單核/巨噬細胞發(fā)生受訓(xùn)后免疫的機制研究進展①

張 欣 錢心玉 楊曉瑩 潘 偉

(江蘇省免疫與代謝重點實驗室，徐州醫(yī)科大學病原生物學與免疫學教研室，徐州221004)

在機體內(nèi)，宿主主要通過免疫防御機制來抵抗病原體入侵，這將有利于多細胞生物體的生存。傳統(tǒng)的免疫應(yīng)答主要分為先天性和適應(yīng)性兩種。天然免疫細胞，如粒細胞(Granulocyte)、單核細胞(Monocytes，Mo)、巨噬細胞(Macrophages，Mφ)、自然殺傷細胞(Natural killer cells，NK)，能在感染后迅速被激活以有效地對抗多種病原體。一直以來，免疫學家都認為只有依賴T/B細胞的適應(yīng)性免疫應(yīng)答才具有記憶性，并提供長期乃至終生的針對再感染的保護作用。然而，越來越多的證據(jù)顯示固有免疫細胞也具有記憶性。在過去幾十年里，發(fā)現(xiàn)植物和無脊椎動物雖無適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，但卻顯示出了對于再次感染的記憶特征[1，2]。在植物中，編碼宿主防御分子基因的表觀遺傳變化將增強機體在再次暴露/感染時的免疫反應(yīng)，這一過程被稱為系統(tǒng)獲得性抗性(Systemic acquired resistance,SAR)[3]。但是，這種免疫反應(yīng)并不具有嚴格意義上的特異性，因為其還能引起機體對不相關(guān)抗原的免疫性，即表現(xiàn)為半特異性。研究發(fā)現(xiàn)，這種半特異性可能是由組蛋白修飾水平的表觀基因重編程介導(dǎo)的。組蛋白修飾水平的改變將對染色質(zhì)中天然免疫相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平起到調(diào)節(jié)作用，其中H3K9的乙?；鹬诵淖饔肹4，5]。在植物中，這些表觀遺傳變化可以通過種子傳遞給后代。在無脊椎動物中，增強的免疫記憶可對后代起保護作用，甚至可將這種先天免疫記憶應(yīng)用于新型疫苗設(shè)計[6,7,9]。

值得注意的是，近年來發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象在哺乳動物的固有免疫細胞中也同樣存在[9-11]。這一觀點的提出被認為是對傳統(tǒng)免疫學的一個新挑戰(zhàn)。Netea等[10]于2011年提出將這種由固有免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)的非特異的增強性免疫記憶稱為“受訓(xùn)后免疫”(或訓(xùn)練免疫)(Trained immunity，TI)，也稱為固有免疫記憶(或天然免疫記憶)(Innate immune memory)。TI存在兩種形式：一種是免疫訓(xùn)練(Training)，通過訓(xùn)練可增強宿主對再次感染的免疫應(yīng)答能力；另一種是免疫耐受(Tolerance)，當宿主持續(xù)性暴露于病原體時會抑制其針對相同或無關(guān)抗原的免疫應(yīng)答反應(yīng)。目前已證實Mo、Mφ、NK、DC等天然免疫細胞中均存在TI現(xiàn)象。最新研究表明，Mo/Mφ和DC在暴露于病原體及其產(chǎn)物后，可通過表觀遺傳修飾及代謝重編程增強再次刺激后的宿主防御性反應(yīng)[12-14]。來自人口流行病學及動物實驗的證據(jù)支持了TI現(xiàn)象的存在。調(diào)查顯示，卡介苗(Bacillus calmette guerin，BCG)對各年齡階段的人均具有非特異性保護作用；尤其對新生兒接種BCG能提高其在幼兒期對其他感染的抵抗能力，從而增強其生存率[15-18]。用BCG接種小鼠，不僅可預(yù)防結(jié)核分枝桿菌感染，也能降低李斯特菌、鼠傷寒沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌及曼氏血吸蟲的感染風險[19-22]。研究表明，這種非特異性保護是由固有免疫細胞介導(dǎo)的，并不依賴于T/B淋巴細胞[16]。

不僅如此，研究還發(fā)現(xiàn)，注射減毒白色念珠菌株的小鼠能夠抵抗致死性金黃色葡萄球菌的感染[22-24],這種保護作用在無胸腺小鼠中同樣存在，提示這是一種獨立于T細胞的免疫保護機制[24]。在感染病原體或接種疫苗之后，固有免疫細胞會發(fā)生某些變化，使得其在再次接觸相同或無關(guān)病原時數(shù)量迅速增多、反應(yīng)增強并伴有炎癥介質(zhì)釋放的增加，從而提高機體對于病原體的清除和抵抗能力[18,25-27]。事實上，這是一種非常復(fù)雜的過程，涉及表觀遺傳學及代謝重編程等機制[25,28-30]。這些發(fā)現(xiàn)將改變?nèi)藗儗λ拗鞣烙兔庖哂洃浀恼J識，并為新型疫苗研發(fā)等提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 受訓(xùn)后免疫的特點

