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IL-10在结核分枝杆菌感染和免疫中作用的研究进展
来源:锐游网
中国畜牧兽医2017,44(5):1462—1467 China Animal Husbandry&Veterinary Medicine doi:10.16431/j.cnki.1671-7236.2017.05.029 IL一10在结核分枝杆菌感染和免疫中作用的研究进展 竺婷婷 一,卜 棚 ,刘 晗 ,彭永崇 ,陈颖钰 ,郭爱珍 (1.华中农业大学农业微生物学国家重点实验室,武汉430070;2.华中农业大学动物医学院,武汉430070) 摘 要:白细胞介素10(interleukin 10,IL一10)是一种多功能、多细胞源性的细胞因子,因其具有强抗炎和免疫抑制 活性而成为研究热点。在结核病的发生发展中,IL 10的免疫抑制作用受到了研究者的关注,其既能抑制天然免 疫,也能影响获得性免疫。研究者普遍认为IL一10与结核分枝杆菌的免疫逃避及潜伏性感染有关。鉴于其在结核 分枝杆菌感染中独特的作用,作者对近几年IL-10在结核分枝杆菌免疫逃避、潜伏感染、临床辅助治疗及自身表达 调控等方面的研究进展进行了综述。 关键词:IL 10;结核分枝杆菌;免疫调控;感染 中图分类号:R378.91 1 文献标识码:A 文章编号:1671-7236(2017)05 1462 06 Research Progress on Role of IL一10 in Immunodulation during Mycobacterium tuberculosis Infection ZHU Ting—ting ,PU Peng ,LIU Han ,PENG Yong—chong ~,CHEN Ying—yu ’ ,GUO Ai—zhen ’ (1.State Key Laboratory of Agricultural Microbiology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070, China:2.College of Veterinary Medicine,HuazhongAgricultural University,Wuhan 430070,Chia)n Abstract:Interleukin 1 0(IL一1 0)is a versatile and multi—cell derived cytokine,which has attracted the great attention of researchers because of its strong anti—inflammation and immunosuppression activities.It can not only inhibit the innate but also adaptive immunity.Generally,it is believed that II 一10 is closely related to immune evasion and latent infection by Mycobacterium tuberculosis (MTB).In view of its unique role in MTB infection,progress of role of IL一10 on immune eva— sion,latent infection,clinical chemotherapies and self—regulation of its expression during MTB infection were reviewed. Key words:IL一10;Mycobacterium tuberculosis;immunomodulation;infection 结核病是由结核分枝杆菌(Mycobacterium tu— berculosis,MTB)引起的慢性消耗性人兽共患病,全 肺结核病人499(471~527)万,其中涂阳肺结核病 人72(58~86)万l】]。