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頂復(fù)門原蟲誘導(dǎo)宿主micro RNAs變化的研究進(jìn)展

2012-01-25 17:11范藝凡周東輝徐民俊李成琳朱興全蔣文燦
中國人獸共患病學(xué)報 2012年12期
關(guān)鍵詞:原蟲瘧原蟲弓形蟲

范藝凡,周東輝,徐民俊,李成琳,朱興全,蔣文燦

頂復(fù)門(Apicomplexan)寄生蟲包括多種專性寄生于細(xì)胞內(nèi)的原蟲,有一些不僅嚴(yán)重危害人類和動物的健康,而且還給全球畜牧業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。其中,瘧原蟲(Pl asmodium)、隱孢子蟲(Cr y ptosporidiu m par vu m)、弓形蟲(Toxopl asma gondii)等危害比較嚴(yán)重[1]。為了保證在細(xì)胞內(nèi)生存,頂復(fù)門原蟲能精確地識別有利于它們發(fā)育的宿主細(xì)胞,并向宿主細(xì)胞內(nèi)分泌一些蛋白質(zhì),從而干擾宿主信號通路(例如細(xì)胞凋亡,細(xì)胞因子的產(chǎn)生),改變宿主的防御性能[2-4]。雖然已有研究證明頂復(fù)門原蟲能改變宿主細(xì)胞環(huán)境,但具體改變的分子機(jī)制仍然不清楚。最近,頂復(fù)門原蟲誘導(dǎo)宿主micro RNAs(mi RNAs)表達(dá)水平變化的發(fā)現(xiàn)也許將為研究寄生蟲如何改變宿主體內(nèi)環(huán)境的分子機(jī)制提供新的線索[5-9]。

mi RNAs是一類長度約為22個核苷酸的內(nèi)源性非編碼單鏈小分子RNA,它們通過與靶mRNAs的完全或不完全結(jié)合來降解或抑制靶m RNAs的翻譯,對動物和植物轉(zhuǎn)錄后基因的表達(dá)調(diào)控起著重要的作用[10]。mi RNAs約占人類總基因的0.5%~1.5%,卻調(diào)控大約30%的基因轉(zhuǎn)錄,mi RNAs的靶基因分布廣泛,每個成熟的mi RNA可以抑制幾十甚至數(shù)百個靶mRNAs的表達(dá),調(diào)控細(xì)胞生長、凋亡、發(fā)育、代謝、基因轉(zhuǎn)錄、翻譯和免疫反應(yīng)等[11-14]。

1 頂復(fù)門原蟲改變宿主體內(nèi)環(huán)境

1.1 Toll-like受 體 與 免 疫 應(yīng) 答 Toll-like受 體(TLRs)是一類識別病原微生物的重要蛋白質(zhì)。通過對弓形蟲、伯氏瘧原蟲(Pl asmodiu m ber ghei)、克氏錐蟲(Tr y panosoma cr uzi)等的研究,發(fā)現(xiàn) TLRs參與了宿主對入侵頂復(fù)門原蟲的識別[15-17]。弓形蟲感染宿主后,宿主通過依賴骨髓分化蛋白88(My D88)的 TLRs途徑促進(jìn)IFN-r的產(chǎn)生,因此TLRs途 徑 對 宿 主 抵 抗 弓 形 蟲 感 染 很 重 要[18-19]。TLRs受體激活一系列轉(zhuǎn)換蛋白(例如 My D88)最終導(dǎo)致一系列包括核因子(NF-k B),Janus激酶(JAK)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)信號途徑的激活。信號途徑的激活促使一系列宿主細(xì)胞抗病原蛋白轉(zhuǎn)錄的激活,然后產(chǎn)生抗微生物分子(例如促炎細(xì)胞因子、趨化因子和IL-12),最終將增強(qiáng)非特異性免疫[20-22]。為了維持免疫應(yīng)答平衡,上皮細(xì)胞對TLRs受體免疫信號通路進(jìn)行了負(fù)饋調(diào)控。例如,細(xì)胞因子誘導(dǎo)的Src同源2蛋白(CIS)和細(xì)胞因子信號抑制物4(SOCS)將使致炎癥因子的產(chǎn)生得到明顯的抑制。最有代表性的SOCS家族成員是CIS和SOCSI-3蛋白質(zhì),它們通過干擾JAK/STAT信號途徑來抑制細(xì)胞因子的產(chǎn)生。因此,在感染頂復(fù)門原蟲的機(jī)體中,識別病原的TLRs受體能誘導(dǎo)CIS/SOCS的表達(dá)和調(diào)控細(xì)胞因子受體的信號通路[23-26]。