半個多世紀以來，是否具有免疫記憶被認為是先天免疫和適應(yīng)性免疫的主要區(qū)別。但這一觀點在對植物、無脊椎動物和哺乳動物的深入研究中越來越受到挑戰(zhàn)。尤其是在過去的十年里，模式識別受體(Pattern recognition receptors，PRRs)和核酸傳感器的發(fā)現(xiàn)[31]，改變了人們對天然免疫沒有記憶性這一觀點的認識。TI這一新概念的提出，被認為是對經(jīng)典免疫學的一個重要補充。為了更清晰地認識TI，本文將其與適應(yīng)性免疫記憶進行了比較。

傳統(tǒng)觀點認為，固有免疫是與生俱來的，能夠在接觸病原體后立即做出反應(yīng)，但不具有特異性和記憶性；而適應(yīng)性免疫是后天獲得的，是淋巴細胞在抗原刺激下對抗原做出的特異性反應(yīng)，能夠產(chǎn)生免疫記憶性，在徹底消滅病原體以及防止再感染過程起著關(guān)鍵作用。雖同屬于免疫記憶，但與適應(yīng)性記憶相比，TI具有一定的個性特征。第一，適應(yīng)性記憶只存在于有功能性T、B細胞的脊髓動物中，而TI是植物、無脊椎和脊椎動物中存在的一種古老的宿主防御特性[1,9,32,33]。適應(yīng)性記憶具有高度的抗原特異性和記憶性，由V-D-J基因重組介導(dǎo)的BCR和TCR形成，可通過記憶T/B細胞的快速克隆性擴展來保護同一病原體的再次感染[34]。而大多數(shù)固有免疫細胞并不表現(xiàn)出這種特異性，TI的激活是病原相關(guān)分子模式(Pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)和損失相關(guān)分子模式(Damage-associated molecular patterns，DAMPs)通過作用于細胞表面的PRRs來作用的[34，35]。第二，參與的細胞不同。TI主要涉及固有免疫細胞如Mo/Mφ細胞、NK細胞等，而適應(yīng)性記憶的參與者則是T/B細胞。第三，適應(yīng)性記憶的產(chǎn)生機制與抗原特異性T/B淋巴細胞的基因重排和增殖有關(guān)。而受訓(xùn)細胞表現(xiàn)出的對再次刺激的增強性/減弱性反應(yīng)并不是抗原特異性的，其機制主要涉及表觀遺傳及代謝重編程[16,24，25]。第四，激活時間存在差別TI能夠在機體受感染后立即啟動，而適應(yīng)性免疫則要慢得多。第五，維持時間的區(qū)別，刺激物作用后的TI通常只能維持數(shù)周到數(shù)月，遠不及適應(yīng)性記憶長期乃至終生的免疫。

2 Mo/Mφ受訓(xùn)后免疫的發(fā)生機制

目前認為，Mo、Mφ、NK是產(chǎn)生TI的主要固有免疫細胞；而中性粒細胞因“更新率”較高，不太可能表現(xiàn)出經(jīng)過訓(xùn)練的免疫系統(tǒng)的記憶特征。鑒于NK在TI方面進行了較多綜述[36-40]，本文主要綜述Mo、Mφ發(fā)生TI的機制研究進展。

Mo和Mφ同屬于單個核吞噬細胞系統(tǒng)，它們具有抗感染、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等功能。Mo是骨髓前體和組織Mφ的中間體[41]，在循環(huán)系統(tǒng)中能維護血液的動態(tài)平衡并在感染期間產(chǎn)生炎癥反應(yīng)[42，43]。在感染期間，血液中的單核細胞將穿過血管向炎癥組織遷移并分化為Mφ，用于消滅病原體以恢復(fù)組織的完整性[44]。因此，Mo被認為是Mφ的前體細胞。在TI的機制研究中，研究者一般先用氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)或白色念球菌細胞壁成分β-葡聚糖(β-glucan)培訓(xùn)Mo細胞，誘導(dǎo)其分化為Mφ，再研究其針對脂多糖(Lipopolysachrides，LPS)等刺激時產(chǎn)生炎癥反應(yīng)能力[33,45]。

