芳香烴受體AhR在免疫調節及感染性疾病中的作用

魏子昂 ， 涂穎欣 ， 尹 悅 ， 郭姝怡 ， 陳秋靜 ， 李獲朋 ， 嚴 丹 ， 田紀景

(中國農業大學動物醫學院 ， 北京 海淀 100193)

芳香烴受體(Aryl hydrocarbon receptor,AhR)是一種配體依賴性的轉錄蛋白，其廣泛分布于人和動物的各種組織和細胞，且在不同生物體內其蛋白結構具有高度保守性。目前研究證實，AhR的配體主要分為兩類，一類是外源性配體如二噁英，另一類為內源性配體，主要為色氨酸代謝產物[1]。非激活狀態下，AhR主要位于細胞質中，與熱休克蛋白90、X-相關蛋白2和p23等結合形成復合物；當與其配體結合后，AhR即從復合物中解離，進入細胞核，并與核中的AhR核轉運蛋白(AhR nuclear transloca-tor,ARNT)結合形成異二聚體，調節細胞色素酶P4501A1(Cytochrome P4501A1,CYP1A1)等多個下游基因的轉錄表達，參與機體的解毒作用[2]。除此之外，AhR還具有十分廣泛的免疫調節作用，不僅參與調控Th細胞的分化及下游炎性因子的表達，同時也參與調控B細胞的分化、成熟和抗體分泌[3]。近年來研究發現，AhR在機體抵御病毒、細菌等微生物入侵的過程中也發揮了重要的作用。因此，AhR作為多種疾病治療的藥物靶點已成為生物醫學領域的研究熱點。本文主要對AhR的免疫調節及其在感染性疾病中作用的相關研究展開綜述，以期為AhR及其配體在相關疾病治療中的臨床應用提供參考。

1 AhR參與腸道炎癥調節

炎性腸炎(Inflammatory bowel disease,IBD)是一種常見的腸道慢性炎性反應性疾病，臨床常表現為腹痛、腹瀉、便血等，嚴重時可能會導致腸穿孔甚至威脅生命。雖然目前該病的發病機制并不清楚，但是越來越多的證據表明其與遺傳和環境因素導致的腸道穩態改變密切相關，其中腸道微生物菌群的改變在該病發生過程中發揮了重要作用。研究發現，微生物通過分解色氨酸從而激活AhR信號通路，并進一步上調局部腸道組織IL-22的表達，參與腸道炎癥過程。如色氨酸代謝產物6-甲酰基吲哚[3,2-b]咔唑(6-formylindolo[3,2-b]carbazole,FICZ)通過激活AhR抑制葡聚糖硫酸鈉(Dextran sulphate sodium salt,DSS)導致的腸道組織破壞和黏膜下炎性細胞浸潤，從而減輕腸道炎癥，最終抑制DSS誘導的小鼠潰瘍性結腸炎[4]。

腸道先天性免疫相關淋巴細胞，如固有淋巴細胞(Innate lymphoid cells,ILCs)和上皮內淋巴細胞(Intraepithelial lymphocytes,IELs)是機體抵御感染的第一道防線，參與腸道的免疫識別以及腸道穩態的維持等。AhR可通過調控RORγt的轉錄表達進而影響腸道IELs和ILCs的活化[5]。趙小靜[6]對正常和不同程度腸道慢性肉芽腫性炎癥患者腸道AhR表達量進行對比發現，腸炎患者腸道中AhR的表達減少，Foxp3表達也減少，而RORγt表達增加，故推測AhR可能通過調控Foxp3和RORγt的表達從而調控上述細胞的分化，并進一步影響腸道免疫。因此，AhR作為調節腸道免疫和炎癥的重要因子，可以成為治療腸道疾病的潛在靶點。