1.2 向宿主細(xì)胞內(nèi)分泌蛋白質(zhì) 當(dāng)寄生蟲侵入宿主細(xì)胞后,會分泌一些能改變宿主細(xì)胞環(huán)境的效應(yīng)分子,例如:弓形蟲利用棒狀體和致密顆粒分泌細(xì)胞器向宿主細(xì)胞注入一些有效因子。這些因子能幫助弓形蟲適應(yīng)宿主細(xì)胞環(huán)境,其中包括:①有助于弓形蟲侵入宿主細(xì)胞的棒狀體蛋白ROP16,它磷酸化STAT3和STAT6,從而降低白介素(IL-6,IL-2)的產(chǎn)生[27-28]。②ROP18磷酸化宿主細(xì)胞免疫相關(guān)的GTP酶,干涉細(xì)胞抵抗外來微生物入侵的途徑[29-30]。③GRA15,它是一種致密顆粒蛋白,激活宿主轉(zhuǎn)錄因子NF-k B[31]。④還有一種進(jìn)入宿主細(xì)胞核,但仍不清楚功能的蛋白磷酸化酶2C[32]。⑤UIS3是瘧原蟲在納蟲空泡膜內(nèi)分泌的一種蛋白質(zhì),它結(jié)合肝臟脂肪酸結(jié)合蛋白(L-FABP)幫助瘧原蟲攝取宿主的脂肪酸[33]。⑥泰勒蟲分泌一些蛋白質(zhì)同AT-h(huán)ook DNA結(jié)合基序連接,它們從寄生蟲轉(zhuǎn)運(yùn)到宿主細(xì)胞核從而改變宿主基因表達(dá)[34]。⑦弓形蟲分泌的親環(huán)蛋白-18(C-18)能刺激宿主通過TLRs受體通路產(chǎn)生IL-12[35]。因此,寄生蟲能分泌一些特異的效應(yīng)分子調(diào)控宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子(例如,STAT3和 NF-k B)。所以,有研究者推測這些寄生蟲分泌蛋白有助于改變宿主mi RNAs,從而重塑宿主體內(nèi)環(huán)境。

2 頂復(fù)門原蟲改變宿主mi RNAs的表達(dá)

mi RNAs在哺乳動物體內(nèi)的地位很重要,是免疫反應(yīng)的重要調(diào)控因子。因此,一些mi RNAs參與特異性免疫和非特異性免疫(例如,炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生,單核細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞的增值,T細(xì)胞和B細(xì)胞的分化)。它們?nèi)缤坏腊踩y門抵抗外來基因在機(jī)體內(nèi)表達(dá),mi RNAs基因調(diào)控的失調(diào)將引發(fā)很多疾?。ɡ纾喊┌Y)。哺乳動物細(xì)胞內(nèi)的mi R-NAs通過與病毒(例如水泡性口炎病毒、泡沫病毒、艾滋病毒)直接結(jié)合而清除它們[36-38]。擬南芥的mi R-393通過抑制生長素信號途徑來抵抗細(xì)胞外病原假單胞菌的入侵,與此同時,細(xì)胞外病原假單胞菌也分泌一些蛋白質(zhì)來抵抗小RNA介導(dǎo)的宿主免疫反應(yīng)[39-40]。由于病毒,細(xì)菌能改變被感染機(jī)體 mi RNAs的表達(dá)量,一些研究者開始研究頂復(fù)門寄生蟲是否也通過影響宿主mi RNAs的表達(dá)量,最終誘導(dǎo)宿主細(xì)胞環(huán)境的改變。

