新生隐球菌的模式识别受体及下游信号传导

李颖芳 潘炜华(上海长征医院皮肤病与真菌病研究所全军真菌病重点实验室第二军医大学附属长征医院皮肤科,上海200003)



新生隐球菌的模式识别受体及下游信号传导

李颖芳 潘炜华
(上海长征医院皮肤病与真菌病研究所全军真菌病重点实验室第二军医大学附属长征医院皮肤科,上海200003)

【摘要】新生隐球菌感染机体后,经固有免疫细胞表面的模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)识别病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs),引发下游的信号传导通路,激活核因子NF-κB,进而启动固有免疫和适应性免疫,诱导相关炎症因子的生成,活化Th1、Th2、Th17等适应性免疫细胞,同时募集巨噬细胞吞噬清除隐球菌。目前对隐球菌模式识别受体的种类及功能仍有待探索,对其下游信号传导通路的研究需深入,充分研究模式识别受体和下游信号传导,将对隐球菌病的免疫调节和临床治疗提供思路。

【关键词】隐球菌;模式识别受体(PRRs);信号通路;免疫

[Chin J Mycol,2016,11(1):58-61]

隐球菌是机会致病真菌,可在细胞免疫缺陷的患者中引起致命的脑膜炎。机体免疫系统识别隐球菌,激活相关的信号传导途径,通过有效的免疫应答清除病原菌。模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)是一类主要表达于宿主固有免疫细胞表面、内体、溶酶体、细胞质中的非克隆性分布的分子。当微生物侵入机体后,宿主免疫细胞利用其模式识别受体(PRRs)识别病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs),进而引发宿主的免疫防御反应。目前发现参与隐球菌识别的PRRs主要有识别核酸的Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs),识别多糖的C型凝集素受体(C-type lectin receptors, CLRs),还有核酸的结合寡聚化结构域(NOD-like receptors,NLRs)及视黄酸诱导基因-I样受体(RIG-I-like receptors,RLRs)。在宿主识别新生隐球菌的过程中,TLRs、CLRs和NLRs起主要作用,RLRs的作用尚不明确。机体通过细胞免疫抵御隐球菌的侵袭,其中,Th1细胞在清除隐球菌感染方面起促进作用,而Th2细胞则与其作用相反[1]。缺乏Th1细胞因子IL-12、IL-18、IFN-γ、TNF-α会导致感染的播散[2-4],而Th2细胞因子IL-4、IL-10、IL-13缺乏的小鼠,与对照组小鼠比较感染更轻微,表现为对隐球菌抵抗力增强[5-7]。

1 TLRs及下游信号传导

TLRs进化高度保守,广泛存在于线虫到哺乳动物等各种生物中[8],表达TLRs的细胞包括抗原递呈细胞(antigen-presenting cells,APCs)如树突状细胞、巨噬细胞。迄今为止,已在哺乳动物细胞中发现13种TLR家族成员,在人类细胞中发现10种,其中TLRs 1、2、4、5、6表达于细胞表面,主要识别脂多糖、肽聚糖、酵母聚糖、磷脂,而TLRs 3、7、8、9在细胞质内,识别病原体DNA或RNA配体。TLRs是I型整体膜糖蛋白,以胞外区富含亮氨酸的重复序列(Leucine-rich-repeat,LRR)为特征,其主要功能是识别PAMPs,跨膜区为富含半胱氨酸结构域,胞内信号区是与Toll/IL-1R同源的TIR(Toll/IL-1R)结构域[9],是下游信号转导的核心元件,该结构域刺激含有TIR区域接头蛋白的细胞,进而引起下游的信号级联反应以及促炎症因子和趋化因子的产生[10]。

TIR结构域与胞质内TIR区域接头蛋白相互作用,是TLRs介导的胞内信号传导的共同环节[11]。按TIR区域接头蛋白的不同,TLRs启动的细胞内信号传导途径主要分为髓样分化蛋白(Myeloid differentiation factor 88,My D88)依赖型和My D88非依赖型,前者最终激活核因子κB(Nuclear factor-kappa B,NF-κB),进而启动下游免疫反应[12],NF-κB进入抗原递呈细胞的细胞核内,促进炎症因子和IFN-I的合成。MyD88依赖型信号传导途径是隐球菌信号传导的主要途径,MyD88非依赖型信号传导途径在隐球菌中作用尚无研究报道。

