結核分枝桿菌逃逸免疫殺傷機制的研究進展

王飛雨，章 樂

·綜 述·

結核分枝桿菌逃逸免疫殺傷機制的研究進展

王飛雨，章 樂

結核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis, MTB)是典型的胞內致病菌，感染機體后主要寄居于宿主巨噬細胞內。巨噬細胞作為機體防御系統的第一道防線,可通過介導和調控自身及其他細胞凋亡而實現其免疫調節、免疫殺傷及清除病原菌的作用。MTB感染機體后可通過多種途徑使巨噬細胞不能正常凋亡，借以逃避巨噬細胞的免疫監視及清除，繼而在體內衍生繁殖。進一步探討結核分枝桿菌逃逸宿主細胞的免疫殺傷機制，對宿主細胞抗結核免疫及人們更好地防治結核病具有深遠影響。

結核分枝桿菌;巨噬細胞;逃逸機制

20世紀90年代以來,全球結核病的發病率全面回升，其病原菌——結核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis,MTB)感染者約占全球總人口的三分之一，近幾年隨著耐多藥MTB和HIV混合感染的流行，使結核病控制形勢更加嚴峻，結核病已成為所有傳染病中威脅人們生命健康的頭號殺手。MTB感染機體后主要被宿主巨噬細胞吞噬，未被吞噬清除而潛伏下來的MTB也主要寄居在巨噬細胞內。在感染過程中,MTB與宿主巨噬細胞相互作用及相互適應，MTB可促使宿主巨噬細胞凋亡，誘導抗MTB感染的保護性免疫反應；此外，MTB的某些菌體成分或分泌的一些分子亦可遏制宿主細胞凋亡，借以逃避宿主巨噬細胞的免疫殺傷[1]。當前對結核病的分子發病機制了解的還不是很透徹，而進一步研究結核分枝桿菌抗宿主細胞凋亡及其免疫逃逸途徑，有助于人們更好地認識結核病，本文主要就近年來有關該領域的相關研究成果做一概述。

1 結核分枝桿菌抑制巨噬細胞凋亡的結構基礎

MTB胞壁中含有許多特殊脂類物質(分枝菌酸、磷脂、蠟質D等)，這種特殊的胞壁結構賦予了MTB在宿主細胞內寄生的能力，與此同時，MTB的致病性與它本身的一些菌體成分亦緊密相關[2]。Dao等[3]早前發現，甘露糖末端脂阿拉伯甘露聚糖(ManLAM)是一種大量表達于MTB細胞壁的特殊多糖結構，可阻止巨噬細胞蛋白激酶C(PKC)的活化、下調巨噬細胞中IFN-γ和HLA-DR-A基因的表達、誘導TGF-β的生成，ManLAM還可激活抗凋亡通路，亦能拮抗NO的促巨噬細胞凋亡作用；此外，ManLAM對宿主巨噬細胞凋亡的遏制還存在Ca2+依賴性，ManLAM可阻止Ca2+流入胞內，影響P53和Bcl-2的表達。致病性的MTB亦能夠分泌利用ATP的酶——二磷酸核苷酸激酶(nucleoside diphosphate kinase,Ndk),經由P2z受體介導,促進MTB病原體在宿主內的繁殖[4]。

MTB感染機體后,不同毒力的MTB在宿主巨噬細胞內會有不同的命運。近年研究發現[5]MTB強毒株能通過抑制或降低宿主巨噬細胞的凋亡以逃避宿主細胞的殺傷，進而在體內繁殖、衍生。Keane等[6]早期用非致病性的堪薩斯分枝桿菌及不同毒力的MTB感染人肺泡巨噬細胞后，發現減毒或無毒株較毒力株相比能更加明顯的誘導細胞凋亡，說明毒力可能是MTB逃避機體免疫清除不可忽視的因素。隨后Riendeau等[7]用實驗證實，MTB毒力株感染宿主巨噬細胞后可通過影響巨噬細胞內細胞因子(TNF-A、IL-10)的表達來影響宿主細胞的凋亡；Sly等[8]發現MTB強毒株感染宿主巨噬細胞后可誘導抗凋亡基因Mcl-1的高表達，并證實沉默Mcl-1L基因后，巨噬細胞凋亡率較前增加。Koziel等[9]進一步研究發現，MTB強毒株可阻滯細胞色素C的釋放及caspase-3的活化，亦能上調抗凋亡基因(Bcl-2、Mcl-1)的表達，其中McL-1通過維持線粒體膜的穩定性、抑制細胞色素C的釋放、抑制某些促凋亡基因(Bax、Bak)的表達來實現其抗凋亡作用。近年研究表明[10]存在于結核分枝桿菌RDZ區的MPT64抗原,在一些弱毒性的BCG菌株中缺失，提示MPT64抗原可能是一種毒力相關因子，其可能通過提高IL-10水平來發揮其凋亡抑制作用。

