炎症因子对再生障碍性贫血免疫机制的影响研究进展

张萍心，柴立民，冯桂宇，李东阳，孙 嵩，刘 蔚，张英凯

(北京中医药大学东直门医院重点实验室,北京 100700)

再生障碍性贫血(aplastic anemia,AA)是一种由多种因素导致的骨髓造血功能衰竭,以骨髓中造血细胞减少和外周血细胞减少为特征,临床以贫血、出血、发热以及感染为主要表现,发病原因涉及物理、化学、生物、环境以及免疫等因素[1-4]。AA与自身免疫反应相关,骨髓微环境中效应性T细胞激活并浸润,伴随着大量炎症因子的产生,导致造血干/祖细胞(hematopoietic stem/progenitor cells,HSPCs)免疫损耗[5],而造血干细胞异常是造成全血细胞减少的重要因素。目前造血干细胞移植和免疫抑制治疗(immunosuppressive therapy,IST)是AA的主要治疗策略[6],但是IST治疗后的AA患者中仍有60%无反应或复发,需要进一步治疗[7]。因此,本文从调节性T细胞(regulatory T cell,Treg)减少、凋亡相关因子(factor-related apoptosis,Fas)/凋亡相关因子配体(factor-related apoptosis ligand,FasL)信号通路导致造血干细胞减少、炎症因子刺激微RNAs(microRNAs,miRNAs)诱导靶基因表达异常与AA 患者的Treg 功能缺失等方面综述其发病机制,以期为临床治疗提供思路与方法。

1 AA中Treg凋亡与免疫紊乱

Treg在诱导和维持免疫稳态和自身免疫耐受中起着重要作用,是通常所称的CD4+CD25+Foxp3+T细胞,具有免疫抑制能力,起到平衡免疫系统和抗炎作用[8]。Treg有2个不同表型:Treg A(幼稚的表型,具有低增殖指数)和Treg B(记忆表型,具有中/高增殖指数,与IST的反应相关)[9]。Treg B的主要特征是在炎症微环境中高表达Fas,以及对FasL介导的细胞凋亡表现出较高的敏感性[10]。AA 患者外周血中 Treg水平降低,但Treg A比例较健康人高,而Treg B比例较健康人低[11]。白细胞介素(interleukin,IL)-2是Treg的关键生存因子,是一种多效能细胞因子,其通过促进叉头框蛋白p3(forkhead box protein p3,Foxp3)的表达和调节细胞因子的产生来维持Treg的功能[12]。研究发现,环孢素A联合抗胸腺细胞免疫球蛋白治疗AA患者后,CD4+CD25+T细胞水平逐步恢复正常,这可能是通过抑制T细胞表达IL-2受体,并抑制T淋巴细胞构成,从而帮助AA患者恢复造血功能[13]。Foxp3是一种转录因子,是Treg的重要标志物,同时也参与Treg的分化[14]。Foxp3+Treg是CD4+T细胞的一个亚群,对维持和调节免疫反应及自身免疫耐受至关重要。Treg B中存在IL-2/信号转导及转录激活因子(signal transducer and activator of transcription,STAT)5通路相关基因和细胞周期调控相关基因,高水平的IL-2可以刺激Treg B高表达抗凋亡基因B淋巴细胞瘤(B-cell lymphbma,Bcl)-2,Bcl-2磷酸化后被激活,进而拮抗Fas/FasL信号转导通路,从而使Treg在炎症微环境中保持数量稳定和正常增殖分化,并发挥免疫调控作用。有研究采用重组人粒细胞集落刺激因子联合免疫抑制剂对AA并发感染患者进行治疗,结果发现,患者血浆中Fas mRNA、Bcl-2 mRNA表达水平下降,说明通过抑制Fas、Bcl-2蛋白表达可以达到治疗AA的目的[15]。自身免疫性疾病患者体内IL-2水平偏低,因此,采用低剂量IL-2治疗可以补充患者血浆中IL-2的不足,减少Treg稳态紊乱和耐受性破坏,从而对抗炎症反应,因此,Treg的存活和生长与IL-2关系密切[16]。另有研究报道,AA患者中Treg B细胞数量减少,CD4+CD25+Foxp3+Treg表达呈降低趋势,导致免疫调控功能异常[17]。由此可见,AA患者骨髓病变微环境存在免疫紊乱,导致自身免疫耐受稳态被破坏,诱发异常自身免疫应答反应,造成骨髓细胞免疫损伤,抑制骨髓造血功能。在AA患者中,Treg B数量减少且功能受损,无法有效抑制效应性T细胞的活化,因此,增加AA患者中Treg B数量将有助于维持免疫平衡,以便更好地进行IST治疗。总之,Treg对AA患者的治疗至关重要。

