AIM2炎癥體調控機制的研究進展①

畢藝丹 方 峰 （華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院兒科，武漢 430030）

炎癥體的快速激活是宿主對抗細菌和病毒感染及組織損傷的重要固有免疫應答。2009 年，FERNANDES-ALNEMRI 教授研究小組發現了一種干擾素誘導的HIN-200家族蛋白黑色素瘤缺乏因子2（absent in melanoma 2，AIM2），是炎癥體的重要組成部分，可識別胞質中的雙鏈DNA，并激活胱天蛋白酶1（caspase-1），被稱為DNA 感受器或炎癥體感受器［1］。AIM2蛋白是AIM2樣受體（AIM2-like receptor，ALR）家族高度保守的成員，通常由兩部分組成：N 末端的熱蛋白結構域（pyrin domain，PYD）和C 末端 1 個或 2 個 HIN 結構域［2］。目前，AIM2 炎癥體受到越來越多的關注，現就國內外AIM2 炎癥體激活和調控機制研究進展進行綜述。

1 AIM2炎癥體結構與活化

AIM2 炎癥體由AIM2、凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）和胱天蛋白酶 1 前體（pro-caspase-1）組成（圖1）。靜態條件下，AIM2 蛋白的HIN 結構域與PYD 締合處于自我抑制狀態［3］。受到雙鏈DNA刺激時，AIM2 通過銜接蛋白ASC 募集pro-caspase-1形成AIM2 炎癥體，激活caspase-1，進而裂解IL-1β前體（pro-IL-1β）和 IL-18 前體（pro-IL-18），促進IL-1β 和IL-18 成熟與釋放。此外，活性caspase-1還可裂解消皮素D（gasdermin D，GSDMD），直接介導細胞焦亡（圖2）［2］。

圖1 AIM2炎癥體結構模式圖Fig.1 Schematic representation of structure of AIM2 inflammasome

圖2 AIM2炎癥體激活信號通路模式圖Fig.2 Schematic representation of activation signaling pathway of AIM2 inflammasome

AIM2 與雙鏈DNA 結合與雙鏈DNA 序列無關，而與其長度有關，長度至少為70 bp 的雙鏈DNA 才足以激活AIM2炎癥體，因此，AIM2炎癥體組裝在很大程度上受到雙鏈DNA長度控制。激活AIM2炎癥體的病原體包括小鼠巨細胞病毒（murine cytomegalovirus，MCMV）、牛痘病毒和單純皰疹病毒等。宿主DNA 在穩態下位于細胞核或線粒體內，但細胞受損后，內源性DNA 在細胞質中累積，可激活AIM2 炎癥體［4-6］。

2 AIM2炎癥體的正性調節

2.1 翻譯后修飾

2.1.1 磷酸化與去磷酸化的調控作用 炎癥體成分的翻譯后修飾已成為炎癥信號的主要調節機制。炎癥體感受器AIM2 和銜接蛋白ASC 的酪氨酸磷酸化在炎癥體調節中至關重要，巨噬細胞中脾酪氨酸激酶（spleen tyrosine kinase，Syk）和 c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）通過對ASC 的磷酸化激活 AIM2 炎癥體［7］。MAMBWE 等［8］采用蛋白質酪氨酸磷酸酶（PTPase）抑制劑氧化苯砷（PAO）處理來源于C57BL/6J 小鼠的骨髓源性巨噬細胞（bone marrow-derived macrophages，BMDMs）和人 THP-1 源性巨噬細胞，首次發現PAO 以劑量依賴的方式抑制poly（dA：dT）誘導的 IL-1β 分泌及細胞焦亡，表明PTPase 活性對AIM2 炎癥體激活至關重要。此外，該研究還發現THP-1源性巨噬細胞中ASC酪氨酸磷酸化處于穩定狀態，受刺激后ASC 酪氨酸去磷酸化，而這種去磷酸化可被PAO抑制。提示磷酸化與去磷酸化對AIM2炎癥體活性調節起重要作用。

2.1.2 泛素化的調控作用 泛素化是致病性感染過程中協調炎癥免疫反應的重要翻譯后修飾，也是致病性細菌為促進其存活和增殖的主要靶標。MAN 等［9］采用弗朗西斯菌感染野生型和鳥苷酸結合蛋白（guanylate-binding protein，GBP）敲除小鼠BMDMs研究GBP在AIM2激活中的作用，發現AIM2激活需要GBP 參與。隨后多項研究表明，干擾素誘導的GBPs 對鼠傷寒沙門氏菌等革蘭氏陰性菌感染后 caspase-1 炎癥體激活起重要作用［10］。LI 等［11］研究發現志賀氏痢疾桿菌分泌的效應蛋白IpaH9.8通過泛素化并降解宿主細胞內的GBP 抑制宿主免疫應答，從而促進病原菌在宿主體內的生存和增殖［12］。提示泛素化在調節AIM2 炎癥體激活和宿主防御中至關重要。

