謝先達 胡曉敏 唐代榮 廖湘平 張 烜

(中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)院風濕免疫科，北京 100730)

轉(zhuǎn)錄因子Bach2在免疫細胞中的作用研究進展①

謝先達 胡曉敏 唐代榮②廖湘平②張 烜

(中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)院風濕免疫科，北京 100730)

Bach2(BTB and CNC homolog 2)是一個具有堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)(bZIP domain)的轉(zhuǎn)錄因子。它能與小Maf蛋白形成異二聚體并與其DNA上的特異性序列Maf識別元件(Maf recognition elements,MARE)結(jié)合，抑制其表達，起到轉(zhuǎn)錄抑制作用，參與細胞轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程[1]。Bach1和Bach2共同構(gòu)成了Bach家族，其中Bach1在全身各處廣泛存在且在造血細胞中高表達，而Bach2主要在T細胞、B細胞、肺泡巨噬細胞及神經(jīng)細胞表達。近年來的研究發(fā)現(xiàn)Bach2在多發(fā)性硬化癥、炎性腸病、類風濕性關(guān)節(jié)炎、Graves病等多種免疫相關(guān)性疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。

1 Bach2對T淋巴細胞的影響

近期的研究發(fā)現(xiàn)Bach2的表達在維持初始T細胞的穩(wěn)定，調(diào)控效應(yīng)T細胞、記憶性T細胞、Treg細胞的生成和功能以及參與T細胞耗竭等過程中起到重要作用。

Bach2通過抑制效應(yīng)T細胞、記憶T細胞的相關(guān)基因的表達，維持初始T細胞的穩(wěn)定。Tsukumo等[2]發(fā)現(xiàn)Bach2敲除小鼠雖然T細胞發(fā)育正常，但外周初始T細胞的數(shù)量減少，且在TCR刺激后迅速產(chǎn)生IL-4、IL-5等Th2類型的細胞因子。在Bach2敲除的初始T細胞中高表達與ST-2、CCR4和Blimp1相關(guān)的基因，這些基因與效應(yīng)T細胞、記憶T細胞的生成相關(guān)。同時，Tsukumo等[2]將Bach2 cDNA轉(zhuǎn)染到Bach2敲除的初始T細胞中使Bach2在T細胞過表達，發(fā)現(xiàn)上述異常表達的基因又恢復到正常水平。

Bach2對效應(yīng)T細胞的調(diào)控則可能是通過基因座超級增強子(Super-enhancers，SEs)實現(xiàn)。 SEs被認為通過提高T細胞及其亞群轉(zhuǎn)錄活性而發(fā)揮重要作用，其可調(diào)節(jié)細胞因子應(yīng)答相關(guān)基因(Ifng、Il4ra、Il7a、f)和轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)基因(T-bet,GATA-3,RORγt)的表達[3]，這些基因決定效應(yīng)T細胞亞群分類，進而促進效應(yīng)T細胞分化。Bach2作為轉(zhuǎn)錄抑制因子可通過限制SEs轉(zhuǎn)錄活性從而能極大的抑制效應(yīng)T細胞的生成和分化；進一步的研究發(fā)現(xiàn)，Bach2敲除的CD4+T細胞表現(xiàn)出更強的向Th2分化能力，且Th2相關(guān)的細胞因子分泌增多，并且在IL-21存在的情況下依舊如此(IL-21可抑制Th2細胞分化、促進Th1細胞分化)[2]。這可能是由于Bach2作為轉(zhuǎn)錄抑制因子可以抑制Blimp1，而Blimp1在T細胞中可以抑制Th1基因的表達[4]，進而使CD4+T細胞向Th2分化減少，向Th1分化增多。相似的，Bach2也可通過抑制芳香烴受體，實現(xiàn)對Th17的抑制[5]。