2 AhR可雙向調控腫瘤的發生

近年來大量研究表明，AhR參與腫瘤發生的調節是極為復雜的。AhR參與腫瘤發生的起始、發展和轉移的主要階段，特別是在侵襲性腫瘤的研究中發現AhR高表達且伴隨持續的核轉運過程[7]，亦有研究發現，無論AhR的激活劑還是拮抗劑，均可作為多種腫瘤關鍵進程的阻斷劑[8]。研究發現，色氨酸2，3-雙加氧酶(Tryptophan 2,3-dioxygenase,TDO)催化產生的色氨酸代謝產物犬尿氨酸，可以通過AhR介導的自分泌和旁分泌方式，抑制抗腫瘤免疫反應，促進腫瘤細胞的存活，且在人腦腫瘤組織中可以檢測到TDO-AhR信號通路的激活，其激活與腫瘤的惡性程度和較差的存活率相關[9]。但是也有研究表明，AhR在膠質母細胞瘤中為腫瘤抑制基因[10]。由此可見，AhR在不同的腫瘤中可發揮截然相反的作用，這種雙向調節機制可能與配體依賴的不同的AhR信號通路的激活有關，但是臨床中如何利用AhR信號通路來治療腫瘤性疾病還有待進一步研究。

3 AhR在病原微生物感染過程中的作用

3.1 AhR在細菌性疾病中的作用 細菌感染是一項全球性的公共衛生問題，特別是有些致病菌還有較高的致死率。銅綠假單胞菌為一種條件致病菌，在術后或機體免疫力差時較容易引起感染。Moura-Alves等[11]利用銅綠假單胞菌研究AhR在細菌感染中的作用發現，AhR就像一個“處理中樞”，可以在體內外整合大量不同的與菌群感應系統相關的信息，讓宿主可以根據細菌群落的發展階段、細菌密度以及感染的風險來調節免疫防御，從而在特定的感染階段調動最合適的防御機制。Larian等[12]的研究進一步表明，銅綠假單胞菌產生的綠膿素在一定濃度下刺激CYP1A1的表達，而同時綠膿素可以抑制C57BL/6 J小鼠脂肪細胞的分化，使其體重和脂肪量降低，從而促進敗血癥的發生，雖然CYP1A1是AhR激活的一個指標，但綠膿素對脂肪細胞的影響是否由AhR信號通路介導尚待進一步確認。而Zhai等[13]發現，線粒體衍生肽對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌感染引起的小鼠敗血癥具有保護作用，其作用機制之一即為上調AhR的表達及促進下游信號通路的激活。

Rademacher等[14]通過對皮膚共生表皮葡萄球菌與角質形成細胞之間的分子相互作用的研究，進一步為“AhR不僅能感知環境毒素，還參與宿主—微生物相互作用”的假說提供證明。在感染表皮葡萄球菌的人原代角質形成細胞中，AhR激活后可誘導CYP1A1基因的轉錄，而阻斷AhR可減弱表皮葡萄球菌誘導的CYP1A1和IL-1β的表達，說明AhR信號通路在皮膚的防御反應中發揮了關鍵作用。金黃色葡萄球菌的皮膚定植及其相對豐度與特異性皮炎疾病嚴重程度和治療反應有關，Smits等[15]鑒定了煤焦油的一種新型治療作用，即通過激活AhR信號通路來誘導角質形成細胞衍生的抗菌肽的表達并進一步抑制炎癥反應。對煤焦油作用機制的深入了解有助于臨床藥物的開發，如AhR的天然激動劑塔皮那羅夫(Tapinarof)是一種正在進行第3階段試驗的AhR局部靶向藥物，它對銀屑病和特異性皮炎具有明顯療效[16]。

慢性阻塞性肺部疾病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)和哮喘屬于慢性呼吸道疾病，臨床中肺炎鏈球菌和銅綠假單胞菌均可引起COPD的急性發作。研究表明，AhR激動劑如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)可以通過激活AhR信號通路緩解肺部細菌感染，從而提高患病動物的存活率，在COPD疾病發展過程中，AhR能夠通過抑制香煙煙霧對于中性粒細胞的誘導而減輕肺部炎癥反應[17]。Tsai等[18]發現，COPD和哮喘患者血漿中血管內皮生長因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)含量明顯高于健康受試者，給予小鼠AhR激動劑2，3，7，8-TCDD后，支氣管上皮細胞中VEGF的表達量顯著上調，這一發現可為COPD和哮喘的治療提供新的潛在靶標。在由百日咳博德特氏菌釋放的百日咳毒素(Pertussis toxin,PTX)引起的人類呼吸道疾病中，AhR扮演了類似的角色。AI-Ghezi等[19]研究表明，在PTX誘導的系統性炎癥過程中，2，3，7，8-TCDD通過激活AhR信號通路，誘導脾臟CD4+T淋巴細胞向Th2和Foxp3+Treg分化，提高抗炎因子IL-10和TGF-β的表達水平，同時降低Th1和Th17細胞的比例以及相關促炎因子IL-17A、IL-6和IFNγ的表達水平，從而抑制PTX誘導的炎癥反應。因此，AhR信號通路可作為治療該類炎癥反應的潛在靶點，但是由于2，3，7，8-TCDD對機體有較強的毒性，篩選新型、有效、副作用低的AhR配體，特別是天然配體，將會為臨床該類疾病的治療提供新的思路。