Mφ的記憶特點最早是在LPS誘導(dǎo)耐受實驗中發(fā)現(xiàn)的。這種耐受主要與表觀遺傳重編程有關(guān)，以H3K4me1等的組蛋白修飾變化為主[46]。此外，LPS的劑量也決定了受訓(xùn)的差別[47]。最新研究證實低濃度和高濃度LPS分別通過HIF-1α和Rap1通路作用于表觀遺傳來調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)[48]。白色念珠菌是人體內(nèi)的一種常見的真菌，研究發(fā)現(xiàn)菌體的細胞壁成分β-葡聚糖也可以誘導(dǎo)TI。Netea等證實這一受訓(xùn)過程與組蛋白修飾水平的表觀遺傳重編程有關(guān)[23,28,33,49，50]。除細菌和真菌外，病毒、寄生蟲等病原體也能誘導(dǎo)類似TI的保護作用[51-53]。疫苗主要以誘導(dǎo)適應(yīng)性記憶為主，后來發(fā)現(xiàn)其也能誘導(dǎo)TI，其機制也與微生物的誘導(dǎo)作用類似，均涉及組蛋白H3K4me3等的激活[54]。隨著研究的越發(fā)深入，Wendeln等[48]發(fā)現(xiàn)在人類疾病中也存在著TI，炎癥刺激可誘導(dǎo)腦內(nèi)小膠質(zhì)細胞發(fā)生較長時間的表觀遺傳重組，以調(diào)節(jié)中樞系統(tǒng)炎癥反應(yīng)。

綜上，受訓(xùn)后免疫與機體二次抗感染免疫密切相關(guān)，深入研究其作用機制將加深人們對于疾病和健康的認識。

2.1表觀遺傳學重編程 Mo、Mφ等天然免疫細胞雖不表達重組的抗原受體基因，但能表達PRRs和其他受體基因，這使得它們能接受PAMPs和DAMPs的刺激并與之反應(yīng)[34,35]。不同PRR家族成員被激活后，會觸發(fā)不同的信號通路，從而產(chǎn)生針對一種特定類型病原體的先天免疫反應(yīng)[55,56]。在此過程中，固有免疫細胞發(fā)生了表觀基因組程序性改變，即表觀遺傳重編程。比如，β-葡聚糖或BCG的受訓(xùn)過程可伴有細胞中編碼炎癥細胞因子基因的啟動子上的H3K4me3的變化以及其他染色質(zhì)標記(H3K4me1、H2K27ac和H3K9me2等)的廣泛改變[23,25]。這些變化將維持數(shù)周至數(shù)月，并決定細胞在再感染時的免疫反應(yīng)程度或類型[13,57]。

細胞表觀遺傳改變有多種方式，受訓(xùn)固有免疫細胞主要表現(xiàn)為組蛋白修飾和染色質(zhì)構(gòu)象水平的改變。這些改變能影響細胞因子的產(chǎn)生，從而對相關(guān)或無關(guān)感染起到保護作用。組蛋白修飾(histone modification)是指組蛋白在相關(guān)酶作用下發(fā)生甲基化、乙?；?、磷酸化和腺苷酸化等修飾的過程[58]。在受訓(xùn)免疫中，主要涉及組蛋白甲基化和乙?；母淖儭＜谆c染色質(zhì)凝聚有關(guān)，并能阻止轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合和基因沉默，而乙?；c基因轉(zhuǎn)錄激活有關(guān)。在受訓(xùn)過程中，細胞的表觀遺傳重組與組蛋白的甲基化程度主要取決于甲基化氨基酸殘基的位置和數(shù)量。而組蛋白的異常甲基化將通過特異性激活或抑制相應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄水平而產(chǎn)生不同的結(jié)果?，F(xiàn)已證明，受訓(xùn)后免疫中基因轉(zhuǎn)錄的激活取決于組蛋白3賴氨酸4(H3K4)、H3K36及H3H79的甲基化程度，而其抑制則是H3K9、H3K27和H4K20甲基化的結(jié)果[59,60]。除甲基化水平的改變以外，在細胞中也存在乙?；母淖?，但這兩種改變的維持時間卻存在差別。組蛋白的乙酰化標記(如H3K27ac)維持時間較短，在去除刺激物后便消失了，而甲基化標記則能維持較長時間，H3K4三甲基化(H3K4me3)和H3K4單甲基化(H3K4me1)分別能維持幾個小時甚至更長久的時間[46,58,61]。因此，H3K4me1在長時間受訓(xùn)免疫中發(fā)揮著更加重要的作用。深入研究發(fā)現(xiàn)，作為表現(xiàn)遺傳標記H3K4me1在增強子中活躍出現(xiàn)，進而維持長期的免疫記憶特征，使細胞在再次刺激時產(chǎn)生更快更強的反應(yīng)[46,62]。

