巨噬细胞移动抑制因子在炎症及肿瘤生成过程中的作用(1)
【中图分类号】R735.1【文献标识码】A【文章编号】1044-5511(2011)10-0021-02
最初发现MIF在先天性免疫和获得性免疫过程中起重要作用。既能活化淋巴细胞、粒细胞及巨噬细胞，又能抑制糖皮质激素的生理作用，从而调节免疫系统功能。进一步研究发现抑制MIF可改善自身免疫性疾病大鼠模型的病情进展；此外，值得注意的是MIF在多种肿瘤细胞中高表达，这使得MIF极可能成为治疗自身免疫病及肿瘤的新靶点。很多研究表明MIF与急性胰腺炎、炎性肠病、川崎病、哮喘、脓毒症等炎症性疾病及胃癌、肝癌、前列腺癌等恶性肿瘤密切相关，本文将对其分子机制做一综述。
1MIF在细胞中的分子作用机制
MIF由115个氨基酸构成，分子量为12.5kd，二级结构与主要组织相容性抗原(MHC)高度相似，由两个反向平行的α螺旋和六个β折叠构成。MIF的活性形式是由三个同源单体构成的三聚体与D-多巴色素互变异构酶高度同源。这种独特的三级结构使其具有异构酶活性，它的羧基末端是其酶学活性的关键并能稳定其三级结构[1]。已合成多种MIF抑制剂，ISO-1抑制MIF互变异构酶活性及其细胞因子活性，抑制内毒素大鼠巨噬细胞TNF的释放，降低其死亡率；Mitchell等[2]合成了一种效用强于ISO-1的小分子量MIF抑制剂4-IPP，能不可逆性抑制MIF异构酶活性，尤其是在癌症组织中。
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最初认为MIF由T淋巴细胞分泌作用于巨噬细胞，然而接下来的研究发现巨噬细胞、B淋巴细胞、粒细胞等大多数炎性细胞均表达MIF，并在宿主防御反应中起关键作用。大多数上皮细胞表达并储存MIF，鉴于上皮细胞是阻挡病原体的第一道屏障，MIF的存在提示其在早期固有免疫中起重要作用。有趣的是MIF在腺垂体中被检测到，特别是在分泌ACTH的细胞内，在此MIF的分泌遵循昼夜节律，并与皮质类固醇的分泌峰值相一致。从在不同组织细胞中的分布情况看，MIF很可能不仅在机体免疫防御方面起重要作用，还有其他生理功能未被阐明。
尽管MIF在多种免疫细胞中的作用已经知晓，但科学家花了很长时间研究它所参与的信号传导途径。试验表明MIF信号传导途径的受体CD74为一种II型跨膜蛋白，在巨噬细胞CD74与MIF结合具有高度亲和力，这种复合物介导胞外MAPK活性及细胞增殖。此外CD44作为MIF的复合跨膜受体协同引发ERK1和ERK2激酶磷酸化，MIF与CD74和CD44受体丝氨酸磷酸化有关，进一步能够抑制细胞凋亡[3]。Bernhagen J等[4]研究认为MIF竞争性结合功能性受体CXCR4和CXCR2，形成CXCR2-CD74-MIF复合物诱发单核细胞聚集于动脉粥样硬化炎性病变处，可实测到快速整合蛋白及钙离子内流。而MIF缺陷大鼠动脉粥样硬化模型可见单核细胞聚集明显减少。作者认为MIF具有趋化因子样功能调节炎性细胞募集。MIF与受体结合后，发生细胞内ERK-MAP信号通路级联反应，通过细胞周期蛋白D1转录和Rb基因磷酸化促进细胞增殖。在此快速短暂级联反应中还有另外一条通路，MIF与蛋白Jab-1/CSN5在胞内结合，丝氨酸激酶起重要作用并加快细胞周期[5]。
, 百拇医药
2MIF与炎症
