目前，全球有1/4的人感染结核病，大部分人都能痊愈，有少部分“不幸中招”。结核菌是如何侵染宿主细胞导致宿主发病的呢？被感染者又是如何痊愈的？为弄清这些问题，有学者做了纵向青少年队列研究ACS临床调查[1,2]，采用转录谱分析确定了相关性较高的16个ACS标记基因[2]。一些学者建立了非人灵长类(NHP)结核病模型，观察猕猴肺结核肉芽肿的生理形态和物理特性[3]。在这些相关研究的基础上，作者[4]建立了多样性近交系(DO)结核病小鼠模型，比较两个模型的转录谱，发现，肺部炎症和感染动物的发病与中性粒细胞脱颗粒有关[5]。
那么，动物模型中的发现是否适用于人类呢？
作者将这两种模型的转录谱与人类转录谱进行分析，发现16个ACS标记基因在发病个体中高表达，同时，有11个ACS标记基因在无症状个体中的表达水平也升高了。这说明，一些ACS标记基因促进了结核病发展，一些具有免疫保护作用。随后，作者建立了12个DO-ACS标记基因缺陷小鼠模型，包括Scarf1?/?,Stat1?/?,Sept4?/?,Tap1?/?,Trafd1?/?,Batf2?/?,Serping1?/?,Fcgr1?/?,GbpChr3?/?等。分别在急性感染阶段（感染后30天）和慢性感染阶段(60天或更多)测定免疫细胞水平、结核菌负荷量以及肺部炎症程度，进一步确定这16个基因的具体“岗位职能”。
能把握肺修复和炎症反应动态平衡的免疫途径决定了结核菌侵染的“方向”。根据基因缺陷小鼠肺结核菌负荷量、炎症程度、免疫细胞水平和易感程度，作者发现，一些基因促进结核菌感染（如Batf2、Fcgr1和Scarf1），一些参与宿主免疫保护（如Stat1、Tap1、Gbps、Trafd1、Sep4和Serping1）。有3类免疫途径作用巨大：(1)与Scarf1基因相关的免疫通路，它是结核菌感染的“驱动器”；(2)抑炎症信号通路（如STAT相关信号通路等）；(3)肺损伤修复相关信号通路。SCARF1是天然免疫的关键调节因子，它或能加重肺损伤，促进结核菌侵染。实验发现，Scarf1?/?小鼠在慢性期肺细菌负荷量显著降低，炎症减轻，对感染的抑制增强，没有形成完整的肉芽肿。Scarf1基因缺失小鼠中与中性粒细胞脱颗粒和天然免疫有关的基因表达水平下降，巨噬细胞中IL-10水平显著降低(Fig.1F)。而Scarf1基因在野生型小鼠肉芽肿中正常表达，Scarf1蛋白定位在被感染野生型小鼠和猕猴的肺肉芽肿中。通过基因富集分析(GSEA)，作者找到了4类与人SCARF1相关的免疫途径：(1)天然免疫系统和中性粒细胞脱颗粒(Fig.1E)。在人发病个体中，SCARF1或能调控天然免疫系统标记蛋白的表达，促使中性粒细胞脱颗粒，降低中性粒细胞水平，从而促进结核菌侵染。一些与SCARF1相关的调控基因或能够调控肺基质破坏，SCARF1可能参与了肺破裂、坏死和空化过程；(2)IL-10通路（包括天然细胞因子和趋化因子)和补体活化途径(Fig.1E)。产生IL-10的巨噬细胞能优先清除凋亡细胞，而Scarf1与凋亡细胞的清除有关。IL-10通路能促进结核菌免疫逃逸，其过表达还能促进结核菌感染，使鼠发病。Fig.1.16-ACS标记中的致病基因。MtbHN(CFU)雾化感染野生型和基因缺陷型小鼠。在感染后30、60、和天，采集肺组织样本，通过电镀、流式细胞术或HE染色评估细菌负荷量.(E)基因富集分析(GSEA)。与SCARF1高度相关的人蛋白质富集.(F)感染后2天测定未感染的野生型小鼠上清和Scarf1?/?小鼠骨髓来源巨噬细胞的IL-10和TNF水平。每个数据点表示两个重复实验的平均值(±SEM)。采用未配对的双尾t检验分析基因缺陷小鼠和对照小鼠的细菌负荷量。一些免疫途径能及时修复被感染个体的肺损伤，阻断炎症。与肺损伤修复有关的基因（包括骨形态发生蛋白通路相关基因(Fig.2C)，胰岛素样生长因子1受体和成纤维细胞生长因子受体等）在无症状个体中高表达。