謝先達(dá) 胡曉敏 唐代榮 廖湘平 張 烜
(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院風(fēng)濕免疫科,北京 100730)
轉(zhuǎn)錄因子Bach2在免疫細(xì)胞中的作用研究進(jìn)展①
謝先達(dá) 胡曉敏 唐代榮②廖湘平②張 烜
(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院風(fēng)濕免疫科,北京 100730)
Bach2(BTB and CNC homolog 2)是一個(gè)具有堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)(bZIP domain)的轉(zhuǎn)錄因子。它能與小Maf蛋白形成異二聚體并與其DNA上的特異性序列Maf識別元件(Maf recognition elements,MARE)結(jié)合,抑制其表達(dá),起到轉(zhuǎn)錄抑制作用,參與細(xì)胞轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程[1]。Bach1和Bach2共同構(gòu)成了Bach家族,其中Bach1在全身各處廣泛存在且在造血細(xì)胞中高表達(dá),而Bach2主要在T細(xì)胞、B細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞及神經(jīng)細(xì)胞表達(dá)。近年來的研究發(fā)現(xiàn)Bach2在多發(fā)性硬化癥、炎性腸病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、Graves病等多種免疫相關(guān)性疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。
近期的研究發(fā)現(xiàn)Bach2的表達(dá)在維持初始T細(xì)胞的穩(wěn)定,調(diào)控效應(yīng)T細(xì)胞、記憶性T細(xì)胞、Treg細(xì)胞的生成和功能以及參與T細(xì)胞耗竭等過程中起到重要作用。
Bach2通過抑制效應(yīng)T細(xì)胞、記憶T細(xì)胞的相關(guān)基因的表達(dá),維持初始T細(xì)胞的穩(wěn)定。Tsukumo等[2]發(fā)現(xiàn)Bach2敲除小鼠雖然T細(xì)胞發(fā)育正常,但外周初始T細(xì)胞的數(shù)量減少,且在TCR刺激后迅速產(chǎn)生IL-4、IL-5等Th2類型的細(xì)胞因子。在Bach2敲除的初始T細(xì)胞中高表達(dá)與ST-2、CCR4和Blimp1相關(guān)的基因,這些基因與效應(yīng)T細(xì)胞、記憶T細(xì)胞的生成相關(guān)。同時(shí),Tsukumo等[2]將Bach2 cDNA轉(zhuǎn)染到Bach2敲除的初始T細(xì)胞中使Bach2在T細(xì)胞過表達(dá),發(fā)現(xiàn)上述異常表達(dá)的基因又恢復(fù)到正常水平。
Bach2對效應(yīng)T細(xì)胞的調(diào)控則可能是通過基因座超級增強(qiáng)子(Super-enhancers,SEs)實(shí)現(xiàn)。 SEs被認(rèn)為通過提高T細(xì)胞及其亞群轉(zhuǎn)錄活性而發(fā)揮重要作用,其可調(diào)節(jié)細(xì)胞因子應(yīng)答相關(guān)基因(Ifng、Il4ra、Il7a、f)和轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)基因(T-bet,GATA-3,RORγt)的表達(dá)[3],這些基因決定效應(yīng)T細(xì)胞亞群分類,進(jìn)而促進(jìn)效應(yīng)T細(xì)胞分化。Bach2作為轉(zhuǎn)錄抑制因子可通過限制SEs轉(zhuǎn)錄活性從而能極大的抑制效應(yīng)T細(xì)胞的生成和分化;進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),Bach2敲除的CD4+T細(xì)胞表現(xiàn)出更強(qiáng)的向Th2分化能力,且Th2相關(guān)的細(xì)胞因子分泌增多,并且在IL-21存在的情況下依舊如此(IL-21可抑制Th2細(xì)胞分化、促進(jìn)Th1細(xì)胞分化)[2]。這可能是由于Bach2作為轉(zhuǎn)錄抑制因子可以抑制Blimp1,而Blimp1在T細(xì)胞中可以抑制Th1基因的表達(dá)[4],進(jìn)而使CD4+T細(xì)胞向Th2分化減少,向Th1分化增多。相似的,Bach2也可通過抑制芳香烴受體,實(shí)現(xiàn)對Th17的抑制[5]。
