內質網應激的免疫抑制效應

蔣麗娜 蔣孫班 趙自剛 （河北北方學院微循環研究所，張家口 075000）

內質網是蛋白質加工的細胞器，任何因素引起細胞生存環境改變均可引起內質網內穩態變化，導致內質網中錯誤折疊或未折疊的蛋白積聚，稱為內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）［1］。ERS進一步激活未折疊蛋白反應（unfolded protein response，UPR），長時間UPR激活會誘導細胞凋亡、黏膜屏障損傷等一系列變化［2］。近年研究顯示，過度ERS引起的免疫細胞損傷及免疫器官損傷與免疫功能障礙相關疾病聯系緊密。為探究ERS引起免疫細胞、免疫器官功能障礙的作用與機制，闡明ERS免疫抑制效應在相關疾病發生發展中的作用，本文綜述ERS在免疫器官、免疫細胞中的作用及其在炎癥性疾病和腫瘤等發展進程中的作用，為減少ERS對免疫細胞的損傷、恢復免疫細胞功能穩態提供依據，為相關疾病預防、治療及預后提供新思路。

1 免疫器官ERS

1.1 脾臟 作為最大的外周免疫器官，脾臟含有人體約1/4淋巴細胞，是免疫應答發生的重要場所［3-4］。研究指出單個突變的溶菌酶可通過激活肌醇需求酶1（inositol-requiring enzyme 1，IRE1）-X盒結合蛋白1（X-box binding protein 1，XBP1）途徑以及促進葡萄糖調節蛋白78（glucose regulated protein 78 kD，GRP78），亦稱免疫球蛋白重鏈結合蛋白（immunoglobulin heavy chain binding protein，BIP）表達，導致脾臟等器官中的細胞為維持內質網穩態發生凋亡，并發生家族性系統性淀粉樣變性［5］。但為什么突變的溶菌酶僅誘導IRE1系統而未動員其他系統還有待研究。氟化鈉可誘導以伴侶蛋白BIP、GRP94分泌增加為特點的脾細胞ERS，進而激活UPR，觀察到應激相關凋亡蛋白Caspase-12、磷酸化c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）以及ERS相關蛋白環磷酸腺苷反應元件結合轉錄因子同源蛋白（C/EBP-homologous protein，CHOP）升高，結合已知細胞凋亡通路可說明氟化鈉通過CHOP、IRE1-JNK、IRE1-腫瘤壞死因子受體相關因子2（tumor necrosis factor receptor associated factor 2，TRAF2）-Caspase-12 3條途徑使脾細胞活力下降，凋亡數增加，使用ERS抑制劑4-苯基丁酸（4-phenylbutyric acid，4-PBA）后該現象被有效遏制［6］?？梢奅RS確實在凋亡通路激活過程中發揮作用。曲霉毒素A可通過引發ERS激活TNF-α通路同時降低IL-2分泌。IL-2在淋巴細胞增殖分化中發揮重要作用。曲霉毒素A通過抑制IL-2分泌降低豬脾嗜硌核細胞、淋巴細胞和T細胞生存能力及抗氧化能力，破壞脾臟組織結構［7］。最近研究表明，玉米赤霉烯酮（Zearalenone，ZEN）可通過激活細胞內ERS產生大量活性氧（reactive oxygen species，ROS），破壞谷胱甘肽系統穩定，降低抗氧化相關酶濃度。同時ZEN誘導凋亡蛋白Caspase-12、Caspase-3產生，破壞抗凋亡蛋白B細胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/lewkmia-2，Bcl-2）濃度穩定，最終誘導脾內淋巴細胞凋亡［8］?？寡趸瘎?，如硒可減少脾細胞損傷。研究證實硒作為維持機體免疫功能的必需微量元素，其缺乏通過改變雞脾臟氧化應激狀態、調控炎癥因子基因表達和破壞脾細胞核結構導致ERS過度激活，使脾臟免疫功能受抑制［9］?？傊?，ERS產生后，脾細胞及脾內淋巴細胞生存活力下降，凋亡率上升，免疫系統不可避免地受到抑制。