2.2 去乙酰化酶的調控作用 ZHANG等［13］在大腦中動脈閉塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）小鼠模型研究中采用組蛋白去乙酰化酶3（histone deacetylase，HDAC3）選擇性抑制劑 RGFP966 處理MCAO小鼠，發現與對照組相比，RGFP966顯著抑制了AIM2和IL-1β表達，但RGFP966無法對AIM2-/-卒中小鼠起到保護作用。提示HDAC3 可促進AIM2炎癥體激活。但最近研究發現，NAD-依賴性去乙酰化酶 Sirtuin-1（NAD-dependent deacetylase sirtuin-1，SIRT1）可 抑制 AIM2 炎癥 體激活。 SO 等［14］研 究SIRT1 敲除的人宮頸癌 SiHa 細胞發現，SIRT1 通過降低核轉錄因子RelB mRNA 穩定性抑制NF-κB 驅動的AIM2 基因轉錄，進而抑制AIM2 炎癥體介導的焦亡。

2.3 葡萄糖代謝與AIM2 炎癥體激活 葡萄糖代謝重編程對免疫細胞防御危險信號起重要作用，而炎癥激活可能是異常葡萄糖代謝的潛在靶點。糖代謝關鍵酶丙酮酸激酶2（pyruvate kinase isozyme type M2，PKM2）通過促進真核翻譯起始因子 2α 激酶 2（EIF2AK2）磷酸化誘導 AIM2 炎癥體激活［15］。CHO 等［16］采用葡萄糖轉運體（glucose transporter 1，GLUT1）特異性siRNA處理肺纖維化模型小鼠BMDMs，發現GLUT1缺失導致caspase-1激活減少和IL-1β分泌減少。提示GLUT1 依賴性糖酵解對AIM2 炎癥體激活至關重要。SO 等［14］發現，SIRT1 敲減可提高SiHa 細胞中糖酵解水平并降低ATP 水平，表明代謝重編程也可能與SIRT1 誘導的AIM2 炎癥體功能障礙有關。

2.4 其他正性調控作用 ZHU等［17］通過研究野生型和Gsdmd-/-C57BL/6J小鼠中GSDMD 對AIM2激活的作用，發現當弗朗西斯菌感染小鼠BMDMs 時，與野生型相比，Gsdmd-/-BMDMs 中caspase-1 激活減少，而在Gsdmd-/-iBMDM 中重構 GSDMD 后，caspase-1表達增強。提示GSDMD 對AIM2 炎癥體中caspase-1激活起正反饋作用。GUO 等［18］通過對 69 名低苯暴露工人和71 名對照者血液樣本進行mRNA 微陣列分析發現，苯代謝物通過激活Aim2/Casp1 途徑誘導AHH-1 細胞焦亡。母系表達基因3（maternally expressed gene 3，MEG3）是一種印記基因，編碼與腫瘤 發 生 相 關 的 lncRNA。 LIANG 等［19］研 究 體 內MCAO 大鼠模型發現，MEG3 和AIM2 表達均顯著上調，而miR-485表達則下調。進一步研究發現MEG3敲減后可抑制caspase-1 信號傳導并降低AIM2 炎癥體成分和GSDMD-N 表達。提示MEG3 起miR-485海綿作用，進而解除miR-485對AIM2的抑制作用。

3 AIM2炎癥體的負性調節

3.1 內吞體分選轉運復合體（endosomal sorting complex required for transport，ESCRT）依 賴 性 膜修復 GSDMD 是依賴經典caspase-1 和非經典caspase-11/4/5焦亡的下游執行者，其被caspases 切割后，N 末端與位于質膜內葉的磷酸肌醇結合并在膜上成孔，導致細胞焦亡［5，17］。RüHL 等［20］揭示了GSDMD 的下游事件，通過研究小鼠BMDMs 修復GSDMD 孔導致膜損傷的機制，發現LPS刺激2 h內，高達50%的野生型BMDMs 發生焦亡，膜完整性喪失，Ca2+內流，而Gsdmd-/-BMDMs 中并無上述變化。此外，還發現ESCRT 誘導的微泡可從胞膜中清除GSDMD 孔，但Ca2+螯合則顯著抑制ESCRT 組裝。提示經GSDMD 孔流入的鈣信號可觸發ESCRT 依賴性膜修復，負調節GSDMD 活化下游的細胞焦亡，抑制ESCRT-Ⅲ系統可促進細胞焦亡和IL-1β分泌。

3.2 自噬作用 自噬可通過兩種途徑抑制炎癥體活化，①刺激（如活性氧簇）：受損的線粒體和細菌需通過泛素化作用被識別并傳遞至自噬體進行降解；②選擇性自噬受體可識別炎癥體過度活化成分，并募集其至自噬體進行降解［3］。LIU等［21］發現，敲除自噬相關蛋白ATG5 基因后，HMGB1-DNA 誘導的 IL-1β 延長釋放至24 h，表明自噬的晚期激活可能限制HMGB1-DNA復合物介導的AIM2 炎癥體激活的程度和時間。RODRIGUE-GERVAIS等［22］采用polydA：dT 刺激僅能分泌HtrA2 S276C 蛋白酶失活突變體的BMDMs，發現與對照組相比，其caspase-1和IL-1β 分泌均增加。進一步研究發現線粒體絲氨酸蛋白酶HtrA2通過上調自噬阻止炎癥體銜接蛋白ASC 長期積累，從而限制AIM2炎癥體活化。