大量證據(jù)表觀遺傳學重編程是TI發(fā)生機制之一。在白念珠菌/β-葡聚糖培訓(xùn)Mo研究中，全基因檢測發(fā)現(xiàn)了組蛋白中H3K27ac和H3K4me3的改變，這些改變促進了基因(轉(zhuǎn)錄)的表達[33]。其中，受訓(xùn)細胞內(nèi)H3K4me3水平的升高主要體現(xiàn)在與促炎細胞因子(如TNF-α、IL-6、IL-18等)和細胞內(nèi)信號分子表達相關(guān)的基因啟動子區(qū)域[33,63]。抑制組蛋白甲基化水平后，其受訓(xùn)過程也被抑制，表明組蛋白甲基化水平在誘導(dǎo)TI中發(fā)揮著重要作用[25]。在BCG的接種實驗中，發(fā)現(xiàn)H3K4me3持續(xù)富集(至少3個月)在編碼TNF-α、IL-6和TLR-4的基因啟動子區(qū)[64]。這種持續(xù)的富集現(xiàn)象增加了Mo的穩(wěn)定性，使其能保持較長時間的免疫記憶性，而細胞內(nèi)PRR-NOD2也參與了這一受訓(xùn)過程[18]。

免疫耐受過程也伴隨著組蛋白修飾水平的改變。在高劑量LPS誘導(dǎo)敗血癥的耐受實驗中，發(fā)現(xiàn)組蛋白H3K4me3、H3K27me2和組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物的變化[25,27,65]。這一改變將導(dǎo)致編碼炎癥因子基因的下調(diào)及抗炎因子基因的上調(diào)，其中以TNF-α的下降和亞硝酸氧化物的上升最為顯著[66,67]。這表明表觀遺傳的改變也是細胞耐受的核心機制。此外，超低劑量的LPS還會誘導(dǎo)受訓(xùn)反應(yīng)。超低劑量的LPS可增強細胞再刺激時的炎癥反應(yīng)，以增強小鼠對結(jié)核分枝桿菌的抵抗力[68,69]。在大量預(yù)處理實驗中也發(fā)現(xiàn)，低劑量LPS可對細菌、真菌及病毒等病原體所引起的感染起到保護作用，增強了動物體內(nèi)固有免疫細胞的吞噬和殺傷活性。同其他受訓(xùn)機制一樣，上述過程也是通過調(diào)節(jié)表觀遺傳修飾來增加炎癥因子基因的表達以達到增強免疫反應(yīng)來實現(xiàn)的[28]。

雖然免疫耐受和受訓(xùn)同屬于固有免疫記憶而且其發(fā)生機制都與表觀遺傳學密切相關(guān)，但兩者的發(fā)生過程仍存在著顯著的差異。在一項TI研究中發(fā)現(xiàn)，β-葡聚糖培訓(xùn)的Mo細胞中大約有500個基因啟動子同時獲得H3K27ac和H3K4m3，而LPS誘導(dǎo)的耐受則表達低水平的H3K27ac。由此可知，β-葡聚糖能誘導(dǎo)基因啟動子和增強子的全面表觀遺傳重組，而LPS誘導(dǎo)的耐受則只能表現(xiàn)出微小的表觀遺傳變化[25]。更有趣的是，最新研究表明，β-葡聚糖通過調(diào)控細胞表觀基因組，可以部分地逆轉(zhuǎn)LPS誘導(dǎo)的耐受，使其恢復(fù)對細胞因子的生產(chǎn)能力，這可能與H3K27ac的升高有關(guān)[70]。除β-葡聚糖、BCG和LPS這三種常見的受訓(xùn)免疫刺激物之外，其他微生物及其產(chǎn)物(如胞壁酰二肽、鞭毛素等)的受訓(xùn)過程也與組蛋白的修飾有關(guān)[56]。

2.2代謝重編程 除表觀遺傳學發(fā)生重編程以外，最新研究發(fā)現(xiàn)葡萄糖、氨基酸、脂肪酸、膽固醇生物合成等代謝途徑也是Mo/Mφ發(fā)生TI的重要機制。代謝途徑不僅可為免疫細胞提供能量，也為細胞更新及功能分化等提供基本原料。在靜息狀態(tài)下，Mo/Mφ通過氧化磷酸化來提供能量，但當受到炎癥刺激時，其代謝表現(xiàn)與活化的淋巴細胞或癌細胞相似，即從氧化磷酸化轉(zhuǎn)換到有氧糖酵解(Warburg效應(yīng))并產(chǎn)生大量的乳酸[71,72]。這將為細胞提供合成核苷酸、氨基酸和脂質(zhì)的必需前體，并被認為是Mo/Mφ發(fā)生TI的先決條件之一[73]。