已有全基因組研究證實(shí),Bach2是CD8+記憶T細(xì)胞發(fā)育過程中的一個(gè)重要轉(zhuǎn)錄因子[6]。 Roychoudhuri等[7]證實(shí)Bach2可通過干擾AP-1家族轉(zhuǎn)錄因子亞型的功能而調(diào)控CD8+T細(xì)胞的分化,Bach2敲除的CD8+T細(xì)胞在急性病毒感染后不能形成和積聚數(shù)量穩(wěn)定的記憶細(xì)胞池。當(dāng)不存在炎癥細(xì)胞因子的情況下,CD8+T細(xì)胞分化為記憶細(xì)胞。然而,當(dāng)機(jī)體炎癥細(xì)胞因子分泌增多時(shí),CD8+T細(xì)胞則更多的持續(xù)分化為效應(yīng)T細(xì)胞。包括IL-12、IL-15、IL-18等炎癥細(xì)胞因子能夠促進(jìn)miRNA148a的產(chǎn)生,而miRNA148a能直接抑制Bach2的表達(dá)[8,9]。所以Bach2的表達(dá)可能在炎癥細(xì)胞因子和miRNA調(diào)控記憶B細(xì)胞的形成與功能中起到重要作用。
Bach2的表達(dá)對Treg細(xì)胞的產(chǎn)生及功能發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)Bach2敲除小鼠的Treg細(xì)胞顯著下降,血清中抗核抗體和抗雙鏈DNA抗體水平升高,并最終導(dǎo)致一系列疾病的發(fā)生[5];同時(shí)Bach2的表達(dá)也調(diào)控外周iTreg的生成。Bach2敲除的CD4+T細(xì)胞在TGF-β的誘導(dǎo)下產(chǎn)生iTreg將明顯減少,而與效應(yīng)T細(xì)胞發(fā)揮多重效應(yīng)有直接聯(lián)系的多個(gè)基因如T-bet、GATA-3、RORγt則被異常表達(dá)[5,10]。因此,Bach2可能通過抑制效應(yīng)T細(xì)胞分化來調(diào)控iTreg細(xì)胞的分化。
在T細(xì)胞耗竭過程中,Bach2也發(fā)揮著重要作用。長期暴露于持續(xù)性抗原和慢性感染時(shí)經(jīng)常發(fā)生T細(xì)胞耗竭。包括Blimp-1(Blymphocyte maturation induced protein)[11]、Eomes[12](Eomeso-dermin) 等轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)T細(xì)胞耗竭發(fā)生,相反Id3[13](Inhihitors of differentiation protein 3)在T細(xì)胞過度耗竭中起到抑制作用。Bach2通過調(diào)節(jié)這些轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò),參與T細(xì)胞耗竭。反復(fù)的TCR刺激可引起B(yǎng)ach2在T細(xì)胞的表達(dá)下調(diào),研究發(fā)現(xiàn)慢性病毒感染后耗竭的CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞中Bach2的表達(dá)比正常的CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞下降2~4倍[14]。Bach2在效應(yīng)T細(xì)胞和記憶T細(xì)胞的表達(dá)較初始T細(xì)胞下降,因此推測其在T細(xì)胞應(yīng)答產(chǎn)生的子代細(xì)胞中的表達(dá)可能呈比例下降[6,15]。如前所述,Bach2具有穩(wěn)定初始T細(xì)胞,調(diào)控效應(yīng)T細(xì)胞、記憶性T細(xì)胞等其他功能。因此,Bach2可通過抑制T細(xì)胞終末分化,促進(jìn)記憶T細(xì)胞的數(shù)量及功能穩(wěn)定,阻止T細(xì)胞耗竭。
Bach2在B細(xì)胞分化過程中的體細(xì)胞高頻突變(Somatic hypermutation,SHM)和抗體類別轉(zhuǎn)換(Class switch recombination,CSR)發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)控作用。在生發(fā)中心,抗原激活的成熟B細(xì)胞經(jīng)過SHM增強(qiáng)其產(chǎn)生的抗體與抗原的親和力。與此同時(shí),B細(xì)胞經(jīng)過CSR改變它們所產(chǎn)生免疫球蛋白的類別。這些B細(xì)胞進(jìn)一步分化為漿細(xì)胞和記憶B細(xì)胞參與體液免疫。Muto等[16]發(fā)現(xiàn)在Bach2缺陷小鼠的次級淋巴組織中生發(fā)中心形成減少,其產(chǎn)生的IgM抗體親和力相對降低,抗體的同種類型轉(zhuǎn)換也較少。Aicda編碼的活化誘導(dǎo)胞嘧啶核苷酸脫氨酶(Activation-induced cytidine deaminase,AID)是SHM和CSR過程中所必需的酶,Bach2敲除的B細(xì)胞由于不能誘導(dǎo)AID表達(dá)而引起SHM和CSR的缺陷。