随着全球人口增加、菌株耐药 球有约1/3的人群感染结核分枝杆菌。据世界卫生 组织统计,2014年有600万例新结核病病例,150万 人死亡,其中包括4O万艾滋病阳性患者。中国是世 率上升和艾滋病一结核病共感染病例增加,结核病 的防控负担更加繁重。结核病有效诊治需要新疫 苗、新治疗药物和更为快速准确的诊断方法,而新技 术和手段的研发需进一步了解MTB的致病、免疫 逃避和潜伏性感染机制。 界上结核病高负担国家之一,据2010年全国第五次 结核病流行病学抽样调查数据显示,中国有活动性 收稿日期:201 6 10 31 基金项目:国家自然科学基金面上项目(31472219);现代农业(肉牛牦牛)产业技术体系专项基金(CARG38) 作者简介:竺婷婷(1990),女,浙江奉化人,硕士,研究方向:动物传染病及病原分子流行病学研究,E—mail:5532388O8@qq.corn *通信作者:陈颖钰(1983),女,湖北武汉人,副教授,研究方向:动物传染病及病原分子流行病学研究,E—mail:chenyingyu@mail edu.cn 郭爱珍(1 965),女,湖南益阳人,博士,教授,博士生导师,研究方向:牛传染病病原学及致病机制,E mail:aizhen@mail ed11 cn 5期 竺婷婷等:IL一1O在结核分枝杆菌感染和免疫中作用的研究进展 1463 白细胞介素-10(interleukin 10,IL一10)是1989 年Fiorentino等 首次在小鼠Th2细胞发现的细 胞因子,因其具有抑制其他细胞因子分泌的功能,起 初命名为细胞因子合成抑制因子(cytokine synthe— sis inhibitory factor,CSIF),它是一种多功能免疫 负调节因子,参与多种细胞和疾病的生物调节。在 结核病的各个发展阶段,IL一1O均起着重要的作用。 虽然免疫界对IL—l0在结核病中的作用一直有所争 议,但普遍认为其有利于保护体内MTB而在宿主 保护性免疫中为负性调节因子。文章从IL一1O的基 本生物学作用及其保护体内MTB的具体生物机制 等方面进行综述,以期为全面认识IL一10在MTB感 染中的作用提供参考。 1 IL-IO的生物学特征 1.1来源与结构 IL—l0首次发现是由Th2细胞克隆分泌,但随 着研究的深入,发现几乎所有的淋巴细胞都可分泌 IL一10,包括Thl、Th2和Th17细胞、B细胞、中性粒 细胞、巨噬细胞和各类树突状细胞(dendritic cells, DCs)等。另外,一些非淋巴细胞如肿瘤细胞、角质 形成细胞、上皮细胞等亦可产生IL一1Ol3]。人类和 小鼠的儿一10基因位于1号染色体上,共5.1 kb的 序列,内含5个外显子。IL一10蛋白由178个氨基酸 组成,分泌时切去18个氨基酸信号肽,成熟的人 IL一1o以二硫键连接两个同源亚基以寡二聚体发挥 生物学作用 ]。目前发现的IL一1O家族成员包括 IL一19、IL一20、IL一22、IL一24和IL一26,它们与IL一1O在 结构上存在着明确的相关性。 1.2受体与相关信号通路 IL一1o的特殊作用由特异性受体介导,该受体 由两个亚基组成。IL一10R1是一个大小为9O~ 110 ku的糖基化蛋白,其基因位于11号染色体上, 具有一定的多态性,主要在免疫细胞表面表达; L一10R2基因位于人21号染色体上,广泛并强表达 于大多数细胞和组织上。IL一1o与其受体复合体的 结合包括两个步骤:首先与IL一10R1识别结合,两者 相互作用引起IL一10的结构发生变化,暴露与 IL一10R2的结合位点,才使IL一1O和IL一10R1复合体 能与IL一10R2结合,IL一10R2自身并不能与IL一10 结合,即IL-10R1是受体复合物的特异性部分, IL一10R2只起辅助作用E5]。