2 炎症因子与Treg 功能缺失

炎症因子是重要的造血调节因子,促炎细胞因子可以通过激活免疫细胞的功能来发挥免疫调节作用[18]。CD4+细胞包括辅助性T细胞(Thelper cell,Th)1细胞[分泌干扰素(interferon,IFN)-γ、IL-2等]、Th2细胞(分泌IL-6、IL-10等)、Trey(分泌IL-10、转化生长因子-β等)和Th17细胞(分泌IL-17等),这些细胞均在自身免疫中起关键作用[19],其中,Treg功能缺失与外周血和骨髓中Treg数量减少、迁移能力降低以及免疫抑制缺陷有关。miRNAs可以通过凋控Treg功能、体内免疫平衡和表型稳态来干预自身炎症免疫应答[20],能够阻碍mRNA的翻译和稳定性,控制炎症、细胞凋亡等过程[21]。在免疫反应中,miRNAs通过靶向不同的炎症途径发挥重要作用[22]。miRNAs 是长度约为22 个核苷酸的非编码RNA,基因组DNA通过RNA聚合酶Ⅱ转录成初级miRNAs,初级miRNAs在细胞质中经过剪切和加工形成miRNAs;miRNAs与目标基因编码的mRNA结合形成诱导沉默复合物,导致编码目标蛋白的mRNA翻译受到抑制和降解[23-24]。多种miRNAs簇对Treg抑制的自身免疫应答反应功能具有调控作用,其中miR-146a是最早被发现有免疫反应调节作用的miRNAs,广泛表达于Treg,并与Treg的免疫抑制功能密切相关。此外,miR-146a作为抗炎介质,可以负调控IL-6和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α的表达[25],阻止CD4+T细胞分泌IL-6向Th17分化,抑制促炎细胞因子IFN-γ的产生。STAT1是IFN-γ受体信号转导下游的关键转录因子,也miR-146a的靶基因,参与IFN-γ受体信号通路,并正向调节Th1细胞分化。miR-146a缺失会导致STAT1基因的异常高表达和激活,并促进促炎细胞因子的产生(如IFN-γ和IL-17A),抑制抗炎细胞因子(如IL-4)的产生[26]。此外,STAT1激活会选择性抑制细胞因子信号转导抑制因子1(suppressor of cytokine signaling 1,SOCS1)的活化,而SOCS1是IFN-γ受体信号转导通路下游衔接分子STAT1磷酸化的重要负调节因子,其活化受到抑制会诱发Th1介导的炎症免疫应答反应[27]。miR-10a在Treg中呈现高表达,其靶基因是转录因子Bcl-6。Bcl-6活化后可以刺激炎症因子IL-17A的表达和分泌,从而促进Th17的增殖和分化。miR-10a 靶向抑制Bcl-6基因的翻译和表达,减缓因炎症反应而激活诱导性Treg向滤泡性Treg表型的转化,抑制Treg向Th17转分化,进而恢复Treg的免疫调控功能,延缓或消除炎症所导致的组织和器官损伤[28]。Treg特异性转录因子Foxp3与嗜酸性粒细胞(eosinophil,EOS)、核基质结合蛋白SATB1、干扰素调节因子4(interferon regulatory factor 4,IRF4)等协同调控Treg 的转录表型和免疫抑制特性。有研究显示,miR-17表达于Treg的miRNA上,特异性靶向EOS和其他Foxp3共调节因子。IL-6通过激活缺氧诱导因子-1α (hypoxia inducible factor-1 alpha,HIF-1α)诱导miR-17转录。高表达的miR-17特异性靶向Foxp3协同调节因子EOS、IRF-4和SATB1,干扰Foxp3的翻译和表达,从而抑制Treg的免疫抑制功能,诱导效应T细胞分泌炎症细胞因子,启动自身免疫应答,造成组织和器官的损伤[29]。

以上研究表明,Treg特异性表达的miRNAs对Treg 的免疫调控具有干预作用,在维持免疫平衡和抑制炎症反应方面发挥重要作用。AA患者的发病与miRNAs表达异常有关,通过调控炎症因子和免疫细胞的功能,有助于减少免疫损伤和炎症反应,为治疗AA提供新的方向。

