巨噬细胞移动抑制因子与炎症性肠病的研究进展(1)
文章编号：1009-5519(2007)21-3235-02 中图分类号：R5 文献标识码：A
炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)是一种非特异性的肠道炎症性疾病,包括溃疡性结肠炎和克罗恩病，以慢性过程、反复发作、病因未明为其特征。西方国家发病率较高,国内发病有上升趋势。近年来研究认为，IBD是由免疫反应介导、遗传为基础以及环境因素等多因素相互作用的结果[1]。1966年Bloom和Bennett等首次鉴定了一种由活化的T淋巴细胞分泌的可抑制巨噬细胞/单核细胞移动的细胞因子，命名为巨噬细胞移动抑制因子(macrophage migration inhibition factor，MIF)。MIF具有多种生物活性，它既是一种前炎性细胞因子,又是一种源于垂体的激素[2]，是先天性免疫和获得性免疫的重要调节因子。近年来，国外研究发现[3]MIF参与炎症性肠病的发生发展，现综述如下。
1 MIF基因和分子结构[4]
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人类MIF基因为单拷贝基因，位于第22号染色体长臂(22q11.2)的保守区内，含3个外显子和2个内含子。mMIF 的启动子上有些调节元件，具有前炎症介质的基因特征，如cAMP应答元件(CRE);负向糖皮质激素应答元件(nGRE);细胞因子-1(CK-1)部位;NK-κB部位等。MIF的cDNA编码含115个氨基酸残基的非糖基化蛋白，其相对分子质量约为12.5kDa，不同种MIF分子间氨基酸序列同源性大于80%。MIF的N端不具有内部信号肽序列，不能直接通过ER 输出MIF。MIF不属于现知的任何细胞因子家庭成员，由含2个反向平行α螺旋和6个β片层的3个单体组成的同源三聚体，此三聚体通过单体内的β-片层以及α-螺旋与C-末端之间氢键相互作用加以稳固，形成一个溶剂易进通道的桶形结构，此通道能结合小分子配体。MIF的催化部位靠近N-末端Pro，C-端环上的色氨酸参与三聚体内亚基间的相互作用。环行二色性研究表明，MIF在pH>4.5时处于稳定构象，pH≤4.5时折叠增加。
2 MIF的产生和调节
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MIF组成性表达和贮存于细胞内池，通过一非传统蛋白分泌路径释放出胞，非传统蛋白出胞的典型抑制剂Glyburide和Probenicid能够强烈抑制MIF的分泌。一个健康人血清里MIF 正常浓度为2～4 ng/ml，很多组织和细胞能分泌MIF，特别是在参与应激反应的几个器官(下丘脑、垂体、肾上腺)中[5]，也在那些与宿主的自然环境直接接触的组织和细胞中表达，如肺、皮肤的上皮层以及胃肠道和泌尿道。MIF的产生受严格的调控[6]，LPS、G+休克综合征毒素-1(TSST-1)、链球菌致热外毒素A(SPEA)、疟疾色素(Hemazoin)或细胞因子如TNFα、IFNγ可刺激单核/巨噬细胞释放MIF,呈现一条钟形的分泌曲线。低浓度TSST-1、SPEA、LPS和糖皮质激素能诱导巨噬细胞和T细胞产生MIF，并且呈剂量依赖性。高浓度TSST-1或SPEA (>1 ng/ml)、LPS (>1 ng/ml)、糖皮质激素(>10～7 M)不能诱导MIF的产生。这可能是机体为了减轻过量前炎症细胞因子造成的损伤而采取的一种保护性措施。
3 MIF的分子作用机制