已有全基因組研究證實，Bach2是CD8+記憶T細胞發(fā)育過程中的一個重要轉(zhuǎn)錄因子[6]。 Roychoudhuri等[7]證實Bach2可通過干擾AP-1家族轉(zhuǎn)錄因子亞型的功能而調(diào)控CD8+T細胞的分化，Bach2敲除的CD8+T細胞在急性病毒感染后不能形成和積聚數(shù)量穩(wěn)定的記憶細胞池。當不存在炎癥細胞因子的情況下，CD8+T細胞分化為記憶細胞。然而，當機體炎癥細胞因子分泌增多時，CD8+T細胞則更多的持續(xù)分化為效應(yīng)T細胞。包括IL-12、IL-15、IL-18等炎癥細胞因子能夠促進miRNA148a的產(chǎn)生，而miRNA148a能直接抑制Bach2的表達[8，9]。所以Bach2的表達可能在炎癥細胞因子和miRNA調(diào)控記憶B細胞的形成與功能中起到重要作用。

Bach2的表達對Treg細胞的產(chǎn)生及功能發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)Bach2敲除小鼠的Treg細胞顯著下降，血清中抗核抗體和抗雙鏈DNA抗體水平升高，并最終導致一系列疾病的發(fā)生[5]；同時Bach2的表達也調(diào)控外周iTreg的生成。Bach2敲除的CD4+T細胞在TGF-β的誘導下產(chǎn)生iTreg將明顯減少，而與效應(yīng)T細胞發(fā)揮多重效應(yīng)有直接聯(lián)系的多個基因如T-bet、GATA-3、RORγt則被異常表達[5,10]。因此，Bach2可能通過抑制效應(yīng)T細胞分化來調(diào)控iTreg細胞的分化。

在T細胞耗竭過程中，Bach2也發(fā)揮著重要作用。長期暴露于持續(xù)性抗原和慢性感染時經(jīng)常發(fā)生T細胞耗竭。包括Blimp-1(Blymphocyte maturation induced protein)[11]、Eomes[12](Eomeso-dermin) 等轉(zhuǎn)錄因子促進T細胞耗竭發(fā)生，相反Id3[13](Inhihitors of differentiation protein 3)在T細胞過度耗竭中起到抑制作用。Bach2通過調(diào)節(jié)這些轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)，參與T細胞耗竭。反復的TCR刺激可引起B(yǎng)ach2在T細胞的表達下調(diào)，研究發(fā)現(xiàn)慢性病毒感染后耗竭的CD4+T細胞和CD8+T細胞中Bach2的表達比正常的CD4+T細胞和CD8+T細胞下降2～4倍[14]。Bach2在效應(yīng)T細胞和記憶T細胞的表達較初始T細胞下降，因此推測其在T細胞應(yīng)答產(chǎn)生的子代細胞中的表達可能呈比例下降[6,15]。如前所述，Bach2具有穩(wěn)定初始T細胞，調(diào)控效應(yīng)T細胞、記憶性T細胞等其他功能。因此，Bach2可通過抑制T細胞終末分化，促進記憶T細胞的數(shù)量及功能穩(wěn)定，阻止T細胞耗竭。

