全 文 ：第25卷 第3期
2013年3月
Vol. 25, No. 3
Mar., 2013
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
文章编号：1004-0374(2013)03-0257-05
魔高一尺 道高一丈
细菌安插“内应” 假传体内“太平”
严大鹏
(中国科学院上海生命科学研究院，健康科学研究所，上海 200025)
收稿日期：2012-12-17
基金项目：国家重点基础研究发展计划(“973”项目)
(2012CB578100，2011CB505000)和国家自然科学基金
项目(31030028)
通信作者：E-mail: dpyan@sibs.ac.cn
∙ 发现的历程 ∙
免疫系统是机体防御病原体入侵最有效的武
器，它能发现并清除异物、外来病原微生物等引起
内环境波动的因素 [1-3]。它的作用包括宿主免疫系
统对病原体的免疫识别、免疫反应和免疫清除等一
系列生理防御。和其他的高等动物一样，人体内有
一个进化相对完善并且十分精确的免疫系统，包括
固有免疫和适应性免疫，以此来抵御环境中各种病
原微生物的入侵。最早出现的免疫系统对抗原的识
别和应答发生在感染后的 0~4 h，参与免疫系统识
别非己成分的是一些现存的效应分子，如溶菌酶、
C反应蛋白、甘露糖结合凝集素、血清淀粉样蛋白、
血纤蛋白原等，甚至是一些可与病原体起反应的预
存抗体；然后进入早期诱导性快速应答时相 (4~96
h)，PRRs (模式识别受体 )识别 PAMPs (病原体相
关分子模式 )进一步激活固有免疫效应细胞，而分
泌效应分子和炎症细胞因子，如 IFN-α/β、TNF、
IL-6、IL-12增强 NK细胞、巨噬细胞 (Mφ)和 γ/δT
细胞的非特异性杀伤活性，行使对感染物的清除。
同时，未被清除的病原非特异性抗原进入外周淋巴
器官和组织，被 T细胞和 B细胞识别诱导适应性免
疫，通过与免疫细胞相互作用，发生抗原特异性克
隆扩增和效应细胞的分化，最终被免疫系统高效特
异地清除 [4-5]。
免疫平衡受激活和抑制信号的严格调控，进而
调节机体对病原体的免疫防御。调节免疫反应的免
疫受体实际上分两类：一类启动激活信号的转导，
为激活性受体；另一类启动抑制信号的转导，为抑
制性受体。两者相互对抗，其机制在于受体分子胞
内段分别带有免疫受体酪氨酸激活基序 (immuno-
receptor tyrosine-based activation motif, ITAM)和免疫
编者按：历史上，人类长期蒙受各种传染病的困扰，其中
的烈性传染病，如黄热病、鼠疫、霍乱以及流感等，以其
大面积的迅速传播和极高的死亡率直接威胁到人类的健康
和生存。千百年来，可怕的免疫疾病迫使人类与之进行着
不懈的斗争。这些病原体在哺乳动物体内形成慢性感染，
具有逃避宿主免疫反应的能力。“聪明”的细菌是如何逃
脱哺乳动物免疫系统进攻的呢？这一问题一直得不到明确
答案。中国科学院健康科学研究所戈宝学组经过长期对宿
主与病原体相互作用的研究，发现了一个细菌逃避宿主免
疫反应的新机制。他们发现了细菌中含ITIM(免疫酪氨酸抑
制基序)的蛋白对宿主TLR信号通路的抑制作用。该研究所
发现的机制很可能是病原体逃避宿主免疫反应的一个普遍机制，为病原体蛋白在免疫系统中的致病机理提
供了新的分子基础，更为开发感染性疾病新的治疗方法提供了重要理论依据。
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受体酪氨酸抑制基序 (immunoreceptor tyrosine-based
inhibition motif, ITIM)。在 Src家族蛋白酪氨酸激酶
(Src PTK)的作用下，ITAMs中的酪氨酸残基迅速
