芳香烃受体AhR在免疫调节及感染性疾病中的作用

魏子昂 ， 涂颖欣 ， 尹 悦 ， 郭姝怡 ， 陈秋静 ， 李获朋 ， 严 丹 ， 田纪景

(中国农业大学动物医学院 ， 北京 海淀 100193)

芳香烃受体(Aryl hydrocarbon receptor,AhR)是一种配体依赖性的转录蛋白，其广泛分布于人和动物的各种组织和细胞，且在不同生物体内其蛋白结构具有高度保守性。目前研究证实，AhR的配体主要分为两类，一类是外源性配体如二噁英，另一类为内源性配体，主要为色氨酸代谢产物[1]。非激活状态下，AhR主要位于细胞质中，与热休克蛋白90、X-相关蛋白2和p23等结合形成复合物；当与其配体结合后，AhR即从复合物中解离，进入细胞核，并与核中的AhR核转运蛋白(AhR nuclear transloca-tor,ARNT)结合形成异二聚体，调节细胞色素酶P4501A1(Cytochrome P4501A1,CYP1A1)等多个下游基因的转录表达，参与机体的解毒作用[2]。除此之外，AhR还具有十分广泛的免疫调节作用，不仅参与调控Th细胞的分化及下游炎性因子的表达，同时也参与调控B细胞的分化、成熟和抗体分泌[3]。近年来研究发现，AhR在机体抵御病毒、细菌等微生物入侵的过程中也发挥了重要的作用。因此，AhR作为多种疾病治疗的药物靶点已成为生物医学领域的研究热点。本文主要对AhR的免疫调节及其在感染性疾病中作用的相关研究展开综述，以期为AhR及其配体在相关疾病治疗中的临床应用提供参考。

1 AhR参与肠道炎症调节

炎性肠炎(Inflammatory bowel disease,IBD)是一种常见的肠道慢性炎性反应性疾病，临床常表现为腹痛、腹泻、便血等，严重时可能会导致肠穿孔甚至威胁生命。虽然目前该病的发病机制并不清楚，但是越来越多的证据表明其与遗传和环境因素导致的肠道稳态改变密切相关，其中肠道微生物菌群的改变在该病发生过程中发挥了重要作用。研究发现，微生物通过分解色氨酸从而激活AhR信号通路，并进一步上调局部肠道组织IL-22的表达，参与肠道炎症过程。如色氨酸代谢产物6-甲酰基吲哚[3,2-b]咔唑(6-formylindolo[3,2-b]carbazole,FICZ)通过激活AhR抑制葡聚糖硫酸钠(Dextran sulphate sodium salt,DSS)导致的肠道组织破坏和黏膜下炎性细胞浸润，从而减轻肠道炎症，最终抑制DSS诱导的小鼠溃疡性结肠炎[4]。

肠道先天性免疫相关淋巴细胞，如固有淋巴细胞(Innate lymphoid cells,ILCs)和上皮内淋巴细胞(Intraepithelial lymphocytes,IELs)是机体抵御感染的第一道防线，参与肠道的免疫识别以及肠道稳态的维持等。AhR可通过调控RORγt的转录表达进而影响肠道IELs和ILCs的活化[5]。赵小静[6]对正常和不同程度肠道慢性肉芽肿性炎症患者肠道AhR表达量进行对比发现，肠炎患者肠道中AhR的表达减少，Foxp3表达也减少，而RORγt表达增加，故推测AhR可能通过调控Foxp3和RORγt的表达从而调控上述细胞的分化，并进一步影响肠道免疫。因此，AhR作为调节肠道免疫和炎症的重要因子，可以成为治疗肠道疾病的潜在靶点。

