SIGIRR在機體炎癥與免疫反應中負性調控作用的研究進展①

宋燕萍 周小江 謝 勇（南昌大學第一附屬醫(yī)院，南昌 330006）

白介素-1 受體（interleukin-1 receptor，ILRs）和Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLRs）介導了機體細胞的炎癥與免疫反應，其應答異常導致的下游信號通路失衡是引發(fā)眾多炎癥或免疫反應相關疾病發(fā)生、發(fā)展的重要機制。ILRs和TLRs均隸屬于TIR 超家族（Toll/IL-1R，TIR）。該超家族成員在炎癥或免疫反應相關疾病中的正性促進作用已被廣泛認知，但其平衡調控研究卻鮮見報道。單免疫球蛋白白介素-1受體相關蛋白（single Ig IL-1-related receptor，SIGIRR）是TIR 超家族的另一成員，在機體大部分組織和器官上廣泛表達。由于結構不同于其他TIR超家族成員，SIGIRR 的特殊性在于其在炎癥與免疫反應中發(fā)揮負性調控作用，維持著TIR 超家族所介導下游信號通路平衡。近年來，SIGIRR 的負性調控作用在炎癥免疫相關性疾病的研究中取得了諸多進展，展現(xiàn)出了重要的臨床應用價值。

1 SIGIRR的結構、功能與表達

人類SIGIRR 基因定位于染色體11p15.5，由10 個外顯子組成，約11 700 bp。SIGIRR 蛋白含有410 個氨基酸，肽鏈序列由單個細胞外的Ig 結構域、1 個跨膜結構域、1 個細胞質TIR 結構域和1 個含95 個殘基的長尾組成。其中，TIR 結構域在經典的TIR 家族成員中高度保守。然而，相比經典的TIR家族成員，SIGIRR 的TIR 域卻缺少了2 個保守的氨基酸殘基（447位的絲氨酸和536位的酪氨酸），并在肽鏈222 位和305 位多了半胱氨酸和亮氨酸［1］。正是由于該TIR 域的結構變化，導致SIGIRR 雖可參與炎癥反應，但缺乏激活炎癥免疫反應信號的能力。此外，SIGIRR 的胞外Ig 結構域存在廣泛的N-和O-糖基化。缺乏糖基化的SIGIRR 將不能定位于細胞膜，只能滯留在胞質中，以至其無法參與IL-1R 或TLRs介導的炎癥反應［2-3］。也有研究發(fā)現(xiàn)，在人結腸腫瘤中還存在一種經選擇性剪接而產生的SIGIRR亞型，該亞型同樣無法定位細胞膜或參與炎癥反應［3］。以上研究表明，在炎癥和免疫反應中SIGIRR具有結構特殊性，此外轉錄后修飾和翻譯后修飾均對SIGIRR的功能活性具有重要影響。

SIGIRR 廣泛表達于多種臟器的上皮組織中，如：肺臟、肝臟、甲狀旁腺、胃腸道、腎臟等［1］。其中，以胃腸道和腎臟的上皮細胞中含量最為豐富［4-5］。此外，SIGIRR 在中性粒細胞、淋巴細胞、單核細胞、樹突狀細胞（dendritic cell，DCs）等炎癥免疫細胞中也均有廣泛表達［6-8］。在炎癥情況下，如：炎癥性腸病、壞死性腸炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus，SLE）、慢性阻塞性肺疾病、肺損傷、結腸癌等，SIGIRR 的表達通常下調［9-13］。在血小板中，也可檢測到SIGIRR 的mRNA 和蛋白表達。無論是從膿毒癥患者體內提取的血小板還是在體外經LPS刺激后的血小板，其SIGIRR的表達均為下調［14］。因此，在炎癥反應中，SIGIRR 的表達呈下降趨勢，而不同于其他家族成員表現(xiàn)出的上調表達。炎癥狀態(tài)下，SIGIRR 表達水平的降低可能與p38 活化增加和泛素化酶USP13 表達降低有關。研究發(fā)現(xiàn)，正常情況下鋅指蛋白SP1 通常與SIGIRR 基因的近端啟動子結合，并在上皮細胞、中性粒細胞和人原代單核細胞中誘導SIGIRR 基因轉錄。而在炎癥刺激時，TLR4 下游分子p38 的激活可抑制SP1 與SIGIRR 啟動子的結合，從而減少SIGIRR 的產生［15-16］。另一方面，SIGIRR 蛋白可通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)介導的位點特異性泛素化降解導致表達水平下降。如在受到LPS刺激時，泛素化酶USP13表達下調，SIGIRR泛素化水平增加導致SIGIRR 的穩(wěn)定性降低［17］。由此可見，SIGIRR 的結構和表達調控均不同于具有炎癥正促進作用的其他TIR 家族成員，提示SIGIRR 是炎癥反應中的一種負調控因子。