3.2 AhR在病毒性疾病中的作用 在病毒感染過程中，AhR可被直接或間接激活，進一步降低機體抗病毒免疫反應或促進病毒的復制、轉錄和翻譯等。研究已證實AhR在多種病毒如艾滋病病毒(Human immunodeficiency virus,HIV)、寨卡病毒(Zika virus,ZIKV)等感染過程中發揮關鍵作用，但在不同的病毒感染中可通過不同的機制影響病毒的復制及感染。在艾滋病病毒1型(Human immunodeficiency virus type-1,HIV-1)感染時，色氨酸代謝物犬尿氨酸和FICZ激活AhR，被激活的AhR直接與HIV-1的5′末端重復序列結合，激活病毒的轉錄，同時AhR會抑制Ⅰ型干擾素介導的防御功能，促進HIV-1的感染[20]。在ZIKV感染模型中，病毒感染通過上調犬尿氨酸表達水平激活AhR信號通路，并進一步抑制I型干擾素的產生，降低機體的抗病毒反應，相反，抑制AhR激活則可限制ZIKV的復制[21]。

Ohashi等[22]發現，丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus,HCV)通過激活AhR-CYP1A1信號通路引起機體內脂質滴的積累，為子病毒的生存和增殖提供平臺，增加了子代病毒的增殖量，有助于病毒的進一步入侵。流感病毒(Influenza virus,IV)感染后AhR的激活會促進機體活性氧的產生，破壞體內的氧化還原反應，誘導宿主細胞的凋亡和壞死[23]。Grunewald等[24]通過對鼠肝炎病毒(Mouse hepatitis virus,MHV)感染引起的小鼠肝臟炎癥反應的研究發現，病毒侵襲機體可誘導非依賴于吲哚2,3-二加氧酶(Indoleamine 2,3-dioxygenase 1,IDO1)的AhR信號通路激活，并可進一步調節細胞因子IL-1β、TNF-α以及AhR下游效應子TCDD誘導型ADP-核糖聚合酶(TCDD-inducible-poly-ADP-ribose polymerase,TiPARP)的表達，而TiPARP作為MHV的前病毒因子可促進病毒的復制。雖然冠狀病毒感染后以不依賴IDO1的特殊方式直接激活AhR，但是AhR的激活促進了炎癥因子如IL-1β、IL-6和TNF-α的表達，可進一步誘導IDO1-犬尿氨酸的活化而加劇AhR的激活以及下游促炎因子的表達，因此有學者將這一過程稱為“系統性AhR激活綜合征”，而IDO1-犬尿氨酸-AhR信號通路也被認為是預防和治療新型冠狀病毒肺炎(Coronavirus disease 2019,COVID-19)的一個潛在靶點[24-25]