2 AhR可双向调控肿瘤的发生

近年来大量研究表明，AhR参与肿瘤发生的调节是极为复杂的。AhR参与肿瘤发生的起始、发展和转移的主要阶段，特别是在侵袭性肿瘤的研究中发现AhR高表达且伴随持续的核转运过程[7]，亦有研究发现，无论AhR的激活剂还是拮抗剂，均可作为多种肿瘤关键进程的阻断剂[8]。研究发现，色氨酸2，3-双加氧酶(Tryptophan 2,3-dioxygenase,TDO)催化产生的色氨酸代谢产物犬尿氨酸，可以通过AhR介导的自分泌和旁分泌方式，抑制抗肿瘤免疫反应，促进肿瘤细胞的存活，且在人脑肿瘤组织中可以检测到TDO-AhR信号通路的激活，其激活与肿瘤的恶性程度和较差的存活率相关[9]。但是也有研究表明，AhR在胶质母细胞瘤中为肿瘤抑制基因[10]。由此可见，AhR在不同的肿瘤中可发挥截然相反的作用，这种双向调节机制可能与配体依赖的不同的AhR信号通路的激活有关，但是临床中如何利用AhR信号通路来治疗肿瘤性疾病还有待进一步研究。

3 AhR在病原微生物感染过程中的作用

3.1 AhR在细菌性疾病中的作用 细菌感染是一项全球性的公共卫生问题，特别是有些致病菌还有较高的致死率。铜绿假单胞菌为一种条件致病菌，在术后或机体免疫力差时较容易引起感染。Moura-Alves等[11]利用铜绿假单胞菌研究AhR在细菌感染中的作用发现，AhR就像一个“处理中枢”，可以在体内外整合大量不同的与菌群感应系统相关的信息，让宿主可以根据细菌群落的发展阶段、细菌密度以及感染的风险来调节免疫防御，从而在特定的感染阶段调动最合适的防御机制。Larian等[12]的研究进一步表明，铜绿假单胞菌产生的绿脓素在一定浓度下刺激CYP1A1的表达，而同时绿脓素可以抑制C57BL/6 J小鼠脂肪细胞的分化，使其体重和脂肪量降低，从而促进败血症的发生，虽然CYP1A1是AhR激活的一个指标，但绿脓素对脂肪细胞的影响是否由AhR信号通路介导尚待进一步确认。而Zhai等[13]发现，线粒体衍生肽对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染引起的小鼠败血症具有保护作用，其作用机制之一即为上调AhR的表达及促进下游信号通路的激活。

Rademacher等[14]通过对皮肤共生表皮葡萄球菌与角质形成细胞之间的分子相互作用的研究，进一步为“AhR不仅能感知环境毒素，还参与宿主—微生物相互作用”的假说提供证明。在感染表皮葡萄球菌的人原代角质形成细胞中，AhR激活后可诱导CYP1A1基因的转录，而阻断AhR可减弱表皮葡萄球菌诱导的CYP1A1和IL-1β的表达，说明AhR信号通路在皮肤的防御反应中发挥了关键作用。金黄色葡萄球菌的皮肤定植及其相对丰度与特异性皮炎疾病严重程度和治疗反应有关，Smits等[15]鉴定了煤焦油的一种新型治疗作用，即通过激活AhR信号通路来诱导角质形成细胞衍生的抗菌肽的表达并进一步抑制炎症反应。对煤焦油作用机制的深入了解有助于临床药物的开发，如AhR的天然激动剂塔皮那罗夫(Tapinarof)是一种正在进行第3阶段试验的AhR局部靶向药物，它对银屑病和特异性皮炎具有明显疗效[16]。

慢性阻塞性肺部疾病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)和哮喘属于慢性呼吸道疾病，临床中肺炎链球菌和铜绿假单胞菌均可引起COPD的急性发作。研究表明，AhR激动剂如2,3,7,8-四氯代二苯并二噁英(2，3，7，8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin,2,3,7,8-TCDD)可以通过激活AhR信号通路缓解肺部细菌感染，从而提高患病动物的存活率，在COPD疾病发展过程中，AhR能够通过抑制香烟烟雾对于中性粒细胞的诱导而减轻肺部炎症反应[17]。Tsai等[18]发现，COPD和哮喘患者血浆中血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)含量明显高于健康受试者，给予小鼠AhR激动剂2，3，7，8-TCDD后，支气管上皮细胞中VEGF的表达量显著上调，这一发现可为COPD和哮喘的治疗提供新的潜在靶标。在由百日咳博德特氏菌释放的百日咳毒素(Pertussis toxin,PTX)引起的人类呼吸道疾病中，AhR扮演了类似的角色。AI-Ghezi等[19]研究表明，在PTX诱导的系统性炎症过程中，2，3，7，8-TCDD通过激活AhR信号通路，诱导脾脏CD4+T淋巴细胞向Th2和Foxp3+Treg分化，提高抗炎因子IL-10和TGF-β的表达水平，同时降低Th1和Th17细胞的比例以及相关促炎因子IL-17A、IL-6和IFNγ的表达水平，从而抑制PTX诱导的炎症反应。因此，AhR信号通路可作为治疗该类炎症反应的潜在靶点，但是由于2，3，7，8-TCDD对机体有较强的毒性，筛选新型、有效、副作用低的AhR配体，特别是天然配体，将会为临床该类疾病的治疗提供新的思路。