2 Bach2對B淋巴細胞的影響

Bach2在B細胞分化過程中的體細胞高頻突變(Somatic hypermutation，SHM)和抗體類別轉(zhuǎn)換(Class switch recombination，CSR)發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)控作用。在生發(fā)中心，抗原激活的成熟B細胞經(jīng)過SHM增強其產(chǎn)生的抗體與抗原的親和力。與此同時，B細胞經(jīng)過CSR改變它們所產(chǎn)生免疫球蛋白的類別。這些B細胞進一步分化為漿細胞和記憶B細胞參與體液免疫。Muto等[16]發(fā)現(xiàn)在Bach2缺陷小鼠的次級淋巴組織中生發(fā)中心形成減少，其產(chǎn)生的IgM抗體親和力相對降低，抗體的同種類型轉(zhuǎn)換也較少。Aicda編碼的活化誘導胞嘧啶核苷酸脫氨酶(Activation-induced cytidine deaminase，AID)是SHM和CSR過程中所必需的酶，Bach2敲除的B細胞由于不能誘導AID表達而引起SHM和CSR的缺陷。而Blimp1在漿細胞發(fā)育過程中能抑制Aicda促進漿細胞分化,其可作為橋梁連接Bach2與AID。Bach2 與 Maf形成的異二聚體與位于Prdm1(Blimp1基因)啟動子上游的Maf識別元件結(jié)合，從而抑制Prdm1的表達。Bach2缺陷的B細胞對Prdm1抑制作用消失，使其Prdm1的表達較野生型細胞上調(diào)，B細胞在抗原刺激時能迅速分化為漿細胞[17]。因此，Bach2可能通過抑制Prdm1對Aicda進行調(diào)控進而影響SHM、CSR及漿細胞分化；正常情況下，Bach2在B細胞不同發(fā)育階段的表達有很大差異，受到嚴格調(diào)控。從祖B細胞到成熟B細胞，Bach2都是高表達，而在漿細胞中則低表達甚至無表達。通過這個表達模式，Bach2可實現(xiàn)對B細胞發(fā)育和分化的調(diào)控。Kometani等[18]發(fā)現(xiàn)Bach2在記憶B細胞上低表達，這可使記憶B細胞再次面對相同抗原刺激時能迅速地分化為漿細胞。這與Bach2缺陷B細胞快速向漿細胞分化的發(fā)現(xiàn)一致。

Bach2的表達除了能調(diào)控B細胞Prdm1的表達之外,也反過來受到B細胞發(fā)育和分化過程中的許多轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)，如Pax5[19](Paired box protein 5)、IRF4[20](Interferon regulatory factor 4)、E2A(E2-alpha)等[21]。這些上游的調(diào)控因子和下游的靶基因Prdm1共同促成Bach2的B細胞-漿細胞基因調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)(B-plasma cell Gene regulatory network，B-plasma cell GRN)[22]；GRN各因子之間的相互作用和聯(lián)系決定成熟B細胞和漿細胞的特性以及抗原刺激下SHM和CSR的發(fā)生。其中Pax5通過激活許多B細胞基因如Bach2、Aicda等建立和維持B細胞的特性。而IRF4根據(jù)其表達蛋白水平的不同，分別在B細胞成熟和分化過程中起著兩個不相同的作用：當IRF4處于低濃度時，IRF4通過調(diào)控Aicda促進CSR和SHM發(fā)生；當IRF4處于高濃度時，IRF4通過調(diào)控Prdm1促進漿細胞分化。因此，Bach2及Pax5、IRF4等通過在GRN上的相互影響調(diào)節(jié)B細胞的發(fā)育、成熟與分化。

另外，在B細胞活化的后期，Bach2的表達受到PI3K-Akt-mTOR信號的調(diào)控。PI3K-Akt-mTOR通過磷酸化Bach2,激活其細胞質(zhì)定位信號(Cytoplasmic localization signal，CLS)，最終介導Bach2從細胞核轉(zhuǎn)出到細胞質(zhì)，抑制Bach2在細胞核的積累[23]。另外，氧化應(yīng)激反應(yīng)也可影響B(tài)ach2的表達。CLS在氧化應(yīng)激反應(yīng)中被抑制，并誘導Bach2的核積累[24]。所以Bach2可通過在細胞膜、細胞核表達的調(diào)控，在B細胞發(fā)育和分化中發(fā)揮作用。

3 Bach2對肺泡巨噬細胞的影響

Bach2對于肺泡巨噬細胞的功能十分重要。肺泡巨噬細胞能夠吸收和降解肺泡表面活性物質(zhì)，當肺泡巨噬細胞受損時，過量的表面活性物質(zhì)將充滿肺泡腔，造成肺表面活性物質(zhì)蛋白沉積(Pulmonary surfactant proteinosis，PAP)并最終導致呼吸衰竭。Bach2敲除的小鼠在成長過程中出現(xiàn)PAP樣的失調(diào)[25]，并最終在18周時開始逐漸因為呼吸困難而死亡。另外，Bach2缺陷的肺泡巨噬細胞與其趨化性、脂質(zhì)代謝、M2巨噬細胞活性等相關(guān)?？梢夿ach2的表達對肺泡巨噬細胞的功能十分重要。