而Blimp1在漿細(xì)胞發(fā)育過程中能抑制Aicda促進(jìn)漿細(xì)胞分化,其可作為橋梁連接Bach2與AID。Bach2 與 Maf形成的異二聚體與位于Prdm1(Blimp1基因)啟動(dòng)子上游的Maf識別元件結(jié)合,從而抑制Prdm1的表達(dá)。Bach2缺陷的B細(xì)胞對Prdm1抑制作用消失,使其Prdm1的表達(dá)較野生型細(xì)胞上調(diào),B細(xì)胞在抗原刺激時(shí)能迅速分化為漿細(xì)胞[17]。因此,Bach2可能通過抑制Prdm1對Aicda進(jìn)行調(diào)控進(jìn)而影響SHM、CSR及漿細(xì)胞分化;正常情況下,Bach2在B細(xì)胞不同發(fā)育階段的表達(dá)有很大差異,受到嚴(yán)格調(diào)控。從祖B細(xì)胞到成熟B細(xì)胞,Bach2都是高表達(dá),而在漿細(xì)胞中則低表達(dá)甚至無表達(dá)。通過這個(gè)表達(dá)模式,Bach2可實(shí)現(xiàn)對B細(xì)胞發(fā)育和分化的調(diào)控。Kometani等[18]發(fā)現(xiàn)Bach2在記憶B細(xì)胞上低表達(dá),這可使記憶B細(xì)胞再次面對相同抗原刺激時(shí)能迅速地分化為漿細(xì)胞。這與Bach2缺陷B細(xì)胞快速向漿細(xì)胞分化的發(fā)現(xiàn)一致。
Bach2的表達(dá)除了能調(diào)控B細(xì)胞Prdm1的表達(dá)之外,也反過來受到B細(xì)胞發(fā)育和分化過程中的許多轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié),如Pax5[19](Paired box protein 5)、IRF4[20](Interferon regulatory factor 4)、E2A(E2-alpha)等[21]。這些上游的調(diào)控因子和下游的靶基因Prdm1共同促成Bach2的B細(xì)胞-漿細(xì)胞基因調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)(B-plasma cell Gene regulatory network,B-plasma cell GRN)[22];GRN各因子之間的相互作用和聯(lián)系決定成熟B細(xì)胞和漿細(xì)胞的特性以及抗原刺激下SHM和CSR的發(fā)生。其中Pax5通過激活許多B細(xì)胞基因如Bach2、Aicda等建立和維持B細(xì)胞的特性。而IRF4根據(jù)其表達(dá)蛋白水平的不同,分別在B細(xì)胞成熟和分化過程中起著兩個(gè)不相同的作用:當(dāng)IRF4處于低濃度時(shí),IRF4通過調(diào)控Aicda促進(jìn)CSR和SHM發(fā)生;當(dāng)IRF4處于高濃度時(shí),IRF4通過調(diào)控Prdm1促進(jìn)漿細(xì)胞分化。因此,Bach2及Pax5、IRF4等通過在GRN上的相互影響調(diào)節(jié)B細(xì)胞的發(fā)育、成熟與分化。
另外,在B細(xì)胞活化的后期,Bach2的表達(dá)受到PI3K-Akt-mTOR信號的調(diào)控。PI3K-Akt-mTOR通過磷酸化Bach2,激活其細(xì)胞質(zhì)定位信號(Cytoplasmic localization signal,CLS),最終介導(dǎo)Bach2從細(xì)胞核轉(zhuǎn)出到細(xì)胞質(zhì),抑制Bach2在細(xì)胞核的積累[23]。另外,氧化應(yīng)激反應(yīng)也可影響B(tài)ach2的表達(dá)。CLS在氧化應(yīng)激反應(yīng)中被抑制,并誘導(dǎo)Bach2的核積累[24]。所以Bach2可通過在細(xì)胞膜、細(xì)胞核表達(dá)的調(diào)控,在B細(xì)胞發(fā)育和分化中發(fā)揮作用。
Bach2對于肺泡巨噬細(xì)胞的功能十分重要。肺泡巨噬細(xì)胞能夠吸收和降解肺泡表面活性物質(zhì),當(dāng)肺泡巨噬細(xì)胞受損時(shí),過量的表面活性物質(zhì)將充滿肺泡腔,造成肺表面活性物質(zhì)蛋白沉積(Pulmonary surfactant proteinosis,PAP)并最終導(dǎo)致呼吸衰竭。Bach2敲除的小鼠在成長過程中出現(xiàn)PAP樣的失調(diào)[25],并最終在18周時(shí)開始逐漸因?yàn)楹粑щy而死亡。另外,Bach2缺陷的肺泡巨噬細(xì)胞與其趨化性、脂質(zhì)代謝、M2巨噬細(xì)胞活性等相關(guān)??梢夿ach2的表達(dá)對肺泡巨噬細(xì)胞的功能十分重要。