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3.1 MIF调节的信号转导途径[7]：MAPK是一类丝氨酸/苏氨酸磷酸化激酶，有多种形式，在细胞因子信号转导中起主要作用的是细胞外ERK，磷酸化级联途径Ras→Raf→MAPK→ERK是导致细胞增殖最常见的途径。MIF活化的ERK信号可磷酸化并活化胞浆PLA2，cPLA2是炎症级联反应的关键因子[8]，可诱导花生四烯酸的释放。
3.2 膜受体CD74分子：CD74是MIF的高亲合力膜结合蛋白[9]，起着MIF跨膜受体的作用。MIF与CD74分子的胞外部分即73～232位氨基酸残基高亲和力结合后,激活ERK磷酸化级联反应，MIF与CD74分子的结合可能是MIF发挥诱导ERK磷酸化和促使细胞增殖作用中必需的一个步骤。
3.3 MIF的酶学活性能催化互变异构反应和氧化还原反应[10]：(1)为多巴色素异构酶，D型和L型多巴色素甲酯都是MIF的良好底物。(2)为羟苯丙酮酸互变异构酶，能催化羟苯丙酮和羟苯丙酮酸的酮基2烯酸的互变异构。(3)GSH和二羟酯酰胺作为MIF生理性氧化还原底物，并且它还作为一种新型蛋白质-巯基氧化还原酶参与氧化还原反应。
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3.4 内毒素败血症的重要炎症介质[11]：LPS诱导的疾病如肉毒血症里，MIF是一种重要的前炎症介质。纯化的重组MIF 能促进LPS 的致死效应(15%～85%)，而抗-MIF抗体则完全能避免LPS诱导的致死效应，由此确证，MIF的作用是促炎性的。中枢MIF(如来自垂体)和外周MIF(来自免疫细胞)的产生均有助于MIF的促炎活性，应用D-半乳糖敏感的小鼠TSST-I休克模型中，抗-MIF抗体明显提高其存活率(7%～74%)。
4 MIF与炎症性肠病
4.1 细菌感染对MIF表达的影响：肠道感染和菌群失调是抗原激活触发IBD的重要原因，微生物特别是细菌及其产物起了一种抗原扳机的作用，引起了肠道的炎症反应。G-菌内毒素的主要化学成分是LPS，啮齿类动物注射LPS后引起MIF蛋白的释放及血清里MIF水平明显增高，MIF能够促进LPS毒力，且MIF水平与死亡显著相关。研究发现，MIF基因敲除(MIF-/-)小鼠体内的巨噬细胞对LPS和革兰阴性细菌如伤寒沙门菌反应低下，细胞因子分泌减少。G+外毒素能够诱导巨噬细胞分泌MIF，MIF-/-小鼠可抵抗金黄色葡萄球菌肠毒素诱导的致死效应。
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4.2 MIF在IBD免疫反应中的作用：在先天性及获得性免疫反应中，MIF可促进T细胞增殖和进一步活化以及B细胞多克隆激活, 产生大量自身抗体和多种细胞因子等，免疫中和MIF后则抗原特异性T细胞的增殖和抗体的生成均受抑制。通过免疫组化的方法，在小鼠结肠炎的肠组织上皮细胞和渗出的免疫细胞可以观察到MIF强阳性染色,而抗MIF抗体明显减少。de Jong YP 等[12]通过观察发现MIF缺乏的鼠不能通过内毒素诱导形成结肠炎,但给予野生型的先天免疫细胞后又能形成结肠炎，而且，用抗-MIF免疫球蛋白能够治疗结肠炎，从而认为鼠的结肠炎是依赖先天免疫系统不断产生MIF而形成的。
5 MIF对糖皮质激素(GC)治疗IBD的影响
GC是IBD活动期治疗的主要药物，GC可诱导MIF的产生而MIF又作为GC生理活动的负反馈调节剂，可能的分子机制包括：(1)ERK-cPLA2-花生四烯酸；(2)I-κB-NF-κB-细胞因子；(3)周期素D1-Rb-E2F-细胞分裂；(4)Jab-1-AP-1/c-jun-促炎基因。