4 Bach2與疾病的關(guān)系

研究表明，多種疾病的發(fā)生與免疫細胞中Bach2的異常有關(guān)。Bach2最早被證實與多種血液系統(tǒng)疾病相關(guān)，如慢性粒細胞白血病、彌漫性大B細胞淋巴瘤等。近年來研究認為免疫相關(guān)性疾病患者特別是自身免疫性疾病患者可能存在Bach2表達異常。自身免疫性疾病是機體對自身抗原發(fā)生免疫反應(yīng)而導致自身組織損害所引起的疾病，其病因不明。Bach2表達異常不能正常調(diào)控B細胞的發(fā)育和分化，使B細胞向漿細胞異常分化，初始T細胞持續(xù)向效應(yīng)T細胞分化并釋放出IFN-γ、IL-6、IL-17等炎癥細胞因子。同時Bach2表達異?？梢种芓reg生成與功能，使其不能很好地發(fā)揮免疫抑制的作用。綜上，Bach2表達異常最終可導致自身抗體大量產(chǎn)生并與自身抗原結(jié)合形成免疫復合物沉積，促進自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展。已有動物實驗證實Bach2敲除小鼠在成長過程中表現(xiàn)出血清抗核抗體和抗雙鏈DNA抗體水平升高的類似自身免疫性疾病的臨床指標改變[5]。研究證實Bach2是多發(fā)性硬化癥的易感基因。Perga等[26]發(fā)現(xiàn)與健康人相比，多發(fā)性硬化患者外周血中，Bach2的表達降低。同時，Hoppmann等[27]發(fā)現(xiàn)Bach2與多發(fā)性硬化中致腦炎CD4+T細胞的調(diào)節(jié)有關(guān);而在炎性腸病中，Bach2可通過影響抗體類別轉(zhuǎn)換參與到疾病發(fā)生發(fā)展[28]。近年來，多個全基因組關(guān)聯(lián)分析研究表明，Bach2的表達與多種免疫相關(guān)性疾病有關(guān)，如Bach2上的SNP位點rs72928038被證實與類風濕性關(guān)節(jié)炎有關(guān)[29]，而另一個Bach2上的SNP位點rs1847472則被證實與克羅恩病相關(guān)[30]。相似的關(guān)于Bach2的全基因組關(guān)聯(lián)分析研究在哮喘、Ⅰ型糖尿病等免疫相關(guān)性疾病中均有報道[31，32]。

5 結(jié)語

Bach2在體內(nèi)多種免疫細胞中的產(chǎn)生、發(fā)育及功能調(diào)控的過程中均發(fā)揮重要作用，參與調(diào)節(jié)固有免疫和適應(yīng)性免疫，維持機體免疫平衡。Bach2通過調(diào)節(jié)B細胞-漿細胞基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)B細胞對抗原產(chǎn)生動態(tài)和多樣化的應(yīng)答，包括調(diào)控CSR、SHM和漿細胞分化等。同樣，Bach2參與T淋巴細胞和巨噬細胞的生成和功能調(diào)控過程，并發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。許多免疫相關(guān)性疾病特別是自身免疫性疾病如類風濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、干燥綜合征等疾病的發(fā)病機制與T淋巴、B淋巴細胞等生成與功能紊亂及自身抗體的異常形成等密切相關(guān)，全面且深入的了解Bach2在免疫系統(tǒng)中的功能，將有助于進一步了解相關(guān)疾病發(fā)生機制與治療。

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[收稿2017-03-28 修回2017-05-25]

(編輯 倪 鵬)

①本文為國家自然科學基金(81601431)資助項目。

②南華大學附屬郴州醫(yī)院腎臟風濕免疫科，郴州 423400。

R392

A

1000-484X(2017)10-1588-04

10.3969/j.issn.1000-484X.2017.10.032

謝先達 (1989年-),男,碩士，主要從事自身免疫性疾病方面的研究,E-mail:xiandaxie@163.com。

及指導教師：張 烜(1969年-),男,博士，教授,主任醫(yī)師，博士生導師,主要從事自身免疫性疾病等方面研究，E-mail:zxpumch2003@sina.com。