2 SIGIRR的負性調控作用機制

在SIGIRR 對炎癥反應的負性調控作用中，IL-37 扮演關鍵角色。當細胞受到炎癥刺激時會產生IL-37，并分泌至細胞外與IL-18Rα 結合，所形成的復合體再與SIGIRR的細胞外Ig結構域相互作用，從而激活SIGIRR［18］?；罨腟IGIRR 可負性調控IL-1R1、IL-1R5/IL-18Rα、TLR1/2、TLR3、TLR4、TLR7、TLR9等，抑制含TIR域的TLRs及IL-1R誘導的NF-κB和JNK 的激活［14，19-23］。然而，對于不具備TIR 域結構的其他受體（如TNF 受體）介導的NF-κB 的激活，SIGIRR 并不能發(fā)揮其負性調控作用。目前，普遍認為SIGIRR 能夠負性調控含TIR 域的TLRs 和IL-1Rs家族成員的分子機制主要是通過干擾TIR 域信號體的形成。具體表現(xiàn)在以下兩方面：一方面，SIGIRR通過其BB-loop 區(qū)域（在含TIR 的分子中高度保守）以配體依賴的方式短暫結合IL-1R、TLR4 或TLR7，另一方面，SIGIRR 與MyD88 相互作用，使MyD88 結合位點的正常結構和電環(huán)境被完全破壞，阻斷了MyD88 同型二聚體的形成，從而減少下游信號分子（IRAK 和TRAF6）的激活［24-26］。此外，SIGIRR 抑制IL-1R信號還需要其胞外Ig結構域的參與，胞外單個Ig域能干擾IL-1R和IL-1受體協(xié)同蛋白（IL-1RAcP）的二聚化。研究表明，二聚化形成的異源二聚體是IL-1R信號傳導的必要因素［27-28］。

3 SIGIRR的負性調控作用機制在炎癥免疫相關性疾病中的研究

3.1 感染性疾病 在不同感染條件下，SIGIRR 表達的異常與機體組織炎癥損傷的程度有關。在結核分枝桿菌感染中，SIGIRR 基因缺陷小鼠表現(xiàn)出過度的炎癥反應，其特征是巨噬細胞和中性粒細胞肺浸潤增強、全身炎癥細胞因子水平升高，且死亡率也明顯升高。進一步探究其原因發(fā)現(xiàn)并非是結核桿菌的過量繁殖，而是SIGIRR缺乏導致其對IL-1和TNF-α 抑制效應的解除。若阻斷IL-1 和TNF-α，SIGIRR 缺陷小鼠的生存期則得到顯著延長［29］。同樣，在由銅綠假單胞菌引起的急性肺部感染中，低表達的SIGIRR 解除了對IL-1 信號的抑制是導致機體對細菌易感性增加、促炎細胞因子過度釋放以及死亡率增加的真正原因［30］。在白色念珠菌或煙曲霉菌肺感染模型中，由于IL-1信號的激活和Th17細胞反應增強，SIGIRR 基因缺陷小鼠的肺部真菌定植量、黏膜易感性和黏膜炎癥擴散均增加，死亡風險也相應增加［31］。在大腸桿菌LPS誘導的尿路感染模型中，SIGIRR 基因沉默導致膀胱上皮細胞中NF-κB和MAPK 的激活及IL-6 和IL-8 表達顯著增加。并且，當再次進行LPS 處理時，SIGIRR 缺陷的細胞對炎癥反應的耐受能力明顯下降［32］。在SIGIRR 缺陷小鼠中，β-淀粉樣肽（Abeta，一種TLR2激動劑）誘導的突觸和認知功能障礙更為嚴重，而上調SIGIRR表達可緩解Abeta 介導的海馬突觸活動長時程增強（LTP）損傷［33］。在銅綠假單胞菌引起的角膜炎模型中，SIGIRR 被證明可以調節(jié)Th1 細胞中的IL-1R1 和TLR4信號，并防止組織炎癥損傷［34］。這些研究說明SIGIRR 通過對IL-1R 和TLRs 介導的炎癥信號通路的精細調控，使機體抗菌和抑炎反應處于微妙的平衡中，對防止炎癥反應過度激活，減輕炎癥癥狀、限制炎癥范圍及延長小鼠生存時間具有重要作用。