磷酸化，此时可招募游离于胞质中带有 SH2结构域
的其他类别的 Src PTK (如 Zap-70、Syk)或衔接蛋
白，并进一步激活一系列下游信号。很多免疫反应，
如吞噬作用、抗体依赖细胞介导的细胞毒性作用
(ADCC)、细胞因子产生、超氧阴离子释放和抗原
递呈等，都依赖于 ITAMs的作用
[6-7]
。反之，带有
ITIM的受体发挥负向作用，对激活的免疫反应进
行负调。酪氨酸磷酸化的 ITIMs可招募游离于胞质
中带有 SH2结构域的蛋白酪氨酸磷酸酶 SHP-1、
SHP-2和聚肌醇 5′-磷酸磷酸化酶 SHIP。这些磷酸
化酶进一步减少 Syk、PLCγ、BLNK/SLP-76、VAV-
1、Jak2、ZAP70等的磷酸化，抑制宿主的一系列
下游信号通路，从而终止激活信号的转导
[8-9]
。带
有 ITAM或 ITIM的受体通过激活或抑制的方式调
节信号转导，如同中国太极拳的阴阳原则 (图 1)。
尽管人类拥有如此完善的免疫系统，但许多病
原体仍能逃避宿主的免疫反应并成功感染宿主，甚
至在宿主体内潜伏几十年。“聪明”的细菌是如何
逃脱哺乳动物免疫系统进攻的呢？这是由于这些微
生物病原体针对宿主进化出复杂而有效的对抗固有
免疫和适应免疫的机制，从而导致疾病和慢性感染。
病原体逃避宿主抗感染免疫主要通过以下方式：(1)
隐匿，即病原体通过感染免疫细胞本身或寄生于免
疫应答不易到达之处而逃避免疫攻击；(2)突变，
即病原体通过改变自身的蛋白结构，从而逃逸已诱
生的宿主免疫应答作用；(3)抑制，即病原体通过
其结构和非结构产物，拮抗、阻断和抑制机体的免
疫应答 [10-11]。
目前，已有许多关于细菌蛋白改变下游信号通
路和炎症细胞因子的报道，但引起这些改变的分子
机制尚不清楚。由于细菌的复杂性以及其产生的效
应分子和其他免疫调节因子的多元性，一直难以确
定这些成分中哪些诱导细胞因子产生而哪些则选择
性地抑制。然而，现在已有报道一些病原体以细胞
因子途径为特异性靶标来逃避免疫反应。例如，三
型分泌系统致病病原菌中的痢疾杆菌，其效应分子
OspF具有全新的磷酸化苏氨酸裂解酶的活性，能
够阻断 TNF-α刺激引起的 NF-κB的活性和细胞因
子的产生，抑制MAPK激酶通路的激活，从而在
表型上导致严重腹泻 [12]。
已报道一些病原体也含有 ITIM基序，但其在
致病过程中的功能没有相关的研究 [13]，其中包括肠
致病性大肠杆菌 EPEC (enteropathogenic Escherichia
coli)的 Tir蛋白等。于是我们的问题呼之欲出：这
些含有 ITIM序列的病原体蛋白是否具有和宿主
ITIM相似的免疫抑制功能呢？若有抑制功能，是
通过什么具体机制发挥作用的呢？我们猜测细菌或
病毒中这些含有 ITIM基序的蛋白可能与宿主内的
SHP-1蛋白相互作用，从而抑制炎性细胞因子的产
图1 免疫受体酪氨酸激活基序(ITAM)和免疫受体酪氨酸抑制基序(ITIM)
严大鹏：魔高一尺 道高一丈 细菌安插“内应” 假传体内“太平”第3期 259
生。于是我们沿着这条思路一直走了下去，并且，
我们很快得到麻省医学院 John Leong教授提供的肠
致病性大肠杆菌 EPEC 的 Tir蛋白 cDNA序列、野
生型菌株以及 Tir蛋白敲除的菌株，为我们的研究
提供了便利的条件。
首先，我们了解一下肠致病性大肠杆菌。腹泻
性疾病是世界范围内的一个重要的公共卫生问题，
每年死亡人数都超过数十万，特别是那些不足 5岁
的婴幼儿。导致这些婴幼儿腹泻的一个最常见的病
原是肠致病性大肠杆菌 (EPEC)。近 20年来对
EPEC的致病机制有了较深入的研究。已有的研究
表明，EPEC黏附在肠上皮细胞表面的微绒毛上，
诱导特异性的组织病理学改变。EPEC 利用分泌的