MIF最初被发现于研究IV型迟发型免疫反应的细胞上清液中。结核菌素注射引发的炎性细胞浸润的巨噬细胞亦产生MIF，与对照组比较MIF抗体明显减轻过敏反应及炎性细胞浸润。因此，MIF被认为是一种促炎性细胞因子。这种观点进一步在感染性休克大鼠模型上得到证实，注射内毒素之后MIF的分泌及蛋白合成明显增加，然而加入重组MIF后这种效应被减弱。利用反义MIF可抑制MIF及TNF α等细胞因子的产生，这表明MIF具有自分泌功能以抑制类固醇效应及部分细胞因子的生成[6]。在多种炎性组织中均检测出MIF分泌增多，然而破坏MIF功能能否减轻炎症反应及疾病预后，各项研究成果有所冲突。
Bacher 等报道MIF能够影响T细胞的增殖与活性。随后发现巨噬细胞不仅是MIF的效应细胞也是MIF的分泌细胞，而MIF增强TNF及IFN的表达，这种自分泌的形式加快了细菌自感染病灶的迁移，并且能够减少中性粒细胞的凋亡[6]。Roger等[6]一系列实验研究表明MIF作用于巨噬细胞及单核细胞的TLR-4(Toll-like receptor 4)，后者则是内毒素受体。MIF基因敲除大鼠仅低表达这种受体，这或许能够解释内毒素对这种大鼠相对较低的致死率。
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当机体处于“应急”或免疫反应时，肾上腺释放糖皮质激素，后者可以削弱Th1及单核巨噬细胞的活化，抑制促炎细胞因子的释放和PLA2的合成，减轻炎症反应。另一方面，腺垂体和单核巨噬细胞又合成大量的MIF，MIF又可促使巨噬细胞释放大量细胞因子，两者的分泌可相互促进。这提示MIF和下丘脑垂体肾上腺轴有直接的因果关系，具有拮抗糖皮质激素的抗炎作用。这种相互拮抗作用提示有某种潜在机制避免炎症反应过度化[7]。Attila Paszt等应用糖皮质激素及其拮抗剂干预AP大鼠模型示MIF是急性胰腺炎发病过程中的一个关键性炎症因子，糖皮质激素在其导致的多器官损害中发挥重要作用[8]。
多项研究表明MIF在特应性皮炎、哮喘、银屑病、溃疡性结肠炎、风湿性关节炎等多种炎性疾病中高表达。Otukesh等[9]对小儿尿路感染的临床研究显示MIF可作为鉴别膀胱炎与肾盂肾炎的一项重要指标，并且是永久性肾损害的危险因素。Santos等[10]研究认为MIF作为一种多效性促炎性细胞因子在风湿性关节炎具有多个细胞靶点，通过MAP激酶及ERK激酶信号通路活化T细胞，促进特异性免疫反应，与风湿性关节炎的严重程度密切相关。J.Wu等[11]研究认为MIF具有多态现象，因基因启动子在不同炎性疾病中表达不同，并证实MIF-173G/C与小儿哮喘密切相关。在DSS诱导的溃疡性结肠炎大鼠中MIP-1及MCP-1表达显著增加，活体研究发现MIF调节MIP-1及MCP-1的表达，MIF缺陷大鼠炎性改变明显减轻，揭示MIF在自身免疫性肠病的发病起关键作用[12]。
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3MIF与肿瘤
目前认为，MIF作为一种独特的细胞分泌因子，不仅可以参与调节炎症反应以及机体免疫调节反应，而且MIF 还在多种肿瘤细胞，癌前病变中都过表达，从而促进肿瘤的发生和发展[13]，和细胞增殖、细胞分化及肿瘤血管生成等关键环节密切相关[14]。