2 結核分枝桿菌的免疫逃逸機制

巨噬細胞是機體免疫防御的主要效應細胞，其通過一系列的免疫調節作用可有效的清除寄居于其內的MTB病原體，但仍有一部分病原體可逃避巨噬細胞的免疫殺傷，在不利于其存活的環境中衍生繁殖。MTB可通過以下幾種途徑逃逸巨噬細胞的免疫殺傷。

2.1 改變巨噬細胞的攝取方式 由于MTB細胞表面復雜的分子結構，巨噬細胞需要依賴不同的受體分子參與MTB的內化過程，這些受體主要有Toll樣受體、補體受體(CR)、甘露糖受體(MR)、DC-SIGN分子、Fc受體和清道夫受體[11-12]。研究表明[13]，參與巨噬細胞識別內化MTB膜表面受體的不同，會誘發不同的炎癥反應及胞內活化信號，最終導致MTB在宿主內的命運出現差異。在這些受體中，若MTB通過MR途徑被宿主巨噬細胞識別，會致使補體受體所介導的Ca2+信號通路受到抑制，從而不能誘發宿主巨噬細胞的殺菌效應，以促使MTB在吞噬溶酶體內的繁殖[14]。同時MR介導的吞噬途徑，亦可提供一個相對溫和的初始內環境給MTB，以增強其在宿主細胞內的生存能力[15],最終躲避巨噬細胞的免疫殺傷。

2.2 阻止吞噬小體的酸化及吞噬溶酶體的形成 MTB可通過抑制吞噬小體的酸化阻止吞噬體的成熟，進而抑制吞噬溶酶體的形成，以利于MTB在細胞內的存活、增殖。此外，MTB細胞壁的物理結構及其分子組成的特殊性，可使它自身的pH值仍保持中性，發揮抵制吞噬小體酸化的作用[16]。吞噬體從成熟至與溶酶體融合是一個極其復雜而有序的過程，在此過程中MTB主要通過下列幾種方式抑制吞噬溶酶體的形成。

2.2.1 結核分枝桿菌的特殊菌體蛋白作用 有報道表明[17-18]早期分泌型抗原靶6/培養濾液蛋白10(ESAT6/CFP10/MTSA10)和分泌型ATP1/2(secretion ATPase 1/2,SecA1/2)蛋白可通過阻止液泡GTP酶及ATP酶的積累、降低pH值，借以干擾吞噬體的成熟及其功能。另外，吞噬體中的MTB分泌的Ser/Thr蛋白激酶G(serine/threonine protein kinase G，PknG)，亦發揮了阻斷吞噬體與溶酶體融合[17]的作用。

2.2.2 三磷酸磷脂酰肌醇分子(PI3P)的作用 三磷酸磷脂酰肌醇分子(PI3P)主要定位于早期內體和吞噬小體表面，其是巨噬細胞細胞膜的重要組成成分。MTB感染機體后可破壞PI3P分子的生物合成過程,阻斷吞噬小體與溶酶體之間的正常融合[19]；其亦能分泌一種酸性磷酸酶SamP,SamP可使吞噬小體表面的PI3P分子發生水解，借以阻止吞噬小體表面PI3P分子的集聚[20]，最終達到抑制吞噬小體與溶酶體融合的目的。

2.2.3 TACO分子的募集 TACO分子(tryptophan aspartate containing coat protein)又稱Coronin1，其僅在含有活性MTB的吞噬小體中表達，MTB可通過募集宿主細胞TACO分子于吞噬體膜上來抑制吞噬體與溶酶體的融合[21]。Noble等[22]證實宿主巨噬細胞吞噬MTB后，TACO分子會很快被募集至胞內，并在短時間內引起大量Ca2+涌入胞內，TACO分子感應到胞內Ca2+濃度變化后，引起鈣調磷酸酶蛋白的活化，從而調節吞噬溶酶體的形成。