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MIF有负调节GC对TNF诱导的花生四烯酸释放的抑制作用，GC对TNF转录的抑制依赖于阻滞JNK/SAPK的活化。在细胞中MIF通过活化cPLA2发挥调节GC的作用，GC以cPLA2为目标靶点，通过抑制其活化来达到抗炎作用的发挥。核因子NF-κB调控多种炎性细胞因子的表达，GC通过抑制NF-κB的p65亚单位与靶基因位点结合而阻断NF-κB转录活性；另外可促进NF-κB抑制因子I-κB的合成，阻断NF-κB向核内转移来实现其抗炎作用。MIF抑制糖皮质激素诱导IκB的合成，促使NF-κB进入核内和相应DNA序列结合而释放大量炎性因子[13]。肿瘤抑制蛋白Rb的磷酸化受到上游分子周期素D1的重要调节，当Rb活化后引起转录因子E2F的释放，从而诱导S-期急性酶的表达，GC抑制周期素D1 mRNA的表达、Rb磷酸化和细胞增殖。相反，MIF通过使Rb磷酸化和E2F活性增加在整合素介导的细胞分裂过程中起着关键作用。这些表明周期素D1的表达和Rb的磷酸化可能是MIF反向调节GC作用的关键点之一。JUN活化域结合蛋白(Jab-1)可使JNK磷酸化激活,促进细胞生长并激活活化蛋白(activatorprotein,AP-1)，是一种控制细胞生长转化、上调炎性因子基因表达的转录因子。GC发挥作用的重要机制是对AP-1调节基因的转录抑制，GC抵抗性疾病与AP-1活性的升高密切相关。MIF的活性特征呈现一“钟形”剂量反应曲线，低浓度的MIF通过受体调节的跨膜信号转导发挥特定的应答反应,高浓度的MIF通过非受体的Jab-1信号转导发挥其酶活性作用,过度表达的MIF抑制JAB-1成纤维细胞的促生长特性同时使活化AP-1/c-jun复合物的稳定性下降。对AP-1稳定性的正负调节说明，MIF在影响内外源性GC作用发挥的过程中处于相当重要的位置。, http://www.100md.com(刘艳萍 李国庆)
炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)是一种非特异性的肠道炎症性疾病,包括溃疡性结肠炎和克罗恩病，以慢性过程、反复发作、病因未明为其特征。西方国家发病率较高,国内发病有上升趋势。近年来研究认为，IBD是由免疫反应介导、遗传为基础以及环境因素等多因素相互作用的结果[1]。1966年Bloom和Bennett等首次鉴定了一种由活化的T淋巴细胞分泌的可抑制巨噬细胞/单核细胞移动的细胞因子，命名为巨噬细胞移动抑制因子(macrophage migration inhibition factor，MIF)。MIF具有多种生物活性，它既是一种前炎性细胞因子,又是一种源于垂体的激素[2]，是先天性免疫和获得性免疫的重要调节因子。近年来，国外研究发现[3]MIF参与炎症性肠病的发生发展，现综述如下。
1 MIF基因和分子结构[4]
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人类MIF基因为单拷贝基因，位于第22号染色体长臂(22q11.2)的保守区内，含3个外显子和2个内含子。mMIF 的启动子上有些调节元件，具有前炎症介质的基因特征，如cAMP应答元件(CRE);负向糖皮质激素应答元件(nGRE);细胞因子-1(CK-1)部位;NK-κB部位等。MIF的cDNA编码含115个氨基酸残基的非糖基化蛋白，其相对分子质量约为12.5kDa，不同种MIF分子间氨基酸序列同源性大于80%。MIF的N端不具有内部信号肽序列，不能直接通过ER 输出MIF。MIF不属于现知的任何细胞因子家庭成员，由含2个反向平行α螺旋和6个β片层的3个单体组成的同源三聚体，此三聚体通过单体内的β-片层以及α-螺旋与C-末端之间氢键相互作用加以稳固，形成一个溶剂易进通道的桶形结构，此通道能结合小分子配体。MIF的催化部位靠近N-末端Pro，C-端环上的色氨酸参与三聚体内亚基间的相互作用。环行二色性研究表明，MIF在pH>4.5时处于稳定构象，pH≤4.5时折叠增加。