此外，腸上皮細胞（intestinal epithelial cell，IEC）中表達豐富的SIGIRR，這是IEC 對大多數細菌產物的耐受能力較強的重要原因之一。IEC 的這種先天低反應性可防止其對腸道共生菌產生不適當的炎癥反應。很早以前人們就已經認識到了腸道共生菌對機體消化、生長和防御的重要作用，研究表明SIGIRR 的表達失調可影響腸道微生態(tài)的穩(wěn)定。例如，在檸檬酸桿菌感染的小鼠模型中，SIGIRR 缺乏會導致腸道內IEC的增殖加速以及強烈的促炎和抗菌反應，然而這種夸張的抗菌反應將導致受感染的腸道迅速而顯著地喪失共生微生物，從而削弱正常微生物群與入侵病原體爭奪空間和營養(yǎng)物質的能力［35］。因此，SIGIRR 是機體實現(xiàn)抵抗致病菌感染的，同時也能為共生菌的生存提供一定包容空間的重要分子。

3.2 自身免疫疾病與過敏反應 ILRs 和TLRs 參與了自身免疫性疾病和過敏性炎癥的發(fā)病機制。IL-1 被認為是Th17 分化和活化的關鍵因子，介導了包括自身免疫性腦脊髓炎、類風濕關節(jié)炎、SLE等在內的多種免疫性疾病的發(fā)展［36］。在此背景下SIGIRR被證實可抑制自身免疫性疾病的發(fā)生和發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)SIGIRR 可控制IL-1 依賴性Th17 的分化、擴增和效應功能，并可直接抑制T 細胞中多種IL-1 依賴的信號通路發(fā)揮作用，尤其是Th17 增殖相關的mTOR 通路。例如，在SIGIRR 基因敲除小鼠中，神經元細胞和T 細胞中的mTOR 信號通路過度激活，Th17 極化增強，同時甲基CpG 結合蛋白2（MeCP2）表達增加，突觸可塑性及可塑相關基因表達上調，神經元樹突棘形態(tài)破壞增加，導致實驗性自身免疫性腦脊髓炎更容易發(fā)生［22，37］。在小鼠關節(jié)炎模型中，SIGIRR 缺陷的小鼠將會出現(xiàn)更嚴重的關節(jié)炎癥狀，這與受損關節(jié)中細胞浸潤增加有關［38］。銀屑病關節(jié)炎患者外周血中SIGIRR 的表達較健康獻血者少［39］。SIGIRR 缺陷小鼠也更易患銀屑病，且疾病嚴重程度與浸潤和活化的γδT 細胞過量表達IL-17A密切相關［40］。在SLE 患者中，處于疾病活動期的SLE 患者體內的SIGIRR 水平降低，Th17 與SIGIRR+CD4+T 細胞的比值升高，并明顯高于健康對照組或非活動期SLE患者［41-42］。此外，有研究調查了SIGIRR的基因多態(tài)性與SLE的關系。歐洲人群中廣泛存在的SIGIRR 等位基因單核苷酸錯義突變（rs3210908）被證實與與SLE 沒有相關性，但中國人群單核苷酸位點rs7396562 多態(tài)性與SLE 易感性有關［43-44］。綜上所述，缺乏SIGIRR不僅會增加自身免疫性疾病的發(fā)生風險，且缺乏程度與疾病嚴重程度呈正相關。

