细胞胞质内的钙离子水平升高，产生并释放超氧阴离子、IL-1以及IL-6，同时释放溶菌酶，进而介导相关炎症细胞的迁移、吞噬及黏附[38]。MCP-1对单核细胞的趋化作用非常重要，虽然CCL家族成员可以趋化单核细胞，但当MCP-1基因缺失时，单核细胞的募集亦会受损，进而会抑制结核肉芽肿形成，导致结核病病情加重[39-40]。

除在结核病发病机制中起重要作用外，MCP-1对于临床结核病的分类也非常重要。研究显示，MCP-1诊断活动性肺结核以及鉴别活动性肺结核的受试者工作特征曲线下面积分别为0.98和0.91，且在所有细胞因子中MCP-1的受试者工作特征曲线下面积最高，其在诊断活动性肺结核以及鉴别活动性与潜伏性肺结核中均具有重要的临床价值[37,41]。还有研究发现，MCP-1的基因多态性与结核病的易感性相关，但存在种族和地区差异[42-43]。张宝秋等[44]研究发现，MCP-1-2518位点基因多态性与肺结核易感性相关，其GG基因型可增加北方汉族人群肺结核的易感性。王晓蕾[45]发现，MCP-1起始端rs1024611不同的单核苷酸多态性基因型与活动性肺结核易感性相关，以GG基因型作为参照，GA基因型可显著降低活动性肺结核的患病风险，与GA+AA基因型相比，GG基因型对活动性肺结核的易感性显著升高。

由此可见，在结核病患者体内，MCP-1通过相关炎症细胞因子的募集及释放影响Th极化，参与结核肉芽肿的形成，同时，MCP-1基因多态性还可影响人群结核病易感性，在结核病的免疫及发病中起重要作用，因此深入研究MCP-1功能与结核发病机制的关系对防治结核病意义重大。

2.3.3RANTES RANTES也称CCL5，人类CCL5基因位于第17号染色体(17q11.2～q12)上，由3个外显子和2个内含子组成[46]。RANTES由上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞等细胞分泌，在受到相关炎症因子(如IL-1β、γ干扰素)刺激时，其表达升高。RANTES通过与其相应受体结合发挥重要的生物学作用，包括参与炎症反应、调节细胞的生长和分化，趋化嗜酸和嗜碱粒细胞、单核细胞、T淋巴细胞等，并可优先趋化CD4+T淋巴细胞、单核细胞的活性[47]。

结核病属于细胞内的慢性感染疾病，其免疫反应主要由T淋巴细胞介导产生，机体内大量的细胞因子参与调控结核病的免疫过程。其中CD4+T细胞介导的细胞免疫是抗结核免疫的主要部分，而RANTES通过与CCR5相互作用，募集CD4+T细胞等相关免疫细胞进入MTB感染部位并进行免疫应答，在结核免疫中具有重要地位[47]。研究发现，活动性肺结核患者体内的RANTES水平均显著高于健康人群，表明RANTES蛋白确实参与了人体内MTB感染的免疫反应过程[48-49]。结核肉芽肿的形成可以抑制MTB的扩散并防止肺组织损伤。Vesosky等[50]研究发现，缺乏RANTES小鼠感染MTB后，其体内获得性免疫及后期结核肉芽肿的形成功能均受损，表明RANTES参与了结核肉芽肿的形成。MTB侵入人体后，RANTES分泌增多，RANTES与CCR5相互激活促进结核肉芽肿形成，并召集活化的效应T淋巴细胞等免疫细胞进入炎症反应部位，从而发挥对应的免疫应答功能[51]。RANTES还有助于单核巨噬细胞迁移至结核结节，从而启动抗MTB感染的免疫应答过程。

此外，还可根据RANTES水平鉴别疾病。Pydi等[51]研究发现，结核性胸腔积液患者RANTES水平显著高于恶性胸腔积液患者，这可能与MTB可诱导RANTES高表达相关。目前研究证明，RANTES rs2107538、rs2280788基因多态性与结核的易感性相关，可增加结核的患病风险[50-51]。Sheng等[46]发现，不同人种的RANTES rs2107538、rs2280788基因多态性所导致的结核病患病的风险不同，其中RANTES rs2107538基因多态性在白种人中较明显，提示RANTES基因多态性可能存在地区和人种的差异。综上，RANTES在结核免疫中具有重要作用，不仅可促进结核结节的形成，其基因的多态性还与结核易感性相关，有望成为诊断结核病的生物学标志物，但其在结核病发病中的作用仍需大量研究证明。

3 小 结

目前，临床诊断结核病仍较困难，许多基层医院尚无确诊所需的检查设备，无法达到检测所需的实验室条件，以致延误结核病患者的诊疗，不利于我国结核病的控制。因此，寻找一种便捷的诊断方式非常必要。结核病的发病机制复杂，目前尚未完全阐明。作为对炎症细胞有趋化作用的蛋白质，趋化因子尤其是IP-10、MCP-1和RANTES在结核发病中具有重要作用。趋化因子检测方便、耗时短，有可能成为临床诊断及评估结核病患者疗效的生物学标志物。但目前对于趋化因子与结核发病关系的研究较少，未来还需要更多深入的研究阐明两者的关系，以为结核病的预防、诊断和治疗提供依据。