有學者研究發現，在某些病毒感染過程中，外源性或內源性配體激活AhR信號通路后可抑制病毒的復制，起到抗病毒感染的作用。Kueck等[26]通過對巨噬細胞在HIV-1和I型單純皰疹病毒(Herpes simplex virus type-I,HSV-1)感染機制的研究發現，病毒感染后AhR的激活會導致細胞周期蛋白依賴性激酶及相關的細胞周期蛋白表達受到抑制，從而減少細胞酶組氨酸/天冬氨酸殘基雙聯體結構域包涵蛋白(Sterile alpha motif and histidine/aspartic acid domain-containing protein 1,SAMHD1)的磷酸化，降低細胞dNTP水平，抑制HIV-1及HSV-1的復制，使機體處于抗病毒狀態。Duan等[27]研究發現，在AhR基因敲除小鼠感染新城疫病毒(Newcastle disease virus,NDV)的過程中，AhR缺失后病毒RNA的合成和病毒復制顯著增加，說明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過激活AhR信號通路減輕機體的真菌負荷并且抑制過度的炎癥反應，起到免疫保護作用，從而抑制疾病的發展，因此，AhR信號通路也被認為是潛在的真菌感染的治療靶標。de Araújo等[28-29]研究發現在副球孢子菌肺病中，AhR基因敲除小鼠受到真菌的侵襲更加明顯，組織炎癥更加嚴重，死亡率也更高，并且其體內IDO1的含量明顯少于AhR野生型小鼠，還發現AhR基因敲除小鼠的肺中Th17細胞增加，Th1、Th22、Treg細胞數量減少。由此可見，使用配體激活AhR，通過IDO1與AhR的聯合作用能夠導致Treg和Th22細胞等抗炎細胞數量的增加以及Th17等促炎細胞數量減少，從而發揮炎癥抑制作用，這為副球孢子菌肺病提供了新的治療靶標。另外，在煙曲霉菌感染引起的真菌性角膜炎中，AhR激活可抑制M1巨噬細胞分泌促炎因子TNF-α和iNOS，同時促進M2細胞抗炎因子IL-10和Arg-1的表達，最終實現對煙曲霉菌的免疫耐受，發揮由AhR介導的免疫保護作用[30]。

另有研究發現，在真菌侵襲機體過程中因侵襲部位不同，AhR信號通路可發揮截然不同的作用。白色念珠菌通常會侵襲機體口咽、外陰、胃腸道、皮膚等部位，引起嚴重的感染，其感染機體不同部位時，AhR扮演著不同的角色。白色念珠菌侵襲口咽部時，其感染能夠激活AhR，導致Src家族激酶(Src family kinases,SFK) 的激活，進而使表皮生長因子受體磷酸化，并誘導真菌的內吞作用[31]。白色念珠菌侵襲外陰部位時，吲哚-3-醛激活AhR，通過AhR信號通路誘導IL-22表達，IL-22進一步促進IL-18的表達，從而對外陰念珠菌病(Vulvovaginal candidiasis,VVC)起到治療作用[32]。外陰念珠菌病的治療通常應用抗真菌藥，但由于該類藥物治療易復發和存在耐藥性問題，使用AhR激動劑吲哚-3-醛激活AhR/IL-22/IL-18途徑這一方法有望成為VVC治療的新研究方向。

3.4 AhR在寄生蟲病中的作用 AhR可調控寄生蟲的增殖與感染。Knubel等[33]研究發現，在克氏錐蟲感染BALB/c小鼠模型中，AhR激動劑3-羥犬尿氨酸可通過增加Treg細胞數量幫助機體抵抗克氏錐蟲的感染。IDO-AhR信號通路也參與了克氏錐蟲感染期間機體先天性和適應性免疫反應的調節，該信號通路的活性或與炎性細胞因子水平有關[34]。除此之外，Münck等[35]研究發現，AhR還參與了利什曼原蟲誘導巨噬細胞TNF產生的過程，說明AhR信號通路可能在機體單核細胞對利什曼原蟲的反應中發揮作用。

4 展望

AhR廣泛分布于人和動物的各種組織和細胞，隨著研究的不斷深入，人們對AhR在機體生理功能和病理過程中的調控作用的認識也越來越深入。AhR及其配體所調控的信號通路作為臨床多種疾病的新型治療靶點逐漸受到重視，且已有多個藥物在進行臨床I/II期試驗[36]。但是，AhR配體結合域的三維結構尚未得到解析，因此配體的多樣性和結合后受體構象變化的機制尚不清楚。在抗微生物感染方面，AhR參與促進或抑制微生物增殖和感染的分子機制，以及配體依賴的抗感染效應還需要更進一步的研究，為臨床治療藥物的開發提供科學依據。