2 MIF的产生和调节
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MIF组成性表达和贮存于细胞内池，通过一非传统蛋白分泌路径释放出胞，非传统蛋白出胞的典型抑制剂Glyburide和Probenicid能够强烈抑制MIF的分泌。一个健康人血清里MIF 正常浓度为2～4 ng/ml，很多组织和细胞能分泌MIF，特别是在参与应激反应的几个器官(下丘脑、垂体、肾上腺)中[5]，也在那些与宿主的自然环境直接接触的组织和细胞中表达，如肺、皮肤的上皮层以及胃肠道和泌尿道。MIF的产生受严格的调控[6]，LPS、G+休克综合征毒素-1(TSST-1)、链球菌致热外毒素A(SPEA)、疟疾色素(Hemazoin)或细胞因子如TNFα、IFNγ可刺激单核/巨噬细胞释放MIF,呈现一条钟形的分泌曲线。低浓度TSST-1、SPEA、LPS和糖皮质激素能诱导巨噬细胞和T细胞产生MIF，并且呈剂量依赖性。高浓度TSST-1或SPEA (>1 ng/ml)、LPS (>1 ng/ml)、糖皮质激素(>10～7 M)不能诱导MIF的产生。这可能是机体为了减轻过量前炎症细胞因子造成的损伤而采取的一种保护性措施。
3 MIF的分子作用机制
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3.1 MIF调节的信号转导途径[7]：MAPK是一类丝氨酸/苏氨酸磷酸化激酶，有多种形式，在细胞因子信号转导中起主要作用的是细胞外ERK，磷酸化级联途径Ras→Raf→MAPK→ERK是导致细胞增殖最常见的途径。MIF活化的ERK信号可磷酸化并活化胞浆PLA2，cPLA2是炎症级联反应的关键因子[8]，可诱导花生四烯酸的释放。
3.2 膜受体CD74分子：CD74是MIF的高亲合力膜结合蛋白[9]，起着MIF跨膜受体的作用。MIF与CD74分子的胞外部分即73～232位氨基酸残基高亲和力结合后,激活ERK磷酸化级联反应，MIF与CD74分子的结合可能是MIF发挥诱导ERK磷酸化和促使细胞增殖作用中必需的一个步骤。
3.3 MIF的酶学活性能催化互变异构反应和氧化还原反应[10]：(1)为多巴色素异构酶，D型和L型多巴色素甲酯都是MIF的良好底物。(2)为羟苯丙酮酸互变异构酶，能催化羟苯丙酮和羟苯丙酮酸的酮基2烯酸的互变异构。(3)GSH和二羟酯酰胺作为MIF生理性氧化还原底物，并且它还作为一种新型蛋白质-巯基氧化还原酶参与氧化还原反应。
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3.4 内毒素败血症的重要炎症介质[11]：LPS诱导的疾病如肉毒血症里，MIF是一种重要的前炎症介质。纯化的重组MIF 能促进LPS 的致死效应(15%～85%)，而抗-MIF抗体则完全能避免LPS诱导的致死效应，由此确证，MIF的作用是促炎性的。中枢MIF(如来自垂体)和外周MIF(来自免疫细胞)的产生均有助于MIF的促炎活性，应用D-半乳糖敏感的小鼠TSST-I休克模型中，抗-MIF抗体明显提高其存活率(7%～74%)。
4 MIF与炎症性肠病