3.2 AhR在病毒性疾病中的作用 在病毒感染过程中，AhR可被直接或间接激活，进一步降低机体抗病毒免疫反应或促进病毒的复制、转录和翻译等。研究已证实AhR在多种病毒如艾滋病病毒(Human immunodeficiency virus,HIV)、寨卡病毒(Zika virus,ZIKV)等感染过程中发挥关键作用，但在不同的病毒感染中可通过不同的机制影响病毒的复制及感染。在艾滋病病毒1型(Human immunodeficiency virus type-1,HIV-1)感染时，色氨酸代谢物犬尿氨酸和FICZ激活AhR，被激活的AhR直接与HIV-1的5′末端重复序列结合，激活病毒的转录，同时AhR会抑制Ⅰ型干扰素介导的防御功能，促进HIV-1的感染[20]。在ZIKV感染模型中，病毒感染通过上调犬尿氨酸表达水平激活AhR信号通路，并进一步抑制I型干扰素的产生，降低机体的抗病毒反应，相反，抑制AhR激活则可限制ZIKV的复制[21]。

Ohashi等[22]发现，丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus,HCV)通过激活AhR-CYP1A1信号通路引起机体内脂质滴的积累，为子病毒的生存和增殖提供平台，增加了子代病毒的增殖量，有助于病毒的进一步入侵。流感病毒(Influenza virus,IV)感染后AhR的激活会促进机体活性氧的产生，破坏体内的氧化还原反应，诱导宿主细胞的凋亡和坏死[23]。Grunewald等[24]通过对鼠肝炎病毒(Mouse hepatitis virus,MHV)感染引起的小鼠肝脏炎症反应的研究发现，病毒侵袭机体可诱导非依赖于吲哚2,3-二加氧酶(Indoleamine 2,3-dioxygenase 1,IDO1)的AhR信号通路激活，并可进一步调节细胞因子IL-1β、TNF-α以及AhR下游效应子TCDD诱导型ADP-核糖聚合酶(TCDD-inducible-poly-ADP-ribose polymerase,TiPARP)的表达，而TiPARP作为MHV的前病毒因子可促进病毒的复制。虽然冠状病毒感染后以不依赖IDO1的特殊方式直接激活AhR，但是AhR的激活促进了炎症因子如IL-1β、IL-6和TNF-α的表达，可进一步诱导IDO1-犬尿氨酸的活化而加剧AhR的激活以及下游促炎因子的表达，因此有学者将这一过程称为“系统性AhR激活综合征”，而IDO1-犬尿氨酸-AhR信号通路也被认为是预防和治疗新型冠状病毒肺炎(Coronavirus disease 2019,COVID-19)的一个潜在靶点[24-25]

有学者研究发现，在某些病毒感染过程中，外源性或内源性配体激活AhR信号通路后可抑制病毒的复制，起到抗病毒感染的作用。Kueck等[26]通过对巨噬细胞在HIV-1和I型单纯疱疹病毒(Herpes simplex virus type-I,HSV-1)感染机制的研究发现，病毒感染后AhR的激活会导致细胞周期蛋白依赖性激酶及相关的细胞周期蛋白表达受到抑制，从而减少细胞酶组氨酸/天冬氨酸残基双联体结构域包涵蛋白(Sterile alpha motif and histidine/aspartic acid domain-containing protein 1,SAMHD1)的磷酸化，降低细胞dNTP水平，抑制HIV-1及HSV-1的复制，使机体处于抗病毒状态。Duan等[27]研究发现，在AhR基因敲除小鼠感染新城疫病毒(Newcastle disease virus,NDV)的过程中，AhR缺失后病毒RNA的合成和病毒复制显著增加，说明AhR在NDV感染中起到了抑制病毒增殖的作用。