SIGIRR 在過敏性炎癥中的作用尚存爭議。在IL-33 依賴的氣道過敏性炎癥中，缺乏SIGIRR 的小鼠表現(xiàn)為肺炎癥、脾腫大，同時伴有血清IL-5和IL-13水平升高和Th2細胞因子的產生增加［28］。但一項針對日本人群哮喘的遺傳學研究認為SIGIRR 的等位基因或單倍型均與哮喘易感性或哮喘相關表型無關［45］。

3.3 無菌性炎癥 無菌性炎癥也可被定義為壞死組織的炎癥反應［46］。壞死組織能夠通過釋放所謂的內源性“危險信號”來促進炎癥反應，這種信號可促進巨噬細胞、DCs 和其他先天免疫系統(tǒng)的哨兵細胞的激活［46-47］。這些“危險信號”也被稱為損傷相關分子模式（DAMPs）。典型的DAPMs 包括IL-1 細胞因子家族成員，如IL-1α、IL-1β、IL-18、IL-33、IL-36α、IL-36β 和IL-36γ 等［48］。因此DAPMs 可被IL-1R 和TLRs 識別并結合，從而激活其下游信號分子，觸發(fā)無菌性炎癥反應［49-50］。SIGIRR 作為IL-1R-TLR 信號負性調控因子，能抑制DAPMs誘導的免疫細胞的激活及炎癥因子的產生，避免因缺血再灌注而觸發(fā)的組織損傷，并對誘導移植器官的免疫耐受發(fā)揮積極作用。例如，在急性腎衰竭小鼠模型中，SIGIRR 缺乏和腎損傷加重有關，主要表現(xiàn)為腎髓質細胞大量激活、腎內細胞因子和趨化因子的產生增加以及白細胞募集增加［51］。而在移植術前，通過基因修飾使小鼠表達高水平的SIGIRR，移植術后小鼠DCs 的活化和成熟及T 細胞亞群的分化受到影響，主要組織相容性復合物（MHC）產生減少，移植物的生物學功能得到保護并且小鼠生存期延長［52］。此外，在完全不匹配的同種異體腎移植小鼠模型中，SIGIRR 缺乏的移植物與對照移植物相比耐受性較差，主要是由于缺乏SIGIRR 的移植物中DCs 前體細胞的擴增和成熟增加，進而在TLR4 配體和TNF-α 的刺激下釋放大量的IL-6，表現(xiàn)出更強的IL-1R 和TLRs 驅動的移植后同種異體適應性免疫反應［53］。

3.4 腫瘤 腫瘤和炎癥之間存在密切聯(lián)系。在某些類型的腫瘤中，炎癥在組織惡變發(fā)生之前就已經存在。然而在其他一些類型的腫瘤中，組織惡變后會誘發(fā)炎性微環(huán)境，從而促進腫瘤的發(fā)展［54］。腫瘤和炎癥之間的關聯(lián)主要由兩方面因素介導，一方面是內源性惡性腫瘤遺傳易感基因的激活和轉錄，另一方面是外源性炎癥或感染性條件增加了某些解剖部位（例如結腸、前列腺和胰腺）發(fā)生惡性腫瘤的風險，但歸根結底這兩方面的作用機制都是NF-κB、信號傳導與轉錄激活因子3（STAT3）、缺氧誘導因子-1α（HIF-1α）等核轉錄因子的激活［54-55］。然而SIGIRR 可通過抑制腫瘤相關炎癥反應影響炎癥相關腫瘤發(fā)生和發(fā)展。例如，在結腸癌模型中，NF-κB信號在SIGIRR缺陷小鼠的結腸組織中被大量激活，并通過影響對細胞生存和增殖至關重要的靶基因（包括Cyclin D1 和Bcl-xL）的表達促進腫瘤的形成［5，56］。同時，在SIGIRR缺陷小鼠的結腸組織檢測到細胞因子（TNF-α、IL-6 和IFN-γ）和趨化因子（MIP-2、MCP-1和KC）的表達增加。重要的是IL-6已被證明能通過激活癌基因STAT3 在炎癥相關癌癥模型中促進腫瘤進展［57］，在結腸組織中發(fā)現(xiàn)的STAT3 表達的上調也印證了這一點。