1.1 TLR 9

TLR 9是TLR家族一员,位于树突状细胞、巨噬细胞及其他免疫细胞胞浆内,并结合在胞质内体上[13]。隐球菌被抗原递呈细胞吞噬并在其内体中裂解,暴露出Cp G DNA进而被TLR 9识别,引发TLR 9耦联/信号,经过MyD88依赖型信号传导途径,激活NF-κB从而促进炎症因子的生成,可增强树突状细胞的成熟分化,并促进Th1细胞分泌IL-12[14]。因此,在适应性免疫反应中,TLR 9活化会增强Th1细胞活性而抑制Th2细胞。Zhang等[15]研究发现TLR 9基因缺陷鼠TLR 9-/-与野生型鼠相比:①在免疫反应过程中小鼠肺内CD4+T细胞、CD8+T细胞和CD19+B细胞的数量明显减少。②肺、淋巴结及脾脏内Th细胞极化缺陷。③巨噬细胞的活化、募集明显减弱。同时,TLR 9-/-基因缺陷鼠肺组织病理结果显示肺内肉芽肿形成障碍,而定植于巨噬细胞内的隐球菌数量增加。

故认为TLR 9在隐球菌保护性免疫中起到重要作用,可募集并激活效应细胞(如淋巴细胞和巨噬细胞),并最终清除肺内隐球菌。

1.2 TLR 2和TLR 4

Yauch等[16]研究发现TLR 2-/-基因缺陷鼠在感染隐球菌后,其存活率明显低于野生型(Wild Type,WT)小鼠,而TLR 4信号反应缺陷的小鼠与野生型小鼠的死亡率无明显差异。

而Nakamura等[17]则认为TLR 2-/-小鼠和TLR 4-/-小鼠与同窝出生的对照组小鼠相比,血清中IL-1β、IL-6、IL-12p40和TNF-α的含量在相同的水平,且清除肺内隐球菌的能力也相当。故Nakamura认为TLR 2与TLR 4在宿主对隐球菌的细胞反应中作用甚微。

关于TLR 2和TLR 4在隐球菌免疫反应中的功能,多个研究所得的结论并不一致,TLRs在宿主抗隐球菌免疫反应中所起作用尚未完全被掌握,其具体作用有待进一步研究探索。

2 CLRs及下游信号传导

CLRs是一个蛋白质超家族,其特点是均拥有一个或多个C型凝集素样区(C-type lectinlike domains,CTLDs),根据该信号跨膜区结构和种系发生不同,CLRs被分为17个型,其中一部分与抗真菌免疫有关。CLRs家族中有部分受体表达糖识别结构域(Carbohydrate recognition domain,CRD),主要识别糖类配体,例如Dectin-1识别β葡聚糖[18-19],Dectin-2识别甘露糖[20]。

CLRs可以通过其免疫受体酪氨酸活化基序(Immunoreceptor tyrosine-based activation motif, ITAM)的接头分子如FcRγ,DPA12启动细胞内信号转导,ITAM中的酪氨酸残基被Src激酶磷酸化,磷酸化的ITAM进而募集并且激活Syk激酶。在Syk激酶介导的信号转导通路中, CARD9和Raf-1起着重要作用,活化的Syk激酶激活由CARD9、BCL10和MALT1组成的蛋白复合体,其中CARD9对诱导细胞因子的产生至关重要,CARD9-BCL10-MALT1(CBM)复合物能激活IKK复合体,最终介导包含p65-p50 或REL-p50的NF-κB进入细胞核,促进促炎症因子的产生,完成诱导经典NF-κB信号通路的过程,发挥抗真菌感染作用[21]。

2.1 Dectin-1

Dectin-1表达于树突状细胞、巨噬细胞以及中性粒细胞表面,识别PAMPs如β-1,3-葡聚糖和(或)β-1,6-葡聚糖。既往的研究发现Dectin-1参与白念珠菌和卡氏肺孢子菌的识别和宿主防御反应[22-23],但Ki00 wamu[24]认为,具有Decin-1受体的野生型鼠与dectin-1基因敲除(Knock out,KO)鼠比较,二者对于隐球菌的免疫防御反应以及细胞因子的产生无明显差异。进一步研究发现,新生隐球菌与白念珠菌相比较,其细胞壁中β-1,3-葡聚糖的比例较β-1,6-葡聚糖低[25-26],于是推测新生隐球菌细胞壁中β-1,3-葡聚糖缺乏与Dectin-1受体对隐球菌识别力低有关,故Dectin-1对隐球菌的识别作用不大。