3.3 僅含HIN、PYD或CARD結構域的蛋白 2013年，RU 等［23］研究 p202 特異性抑制 AIM2 炎癥體激活的分子機制，發現p202的HIN A結構域與雙鏈DNA具有更高親和力，且其HIN B結構域可與AIM2 HIN結構域結合，將其從PYDs 釋放，從而阻止ASC 募集和聚集。提示p202 可通過蛋白質-蛋白質相互作用與雙鏈DNA 隔絕作用充當AIM2 炎癥體的負性調節劑。除 p202 外，GHOSH 等［24］研究發現，另一個小鼠PYHIN 蛋白家族成員p205（Ifi205）可通過控制ASC mRNA 表達調節炎癥體活性。WANG 等［25］研究發現人干擾素誘導蛋白IFI16 的一種新型轉錄異構體IFI-16β，其結構與鼠 p202 相似，僅含 2 個 HIN 結構域，而缺少 pyrin 結構域。IFI16-β 或 p202 過表達導致AIM2 免疫沉淀物中檢測到的ASC 減少，表明IFI16-β的功能可能類似于p202。更多研究發現，人類基因組編碼了幾種僅含PYD 或半胱天冬酶募集結構域（caspase recruitment domain，CARD）的蛋白（PYD-only proteins，POPs和CARD-only proteins，COPs）調節炎癥體功能，包括 POP1/ASC2、POP2、POP3、COP1、CARD17和CARD18［26］。

3.4 TRIM 蛋白家族的調控作用 三結構域（tripartite motif，TRIM）家族蛋白包含3 個典型結構域，從N 端到C 端依次為無名指區鋅-指結構域（RING-finger domain）、1 個或 2 個 B-box 結構域、螺旋-螺旋結構域（Coil-Coil region）［27］。LIU 等［28］在巨噬細胞中過表達TRIM11，發現其可抑制AIM2 炎癥體激活。機制上，DNA 病毒感染情況下，TRIM11 通過其PS 區結合AIM2，并通過位于其458 賴氨酸位點的自身泛素化促進自身與貨物識別受體p62 結合，最終導致AIM2 通過自噬途徑降解，揭示了TRIM11 作為第二級貨物識別受體，通過遞送AIM2進入自噬體降解，從而抑制炎癥反應的新調控機制。此外，研究發現TRIM20 可抑制caspase-1 激活和IL-1β 產生，而TRIM16 是巨噬細胞中的新型pro-IL-1β結合蛋白，可促進IL-1β分泌［29］。

3.5 病毒的抑制作用 HUANG 等［30］研究感染人巨細胞病毒（human cytomegalovirus，HCMV）AD169株的THP-1 源性巨噬細胞發現，病毒pUL83 蛋白在HCMV感染早期與細胞質中AIM2結合，并阻止其激活。最近研究表明，HCMV IE86蛋白通過抑制pro-IL-1β mRNA 轉錄及其成熟蛋白分泌從而抑制AIM2 炎癥體激活［31］。MARUZURU等［32］篩選出可抑制AIM2炎癥體的病毒間層蛋白VP22，通過HSV-1△VP22（VP22無效突變的重組HSV-1）感染野生型小鼠BMDMs，發現VP22 通過與AIM2 的HIN 結構域相互作用抑制AIM2 寡聚化。提示HSV-1 的VP22 可負調節AIM2 炎癥體形成和IL-1β 分泌。總之，病毒通過抑制AIM2 炎癥體信號轉導逃避宿主免疫應答并促進病毒復制。

4 調控AIM2炎癥體的藥理作用

AIM2 炎癥體在腫瘤及感染等多種疾病炎癥反應中具有重要作用，使AIM2 炎癥體有望成為新的潛在治療靶點。WU 等［33］研究發現5-雄烯二醇通過阻止AIM2 和ASC 相互作用顯著抑制結腸中輻射誘導的caspase-1 和GSDMD 活化。研究發現，穿心蓮內酯通過阻斷AIM2轉移至細胞核與受損DNA 結合抑制AIM2 炎癥體激活及其介導的焦亡［34］。此外，最新研究發現，自然界中多種植物也可抑制AIM2炎癥體，如木犀草素、槲皮素等［35-36］。

5 結語

天然免疫細胞內識別雙鏈DNA 的AIM2炎癥體是連接固有免疫與獲得性免疫的重要橋梁；另一方面，宿主可通過鈣信號觸發的ESCRT 依賴性膜修復、自噬作用、p202和p205、POPs和COPs、microRNA和lncRNA 以及TRIM 蛋白家族等負性調控AIM2 炎癥體，使促炎與抗炎達到相對平衡。但目前對AIM2炎癥體調控機制的研究尚處于初步探索階段，仍需進一步研究。