1.2 骨髓 骨髓作為中樞免疫器官，是各類血細胞（包括免疫細胞）的發源地，也是多種細胞（如B細胞）分化、發育、成熟的場所。骨髓功能缺陷不僅嚴重影響機體造血功能，也導致嚴重的細胞免疫和體液免疫功能障礙。研究發現急性髓細胞白血病患者骨髓中，早期侵入的白血病細胞可通過分泌細胞外囊泡將ERS信號在組織間隔中傳遞，使基質細胞成分發生變化，可能與白血病發生發展機制有關［10］。類似研究表明獲得性再生障礙性貧血、多發性骨髓瘤及周期性粒細胞減少疾病中均有ERS增強現象［11-13］。另有研究發現UPR參與脊髓物理損傷，如上調ztbt38基因表達，可使URP通路中ATF4與其啟動子結合不受干擾，逆轉造血細胞凋亡［14］。最新研究發現骨髓細胞中ERS激活影響鞘脂合成。作為細胞膜重要結構之一，鞘脂減少導致干細胞分化障礙、粒細胞生成減少［15］。曾有鞘脂生物合成途徑幾種酶及其相關代謝物與急性和慢性髓系白血病的相關報道［16］。特發性肺纖維化病變發生后，骨髓干細胞可通過分泌肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）發揮調節作用，如在肺泡上皮細胞表面分泌一些活性蛋白，維持內質網穩態以修復上皮細胞損傷［17］。骨髓間充質干細胞（bone mesenchymal stem cell，BMSC）是骨髓基質中造血微環境的重要細胞，有研究指出地塞米松增加BMSC PERK、ATF6和IRE1a表達，并誘導Nrf2核移位進而引發細胞凋亡，而抑制劑逆轉了其對細胞的不利作用［18］。說明抑制過度ERS維持內質網穩態有助于治療骨髓相關疾病，并有利于保護免疫系統。

2 免疫細胞的ERS

2.1 T淋巴細胞 T淋巴細胞是介導細胞免疫的核心細胞，在細胞免疫和體液免疫中發揮重要作用。急性感染能夠增加T淋巴細胞凋亡導致免疫應答障礙，抑制機體免疫功能［19］。研究發現小鼠口服除草劑阿特拉津（Atrazine，ATR）可激活ERS中的PERKEIF2-ATF4-CHOP軸，引起T淋巴細胞凋亡，損害小鼠免疫功能，產生免疫毒性［20］。研究表明免疫抑制劑FK506處理后的T細胞因激活ERS進而激活細胞凋亡通路導致T細胞凋亡［21］。除成熟的T淋巴細胞直接發生免疫應答外，幼稚T細胞正常存活也對分化成不同類型T細胞以應對不同微生物入侵起重要作用［22］。初始T細胞存活和正常功能依賴于持續靜止，這樣才能獲得對細胞凋亡的抗性和合適的生存環境［23］。研究發現小鼠體內初始T細胞內ERS會誘導膽固醇從頭合成增加，使脂質和膽固醇穩態紊亂，導致其靜止狀態破壞，抑制小鼠免疫功能［22］。此外，T細胞ERS也影響其抗腫瘤免疫效能。研究表明小鼠中高度分化的腫瘤浸潤性淋巴細胞（tumor infiltrating lymphocytes，TILs）CD8+T表面表達的程序性細胞死亡蛋白1（programmed death-1，PD-1）與腫瘤細胞表達的腫瘤細胞表達程序性死亡配體1（programmed death-ligand 1，PD-L1）結合后，啟動ERS過表達，誘導UPR中PERK軸活化，激活的CHOP進一步活化其下游靶標內質網氧化還原酶1α（ER oxidoreductase 1α，ERO1α），使線粒體中ROS過量積累，線粒體衰竭而使相應TIL凋亡，腫瘤免疫抑制作用明顯［24］。研究發現胰腺癌細胞通過分泌外泌體向T淋巴細胞傳遞信號，通過激活p38 MAPK誘導ERS，導致T淋巴細胞凋亡［25］。HIV最主要的特征是CD4+T細胞數量減少，ERS與HIV引發的CD4+T細胞凋亡有關。研究發現HIV反式激活蛋白（HIV transactivator protein，Tat）可通過激活ERS和UPR反應的3條通路激活其下游Caspase凋亡通路，導致CD4+T細胞時間依賴性凋亡，HIV患者抗病毒免疫力逐漸下降，維持或恢復內質網功能可能為治療HIV相關疾病的假設提供了實驗依據［26］。