IL一10的生物学作用主 要由Janus kinase(Jak)一sTAT信号通路介导,在 小鼠中通过激活Jakl蛋白酪氨酸激酶,在人中通过 激活Jakl和Tyk2蛋白酪氨酸激酶,最终主要活化 STAT3,也可活化STAT1和STAT5(非巨噬细胞 中),活化的转录因子入核,启动相关基因转录表 达 。也有其他通路参与IL一10介导的免疫反应。 1.3生物学效应 几乎所有与天然免疫相关的细胞都是IL一10抑 制性作用的靶细胞。IL一10可抑制单核巨噬细胞释 放炎症因子和免疫介质r7],还能抑制单核细胞分化 和化学趋化作用;IL一10可抑制抗原递呈细胞(anti— gen presenting cells,APCs)的抗原递呈作用,主要 通过下调单核巨噬细胞与DCs表面MHC一Ⅱ分子、 共刺激分子、黏附分子和下调抗原提呈相关转运蛋 白(antigen presenting relevant transporters,TAP) 的表达实现 ;IL一10还可抑制嗜酸性粒细胞、中性 粒细胞炎症介质的释放和各种趋化中性粒细胞化学 因子释放;抑制肥大细胞的分化,减少IgE受体的表 达,减少体内IgE介导的过敏性反应等。当然IL一10 对天然免疫细胞也存在刺激作用,IL一10能通过促 进各种受体的表达而增强单核巨噬细胞的吞噬作 用,但有研究却发现,在增加内吞微生物的情况下, 单核巨噬细胞的杀伤作用不仅没有增强,反而受到 抑制,推测可能与IL一10可使单核巨噬细胞免受补 体裂解有关。在获得性免疫细胞中,IL一10可不同 程度地抑制CD4 T细胞的增殖和细胞因子合成。 同时也存在刺激作用,可刺激非单核细胞依赖性T 细胞增殖和分化,也可通过诱导Bcl一2表达来抑制 外周T细胞凋亡。还对CD8 细胞毒性T细胞存 在激活作用,亦可促进B细胞的增殖、分化和各种 免疫球蛋白类别的转换。 2 IL-10在结核感染中抑制免疫应答的机制 MTB入侵时,机体的早期免疫非常重要,其明 显影响了结核病的病程走向。结核病的发生发展主 要可分为初始感染、潜伏感染、疾病复燃3个阶段。 IL-10作为一种多功能多源性的细胞因子,在这3 个阶段都发挥了重要的作用,对其进行深入研究有 助于了解结核病的发病、免疫逃避和复发机制。 2.1 IL-IO抑制结核早期免疫应答 2.1.1 天然免疫DCs和巨噬细胞是MTB主 要的寄生细胞,DCs作为体内APCs的代表主要通 过激活各类特异性T细胞发挥杀菌作用,巨噬细胞 除进行抗原递呈外主要通过吞噬溶酶体溶解病原 体、自身凋亡及产生各类杀菌介质和免疫因子发挥 清除MTB作用 j。但多项研究表明IL一1O可抑制 1464 中 国畜牧兽医 DCs和巨噬细胞清除MTB的能力。感染MTB的 这些休眠菌在体内可持续存在数月至数年而机体没 有不适或临床症状。当机体免疫力降低时,MTB 休眠菌又开始生长繁殖,导致疾病发生。MTB如 何躲避宿主免疫防御,进入持续性感染阶段,具体机 巨噬细胞产生的II 1o可通过阻止含菌吞噬体成 熟,从而抑制胞内菌体的清除,且外源增加IL一10, 有助于MTB在单核细胞来源的巨噬细胞中存 活 ]。Duan等 “ 发现,MTB可通过增强胞内存活 (enhance intracellular survival,EIS)蛋白增加IL一10 启动子区域处组蛋白H3的乙酰化,促进IL 10的 制仍不清楚。但多项试验研究表明,II 一10对MTB 的保护作用,有利于给MTB进入持续性感染提供 一个适合的生理环境。 分泌,进而激活Akt/mTOR/p70S6K信号通路,抑 制巨噬细胞的自噬作用。成熟DCs分泌的IL一12可 诱导Thl对MTB的免疫反应,但II 一1o可抑制这 对抗结核的保护性免疫和形成潜伏性感染都与 形成成熟肉芽肿有关,CBA/J II 一10 小鼠可形成 成熟的肉芽肿,且能更好控制MTB的感染_l引, 个过程。Jeyanathan等[】2]发现,MTB感染后, APCs激活Thl免疫应答能力明显减弱,该抑制现 象主要由DAP12/IRAK—M/II 一10通路介导。