4.1 细菌感染对MIF表达的影响：肠道感染和菌群失调是抗原激活触发IBD的重要原因，微生物特别是细菌及其产物起了一种抗原扳机的作用，引起了肠道的炎症反应。G-菌内毒素的主要化学成分是LPS，啮齿类动物注射LPS后引起MIF蛋白的释放及血清里MIF水平明显增高，MIF能够促进LPS毒力，且MIF水平与死亡显著相关。研究发现，MIF基因敲除(MIF-/-)小鼠体内的巨噬细胞对LPS和革兰阴性细菌如伤寒沙门菌反应低下，细胞因子分泌减少。G+外毒素能够诱导巨噬细胞分泌MIF，MIF-/-小鼠可抵抗金黄色葡萄球菌肠毒素诱导的致死效应。
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4.2 MIF在IBD免疫反应中的作用：在先天性及获得性免疫反应中，MIF可促进T细胞增殖和进一步活化以及B细胞多克隆激活, 产生大量自身抗体和多种细胞因子等，免疫中和MIF后则抗原特异性T细胞的增殖和抗体的生成均受抑制。通过免疫组化的方法，在小鼠结肠炎的肠组织上皮细胞和渗出的免疫细胞可以观察到MIF强阳性染色,而抗MIF抗体明显减少。de Jong YP 等[12]通过观察发现MIF缺乏的鼠不能通过内毒素诱导形成结肠炎,但给予野生型的先天免疫细胞后又能形成结肠炎，而且，用抗-MIF免疫球蛋白能够治疗结肠炎，从而认为鼠的结肠炎是依赖先天免疫系统不断产生MIF而形成的。
5 MIF对糖皮质激素(GC)治疗IBD的影响
GC是IBD活动期治疗的主要药物，GC可诱导MIF的产生而MIF又作为GC生理活动的负反馈调节剂，可能的分子机制包括：(1)ERK-cPLA2-花生四烯酸；(2)I-κB-NF-κB-细胞因子；(3)周期素D1-Rb-E2F-细胞分裂；(4)Jab-1-AP-1/c-jun-促炎基因。
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MIF有负调节GC对TNF诱导的花生四烯酸释放的抑制作用，GC对TNF转录的抑制依赖于阻滞JNK/SAPK的活化。在细胞中MIF通过活化cPLA2发挥调节GC的作用，GC以cPLA2为目标靶点，通过抑制其活化来达到抗炎作用的发挥。核因子NF-κB调控多种炎性细胞因子的表达，GC通过抑制NF-κB的p65亚单位与靶基因位点结合而阻断NF-κB转录活性；另外可促进NF-κB抑制因子I-κB的合成，阻断NF-κB向核内转移来实现其抗炎作用。MIF抑制糖皮质激素诱导IκB的合成，促使NF-κB进入核内和相应DNA序列结合而释放大量炎性因子[13]。肿瘤抑制蛋白Rb的磷酸化受到上游分子周期素D1的重要调节，当Rb活化后引起转录因子E2F的释放，从而诱导S-期急性酶的表达，GC抑制周期素D1 mRNA的表达、Rb磷酸化和细胞增殖。相反，MIF通过使Rb磷酸化和E2F活性增加在整合素介导的细胞分裂过程中起着关键作用。这些表明周期素D1的表达和Rb的磷酸化可能是MIF反向调节GC作用的关键点之一。JUN活化域结合蛋白(Jab-1)可使JNK磷酸化激活,促进细胞生长并激活活化蛋白(activatorprotein,AP-1)，是一种控制细胞生长转化、上调炎性因子基因表达的转录因子。GC发挥作用的重要机制是对AP-1调节基因的转录抑制，GC抵抗性疾病与AP-1活性的升高密切相关。MIF的活性特征呈现一“钟形”剂量反应曲线，低浓度的MIF通过受体调节的跨膜信号转导发挥特定的应答反应,高浓度的MIF通过非受体的Jab-1信号转导发挥其酶活性作用,过度表达的MIF抑制JAB-1成纤维细胞的促生长特性同时使活化AP-1/c-jun复合物的稳定性下降。对AP-1稳定性的正负调节说明，MIF在影响内外源性GC作用发挥的过程中处于相当重要的位置。, http://www.100md.com(刘艳萍 李国庆)