有研究证明，靶向沉默MIF基因后，肺腺癌A549细胞的侵袭与迁移能力下降90%，若MIF过表达，则可观察到相反现象[14]。MIF参与了肺癌特别是非小细胞肺癌(NSCLC)的发生和发展，研究表明：NSCLC 肺癌组织标本高表达MIF与血中血管内皮生长因子(VEGF) 和肺癌组织CXC趋化因子表达升高呈正相关，特别是与肿瘤组织微血管密度呈显著正相关。McClelland等[15]进一步发现，NSCLC组织标本中特异的MIF受体-CD74 表达同样显著增高且诱导体内外促血管新生的CXC趋化因子表达升高；MIF 这种诱导血管新生效应可被CD74 抗体所拮抗；侯俊娜等[16]研究表明：大细胞肺癌H460 细胞株高表达MIF蛋白，体外应用siRNA 靶向沉默MIF基因后，H460 细胞的活性、增殖能力下降; 继而用AnnexinV-FITC / PI 双染色凋亡检测发现，转染MIF siRNA 部分阻断MIF 表达后，H460 细胞凋亡率显著增加。上述结果均提示MIF 与NSCLC血管生成和肿瘤细胞转移有密切关系。大量研究表明，MIF 通过抑制抑癌基因p53 的功能、持续激活胞外信号调节激酶(ERK)/丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号转导通路、诱导环氧化酶(COX)/前列腺素E2(PGE2) 激活、促进血管内皮细胞的增殖及分化等独特的生物学作用多层次促进肿瘤的生长、增殖及侵袭[17]，并且在低分化肿瘤中，MIF表达与预后相关。Jung等[18]研究表明，MIF 阻止P53 从胞浆转移至胞核，并且可抑制P53 的活性，抑制细胞增殖、促进凋亡。Binsky等[19]在慢性淋巴细胞白血病的研究中发现，MIF表达明显升高，通过激活IL -8，继而Bcl-2表达增加，抑制肿瘤细胞凋亡，促进细胞增殖。Arenberg等[20]发现，在C57BL /6 小鼠肺损伤急性期，MIF表达增加，抑制在急性期注入小鼠体内的Louis 癌细胞的凋亡，促进其增殖，而在敲除MIF基因的小鼠中则无此现象。, 百拇医药(石柳亿 赵国海)
最初发现MIF在先天性免疫和获得性免疫过程中起重要作用。既能活化淋巴细胞、粒细胞及巨噬细胞，又能抑制糖皮质激素的生理作用，从而调节免疫系统功能。进一步研究发现抑制MIF可改善自身免疫性疾病大鼠模型的病情进展；此外，值得注意的是MIF在多种肿瘤细胞中高表达，这使得MIF极可能成为治疗自身免疫病及肿瘤的新靶点。很多研究表明MIF与急性胰腺炎、炎性肠病、川崎病、哮喘、脓毒症等炎症性疾病及胃癌、肝癌、前列腺癌等恶性肿瘤密切相关，本文将对其分子机制做一综述。
1MIF在细胞中的分子作用机制
MIF由115个氨基酸构成，分子量为12.5kd，二级结构与主要组织相容性抗原(MHC)高度相似，由两个反向平行的α螺旋和六个β折叠构成。MIF的活性形式是由三个同源单体构成的三聚体与D-多巴色素互变异构酶高度同源。这种独特的三级结构使其具有异构酶活性，它的羧基末端是其酶学活性的关键并能稳定其三级结构[1]。已合成多种MIF抑制剂，ISO-1抑制MIF互变异构酶活性及其细胞因子活性，抑制内毒素大鼠巨噬细胞TNF的释放，降低其死亡率；Mitchell等[2]合成了一种效用强于ISO-1的小分子量MIF抑制剂4-IPP，能不可逆性抑制MIF异构酶活性，尤其是在癌症组织中。
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最初认为MIF由T淋巴细胞分泌作用于巨噬细胞，然而接下来的研究发现巨噬细胞、B淋巴细胞、粒细胞等大多数炎性细胞均表达MIF，并在宿主防御反应中起关键作用。大多数上皮细胞表达并储存MIF，鉴于上皮细胞是阻挡病原体的第一道屏障，MIF的存在提示其在早期固有免疫中起重要作用。有趣的是MIF在腺垂体中被检测到，特别是在分泌ACTH的细胞内，在此MIF的分泌遵循昼夜节律，并与皮质类固醇的分泌峰值相一致。从在不同组织细胞中的分布情况看，MIF很可能不仅在机体免疫防御方面起重要作用，还有其他生理功能未被阐明。