代謝重編程是決定固有免疫細胞特定功能表型分化的重要因素。以Mφ為典型代表，Mφ分為M1型和M2型，研究發(fā)現(xiàn)二者采用不同的代謝途徑提供能量，特定的能量代謝形式與特定的功能相適應(yīng)。M1與炎癥反應(yīng)有關(guān)，其主要以糖酵解反應(yīng)為主并存在檸檬酸和琥珀酸后三羧酸循環(huán)(Tricarboxylic acid cycle，TAC)的中斷和氧化磷酸化的功能損傷。首先，糖酵解反應(yīng)能在短時間內(nèi)快速產(chǎn)生ATP以滿足細胞的需要；其次，研究證實糖酵解可為M1細胞供能使其產(chǎn)生更多的促炎因子以快速殺滅微生物，并適應(yīng)于組織的缺氧微環(huán)境[44,74,75]。這與腫瘤的代謝形式類似，腫瘤細胞可通過HIF-1α途徑上調(diào)糖酵解基因的表達以適應(yīng)低氧的腫瘤微環(huán)境[76,77]。另外，在M1細胞中還發(fā)現(xiàn)磷酸戊糖途徑(Pentose phosphate pathway，PPP)的激活，這一過程也對炎癥反應(yīng)起支持作用[64]。M2與組織重塑和修復(fù)有關(guān)，其主要以氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation，OXPHOS)為主并有完整的TCA循環(huán)途徑。OXPHOS能持續(xù)提供組織重塑和修復(fù)所需的大量能量，維護其功能[44,76,78]。因此，細胞內(nèi)的這一代謝變化將為炎癥Mφ的快速增殖提供基礎(chǔ)。同理，應(yīng)激情況下天然免疫細胞總是表現(xiàn)出糖酵解的代謝特點，這將有利于其炎癥狀態(tài)的維持[79]。

雖然人們早已認識到細胞能通過對葡萄糖和氧氣的調(diào)節(jié)來滿足活化Mφ的代謝需要，但代謝對TI的誘導(dǎo)及調(diào)控直到最近才發(fā)現(xiàn)[64]。目前研究發(fā)現(xiàn)，糖酵解、TCA循環(huán)、膽固醇合成、谷氨酰胺分解等代謝途徑，是受訓(xùn)Mφ維持長期性功能的關(guān)鍵因素。

(1)糖酵解：當炎癥刺激時，Mφ表現(xiàn)出向有氧糖酵解途徑的代謝轉(zhuǎn)變(丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸并快速產(chǎn)生能量，類似于無氧糖酵解)[80]。同樣，Netea 等人發(fā)現(xiàn)，β-葡聚糖培訓(xùn)的人受訓(xùn)Mo的代謝特征為：葡萄糖消耗、乳酸生成、糖酵解途徑和丙酮酸轉(zhuǎn)化率的升高以及基礎(chǔ)呼吸頻率和OXPHOS的降低[23]。在葡萄糖代謝中，發(fā)現(xiàn)糖酵解及mTOR通路相關(guān)基因以及轉(zhuǎn)錄因子HIF-1α基因的上調(diào)[23]。由此推測，由Akt-mTOR-HIF-1α(蛋白激酶B-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白-缺氧誘導(dǎo)因子1α)介導(dǎo)的由氧化磷酸化向有氧糖酵解的代謝轉(zhuǎn)化是TI的代謝基礎(chǔ)[25,81，82]。研究表明，β-葡聚糖可通過作用于Mo細胞表面的DC相關(guān)性C-型凝集素-1(Dentritic cell associated C type lectin-1，dectin-1) 受體來激活A(yù)KT-PI3K 信號通路，進而活化mTOR/HIF-1α，而缺乏Dectin-1的或用AKT、mTOR或HIF-1抑制劑處理的Mo中則不能誘導(dǎo)TI發(fā)生[83]。BCG也能誘導(dǎo)TI發(fā)生，其機制涉及Mo中的糖酵解限速酶(如己糖激酶2和磷酸果糖激酶)的遺傳變異和AKT/mTOR/HIF-1α通路的改變[84]。故認為Mo發(fā)生免疫受訓(xùn)是通過Akt/mTOR/HIF-1α途徑將細胞代謝由氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒鈦韺崿F(xiàn)的。