表明 在MTB感染早期免疫中,IL一10可通过抑制APCs 的免疫递呈、巨噬细胞杀菌能力而对MTB起保护 作用。但也有研究指出,IL一1O能诱导DCs转化为 类巨噬细胞,进而增加对MTB的吞噬量_】 ,但该吞 噬能力增加是有利于MTB的潜伏感染还是有利于 对MTB的清除尚不清楚。 2.1.2获得性免疫 MTB是一种胞内菌,因此 在机体免疫中,细胞免疫显得尤为重要,特别是在感 染早期,CD4 T、CD8 T和Thl类细胞因子发挥着 重要作用。MTB抗原可诱导IL一1O分泌型Thl、 Th2、Thl7及天然和调节性T细胞在病人中的表 达|1 ]。研究显示,IL一10可通过调节APCs的抗原 递呈能力而抑制机体的细胞免疫,CBA/J IL一10 小鼠因IL一10的缺失,肺脏APCs MHC一Ⅱ的表达增 加,Thl免疫应答能力增强口 。其也可调节体内与 诱导CD4 T细胞分化有关的细胞因子而打乱Th1 和Th2细胞的比率,Thl/Th2的比率与病人愈后相 关。Bai等[1。 发现,TI R3 小鼠感染BCG后, II 一10表达量下降,IL-12表达量上升,进而脾脏内 Thl细胞显著增加,肺脏载菌量和组织损伤程度明 显减少。另外,IL一1O也可联合中性粒细胞,发挥抑 制CD4 T细胞免疫作用,Doz等口 发现,活BCG 感染小鼠骨髓源性DCs后,可分泌大量CXCL1和 CXCI 2,进而趋化中性粒细胞,中性粒细胞可通过 激活MYD88和酪氨酸激酶产生II 一1O,通过Th17 CD4 T细胞膜上的IL一10受体,抑制Thl7 CD4。。 T细胞的免疫应答。 2.2 IL一10与结核分枝杆菌的潜伏性感染和复发 据WHO估算,全球有近1/3的人群感染 MTB,而其中仅约10 发展为活动性结核病,大多 数转变为潜伏感染,此时MTB多以休眠形式存在。 Shrivastava等口。 也证实II 一10可影响单核巨噬细 胞分化成多核巨细胞的能力,而多核巨细胞是结核 肉芽肿的主要组成部分,表明1I 一10对MTB感染时 形成成熟肉芽肿有抑制作用。另外,Lastruccill列的 试验发现,肉芽肿或血清中CD16’。CD163 MerTK pSTAT3 细胞水平与结核病发生发展密 切相关,而该种细胞的分化依赖于IL一10/STAT3 通路。IL一1O还与MTB的再次激活相关,MTB潜 伏感染的风湿性关节炎患者,在进行抗TNF—a治疗 时,MTB被再次激活l2 ,而II 一10可抑制TNF—a的 表达,表明IL一10和MTB激活有关,此外在小鼠体 内上调IL一10表达能促进慢性肺结核的激活并抑制 细胞免疫对胞内感染的抵抗l2 。正是MTB各种促 进IL一10分泌的机制扰乱了宿主正常的免疫防御, 使MTB有机可乘,转而进入持续性感染和休眠,伺 机进行大暴发,而对宿主健康造成危害。 3 IL—lO在结核感染者中的表达调控 鉴于II 一10在结核免疫应答中的重要作用,了 解其本身的调控机制对抗结核必定是有益的。因 此,对IL一1O在转录和转录后水平的调控机制的全 面了解有重大的科学意义和临床价值。 IL一10对MTB有保护作用,研究发现,MTB能 促进IL一1O的产生。Das等 证明,当巨噬细胞受 MTB刺激时,细胞表面CCR5表达明显增多,进而 CCR5激活下游通路,使抗炎因子II 一1O表达增多, 而分泌的II 一10又可通过转录因子STAT3来刺激 CCR5的表达。TI Rs在这个过程中也发挥了重要 作用,抑制TLRs可抑制II 一1O的分泌,Lutay等 。 研究发现,BCG刺激上皮细胞后,促炎因子分泌被 抑制,而抗炎因子产生增多,主要是通过糖原合酶激 酶一3(GSK3)抑制TLRs,抑制了NF—KB活性,从而 激活转录因子CREB,促进抗炎因子IL一10和II 一22 的释放。Bai等口 ]也发现,TI R3√一小鼠可通过抑 5期 竺婷婷等:IL一1o在结核分枝杆菌感染和免疫中作用的研究进展 1465 制TLR3介导的PI3K/AKT信号通路而抑制IL一10 的表达。