2.2 單核巨噬細胞 單核巨噬細胞屬于專職抗原提呈細胞，也是細胞內致病細菌和寄生蟲的主要防衛系統，是機體防御系統的重要組成。細菌感染或暴露于某些持續性病毒感染情況下，細胞個體可能發生過早免疫衰老，抗菌免疫力下降［27］。研究表明單核細胞衰老與其ERS及UPR激活有關，UPR的IRE1-XBP1分支激活通過膜結合Toll樣受體激活單核細胞/巨噬細胞促進炎癥相關細胞因子產生［28］。同時IRE1可激活其下游JNK等凋亡途徑，與高爾基體應激共同促進衰老相關分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）。SASP活化導致DNA損傷積累，加速細胞衰老進程，導致單核細胞早衰［29］。關于重金屬鎘的研究主要停留于其對器官的損害層面，近來研究表明單核細胞中，鎘通過影響鈣代謝并抑制內質網膜中的鈣泵擾動鈣穩態，導致內質網腔中Ca2+含量降低和內質網功能受損，引起ERS。鈣蛋白酶被激活以響應氧化應激介導的ERS，進而觸發鎘誘導的自噬和細胞凋亡，導致機體體液免疫應答或抗原呈遞功能受損［30］。ERS還通過影響單核細胞分化產生免疫抑制作用。研究發現巨噬細胞極化與腫瘤細胞ERS密切相關。抑制ERS能夠促進M1型巨噬細胞向M2型極化，利于腫瘤發生、發展［31］。研究表明單核細胞被乙型皰疹病毒亞型HHV-6B病毒感染后誘導UPR選擇性激活，增加IRE1α和eIF2α磷酸化并上調ATF4和CHOP表達，但不影響ATF6和BIP表達。該病毒最終通過CHOP激活凋亡蛋白導致單核細胞凋亡，且單核細胞分化為樹突狀細胞（dendritic cells，DCs）能力明顯降低，其抑制單核細胞分化的機制尚不清楚［32］。同T淋巴細胞一樣，脂質異常堆積也會抑制單核細胞生存。研究發現二氧化硅納米顆粒（silica nanoparticls，SiNPs）在巨噬細胞中與氧化極低密度脂蛋白（oxidized low-density lipoprotein，oxLDL）共同暴露，通過ERS中的PERK/eIF2α/ATF4和IRE1α/XBP1信號級聯反應誘導泡沫細胞產生以及對膽固醇流入/流出平衡的干擾，加劇單核細胞凋亡［32］。

2.3 DCs DCs作為專職抗原遞呈細胞，通過向T細胞呈遞抗原進一步促進T細胞活化、分化和免疫記憶形成。DCs發生ERS后免疫抑制作用主要體現在熱損傷和腫瘤微環境中。研究表明腫瘤微環境中常見的不利條件（如缺氧、營養剝奪和/或氧化應激）會導致蛋白質錯誤折疊，觸發ERS，并在腫瘤相關DC（tDC）中強烈激活IRE1α-XBP1途徑。tDC中高水平的ROS促進細胞內脂質過氧化作用，導致細胞內血脂異常蓄積，進而抑制抗原肽有效結合MHCⅠ分子，從而損害DC對T細胞的抗原呈遞作用［33］。研究表明XBP1缺陷型tDC無法積累細胞內脂質，反而有更強的增殖能力，可在體內外支持T細胞功能，并產生更多記憶性T細胞［34］。也有研究指出腎小球炎癥發病過程中，聚集的尿調節蛋白通過激活ERS誘導吞噬后的DC耐受，減少基因突變導致的組織損傷［35］。此外，熱損傷后機體免疫抑制作用中也觀察到DCs內發生了ERS。除促進分泌凋亡相關蛋白外，ERS還降低DCs表面IL-12、調節關鍵介質TNF-α等分子水平，抑制其成熟。熱損傷中XBP通路缺失導致免疫抑制更嚴重，如CD80、CD86、MHCⅡ共刺激分子表達下降，因此XBP-1在DCs成熟和免疫調節中起關鍵作用［36］。提示調節ERS信號通路可能在燒傷治療中有重要意義。

3 ERS的免疫抑制效應

免疫系統的器官、組織和細胞參與免疫應答，這些組分正常行使其功能以及相互協調，在維持機體免疫功能穩態中起重要作用。任何環節出現問題都會造成免疫功能障礙、機體抗感染能力減弱或產生自身免疫。免疫應答過強會產生自身抗體，這些抗體攻擊正常組織造成組織損傷。機體處于免疫抑制狀態則易受細菌、真菌及病毒感染，引起炎癥性疾病，同時免疫抑制帶來的免疫逃逸也成為腫瘤發生的關鍵因素。

3.1 炎癥性疾病中ERS的免疫抑制效應 一般來說，慢性炎癥狀態下，ERS可激活免疫抑制以減輕過度炎癥。但免疫抑制狀態在持續炎癥性疾病中具有諸多有害作用，可能導致免疫缺陷、細胞衰老和組織變性。研究表明慢性炎癥中的ERS會增加免疫細胞抑制表型，如巨噬細胞M1和M2轉換。M1巨噬細胞在急性炎癥中被激活，而M2巨噬細胞的功能則是消退炎癥和修復受損組織。ERS會進一步激活免疫抑制網絡，參與衰老相關疾病，如阿爾茨海默?。?7］。免疫抑制細胞分泌的免疫抑制細胞因子，如TGF-β、IL-10在受累組織中僅起旁觀者效應，進一步表明ERS在控制炎癥反應和免疫抑制平衡中起重要作用［38］。研究發現ERS條件下，腎小球腎炎時腎小球系膜細胞表現出對促炎因子的無應答性。ERS不僅誘導產生鋅指蛋白A20（NF-κB主要負調節劑），抑制抑制性κB激酶（inhibitory kappa B kinase，IKK）磷酸化，抑制NF-κB激活以進一步抑制細胞對炎癥細胞因子刺激的反應。同時ERS促進TRAF2蛋白降解，而TRAF2對NF-κB的激活至關重要，參與TNF-α合成。說明TNF-α激活的NF-κB比IL-1β激活的NF-κB更易受ERS影響，這些機制可能在阻止急性炎癥進展和自發性免疫失能中發揮重要作用［39］。