除增強的TI外，減弱的TI形式—免疫耐受，也伴有糖酵解過程的改變。研究發(fā)現(xiàn)，LPS作用于Mo后，急性期的受訓(xùn)過程表現(xiàn)為炎癥反應(yīng)，以糖酵解代謝為主[76]，而后期的耐受過程則表現(xiàn)為抗炎反應(yīng)，以氧化磷酸化為主。其中，組蛋白去乙?；讣易蹇蓞f(xié)調(diào)細胞從葡萄糖到脂肪酸氧化的代謝轉(zhuǎn)換[39]，在耐受發(fā)生過程中發(fā)揮著重要作用。依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide，NAD)的sirtuin蛋白是組蛋白去乙?；讣易宓囊粋€成員，其能重塑細胞的能量代謝。在高濃度LPS對Mo的耐受刺激中，糖酵解過程可提高NAD/NADH，而NAD/NADH的增加可激活NAD-依賴性去乙酰化酶sirtuin-1和6，使得Mφ從高糖酵解的促炎狀態(tài)轉(zhuǎn)化為氧化磷酸化和脂肪酸氧化的抗炎狀態(tài)[23,39]。而在β-葡聚糖培養(yǎng)的Mo中，sirtuin蛋白的表達則呈抑制狀態(tài)[23]。深入研究發(fā)現(xiàn)，sirtuin-1可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的亞單位RELA來阻斷炎癥刺激反應(yīng)，而sirtuin-6則可改變轉(zhuǎn)錄因子HIF-1α的水平來增加對糖酵解的干擾[40]。

(2)TCA循環(huán)：研究發(fā)現(xiàn)，在TI發(fā)生過程中，雖然TCA循環(huán)過程部分中斷，但累積的一些中間產(chǎn)物(比如檸檬酸、琥珀酸、α-酮戊二酸等)也可能參與調(diào)控TI發(fā)生。

檸檬酸主要由丙酮酸轉(zhuǎn)化而來，還能由谷氨酰胺等代謝物衍生成的α-酮戊二酸轉(zhuǎn)化而來[85，86]。檸檬酸是脂肪酸合成的一種原材料，能夠抑制糖酵解和TCA循環(huán)，并誘導(dǎo)糖異生及膽固醇的合成[85,87]。另外，胞漿中的檸檬酸還可轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A(Acetyl coenzyme A,AcCoA)，作為乙?；d體可促進組蛋白的大量乙?；?比如H3K27ac)，與受訓(xùn)固有免疫細胞的表觀遺傳密切相關(guān)[88，89]。

琥珀酸(succinate)、延胡索酸/富馬酸(fumarate)和α-酮戊二酸(α-ketoglutaric acid，α-KG)在受訓(xùn)Mo/Mφ中的含量也明顯增加[90]。一方面，大量的琥珀酸和富馬酸可抑制脯氨酸羥化酶(Prolyl hydroxylase,PHD)對HIF-1α的降解，從而維持HIF-1α的穩(wěn)定性。HIF-1α能誘導(dǎo)乳酸的生成、降低TCA循環(huán)過程并促進IL-1的表達[50,52]。因此，琥珀酸和富馬酸可通過HIF-1α間接調(diào)節(jié)乳酸的生成、糖酵解過程和細胞因子的生成。另一方面，琥珀酸和富馬酸可作為組蛋白和DNA脫甲基酶的拮抗劑，促進組蛋白和DNA的甲基化。賴氨酸脫乙基酶JMJ家族(Jumonji)和甲基胞嘧啶羥化酶Tet家族(ten-eleven translocation)是調(diào)控表觀遺傳修飾的兩個重要酶家族[14,25]。α-KG作為這些酶的輔助因子可發(fā)揮激活作用，而琥珀酸鹽和富馬酸作為拮抗因子則可抑制其激活。因此，琥珀酸鹽和富馬酸在受訓(xùn)過程中發(fā)揮著重要作用。

(3)谷氨酰胺分解：谷氨酰胺(Glutamine,Gln)是人體含量最豐富的循環(huán)性氨基酸，谷氨酰胺經(jīng)過代謝可以轉(zhuǎn)化為谷氨酸、α-KG和琥珀酸等產(chǎn)物。正常細胞很少用谷氨酰胺進行代謝，但腫瘤卻可以將谷氨酰胺代謝而成的中間產(chǎn)物通過回補反應(yīng) (anapleurotic reactions)回補進入TCA循環(huán)。研究發(fā)現(xiàn)，盡管β-葡聚糖和BCG訓(xùn)練的Mφ中糖酵解過程增強[23,84,88]，但TCA中的中間產(chǎn)物(如檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸、富馬酸和2-羥基戊二酸)濃度仍比天然Mφ要高[84]。而且，在該研究中還發(fā)現(xiàn)Gln代謝的增加，而用抑制劑BPTES對谷氨酰胺酶進行抑制則阻斷了免疫受訓(xùn)過程[84]。隨后證實，Gln的分解產(chǎn)物谷氨酸和α-KG以及由γ-氨基丁酸(Gamma-aminobu-tyric acid,GABA)途徑生成的琥珀酸都能對TCA循環(huán)中的中間產(chǎn)物進行補充[83,88,91]，從而促進TI的發(fā)生。