Gleeson等 则发现,MTB感染宿主后, 可促进机体氧化磷酸化向有氧糖酵解转变,进而降 低IL~1O的表达,促进IL一1J3的产生,抑制MTB的 胞内生存,阻断IL一1R可消除该现象。另外,巨噬细 胞诱导的C型凝集素(Mincle)可促进巨噬细胞 IL一10的表达 ;Rev—erba可在转录水平调控II 一lO 的表达,其直接与IL一10的近端启动子结合,进而抑 制IL-10的转录 。作为近几年热点之一的 microRNA也可在转录后水平调控IL一1O的表达, miR一4661即为其中之一,miR-4661这个在胚胎干 细胞中高表达的miRNA可通过颉颃RNA结合蛋 白TTP,在TLR配体刺激的巨噬细胞中延长IL一10 mRNA的半衰期,从而上调IL一10的mRNA和蛋 白水平 ]。 4 IL-10与结核临床治疗 IL一1O在MTB感染中的多功能性,使研究者意 识到也许可以IL一1O在体内的表达水平作为临床上 的诊断指标之一,也可以IL一10作为靶标或对IL一1O 有调控作用的基因为靶标,作为结核病临床治疗方 法之一。Lago等_2 对21个结核病患者进行跟踪 研究发现,痰液中IL一10的水平与复发率相关,高水 平IL一1O的个体更易复发。Joshi等_2 测定活动性 肺结核患者(active pulmonary tuberculosis, APTB)、家庭接触者(household contacts,HHC)和 健康对照组(healthy controls,HC)血清中IL一10的 浓度,发现IL一10可用于区分APTB、HHC和HC, Walter等【3 0ll也在研究APTB、HHC和HC的 CD3 ICOS。。T细胞IL一1O表达量中证实了这一点, 即IL一10可作为区分患病高风险人群的分子标志, 另也有研究指出艾滋病一结核病共感染者痰液中 IL一10的表达量高与非艾滋病一结核病共感染者的 3.4倍口1],这表明IL—lO的表达水平,可作为鉴别诊 断的指标之一,也可作为痊愈病人复发率的风险 指标。 近年来JL一10基因多态性也越来越受到国内外 研究者的重视,研究 L一1o基因的多态性对临床上 诊断结核病有重要的意义。Sunder等l3 对452个 参与者进行调查,发现 L一1O基因多态性和表达水 平与HIV—TB共感染相关,IL一10—1082位点GG基 因型和外周血单核细胞培养上清中高表达IL一10者 HIV—TB共感染率明显提高。Gao等[3。 指出,IL一10 启动子GCC单体型可增加患结核病的风险性。然 而,细胞因子基因多态位点的等位基因频率随着地 域、人种的不同呈现出显著的差异,对6 559个病例 和7 768个对照进行meta分析,发现在欧洲和美国 人群中,IL一10—1082G/A多态性与TB易感性相关, 而IL一10—819T/C和一592A/C的多态性与亚洲人对 TB易感性有明显影响_3 。 5 展 望 MTB作为一种古老的细菌,自问世以来,便受 到研究者的关注,经多年研究,虽然对其致病机制已 有所了解,但依然存在许多未解之谜。MTB如何 进入潜伏感染阶段,宿主细胞和细菌自身是如何相 互适应的、又是什么信号使潜伏期的MTB再度被 激活等。对于IL一1O这一关键细胞因子的研究,不 仅在了解结核病致病机制,用于疾病的早期诊断、 风险性评价有重要作用,还可恰当地对其进行人为 干预,为结核病的预防和治疗开辟新的途径。虽然 目前的各项研究发现了两者之间的一些关系,但由 于存在复杂的作用机制和调控网络,免疫界对IL一 1O在MTB感染进程中的作用也一直存有疑虑,因 此更进一步研究IL一10和MTB的互作关系有重要 意义。 参考文献: [1]全国第五次结核病流行病学抽样调查技术指导组. 2010年全国第五次结核病流行病学抽样调查报 告[J].中国防痨杂志,2012,34(8):485—508. 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