尽管MIF在多种免疫细胞中的作用已经知晓，但科学家花了很长时间研究它所参与的信号传导途径。试验表明MIF信号传导途径的受体CD74为一种II型跨膜蛋白，在巨噬细胞CD74与MIF结合具有高度亲和力，这种复合物介导胞外MAPK活性及细胞增殖。此外CD44作为MIF的复合跨膜受体协同引发ERK1和ERK2激酶磷酸化，MIF与CD74和CD44受体丝氨酸磷酸化有关，进一步能够抑制细胞凋亡[3]。Bernhagen J等[4]研究认为MIF竞争性结合功能性受体CXCR4和CXCR2，形成CXCR2-CD74-MIF复合物诱发单核细胞聚集于动脉粥样硬化炎性病变处，可实测到快速整合蛋白及钙离子内流。而MIF缺陷大鼠动脉粥样硬化模型可见单核细胞聚集明显减少。作者认为MIF具有趋化因子样功能调节炎性细胞募集。MIF与受体结合后，发生细胞内ERK-MAP信号通路级联反应，通过细胞周期蛋白D1转录和Rb基因磷酸化促进细胞增殖。在此快速短暂级联反应中还有另外一条通路，MIF与蛋白Jab-1/CSN5在胞内结合，丝氨酸激酶起重要作用并加快细胞周期[5]。
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2MIF与炎症
MIF最初被发现于研究IV型迟发型免疫反应的细胞上清液中。结核菌素注射引发的炎性细胞浸润的巨噬细胞亦产生MIF，与对照组比较MIF抗体明显减轻过敏反应及炎性细胞浸润。因此，MIF被认为是一种促炎性细胞因子。这种观点进一步在感染性休克大鼠模型上得到证实，注射内毒素之后MIF的分泌及蛋白合成明显增加，然而加入重组MIF后这种效应被减弱。利用反义MIF可抑制MIF及TNF α等细胞因子的产生，这表明MIF具有自分泌功能以抑制类固醇效应及部分细胞因子的生成[6]。在多种炎性组织中均检测出MIF分泌增多，然而破坏MIF功能能否减轻炎症反应及疾病预后，各项研究成果有所冲突。
Bacher 等报道MIF能够影响T细胞的增殖与活性。随后发现巨噬细胞不仅是MIF的效应细胞也是MIF的分泌细胞，而MIF增强TNF及IFN的表达，这种自分泌的形式加快了细菌自感染病灶的迁移，并且能够减少中性粒细胞的凋亡[6]。Roger等[6]一系列实验研究表明MIF作用于巨噬细胞及单核细胞的TLR-4(Toll-like receptor 4)，后者则是内毒素受体。MIF基因敲除大鼠仅低表达这种受体，这或许能够解释内毒素对这种大鼠相对较低的致死率。
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当机体处于“应急”或免疫反应时，肾上腺释放糖皮质激素，后者可以削弱Th1及单核巨噬细胞的活化，抑制促炎细胞因子的释放和PLA2的合成，减轻炎症反应。另一方面，腺垂体和单核巨噬细胞又合成大量的MIF，MIF又可促使巨噬细胞释放大量细胞因子，两者的分泌可相互促进。这提示MIF和下丘脑垂体肾上腺轴有直接的因果关系，具有拮抗糖皮质激素的抗炎作用。这种相互拮抗作用提示有某种潜在机制避免炎症反应过度化[7]。Attila Paszt等应用糖皮质激素及其拮抗剂干预AP大鼠模型示MIF是急性胰腺炎发病过程中的一个关键性炎症因子，糖皮质激素在其导致的多器官损害中发挥重要作用[8]。