不僅如此，Gln分解產(chǎn)物本身也能通過一些途徑調(diào)控TI。第一，谷氨酸產(chǎn)生的AcCoA是組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶的底物，后者可促進Mo中組蛋白中H3K27的乙?；?H3K27Ac)[25,92]。因此，Gln分解可通過此途徑間接影響組蛋白的乙酰化水平，進而調(diào)控TI發(fā)生。第二，在膠質(zhì)母細胞瘤中，Gln促進了Mo中膽固醇和脂肪酸的合成途徑[25]。谷氨酰胺通過α-KG或琥珀酸酯進入TCA循環(huán)，進而促進檸檬酸鹽的生成[38]，檸檬酸鹽可進入胞漿轉(zhuǎn)化為AcCoA，AcCoA則可作為膽固醇和脂肪酸合成的直接原料，誘導(dǎo)TI發(fā)生。第三，谷氨酰胺對TCA循環(huán)的補充可生成大量的蘋果酸，蘋果酸可轉(zhuǎn)運至胞漿中用于生成丙酮酸。丙酮酸的大量合成以及mTOR-HIF-1α途徑的激活將進一步促進有氧糖酵解過程，產(chǎn)生大量的乳酸促進TI過程[93,94]。綜上，Gln分解在調(diào)控TI發(fā)生中發(fā)揮著重要作用。

(4)膽固醇合成途徑:在用β-葡聚糖誘導(dǎo)Mo/Mφ發(fā)生TI過程中，發(fā)現(xiàn)一半以上的細胞都表現(xiàn)出膽固醇合成相關(guān)通路基因的上調(diào)[88]。而抑制膽固醇代謝途徑后，由細胞因子、β-葡聚糖或oxLDL培訓(xùn)的Mo的表觀遺傳重編程也被抑制[95]。這些證據(jù)提示膽固醇代謝通路是TI發(fā)生的重要途徑之一。甲羥戊酸(Mevalonate，MVA)是膽固醇合成過程中的一個重要中間產(chǎn)物，其在TI的發(fā)生過程中也出現(xiàn)了明顯的上調(diào)。其中，糖酵解的增強促進了MVA的代謝過程[96]。TCA的中斷，使得大量的丙酮酸被轉(zhuǎn)換為AcCoA。AcCoA可直接合成脂肪酸或通過MVA途徑合成膽固醇[39,96-99]。此外，MVA還能通過作用細胞膜表面的胰島素樣生長因子1受體(Insulin-like growth factors-1-receptor，IGF-1-R)激活mTOR通路參與誘導(dǎo)訓(xùn)練免疫[95]。這是一種正反饋反應(yīng)，能夠不斷增強受訓(xùn)細胞的糖代謝和膽固醇合成途徑[95]。

(5)天冬氨酸代謝:將β-葡聚糖受訓(xùn)細胞和對照細胞進行比較，發(fā)現(xiàn)除上述代謝途徑發(fā)生明顯變化外，還存在天冬氨酸(Aspartate，ASP)的大量消耗[84]。生理狀態(tài)下，ASP參與了尿素循環(huán)、糖異生和蘋果酸-天冬氨酸穿梭等過程，且是多種氨基酸的合成前體。結(jié)合以下線索，推測ASP可能也會參與TI發(fā)生。首先，ASP可通過蘋果酸-天冬氨酸穿梭轉(zhuǎn)運蛋白途徑，使線粒體中的NADH轉(zhuǎn)換為胞質(zhì)中NADPH，進而促進膽固醇的合成，而后者已明確參與TI發(fā)生過程[88,95]；其次，ASP是嘌呤產(chǎn)生的燃料，在β-葡聚糖培訓(xùn)的Mo體系中，其也可能通過PPP進行上調(diào)[13]。再次，ASP可以轉(zhuǎn)化為草酰乙酸，并通過TCA循環(huán)生成檸檬酸以提供能源[85]，而后者也是重要的TI誘發(fā)因素[88，89]。最后，ASP還能產(chǎn)生必需氨基酸，作為DNA和組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的基礎(chǔ)輔助因子[14,100]，可能參與維持受訓(xùn)固有免疫細胞的長期性功能。但究竟ASP是通過何種機制來介導(dǎo)TI尚需進一步研究。