3.3 AhR在真菌性疾病中的作用 某些真菌感染可以通过激活AhR信号通路减轻机体的真菌负荷并且抑制过度的炎症反应，起到免疫保护作用，从而抑制疾病的发展，因此，AhR信号通路也被认为是潜在的真菌感染的治疗靶标。de Araújo等[28-29]研究发现在副球孢子菌肺病中，AhR基因敲除小鼠受到真菌的侵袭更加明显，组织炎症更加严重，死亡率也更高，并且其体内IDO1的含量明显少于AhR野生型小鼠，还发现AhR基因敲除小鼠的肺中Th17细胞增加，Th1、Th22、Treg细胞数量减少。由此可见，使用配体激活AhR，通过IDO1与AhR的联合作用能够导致Treg和Th22细胞等抗炎细胞数量的增加以及Th17等促炎细胞数量减少，从而发挥炎症抑制作用，这为副球孢子菌肺病提供了新的治疗靶标。另外，在烟曲霉菌感染引起的真菌性角膜炎中，AhR激活可抑制M1巨噬细胞分泌促炎因子TNF-α和iNOS，同时促进M2细胞抗炎因子IL-10和Arg-1的表达，最终实现对烟曲霉菌的免疫耐受，发挥由AhR介导的免疫保护作用[30]。

另有研究发现，在真菌侵袭机体过程中因侵袭部位不同，AhR信号通路可发挥截然不同的作用。白色念珠菌通常会侵袭机体口咽、外阴、胃肠道、皮肤等部位，引起严重的感染，其感染机体不同部位时，AhR扮演着不同的角色。白色念珠菌侵袭口咽部时，其感染能够激活AhR，导致Src家族激酶(Src family kinases,SFK) 的激活，进而使表皮生长因子受体磷酸化，并诱导真菌的内吞作用[31]。白色念珠菌侵袭外阴部位时，吲哚-3-醛激活AhR，通过AhR信号通路诱导IL-22表达，IL-22进一步促进IL-18的表达，从而对外阴念珠菌病(Vulvovaginal candidiasis,VVC)起到治疗作用[32]。外阴念珠菌病的治疗通常应用抗真菌药，但由于该类药物治疗易复发和存在耐药性问题，使用AhR激动剂吲哚-3-醛激活AhR/IL-22/IL-18途径这一方法有望成为VVC治疗的新研究方向。

3.4 AhR在寄生虫病中的作用 AhR可调控寄生虫的增殖与感染。Knubel等[33]研究发现，在克氏锥虫感染BALB/c小鼠模型中，AhR激动剂3-羟犬尿氨酸可通过增加Treg细胞数量帮助机体抵抗克氏锥虫的感染。IDO-AhR信号通路也参与了克氏锥虫感染期间机体先天性和适应性免疫反应的调节，该信号通路的活性或与炎性细胞因子水平有关[34]。除此之外，Münck等[35]研究发现，AhR还参与了利什曼原虫诱导巨噬细胞TNF产生的过程，说明AhR信号通路可能在机体单核细胞对利什曼原虫的反应中发挥作用。

4 展望

AhR广泛分布于人和动物的各种组织和细胞，随着研究的不断深入，人们对AhR在机体生理功能和病理过程中的调控作用的认识也越来越深入。AhR及其配体所调控的信号通路作为临床多种疾病的新型治疗靶点逐渐受到重视，且已有多个药物在进行临床I/II期试验[36]。但是，AhR配体结合域的三维结构尚未得到解析，因此配体的多样性和结合后受体构象变化的机制尚不清楚。在抗微生物感染方面，AhR参与促进或抑制微生物增殖和感染的分子机制，以及配体依赖的抗感染效应还需要更进一步的研究，为临床治疗药物的开发提供科学依据。