2.1 弓形蟲 研究者發(fā)現(xiàn)弓形蟲感染宿主細(xì)胞后,將顯著改變宿主細(xì)胞mi RNAs表達(dá)。例如:Zeiner等發(fā)現(xiàn)人包皮成纖維細(xì)胞的mi R-17~92和mi R-106b~25隨著細(xì)胞感染弓形蟲后表達(dá)量將大量增加。然而,當(dāng)人包皮成纖維細(xì)胞感染犬新孢子蟲(Neospor a caninu m)后,mi R-17 家 族 mi RNAs的表達(dá)量卻沒有改變。不同的頂復(fù)門原蟲對宿主細(xì)胞mi R-17家族mi RNAs表達(dá)量的不同影響,表明不同的頂復(fù)門原蟲能夠用自己獨(dú)特的方式改變宿主一些mi RNAs的表達(dá)[9]。后來Zeiner等又用一系列引物延伸實驗進(jìn)一步證明了人包皮成纖維細(xì)胞在感染弓形蟲后,mi R-17家族 mi RNAs將顯著增加[41]。另外,已有研究表明,mi R-17~92能誘導(dǎo)髓樣細(xì)胞增殖和分化,從而參與機(jī)體抵御病原體早期免疫應(yīng)答反應(yīng)的調(diào)節(jié)[42]。由此可見,弓形蟲在感染宿主后,能引起宿主某些mi RNAs表達(dá)的改變,從而引起宿主的急性免疫應(yīng)答反應(yīng)。

2.2 隱孢子蟲 Let-7家族mi RNAs能在人類膽管上皮細(xì)胞內(nèi)表達(dá),感染了隱孢子蟲的人類膽管上皮細(xì)胞將導(dǎo)致pri-Let-7i和成熟Let-7表達(dá)量的降低,Let-7表達(dá)量的降低伴隨TLR4表達(dá)量的上調(diào)。在感染了隱孢子蟲的細(xì)胞中,Let-7與TLR4蛋白質(zhì)表達(dá)量呈負(fù)相關(guān)的變化說明了mi RNAs介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控途徑對頂復(fù)門原蟲感染的宿主細(xì)胞的基因調(diào)控很重要[5]。也有研究者發(fā)現(xiàn),隱孢子蟲感染宿主后,將降低宿主 mi R-98和let-7的表達(dá)量,mi R-98或let-7與SOCS4的3末端非翻譯區(qū)結(jié)合將抑制SOCS4的翻譯,最終促進(jìn)細(xì)胞因子誘導(dǎo)的Src同源2蛋白(CIS)和細(xì)胞因子信號抑制物4(SOCS)的表達(dá)。CIS和SOCS蛋白質(zhì)通過干擾JAK/STAT信號途徑來抑制細(xì)胞因子的產(chǎn)生[8]。以上數(shù)據(jù)充分表明宿主在感染隱孢子蟲后,會顯著改變與調(diào)控TLR信號途徑相關(guān)mi RNAs的表達(dá)量。這表明,依賴mi RNAs為基礎(chǔ)的調(diào)控途徑將有助于宿主防御反應(yīng)的產(chǎn)生。另外,隱孢子蟲還能降低膽管上皮細(xì)胞mi R-513表達(dá)水平,而且mi R-513能調(diào)控B7-H1蛋白[7]。