2.2.4 早內體標記物的滯留 巨噬細胞吞噬MTB后，先形成早期吞噬體再募集早內體標記物Rab5，隨后吞噬體會將Rab5去除以募集晚內體標記物Rab7，一段時間作用后，吞噬體便會成熟并與溶酶體發生融合，從而獲得較高濃度的酸性水解酶以利于MTB的清除；此外，MTB亦可通過干擾這一過程借以逃避巨噬細胞的免疫殺傷。有研究表明含有MTB的吞噬體能長期滯留早內體標記物Rab5，影響其募集晚內體標記物Rab7，促使吞噬體稽留在早內體階段，以此妨礙其與溶酶體的融合[23]。

2.3 避免巨噬細胞氧依賴性殺菌系統的毒性效應 MTB雖可逃避溶酶體的殺傷，但活化的宿主巨噬細胞可形成呼吸暴發，生成大量代謝性自由基，借助強氧化和細胞毒作用有效地清除MTB[24]。研究發現MTB可通過以下方式抑制抗菌活化物ROS(reactive oxygen species)的毒性作用：1)MTB具有較厚的細胞壁，其細胞壁上富含的特殊成分能有效地抑制ROS[21]；2)MTB產生的超氧化物歧化酶(SodA、SodC)，過氧化氫酶(KatG)以及由AhpC、AhpD、SucB(DlaT)和Lpd組成的酶復合體都能夠有效抵抗ROS[25]；3)MTB的DNA結合蛋白Lsr2能直接保護其免遭ROS的毒性作用[26]。早前研究發現在有氧呼吸作用下截短血紅蛋白(trHbN)能催化降解NO的毒性[27]，以及由RNI系統產生的胍氨酸和一氧化氮，對MTB也有一定的殺傷和細胞毒作用，但MTB抑制RNS(reactive nitrogen species)毒性效應的方式還不是很清楚，具體機制還有待進一步明確。

2.4 干擾巨噬細胞對刺激應答的敏感性 巨噬細胞在抵抗MTB感染時也可作為抗原遞呈細胞發揮重要作用。巨噬細胞通過胞吞途徑將MTB抗原降解成免疫原性多肽，隨后借助主要組織相容性復合體分子(major histocompatibility complex, MHC)的作用將有效成分呈遞給特異性T細胞，此外，活化的T細胞亦能夠分泌多種細胞因子(如IL-12、IFN-γ、TNF-α等)以進一步激活巨噬細胞吞噬殺傷能力，增強其抗原遞呈功能。研究表明MTB可破壞抗原提呈過程，這一干擾過程主要包括抑制抗原的加工處理、抗原肽的卸載、MHC分子與內體的共定位等，另外，阻礙MHC-Ⅱ類分子的表達合成，可致使MTB持續阻止抗原的遞呈過程，從而逃避巨噬細胞的免疫監視[28]。有研究者證實MTB細胞壁上能被TLR2識別的19 kD脂蛋白、Man-LAM等多種自身成分可減弱IFN-γ誘導的MHC-Ⅱ類分子的表達[11,29]，干擾巨噬細胞對刺激應答的敏感性。

3 總結與展望

MTB感染的后果以及結核病是否發生都與宿主巨噬細胞緊密相關，將宿主巨噬細胞作為抵抗MTB的研究靶點已成為當前的一個新走向，隨著MTB全基因組序列的公布，以及成功篩選出的諸多與MTB逃逸宿主巨噬細胞免疫殺傷相關的基因，為有效殺滅MTB以及研制更為有效的新疫苗奠定了堅實的基礎。同時眾多的研究表明MTB逃逸宿主巨噬細胞的免疫監視及清除是極其錯綜復雜的過程，它可能由某一種逃逸機制單獨引起，亦可能是多種機制協同作用的結果，這些逃逸機制對結核病的發生、發展及預后都有重要影響。因此了解宿主巨噬細胞在抗結核免疫過程中的作用以及明確與MTB免疫逃逸有關的殺傷機制，將有助于人們更好地尋得治療和預防結核病的新方法及新對策。

[1]Lee J, Hartman M, Kornfeld H. Macrophage apoptosis in tuberculosis[J]. Yonsei Med J, 2009, 50: l-11. DOI: 10.3349/ymj.2009.50.1.1

[2]Nuzzo I, Galdiero M, Bentivoglio C, et al. Apoptosis modulation by mycolic acid, tuberculostearic acid and trehalose 6, 6-'dimycolate[J]. Infection, 2002, 44(4):229-235. DOI: 10.1053/jinf.2002.1001

[3]Dao DN, Kremer L, Guerardel Y, et al.Mycobacteriumtuberculosislipomannan induces apoptosis and interleukin-12 production in macrophages[J]. Infect Immun, 2004, 72(4): 2067- 2074. DOI: 10.1128/IAI.72.4.2067-2074.2004