毒力因子在宿主细胞膜上先形成三型分泌系统
(T3SS)，然后将特异性毒力因子注入宿主细胞内，
瞬即产生 A/E 损伤。这些毒力因子中研究最多的是
Tir蛋白，Tir蛋白通过三型分泌系统进入到细胞，
停留在宿主细胞膜表面。由 EPEC 染色体 eaeA基
因编码的一个 94 kDa的外膜蛋白 Intimin与 Tir蛋
白的胞外部分结合，激活宿主蛋白 N-WASP，形成
Arp2/3复合物。该复合物可有效诱导微丝的聚合，
在细菌入侵的部位形成略凸出于细胞膜表面的细菌
赖以栖息的基座 (pedestals)，随后基座周围的上皮
微绒毛消失，直接影响到上皮的吸收。到目前为止，
Tir蛋白及其 ITIM基序对宿主免疫系统的影响尚未
有相关报道。
那么，EPEC Tir蛋白是否抑制宿主的免疫反应
呢？于是，我们用野生型的 EPEC菌株和敲除 Tir
蛋白的突变株感染RAW264.7细胞或原代巨噬细胞。
实时定量 RT - PCR检测表明，与敲除 Tir蛋白的突
变株相比，JPN15菌株 (EPEC菌株的一种 )显著抑
制了细胞因子的产生。为进一步研究 Tir蛋白影响
的信号途径，我们用这两种菌株感染 RAW264.7细
胞。结果表明，与 JPN15的Tir蛋白敲除突变株相比，
JPN15菌株抑制细菌诱导的 MAPKs的磷酸化及
IkB的降解，特别是在感染后 3 h，Tir蛋白完全进
入到细胞后。这表明，EPEC Tir通过抑制MAP激
酶和 NF-κB信号通路的激活抑制细胞因子的产生。
为进一步验证 JPN15菌株的 Tir蛋白是否对抑制细
胞因子的产生具有特异性，我们设计了一个回补实
验：将 pk184载体上的 HA-Tir蛋白转入 JPN15的
Tir蛋白敲除突变株以回补 Tir蛋白的缺失。回补突
变株 ∆Tir+HA-Tir部分恢复了对 Tnfa、Il-6产生的
抑制作用。
为了更进一步证明 Tir蛋白对宿主的免疫反应
具有抑制作用，我们建立了 Citrobacter rodentium
(EPEC感染人体的小鼠模型 )的动物模型，希望
从动物水平上证明这一结论。我们用野生型 C.
rodentium和敲除 Tir蛋白的突变株对小鼠灌胃，结
果显示，与感染野生型细菌的小鼠相比，感染 Tir
蛋白突变株的小鼠脾脏里面细胞因子表达量更高，
脾脏、大肠和粪便中的 C. rodentium细菌量降低，
大肠结构基本未受损伤，脾脏和大肠的重量未增加，
小鼠体重增加，存活率上升。由此，我们从细胞水
平和动物水平证明了 Tir蛋白可以抑制细胞因子的
产生。
既然 Tir蛋白抑制宿主的免疫反应，那这种抑
制作用是不是通过 ITIM基序以及 SHP-1发挥作用
的呢？在免疫细胞中，含有 ITIM基序的蛋白通过
与蛋白酪氨酸磷酸酶 SHP-1的相互作用抑制宿主的
信号转导是一种普遍机制。EPEC Tir蛋白可以被注
入宿主细胞并作为一个宿主受体发挥功能，并且其
胞质尾区有两个 ITIM基序，我们推测 Tir蛋白可
能通过与 SHP-1的相互作用抑制细胞因子的产生。
我们的这一推测通过免疫共沉淀、共聚焦等方法得
到了证实。为了确认 Tir的哪一段与 SHP-1结合，
我们构建了 Tir的不同缺失突变体，免疫共沉淀结
果显示，Tir蛋白的 337~511段和 SHP-1相互作用，
而这一段恰好是两个 ITIM 序列所在的区段。接下
来，我们将两个 ITIM基序里面的酪氨酸突变成苯
丙氨酸，免疫共沉淀实验和 GST pull down结果都
显示点突变之后，Tir蛋白的酪氨酸磷酸化降低，
同时 Tir蛋白和 SHP-1的结合减弱甚至消失。之后，
我们用点突变的菌株去感染巨噬细胞，发现点突变
之后，Tir蛋白对细胞因子的抑制作用也随之减弱。
为了证明 Tir蛋白对细胞因子的抑制作用是否