3 炎症因子与造血干细胞损伤

AA患者骨髓衰竭是由于HSPCs丢失所致,而HSPCs丢失又是由免疫紊乱和炎症而引起[30]。HSPCs 的损伤与Fas/FasL信号通路介导的细胞凋亡密切相关性,Fas/FasL信号通路介导的细胞凋亡在AA中起重要作用[31]。Fas是一种细胞表面受体,通过与天然配体FasL相互作用启动细胞凋亡。在正常情况下,Fas/FasL系统在维持机体代谢平衡中起着重要作用。Fas广泛存在于多种组织中, 而其配体FasL的表达仅存在于免疫系统内的细胞,如活化的T细胞和自然杀伤细胞。在AA患者中,活化的T细胞过度增殖并通过细胞凋亡机制破坏骨髓干细胞,影响造血过程,导致全血细胞减少[32]。细胞毒性T细胞通过IFN-γ和TNF-α增强Fas受体的表达,从而促进造血干细胞(hematopoietic stem cell,HSCs)的凋亡[33]。研究表明,Fas受体在造血祖细胞的增殖和分化过程中均有表达,并在所有造血祖细胞的远端分化过程中起负调节作用[34]。CD34+是造血祖细胞的表面标志,研究显示,CD34+细胞的功能间接代表了造血干细胞的功能,而AA的特征之一是CD34+细胞凋亡,因此,所有细胞系的成熟造血祖细胞减少或缺失均会导致骨髓细胞减少和全血细胞减少[35]。AA患者的CD8+T细胞中的FasL表达增高,Fas抗原表达在CD34+细胞表面,并通过Fas/FasL协同诱导CD34+细胞凋亡[35]。研究发现,AA患者的效应T细胞增多,骨髓来源的CD8+T细胞中转化生长因子-β和FasL的表达均增高,表明AA患者的T细胞与HSPC有相关性[36]。此外,骨髓微环境中不同炎症因子在调节造血过程中起重要作用,其中IFN-γ和TNF-α在破坏AA患者的骨髓干细胞中起主要作用。研究表明,IFN-γ对造血干细胞具有双重作用[37]。短期接触IFN-α和IFN-γ的情况下,HSCs退出静止状态,开始进入细胞周期进行分裂分化,生成骨髓,这一过程增强了对急性感染的应答;而长期暴露于IFN则会导致DNA损伤增加,激活凋亡途径,损伤造血干细胞功能和自我更新能力。因此,IFN在HSCs中的作用较为复杂[38]。IFN-γ能促进Fas介导的造血细胞凋亡,在免疫介导的骨髓衰竭中,活化的携带FasL的细胞毒性T细胞在局部骨髓环境中扩增,驱动Fas上调骨髓中的HSCs成分,形成异常免疫反应的关键组成部分,增强HSCs中Fas表达和Fas介导的细胞凋亡,导致HSCs损伤[39]。TNF与抑制HSCs的生长和诱导HSCs的凋亡有关,并可间接改变对HSCs稳态至关重要的骨髓微环境[40]。有研究显示,TNF-α的功能与IFN-γ相似,TNF-α在AA患者骨髓内的表达较健康人高,TNF-α通过刺激效应T细胞表达IFN-γ来影响T细胞分化或活化,进而导致骨髓被破坏[41]。有研究显示,在急性与慢性刺激下,IL-6可能对造血产生相反的影响[42]。因此,骨髓微环境下,不同水平的炎症因子以及Fas/FasL系统在AA发病机制中的作用与HSCs凋亡密切相关,可导致AA并引发骨髓破坏。

4 结论

AA是一种难治性血液病,其病理生理机制尚不清楚,被广泛接受的机制是免疫系统失调导致的遗传易感宿主的HSPCs被自身反应性T细胞破坏。炎症细胞因子激活Fas/FasL信号转导通路,诱导炎症微环境中对FasL敏感的Treg B细胞凋亡,最终导致Treg数量减少。Treg特异性表达的miRNAs靶向抑制特定靶基因的翻译和表达,干预Treg的免疫抑制功能。miRNAs在调节免疫反应和炎症中起着重要作用,影响机体免疫耐受稳态。因此,Treg细胞数量减少和功能缺失是AA患者对标准IST治疗不反应的关键病理机制。调控炎症因子和miRNAs的表达可减少炎症反应和免疫损伤,为AA患者的治疗提供新的方向。然而,目前AA患者的治疗仍存在一些问题,如治疗效果不稳定、治疗成本高等。为了提高AA患者临床治疗的有效性,进一步研究AA发病的效应靶点和作用机制具有重要意义。