此外，腫瘤細胞為避免被機體免疫系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和消滅，創(chuàng)造出多種方式來調節(jié)炎癥反應。其中SIGIRR 作為免疫與炎癥的負性調控因子，在腫瘤中所起的作用并不是單一的，最近因其在部分腫瘤中協(xié)助腫瘤逃避免疫攻擊而受到廣泛關注。自然殺傷細胞（NK 細胞）是一種天然的淋巴細胞，介導機體對病原體的抵抗，并參與機體適應性免疫反應的激活和定位。IL-18對于NK細胞的分化和功能具有重要作用［58］。NK 細胞中SIGIRR 的缺乏解除了對IL-18 通路的抑制，導致IL-18 誘導的IRAK-4 磷酸化增加，IL-18 依賴的S6 和JNK 通路激活增加，提示SIGIRR 抑制了IL-18 依賴性的mTOR 和JNK 的激活，影響NK 細胞分化和功能成熟［59］。在二乙基亞硝胺誘導的肝癌模型中，SIGIRR 缺陷小鼠NK 細胞絕對數量及IFN-γ+NK 細胞占百分比增高，抗腫瘤免疫的細胞因子（如IFN-γ）水平增加，與腫瘤發(fā)展相關的促炎細胞因子（IL-6、TNF、IL-1β、CCL2、CXCL1）減少，腫瘤數量、大小和組織學方面也均有改善［59］。此外，在小鼠乳腺癌模型中，轉化后的乳腺上皮細胞和原發(fā)乳腺腫瘤組織中的SIGIRR 高表達。SIGIRR 的高表達降低了腫瘤組織中IL-1 依賴性NF-κB的活化和促炎細胞因子的產生，并抑制了NK細胞的活化、增加了M2 樣巨噬細胞的極化，促進腫瘤的轉移和擴散。然而敲除小鼠SIGIRR基因后，由于免疫細胞（NK 細胞和CD8+T 細胞）的動員和激活增加，可抑制腫瘤的生長和轉移。同時，臨床標本的免疫基因標記分析顯示，SIGIRR 高表達與先天免疫感覺受損和腫瘤微環(huán)境T細胞排斥有關［60］。

4 結語

SIGIRR通過ILRs和TLRs信號通路負性調控炎癥反應，從而影響感染性疾病、自身免疫性疾病、腫瘤等多種炎癥免疫相關疾病的發(fā)生發(fā)展。在感染性疾病中，SIGIRR 可防止因炎癥反應過度而造成的組織損傷，促進感染性疾病的恢復；在自身免疫性疾病中，SIGIRR 可降低疾病的發(fā)生風險以及嚴重程度；在腫瘤中，SIGIRR 可通過控制腫瘤相關炎癥反應，抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。此外，SIGIRR 可能在協(xié)助腫瘤細胞擴散和轉移時發(fā)揮了一定的作用。SIGIRR 的功能已經在不同條件下的小鼠身上得到了強有力的證明，且支持SIGIRR與人類疾病相關的臨床數據也在不斷出現(xiàn)。由此可見研究SIGIRR 在炎癥免疫反應中的負性調控作用具有重要臨床價值。但目前對于疾病狀態(tài)下SIGIRR 水平變化機制的研究較少，具體調節(jié)機制尚不明確。且大多數研究對于SIGIRR 與炎癥和免疫疾病關系的挖掘還停留在現(xiàn)象層面，對SIGIRR的精細負性調控機制研究不夠深入。另外，SIGIRR 在腫瘤中發(fā)揮的具體作用尚存爭議。因此有必要展開更為深入的研究，探索SIGIRR 作為潛在的新型抗炎制劑或炎癥和免疫相關疾病預后指標之一的臨床價值。