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撰文丨蓁 灼 博士
解读丨叶丽林 教授
责编丨迦 溆
在病原微生物刺激的条件下，宿主的固有免疫系统感应入侵病原体激活免疫应答并产生干扰素（Interferons ，IFNs）及细胞因子。哺乳动物中IFN家族可分为Ⅰ型、Ⅱ型与Ⅲ型。其中，Ⅱ型干扰素IFN-γ广泛参与了免疫及炎症应答反应。IFN-γ可通过JAK/STAT通路激活胞内信号途径从而诱导IFN-γ下游基因的表达【1】。IFN-γ信号通路的适当激活可促进巨噬细胞的激活，介导宿主对病原体的防御功能，同时，IFN-γ信号通路还可以在抗肿瘤免疫中发挥免疫调控作用【2】。因此，IFN-γ信号通路功能的正常发挥离不开表达于细胞膜表面的IFN-γ受体。而IFN-γ受体的在膜表面表达与聚集目前仍有待于深入研究。
功能性IFN-γ受体包含两种亚基：IFN-γ受体α（IFN-γR1）与IFN-γ受体β（IFN-γR2）。IFN-γR1组成型表达于有核细胞表面，主要结合IFN-γ。IFN-γR2在细菌感染宿主后，自胞内易位于细胞膜并诱导型表达于细胞膜表面形成功能性IFN-γ受体【3,4】。IFN-γR2在免疫细胞中表达的特异性不同：在髓细胞与B细胞中表达较高，在T细胞中表达较低甚至不表达【5】。在巨噬细胞中，IFN-γ并不影响IFN-γR2的表达【6】，糖基化IFN-γR2可通过影响与actin及脂质结构域的动态相互作用从而参与IFN-γ信号通路【7】。此外，IFN-γR1与IFN-γR2的异常表达与孟德尔遗传易感分枝杆菌病（Mendelian susceptibility to mycobacterial disease，MSMD）的发生密切相关【8】。因此，鉴于IFN-γR2在免疫与疾病中的关键作用，充分了解IFN-γR2在免疫细胞中自胞质向胞膜的易位具有重要的生物学与临床意义。
E-selectin（endothelial selectin，内皮选择素分子）在炎症反应中由血管内皮细胞产生，在BTK（bruton tyrosine kinase）等信号通路的作用下，参与白细胞表面配体结合并诱导白细胞的运动【9,10】。且Ca2+对于E-selectin介导的生理或病理活动至关重要【11】。因此，在病原微生物的刺激下，E-selectin是否可以表达或是被诱导表达于巨噬细胞中，且其功能发挥主要聚集于胞内还是胞外？这些都依赖于研究人员进行揭示阐明。
10月11日，中国工程院院士、南开大学校长曹雪涛所率领的团队于Cell杂志在线发表了题为Phosphorylation-Mediated IFN-gR2 Membrane Translocation Is Required to Activate Macrophage Innate Response的研究论文。该论文发现了E-selectin缺失的小鼠，在李斯特菌（Listeria monocytogenes）的感染下，血清中IFN-γ的表达异常升高而巨噬细胞膜表面表达的IFN-γR2显著降低并抑制了IFN-γ信号通路。机制上来看，E-selectin可调控BTK激酶磷酸化胞质IFN-γR2，结合EFhd2分子并促使IFN-γR2自高尔基体转运至细胞膜，从而激活巨噬细胞对细菌感染的免疫应答。
在这项研究中，研究人员首先在E-selectin敲除的小鼠（Sele-/- mice）中观察到在接受李斯特菌体内感染后， Sele-/-小鼠相比于Sele+/+小鼠其存活率较低且巨噬细胞对于感染的免疫应答较弱，表现为胰腺和肝脏中细菌的感染数升高且炎性因子的分泌降低。巨噬细胞中，IFN-γR2在蛋白水平的表达并无变化，然而在Sele-/-小鼠中，IFN-γR2在细胞膜表面的定位显著降低，表明E-selectin对IFN-γR2在巨噬细胞膜表面的表达不可或缺。
CCR2分子被认为是区分迁移/炎症诱导巨噬细胞（CCR2+）与驻留巨噬细胞（CCR2-）的标志【12】。研究人员发现，李斯特菌感染的Sele-/-小鼠相比于Sele+/+小鼠CCR2+巨噬细胞膜表面的IFN-γR2表达缺失。E-selectin可促进IFN-γR2自高尔基体向巨噬细胞膜表面进行易位。体内和体外实验都证实了重组E-selectin蛋白显著促进IFN-γR2的易位及膜表达。机制上分析，由于内皮细胞E-selectin与其白细胞配体的结合激活SYK与BTK两条激酶信号通路【13,14】，在E-selectin信号通路中，BTK作为SYK下游主要的信号分子，介导了IFN-γR2在巨噬细胞中的易位，主要表现为BTK缺失的小鼠（Btk-/-）在接受李斯特菌刺激后IFN-γR2膜表达降低，同时过表达BTK蛋白能够显著回复Sele-/-小鼠巨噬细胞IFN-γR2的膜表达水平。这一切依赖于BTK可直接磷酸化IFN-γR2第289位的酪氨酸从而促进IFN-γR2自高尔基体向细胞膜表面的易位表达。