3.2 腫瘤中ERS的免疫抑制效應 癌細胞ERS誘導曾是誘導癌細胞凋亡的有效策略。但越來越多的研究發現，腫瘤細胞通過誘導免疫細胞ERS，損傷這些細胞同時產生免疫抑制效應以逃避攻擊，維持生長。腫瘤靶向的免疫細胞除前文所提，還有骨髓來源抑制細胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）等。MDSC是異質細胞群，由不成熟的骨髓細胞組成，包括不成熟的巨噬細胞、粒細胞和DCs，在腫瘤細胞中可見［40］。研究表明宿主腫瘤細胞中的ERS通過增強腫瘤微環境中MDSC的免疫抑制功能誘導腫瘤生長。具體機制可能是提高腫瘤浸潤MDSC中精氨酸酶1（Arginase-1，ARG1）和誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）水平，增強其免疫抑制功能。iNOS和ARG1在MDSC中的表達對以抗原依賴方式抑制T細胞功能尤其重要［41］；進一步證明髓樣分化因子（myeloid differentiation factor 88，Myd88）是激活ARG1的重要銜接分子，提示Toll樣受體通路與MDSC的免疫抑制效應有重要關聯。另一項MDSC研究表明UPR相關激酶PERK通過刺激轉錄因子NRF2促進腫瘤中MDSC功能，限制細胞質線粒體DNA-STING-IFN-Ⅰ免疫刺激軸，引發抗腫瘤免疫抑制。而MDSC中的PERK缺失減少了NRF2信號傳導，通過擴增胞質DNA促進STING驅動的IFN-Ⅰ產生，抗腫瘤免疫增強［42］。類似研究表明PERK或CHOP激活會促進腫瘤內T細胞功能障礙［43］。此外，PERK缺失會減弱腫瘤細胞對缺氧、DNA損傷、營養缺乏和高ROS的適應性，導致腫瘤生長變緩［44-45］。除PERK通路外，IRE1α- XBP1信號在腫瘤微環境的DCs中也有免疫抑制作用，主要機制為細胞內脂質異常蓄積。血脂異常抑制抗原肽與MHCⅠ分子結合，影響DCs將抗原交叉呈遞給T細胞的過程［33］。相似地，無法累積脂滴的XBP1缺陷型DC在體內外均顯示出增強的支持T細胞功能的能力，且缺乏XBP1的卵巢癌小鼠產生的記憶性（腫瘤反應性）T細胞轉移到野生型卵巢后，顯示出增強的抗腫瘤能力［46］。類似地，腫瘤微環境下IL-6和IL-4刺激的骨髓來源巨噬細胞形成后，IRE1的免疫抑制作用下調其趨化作用，影響正常免疫效應發揮［47］。此外，慢性淋巴細胞白血病中，中性粒細胞ERS抑制其識別抗原并產生細胞毒作用，從而下調參與腫瘤免疫的能力［48］。表明UPR的IRE1通路可調節腫瘤相關細胞產生免疫抑制。

4 小結

綜上，各種免疫器官和免疫細胞均可通過激活ERS相關信號通路發揮相應生物學效應。細胞生存環境變化可導致ER過度活化，引發過度ERS和UPR，并通過內質網ATF6、IRE1α、PERK及其下游信號分子作用于細胞核內免疫應答相關基因，誘導細胞毒性，進而對免疫系統產生損傷作用，最終導致機體抗原遞呈細胞抗原遞呈能力下降，效應細胞功能障礙、細胞因子分泌減少、趨化作用減弱等免疫抑制效應，引發多種疾?。▓D1）。目前ERS在某些疾病中的分子機制和信號通路尚不清楚。今后應靶向ERS深入揭示其在免疫抑制相關疾病發生發展中的作用與機制，以期為相關疾病防治提供新的措施，為相關疾病療效與預后判斷提供新指標。

圖1 參與ERS的信號通路以及ERS引起的免疫抑制效應Fig.1 Signaling pathways involved in ERS and immunosuppressive effects induced by ERS