研究表明,多種疾病的發(fā)生與免疫細(xì)胞中Bach2的異常有關(guān)。Bach2最早被證實(shí)與多種血液系統(tǒng)疾病相關(guān),如慢性粒細(xì)胞白血病、彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤等。近年來研究認(rèn)為免疫相關(guān)性疾病患者特別是自身免疫性疾病患者可能存在Bach2表達(dá)異常。自身免疫性疾病是機(jī)體對自身抗原發(fā)生免疫反應(yīng)而導(dǎo)致自身組織損害所引起的疾病,其病因不明。Bach2表達(dá)異常不能正常調(diào)控B細(xì)胞的發(fā)育和分化,使B細(xì)胞向漿細(xì)胞異常分化,初始T細(xì)胞持續(xù)向效應(yīng)T細(xì)胞分化并釋放出IFN-γ、IL-6、IL-17等炎癥細(xì)胞因子。同時(shí)Bach2表達(dá)異??梢种芓reg生成與功能,使其不能很好地發(fā)揮免疫抑制的作用。綜上,Bach2表達(dá)異常最終可導(dǎo)致自身抗體大量產(chǎn)生并與自身抗原結(jié)合形成免疫復(fù)合物沉積,促進(jìn)自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展。已有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)Bach2敲除小鼠在成長過程中表現(xiàn)出血清抗核抗體和抗雙鏈DNA抗體水平升高的類似自身免疫性疾病的臨床指標(biāo)改變[5]。研究證實(shí)Bach2是多發(fā)性硬化癥的易感基因。Perga等[26]發(fā)現(xiàn)與健康人相比,多發(fā)性硬化患者外周血中,Bach2的表達(dá)降低。同時(shí),Hoppmann等[27]發(fā)現(xiàn)Bach2與多發(fā)性硬化中致腦炎CD4+T細(xì)胞的調(diào)節(jié)有關(guān);而在炎性腸病中,Bach2可通過影響抗體類別轉(zhuǎn)換參與到疾病發(fā)生發(fā)展[28]。近年來,多個(gè)全基因組關(guān)聯(lián)分析研究表明,Bach2的表達(dá)與多種免疫相關(guān)性疾病有關(guān),如Bach2上的SNP位點(diǎn)rs72928038被證實(shí)與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎有關(guān)[29],而另一個(gè)Bach2上的SNP位點(diǎn)rs1847472則被證實(shí)與克羅恩病相關(guān)[30]。相似的關(guān)于Bach2的全基因組關(guān)聯(lián)分析研究在哮喘、Ⅰ型糖尿病等免疫相關(guān)性疾病中均有報(bào)道[31,32]。
Bach2在體內(nèi)多種免疫細(xì)胞中的產(chǎn)生、發(fā)育及功能調(diào)控的過程中均發(fā)揮重要作用,參與調(diào)節(jié)固有免疫和適應(yīng)性免疫,維持機(jī)體免疫平衡。Bach2通過調(diào)節(jié)B細(xì)胞-漿細(xì)胞基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)B細(xì)胞對抗原產(chǎn)生動(dòng)態(tài)和多樣化的應(yīng)答,包括調(diào)控CSR、SHM和漿細(xì)胞分化等。同樣,Bach2參與T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的生成和功能調(diào)控過程,并發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。許多免疫相關(guān)性疾病特別是自身免疫性疾病如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、干燥綜合征等疾病的發(fā)病機(jī)制與T淋巴、B淋巴細(xì)胞等生成與功能紊亂及自身抗體的異常形成等密切相關(guān),全面且深入的了解Bach2在免疫系統(tǒng)中的功能,將有助于進(jìn)一步了解相關(guān)疾病發(fā)生機(jī)制與治療。
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[收稿2017-03-28 修回2017-05-25]
(編輯 倪 鵬)
①本文為國家自然科學(xué)基金(81601431)資助項(xiàng)目。
②南華大學(xué)附屬郴州醫(yī)院腎臟風(fēng)濕免疫科,郴州 423400。
R392
A
1000-484X(2017)10-1588-04
10.3969/j.issn.1000-484X.2017.10.032
謝先達(dá) (1989年-),男,碩士,主要從事自身免疫性疾病方面的研究,E-mail:xiandaxie@163.com。
及指導(dǎo)教師:張 烜(1969年-),男,博士,教授,主任醫(yī)師,博士生導(dǎo)師,主要從事自身免疫性疾病等方面研究,E-mail:zxpumch2003@sina.com。