2.3代謝重編程與表觀遺傳重編程之間的對話 由上可知，代謝重編程和表觀遺傳重編程是TI發(fā)生的核心機制。但二者并不是獨立發(fā)揮作用，而是緊密結(jié)合、協(xié)調(diào)、有序地調(diào)控該過程，因為組蛋白修飾酶需要代謝產(chǎn)物作為底物或輔酶。研究發(fā)現(xiàn)，DNA/組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶需要S-腺苷甲硫氨酸(S-Menosylmethionine,SAM)維持其正常功能[101]；脫乙基酶JMJ家族和Tet家族蛋白則依賴于α-KG[102]；AcCoA則為組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶提供乙?；孜颷103]；β-羥基丁酸可通過抑制組蛋白去乙?；?Histone deacetylases，HDACs)的活性，誘導(dǎo)組蛋白乙酰化的富集，并維持長期的表觀狀態(tài)[104]。琥珀酸能夠抑制組蛋白的脫甲基化，抑制琥珀酸脫氫酶(SDH)則能對組蛋白起調(diào)節(jié)作用[105]。JmjC和JmjD家族的組蛋白賴氨酸去甲基化酶(histone lysine specifie demethylases 1,LSD1)需要α-KG作為去甲基化過程的輔助性因子[68]，而琥珀酸和富馬酸則抑制其脫甲基過程[106]。高濃度的富馬酸和琥珀酸可分別通過抑制KDM5組蛋白去甲基酶(負責H3K4去甲基化)和JMJD3組蛋白去甲基化酶來增強組蛋白H3K4和H3K27的3甲基化，進而促進特定基因的表達[14,18,30,88,107]。另外，富馬酸鹽還可誘導(dǎo)受訓(xùn)細胞發(fā)生H3K27ac的水平變化[87,97]。這些證據(jù)均有力地將代謝轉(zhuǎn)變與長期的表觀遺傳學變化聯(lián)系了起來，二者共同誘導(dǎo)和維持了TI的發(fā)生。

3 展望

TI是對免疫記憶的一個重要補充，其與適應(yīng)性記憶一樣都是宿主防御的一個基本特征。TI這一概念的提出將加深人們對于健康和疾病的理解。研究認為，TI對于機體抵抗病原感染是有益的，但也可能存在著潛在威脅。一方面，受訓(xùn)免疫能有助于宿主免受病原體再次感染，并能促進新生兒天然免疫系統(tǒng)的成熟[29,108]；疫苗誘導(dǎo)增強的TI也能降低目標病外的疾病死亡率[17，109]。另一方面，在某些情況下，受訓(xùn)后所產(chǎn)生的一系列炎癥反應(yīng)也可能會促進諸如肥胖、糖尿病、腫瘤、自身免疫性疾病等的發(fā)生發(fā)展[11,110-112]。例如，在動脈粥樣硬化中，oxLDL可通過組蛋白的表觀遺傳重編程使Mo維持一種持久的促炎狀態(tài)，加重病情[14,110,113]。所有上述疾病都表現(xiàn)出持續(xù)性的炎癥因子損傷，且目前尚無理想的治療方案。

TI的發(fā)現(xiàn)或許能為一些疾病的治療提供新的方向。已有研究發(fā)現(xiàn)，低劑量LPS受訓(xùn)的Mo可降低小鼠大腸桿菌所致腹膜炎的死亡率，BCG受訓(xùn)的Mo也可通過TI對膀胱癌起到免疫治療作用[114,115]。再如，β-葡聚糖能通過逆轉(zhuǎn)免疫耐受中相關(guān)表觀遺傳組蛋白的修飾變化來恢復(fù)內(nèi)毒素血癥中的細胞因子水平[33]，這也為β-葡聚糖對敗血癥的治療提供了新依據(jù)。此外，TI也為新型疫苗設(shè)計提供新思路[116]。在未來，新的疫苗制劑設(shè)計應(yīng)充分考慮固有免疫和適應(yīng)性免疫的特點，不僅可以清除特定病原體，也能降低機體對無關(guān)病原體的感染、過敏以及特應(yīng)癥的發(fā)病風險[117]。

作為新興研究領(lǐng)域，TI的研究尚存在諸多未解之謎。比如，TI的保護作用能持續(xù)多長時間？能否通過人為的干預(yù)增加其作用時間？這種固有免疫記憶的表觀遺傳是否能夠發(fā)生在生殖細胞系中并隨其遺傳給后代？當前，關(guān)于TI的研究多數(shù)是在細胞水平，而探究TI在人類重大疾病中的作用也正成為熱點。TI其實是一把雙刃劍，一方面，受訓(xùn)的免疫細胞有助于保護宿主免受感染，有利于宿主的生存和先天免疫系統(tǒng)的成熟。另一方面，TI的存在也可能使得機體免疫系統(tǒng)對外源性或內(nèi)源性刺激的炎癥反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。如何維持這兩者的動態(tài)平衡并進行成果轉(zhuǎn)化也將是未來研究的重點。綜上，TI現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)將為解析人類重大疾病病機、新型疫苗設(shè)計、新型治療策略等提供新的視野。