[4]Chopra P, Singh A, Koul A, et al. Cytotoxic activity of nucleoside diphosphate kinase secreted from mycobacterium tuberculosis[J]. Eur J Biochem, 2003, 270(4): 625-634. DOI: 10.1046/j.1432-1033.2003.03402.x

[5]Dong JT, Xu F, Tian XZ, et al. Detection of apoptosis rate of alveolar macrophages in mice and change with the time of infection of various kinds of poisonous mycobacterium tuberculosis[J]. Chin J Immunol, 2012, 5(28): 389-392. (in Chinese). 董江濤,徐芳,田璽擇,等.不同毒力結核分枝桿菌感染小鼠對肺泡巨噬細胞的凋亡率及其時相性變化的影響[J].中國免疫學雜志,2012,5(28):389-392.

[6]Keane J, Remold HG, Kornfeld H. Virulent mycobacterium tuberculosis strains evade apoptosis of infected alveolar macrophages[J]. Immunology, 2000, 164(4): 2016-2020. DOI: 10.4049/jimmunol.164.4.2016

[7]Riendeau CJ, Komfeld H. THP-1 cell apoptosis in response to Mycobacterial infection[J]. Infect Immun, 2003, 71(1): 254-259. DOI: 10.1128/IAI.71.1.254-259.2003

[8]Sly LM, Hingley-Wilson SM, Reiner NE, et al. Survival of mycobacterium tuberculosis in host macrophages involves resistance to apoptosis dependent upon induction of anti apoptotic Bcl-2 family member Mcl-1[J]. Immunol, 2003, 170(1): 430-437. DOI: 10.4049/jimmunol.170.1.430

[9]Koziel J, Maciag-Gudowska A, Mikolajczyk T, et al. Phagocytosis ofStaphylococcusaureusby macrophages exerts cytoprotective effects manifested by the upregulation of antiapoptotic factors[J]. PLoS One, 2009, 4(4): e5210. DOI: 10.1371/journal.pone.0005210

[10]Wang QM, Lei CX, Xiao A, et al. Inhibitory effect of MPT64 antigen fromMycobacteriumagainst apoptosis of macrophages[J]. Acad J Second Mil Med Univ, 2013, 34(5): 502-506. (in Chinese). 王慶敏,雷呈祥,肖安,等.結核分枝桿菌MPT64抗原對巨噬細胞凋亡的抑制作用[J].第二軍醫大學學報,2013,34(5):502-506.

[11]Li S, Che NY, Zhang LB, et al. The role of toll like receptor in immunity response of tuberculosis[J]. Immunology, 2012, 28(2): 164-168. (in Chinese). 李松,車南穎,張林波,等.Toll樣受體在結核病免疫應答中的作用[J].免疫學雜志,2012,28(2):164-168．

[12]Kleinnijenhuis J, Oosting M, Joosten LA, et al. Innate immune recognition ofMycobacteriumtuberculosis[J]. Clin Dev Immunol, 2011, 2011: 405-417. DOI:10.1155/2011/405310

[13]Cambi A, Koopman M, Figdor CG. How C-type lectins detect pathogens[J]. Cell Microbiol, 2005, 7(4): 481-488. DOI: 10.1111/j.1462-5822.2005.00506.x

[14]Rook GAW, Seah G, Ustianowski AM. Tuberculosis: immunology and vaccination[J]. Eur Respir J, 2001, 17: 537-557. DOI: 10.1183/09031936.01.17305370

[15]Torrelles JB, Schlesinger LS. Diversity inMycobacteriumtuberculosismannosylated cell wall determinants impacts adaptation to the host[J]. Tuberculosis, 2010, 90(2): 84-93. DOI: 10.1016/j.tube.2010.02.003

[16]Vandal OH, Roberts JA, Odaira T, et al. Acid-susceptible mutants ofMycobacteriumtuberculosisshare hypersusceptibility to cell wall and oxidative stress and to the host environment[J]. J Bacteriol, 2009, 191(2): 625-631. DOI: 10.1128/JB.00932-08

[17]Rohde K, Yates RM, Purdy GE, et al.Mycobacteriumtuberculosisand the environment within the phagosome[J]. Immunol Rev, 2007, 219: 37-54. DOI: 10.1111/j.1600-065X.2007.00547.x