多项研究表明MIF在特应性皮炎、哮喘、银屑病、溃疡性结肠炎、风湿性关节炎等多种炎性疾病中高表达。Otukesh等[9]对小儿尿路感染的临床研究显示MIF可作为鉴别膀胱炎与肾盂肾炎的一项重要指标，并且是永久性肾损害的危险因素。Santos等[10]研究认为MIF作为一种多效性促炎性细胞因子在风湿性关节炎具有多个细胞靶点，通过MAP激酶及ERK激酶信号通路活化T细胞，促进特异性免疫反应，与风湿性关节炎的严重程度密切相关。J.Wu等[11]研究认为MIF具有多态现象，因基因启动子在不同炎性疾病中表达不同，并证实MIF-173G/C与小儿哮喘密切相关。在DSS诱导的溃疡性结肠炎大鼠中MIP-1及MCP-1表达显著增加，活体研究发现MIF调节MIP-1及MCP-1的表达，MIF缺陷大鼠炎性改变明显减轻，揭示MIF在自身免疫性肠病的发病起关键作用[12]。
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3MIF与肿瘤
目前认为，MIF作为一种独特的细胞分泌因子，不仅可以参与调节炎症反应以及机体免疫调节反应，而且MIF 还在多种肿瘤细胞，癌前病变中都过表达，从而促进肿瘤的发生和发展[13]，和细胞增殖、细胞分化及肿瘤血管生成等关键环节密切相关[14]。
有研究证明，靶向沉默MIF基因后，肺腺癌A549细胞的侵袭与迁移能力下降90%，若MIF过表达，则可观察到相反现象[14]。MIF参与了肺癌特别是非小细胞肺癌(NSCLC)的发生和发展，研究表明：NSCLC 肺癌组织标本高表达MIF与血中血管内皮生长因子(VEGF) 和肺癌组织CXC趋化因子表达升高呈正相关，特别是与肿瘤组织微血管密度呈显著正相关。McClelland等[15]进一步发现，NSCLC组织标本中特异的MIF受体-CD74 表达同样显著增高且诱导体内外促血管新生的CXC趋化因子表达升高；MIF 这种诱导血管新生效应可被CD74 抗体所拮抗；侯俊娜等[16]研究表明：大细胞肺癌H460 细胞株高表达MIF蛋白，体外应用siRNA 靶向沉默MIF基因后，H460 细胞的活性、增殖能力下降; 继而用AnnexinV-FITC / PI 双染色凋亡检测发现，转染MIF siRNA 部分阻断MIF 表达后，H460 细胞凋亡率显著增加。上述结果均提示MIF 与NSCLC血管生成和肿瘤细胞转移有密切关系。大量研究表明，MIF 通过抑制抑癌基因p53 的功能、持续激活胞外信号调节激酶(ERK)/丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号转导通路、诱导环氧化酶(COX)/前列腺素E2(PGE2) 激活、促进血管内皮细胞的增殖及分化等独特的生物学作用多层次促进肿瘤的生长、增殖及侵袭[17]，并且在低分化肿瘤中，MIF表达与预后相关。Jung等[18]研究表明，MIF 阻止P53 从胞浆转移至胞核，并且可抑制P53 的活性，抑制细胞增殖、促进凋亡。Binsky等[19]在慢性淋巴细胞白血病的研究中发现，MIF表达明显升高，通过激活IL -8，继而Bcl-2表达增加，抑制肿瘤细胞凋亡，促进细胞增殖。Arenberg等[20]发现，在C57BL /6 小鼠肺损伤急性期，MIF表达增加，抑制在急性期注入小鼠体内的Louis 癌细胞的凋亡，促进其增殖，而在敲除MIF基因的小鼠中则无此现象。, 百拇医药(石柳亿 赵国海)