通过 SHP-1介导，我们将对照 siRNA或 SHP-1特
异性 siRNA转入 RAW264.7细胞以降低 SHP-1的
表达。以 JPN15菌株及其 Tir蛋白敲除突变株感染
细胞，在 mRNA水平上检测细胞因子的产生情况。
研究结果显示，对于 JPN15感染的细胞，SHP-1特
异性 siRNA组比对照 siRNA组产生更高水平的细
胞因子，而用 ∆Tir菌株感染的细胞，两者细胞因子
的产生都处于比较高的水平。为进一步论证 Tir介
导 SHP-1对细胞因子产生的抑制作用，我们以
JPN15菌株及 ∆Tir菌株感染野生型小鼠与 SHP-1
缺陷型小鼠腹腔原代巨噬细胞，也得到与 siRNA实
验相同的结果。这些实验有力地证明了 Tir对细胞
生命科学 第25卷260
因子的抑制是通过 SHP-1实现的。
于是，我们沿着 Tir-SHP-1这条路继续往下追
踪。Tir与 SHP-1结合后，具体影响宿主的什么信
号通路呢？ 2005年裴刚院士的一篇Nature Immunology
文章报道，β-arrestin 2可以抑制TRAF6的泛素化 [14]，
而我们实验室 08年的另外一篇 Nature Immunology
文章也曾经报道，β-arrestin 2可以促进 SHP-1与
ITIM蛋白的结合 [15]。于是我们猜测，SHP-1既然
与 β-arrestin 2有如此密切的关系，它是否也抑制
TRAF6的泛素化呢？我们的实验结果表明，SHP-1
不但与 TRAF6结合，而且还能有效地抑制 TRAF6
的泛素化。更为有趣的是，Tir可以促进 SHP-1与
TRAF6的结合。至此，Tir抑制宿主免疫反应的机
制已经非常清楚，它是通过 Tir- SHP-1- TRAF6这
个蛋白复合物来发挥抑制作用的。
综上所述，我们经过长期对宿主与病原体相互
作用的研究，发现了细菌逃避宿主免疫反应的一个
新机制。我们发现了细菌中含 ITIM的蛋白对宿主
TLR (Toll like receptor)信号通路的抑制作用，证明
了肠致病性大肠杆菌 EPEC中的 Tir蛋白可以和宿
主细胞内的酪氨酸磷酸酶 SHP-1相互作用，并且
这种相互作用依赖于 ITIM的磷酸化。同时，我们
发现了 Tir和 SHP-1的相互作用促进了 SHP-1和
TRAF6的结合，并抑制 TRAF6的泛素化。而且，
Tir蛋白的 ITIM可以抑制 EPEC感染引起的细胞因
子的产生，从而抑制宿主对细菌的抗感染免疫，以
此来抑制小鼠对抗 Citrobacter rodentium (EPEC感
染人体的小鼠模型 )感染所产生的免疫反应，达到
免疫逃避的目的 (图 2)。
我们的研究表明，来源于 EPEC菌株的含
ITIM基序的 Tir蛋白，通过 ITIM基序与 SHP-1作
用抑制信号通路和细胞因子的产生。另外，除了
EPEC 的 Tir蛋白，来自 HIV病毒的 vif蛋白、来自
肠出血性大肠杆菌 EHEC的 Tir蛋白以及来自 EB
(Epstein-Barr)病毒的 LMP2A蛋白等含有 ITIM的
蛋白，都可以和 SHP-1相互作用，提示该研究所发
现的机制很可能是病原体逃避宿主免疫反应的一个
普遍机制。我们认为，病原体中含 ITIM的蛋白可
以抑制宿主的天然免疫反应，这为病原体蛋白在免
疫系统中的致病机理提供了新的分子基础，更为开
发感染性疾病新的治疗方法提供了重要理论依据。
致谢：感谢戈宝学老师对本工作给予的细心指导和
大力支持。同时也感谢曹雪涛院士对我们的工作提
出的宝贵意见。感谢王兴宇等合作者，感谢大家对
本工作提出的宝贵意见及帮助。
[参　考　文　献]
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