[18]Deretic V, Singh S, Master S, et al.Mycobacteriumtuberculosisinhibition of phagolysosome biogenesis and autophagy as a host defence mechanism[J]. Cell Microbiol, 2006, 8(5): 719-727. DOI: 10.1111/j.1462-5822.2006.00705.x

[19]Pandey AK, Sassetti CM. Mycobacterial persistence requires the utilization of the host cholesterol[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2008,105(11):4376-4380.DOI:10.1073/pnas.0711159105

[20]Vergne I, Chua J, Deretic V. Tuberculosis toxin blocking phagocytosome maturation inhibits a novel Ca2+/calmodulin-PI3KhVPS34 cascade[J]. J Exp Med, 2003, 198(4): 653-659. DOI: 10.1084/jem.20030527

[21]Flynn JL, Chan J. Immune evasion byMycobacteriumtuberculosis: living with the enemy[J]. Curr Opin Immunol, 2003, 15(4): 450-455. DOI: 10.1016/S0952-7915(03)00075-X

[22]Noble ME, Endicott JA, Johnson LN. Protein kinase inhibitors: insights into drug design from structure[J]. Science, 2004, 303(5665): 1800-1805. DOI: 10.1126/science.1095920

[23]Vergne I, Fratti RA, Hill PJ, et al.Mycobacteriumtuberculosisphagosome maturation arrest: mycobacterial phosphatidylinositol analog phosphatidylinositol mannoside stimulates early endosomal fusion[J]. Mol Biol Cell, 2004, 15(2): 751-760.DOI: 10.1091/mbc.E03-05-0307

[24]Ehrt S, Schnappinger D. Mycobacterial survival strategies in the phagosome: defence against host stresses[J]. Cell Microbiol,2009,11(8):1170-1178.DOI:10.1111/j.1462-5822.2009.01335.x

[25]Voskuil MI, Bartek IL, Visconti K, et al. The response ofMycobacteriumtuberculosisto reactive oxygen and nitrogen species[J]. Front Microbiol, 2011, 2: 105. DOI: 10.3389/fmicb.2011.00105

[26]Colangeli R, Haq A, Arcus VL, et al. The multifunctional histone -like protein Lsr2 protects mycobacteria against reactive oxygen intermediates[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2009, 106(11): 4414-4418. DOI: 10.1073/pnas.0810126106

[27]Pathania R, Navani NK, Gardner AM, et al. Nitric oxide scavenging and detoxification by theMycobacteriumtuberculosishaemoglobin, HbN inEscherichiacoli[J]. Mol Microbiol, 2002, 45(5): 1303-1314. DOI: 10.1046/j.1365-2958.2002.03095.x

[28]Chang ST, Linderman JJ, Kirschner DE. Multiple mechanisms allowMycobacteriumtuberculosisto continuously inhibit MHC class II-mediated antigen presentation by macrophages[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2005, 102(12): 4530-4535. DOI: 10.1073/pnas.0500362102

[29]Gupta A, Kaul A, Tsolaki AG, et al.Mycobacteriumtuberculosis: immune evasion, latency and reactivation[J]. Immunobiology, 2012, 217(3): 363-374. DOI: 10.1016/j.imbio.2011.07.008

Zhang Le, Email:1257067540@qq.com

Progress in the mechanism ofMycobacteriumtuberculosisevasion from the immune killing

WANG Fei-yu,ZHANG Le

(DepartmentofPathophysiology,KeyLaboratoryofXinjiangEndemicandEthnicDiseases,MedicalSchoolofShiheziUniversity,Shihezi832000,China)

Mycobacteriumtuberculosis(MTB) is an intracellular parasite which resides mainly within macrophages. Macrophages are the first line of body's defense system, which complete their immune regulation, immune destruction and removal of pathogenic role by mediating and regulating themselves and other cellular apoptosis. In order to escape from immune surveillance of macrophage, MTB infection can prevent macrophages from normal apoptosis by a variety of ways and survival in the body of host. The mechanisms of immune evasion byMycobacteriumtuberculosishas a profound influence on the host cells killing MTB.

Mycobacteriumtuberculosis; macrophage; evasion mechanism

國家自然科學基金(No.81260241)

章樂，Email：1257067540@qq.com

石河子大學醫學院病理生理學教研室，石河子大學“新疆地方與民族高發病”教育部重點實驗室，石河子 832000

Supported by the National Science Foundation of China (No. 81260241).

10.3969/cjz.j.issn.1002-2694.2015.06.018

R363.1

A

1002-2694(2015)06-0579-04

2014-07-30；

2014-11-28