2.3 瘧原蟲 感染了夏氏瘧原蟲(Pl asmodiu m chabaudi mal aria)的肝臟細(xì)胞,將促進(jìn)編碼IL-1β,TNF-α,IFN-γ,NF-κ和i NOS蛋白的 m RNAs表達(dá),而這些因子涉及天然免疫,并且調(diào)控宿主感染病原后的免疫反應(yīng);同時降低CYP7 A1和SULT2 A2蛋白m RNA的表達(dá),而這兩個蛋白與肝臟新陳代謝有關(guān)。另外,肝臟細(xì)胞的 mi R-26b,MCMV-mi RM23-1-5p,mi R-1274a表達(dá)量增加的同時降低了mi R-101b,let-7a,let-7g,mi R-193a-3p,mi R-192,mi R-142-5p,mi R-465d,mi R-677,mi R-98,mi R-694,mi R-374*,mi R-450b-5p,mi R-464,mi R-377,mi R-20a* 和 mi R-466d-3p的表達(dá)量[43]。然而感染了瘧原蟲的肝臟,卻沒引起mi R-21的表達(dá)變化,而有研究者發(fā)現(xiàn)這個mi RNA涉及肝細(xì)胞的分化[44]。這些免疫因子和mi RNAs的動態(tài)變化證明宿主保護(hù)性免疫反應(yīng)的產(chǎn)生結(jié)合了不同種類mi RNAs表達(dá)的重塑。岡比亞按蚊(Anopheles ga mbiae)感 染 瘧 原 蟲 后,Aga-mi R-34,aga-mi R-1174和 aga-mi R-1175表達(dá)量將降低,然而 agami R-989的表達(dá)量卻顯著升高。阻斷Dicer1和Ago1的mRNAs表達(dá)后將加強(qiáng)瘧原蟲感染岡比亞按蚊,說明這些mi RNAs調(diào)控岡比亞按蚊的免疫應(yīng)答[45]。由于隱孢子蟲和瘧原蟲感染不同種類的宿主或宿主細(xì)胞后,都將降低let-7家族mi RNAs的表達(dá)量,表明let-7在宿主感染寄生蟲后起重要作用。

3 展 望

隨著mi RNAs相關(guān)技術(shù)的日趨成熟,關(guān)于頂復(fù)門原蟲誘導(dǎo)宿主mi RNAs表達(dá)變化的研究將會越來越多。然而,一個關(guān)鍵性問題有待解決:頂復(fù)門原蟲感染宿主后,宿主mi RNAs的重塑是因為原蟲干擾了宿主mi RNAs通路,還是宿主對病原的一個普遍免疫應(yīng)答反應(yīng)?事實上,犬新孢子蟲和弓形蟲對宿主細(xì)胞mi R-17家族mi RNAs表達(dá)量的差異性影響[9],表明頂復(fù)門原蟲對宿主mi RNAs的改變不只是由宿主的免疫應(yīng)答反應(yīng)引起。這些獨(dú)特的方式會是像病毒一樣通過自己的脫氧核苷酸改變宿主mi RNAs嗎[46]?有研究者推測弓形蟲通過分泌自己的mi RNAs來擊破宿主細(xì)胞mi RNAs防御途徑。弓形蟲能產(chǎn)生一系列包括mi RNAs在內(nèi)的內(nèi)源性小RNA,然而一些原蟲卻沒有mi RNA調(diào)控機(jī)制,例如:隱孢子蟲、瘧原蟲[47]。那么,不能產(chǎn)生mi RNAs的頂復(fù)門原蟲又是怎樣改變宿主mi RNAs的呢?也許,頂復(fù)門原蟲通過分泌到宿主細(xì)胞的蛋白質(zhì)來改變宿主mi RNAs。當(dāng)然,宿主mi RNAs的改變也可能由依賴識別病原的TLRs受體通路引起的。宿主外在的病原影響因子和自身的免疫應(yīng)答都可能改變宿主mi RNAs表達(dá),從而重塑體內(nèi)環(huán)境。進(jìn)一步研究頂復(fù)門原蟲分泌到宿主細(xì)胞的蛋白質(zhì)和宿主mi RNAs之間的關(guān)系,或許將拓寬我們對頂復(fù)門原蟲與宿主相互影響分子機(jī)制的認(rèn)識。

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