2.2 Dectin-2

Nakamura等[27]研究表明,Dectin-2基因敲除小鼠与野生型小鼠相比,真菌的清除率和炎症反应程度是大致相同的。Dectin-2基因敲除小鼠Th2细胞因子的产生比野生型小鼠高,但Th1、Th17以及促炎症因子的产生二者无明显差异。研究结果提示Dectin-2可抑制Th2细胞反应,减少IL-4的产生,而Dectin-2可能与Th1、Th17、促炎症因子以及机体清除隐球菌的关系不明显。

2.3 甘露糖受体(Mannose receptor,MR)和DC-SIGN(Dendriticell-specific ICAM-3-grabbing nonintegrin)

甘露糖蛋白是新生隐球菌荚膜的重要组成部分,具有较强的免疫原性。研究认为,甘露糖受体和DC-SIGN表达于树突状细胞,与隐球菌的识别相关,甘露糖蛋白处理后的小鼠,可诱导IL-12和IFN-γ的表达[28],宿主对隐球菌的固有免疫和适应性免疫可能均与甘露糖受体对甘露糖蛋白的高效识别有关[29]。

3 NLRs

NLRs家族目前有23个成员,主要作用是识别被吞噬病原体的PAMPs,并通过募集抗体分泌细胞(ASC)和半胱氨酸蛋白酶-1 (caspase-1)蛋白形成炎症小体。隐球菌被吞入宿主细胞后,致吞噬溶酶体膜渗漏,进而激活NLRP3炎症小体,导致caspase-1的成熟,切割之前诱导的前体IL-1β(pro-IL-1β)和前体IL-18(pro-IL-18)[30],使其成为成熟形式分泌到胞外发挥作用。

4 小 结

上皮细胞、内皮细胞和吞噬细胞都是参与天然免疫的重要细胞,在隐球菌感染机体过程中,它们各司其职,相互作用,行使监控、吞噬、抗原提呈等功能。这些机体细胞通过PRRs识别隐球菌的荚膜、细胞壁及核酸,并诱导一系列的免疫反应。TLRs中TLR 9在识别隐球菌过程中作用确切,TLR 9通过识别隐球菌Cp G DNA,通过My D88依赖型信号传导通路激活核因子κB,进而启动下游免疫反应;CLRs识别隐球菌细胞壁上多糖配体,经过一系列信号传递后激活CARD9复合物,最终活化MAP激酶、核因子NF-κB以及促进促炎症因子的产生;NLRs识别吞噬后的病原体PAMPs后,激活NLRP3炎症小体,导致caspase-1的成熟,最终分泌成熟IL-1β、IL-18。其他PRRs协同发挥抗真菌作用,故机体对隐球菌的免疫反应是一个复杂的调控网络,充分研究模式识别受体和下游信号传导,将对隐球菌的免疫调节和临床有效治疗隐球菌病提供有力的理论基础。

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[本文编辑]王 飞

·综述·

Pattern regcognition receptors and signaling pathways in Cryptococcus neoformans

LI Ying-fang,PAN Wei-hua
(Department of dermatology,Changzheng Hospital,Institute of dermatology and medical mycology,Changzheng Hospital,Key laboratory of molecular medical mycology,PLA key laboratory of medical mycology,Shanghai 200003)

【Abstract】Pattern recognition receptors(PRRs)presented on the surface of host innate immune cells recognize the pathogen-associated molecular patterns(PAMPs)of Cryptococcus neoformans after the invasion,which will trigger downstream sinaling pathways and activate nuclear factor-kappa B(NF-κB)in immune cells,ultimately initiating innate and adaptive immunity,inducing the release of correlative inflammatory factors,activating adaptive immune cells such as Th1,Th2,Th17 cells,recruiting macrophage to eliminate Cryptococcus neoformans.Deep insights into PRRs and downstream pathways will contribute to obtain an overall understanding of immune adjustment and provide superior clinical therapys.

【Key words】Cryptococcus neoformans;pattern recognition receptors(PRRs);signaling pathway;immunity

[收稿日期]2015-12-02

通讯作者:潘炜华,E-mail:panweihua@medmail.com.cn

作者简介:李颖芳,女(汉族),硕士研究生在读.E-mail:liyingfang99@163.com

基金项目:973项目(2013CB531606),国家自然基金(31270180)

【中图分类号】R 379.5

【文献标识码】A

【文章编号】1673-3827(2016)11-0058-04