此外，研究人员探究发现，EFhd2也作为一个重要分子参与到IFN-γR2的易位表达中。EFhd2拥有两个EF-hand结构域，可结合Ca2+并介导免疫细胞的激活。质谱鉴定EFhd2可与IFN-γR2发生相互作用，体外实验也证实了在BTK的作用下，EFhd2可与IFN-γR2 WT结合而非IFN-γR2 Y289A突变体。EFhd2缺失的小鼠（EFhd-/-）在李斯特菌的刺激下，其血清中IFN-γ的表达异常升高而巨噬细胞膜表面的IFN-γR2表达显著降低。因此，在李斯特菌的刺激下，EFhd2与BTK磷酸化的IFN-γR2相互作用，驱使IFN-γR2自高尔基体向细胞膜表面进行易位，促进了功能性IFN-γR的形成并调控了IFN-γ的固有免疫应答。
综上所述，该研究的亮点在于揭示了宿主体细胞与固有免疫细胞的相互作用信号可以调控细胞因子受体的表达，为细胞内固有免疫应答的发生直至宿主体内细胞因子信号通路的响应填补了研究空白，也为自身免疫性疾病的治疗和抗肿瘤免疫的应用在细胞因子与其功能性受体相互作用层面奠定了研究基础。
值得一提的是，该篇文章是曹雪涛院士课题组本年度在Cell杂志发表的第三篇研究论文，前两篇论文的解读详见BioArt此前的报道：Cell丨曹雪涛组阐明新型长非编码RNA介导固有免疫的反馈调节机制——徐平龙、侯法建点评；Cell丨曹雪涛组揭示促晚期肿瘤恶化的新型细胞亚群作用机制——周大旺、钟波点评。
专家点评
叶丽林（第三军医大学教授，全军免疫学研究所副所长）
应对胞内菌（沙门氏菌、李氏杆菌、结核分支杆菌等）感染，自然杀伤细胞（NK）及抗原特异性T细胞均可分泌干扰素IFN-γ，其可促进巨噬细胞的活化及成熟。活化成熟的巨噬细胞可以直接吞噬并降解相应的细菌，从而清除感染。响应IFN-γ, 巨噬细胞需要在其细胞膜表面表达两种IFN-γ受体，IFNγR1（组成性表达，结合IFN-γ）和IFNγR2（诱导性表达，传递信号）, 此两种受体与IFN-γ结合，启动、转导一系列信号通路，从而促进巨噬细胞的活化及提升其吞噬、降解胞内菌的能力。孟德尔易感性分支杆菌疾病（Mendelian Susceptibility to Mycobacteria Diseases, MDSD）是一种原发性免疫缺陷性疾病，体现为对毒力较弱的胞内菌，包括用于控制结核病的牛分枝杆菌BCG疫苗的易感性。 多种细胞因子激活的信号通路受损均可导致MDSD，其中包括IFN-γ-IFN-γR介导的信号通路。
曹雪涛教授研究团队发现，在李氏杆菌（Listeria monocytogens）感染时，血管内皮细胞缺失E-Selectin (血管内皮型选择素，由炎性细胞因子诱导表达，介导炎性环境下，血液中的免疫细胞，包括巨噬细胞，吸附并穿过血管内皮屏障，从而到达炎性组织)的小鼠可以在血清中提升IFN-γ的水平，但是却不能控制细菌载量，从而更易死亡。因为巨噬细胞在控制胞内菌感染中的重要性，他们聚焦此类细胞，并发现这些细胞中IFNγR介导的相关信号通路受损。进一步，通过一系列生化及细胞生物学研究手段，他们明确了在胞内菌感染下，血管内皮细胞上调表达E-Selectin, 并与巨噬细胞上相应的受体结合，激活巨噬细胞内BTK激酶活性，此激酶在Y289位置磷酸化在内质网新合成的IFNγR2, 导致此受体可以和钙结合蛋白EFhd2结合，从而可以将其从高尔基体通过囊泡运输的方式转运至细胞膜表面，最终和IFNγR1一起功能性的转导IFN-γ信号，并促进巨噬细胞的活化及功能成熟。
此项工作系统地阐明了IFNγR2从ER合成直至转运到细胞膜上的一系列关键信号事件，并首次证实了炎性环境下，血管内皮细胞可以通过E-Selectin来预先Priming即将迁移至炎性组织发挥重要吞噬功能的巨噬细胞。这些新颖的发现加深了领域内对炎性环境下，巨噬细胞激活及成熟过程中分子及细胞调控的理解。下一步，领域内可能会进一步地揭示E-Selectin在巨噬细胞的特异性受体以及在MDSD病人中是否存在相应的突变，从而影响IFNγR2从内质网到细胞膜的转运过程。
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来源：知乎 www.zhihu.com
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