细胞修复有关的关键基因（如转化生长因子β结合蛋白4(LTBP4)，肌球蛋白IXA(MYO9A)，V-erb-b2红细胞白血病病毒癌基因同源2(ERB2)在三个物种无症状个体中高表达(Fig.2D)。参与免疫因子募集和活化的细胞因子和趋化因子相关通路也参与了该过程，主要有：与ERK信号通路有关的基因，它们通过调节ERK信号通路抑制结核菌感染，在三个物种的无症状个体中高表达；以及IFN刺激因子，即具有IFIT2的IFN诱导蛋白。Fig.2.在无症状个体和发病个体中重叠的具有差异表达的基因。在小鼠、猕猴和人类基因中重叠的具有显著表达差异的基因个数。阴影区域用于Reactome富集测试，如(C)所示，在无症状个体中表达量较高的基因个数，在(D)发病个体中表达量较高的基因个数。STAT1基因缺陷小鼠对结核菌极其敏感，在感染的急性期结核菌负荷量很高(Fig.3A)，炎症加重。STAT1是I、II和III型IFN信号通路的关键基因，STAT1缺失后或阻碍了Th1的免疫应答，导致结核菌DNA大量复制。另外，作者还发现，发病个体中STAT1的表达水平也很高，但炎症却加重了。这说明，STAT1虽能增强IFN通路，但保护效力不高。Tap1?/?小鼠在急慢性期结核菌负荷量均明显升高，炎症加重。TAP1能促进CD8+T细胞的组装，Tap1基因的缺失使得CD8+T细胞无法完成组装，导致活化的CD8+T细胞数量减少(Fig.3B)。Trafd1?/?小鼠只在慢性阶段更易感，而在全过程中，Trafd1?/?小鼠炎症均减轻了(Fig.3D)。TRAFD1是TNF家族成员，控制过度免疫反应(Fig.3C)，Trafd1基因的缺失或能上调IFNβ的表达而促进TH1-TH2转换来抑制炎症。与Trafd1?/?小鼠相似，GbpChr3?/?小鼠只在慢性阶段更易感。GBPs是IFN诱导蛋白，能够抵抗病毒和细菌侵染，GBPs的缺失降低了慢性期中性粒细胞和巨噬细胞的水平。综上发现，STAT1和TAP1基因在整个感染期起保护作用，Gbps和Trafd1基因只在慢性感染期起保护作用，而Trafd1和Gbp基因均为IFN效应基因，STAT相关信号通路或具有抑制炎症的作用。Fig.3.16个标记基因中介导免疫保护的基因。MtbHN(CFU)雾化感染对照和基因缺陷小鼠。感染后30、60和天，采集取肺组织样本，通过电镀，流式细胞术或HE组织染色测定肺细菌负荷量。(A)Stat1?/?小鼠,(B)Tap1?/?小鼠,(C)GbpChr3?/?小鼠,(D)Trafd1?/?小鼠，以及对照组。每个数据点表示两个重复实验的平均值(±SEM)。采用未配对双尾t检验分析野生型小鼠（C57BL/6）和基因缺陷小鼠的细菌负荷量。通过跨物种表达谱分析，并结合基因缺陷模型实验，作者找到了物种间共有的通路网，这些途径涉及结核菌侵染、炎症反应和宿主免疫保护，加深了对结核病模型和结核病发生机理的认识。参考文献：[1]T.J.Scriba,etal;othermembersoftheACScohortstudyteam,SequentialinflammatoryprocessesdefinehumanprogressionfromM.tuberculosisinfectiontotuberculosisdisease.PLOSPathogens13,e6687().
[2]D.E.Zak,etal;ACSandGC6-74cohortstudygroups,AbloodRNAsignaturefortuberculosisdiseaserisk:Aprospectivecohortstudy.Lancet,-().
[3]D.Kaushal,S.Mehra,P.J.Didier,A.A.Lackner,Thenon-humanprimatemodeloftuberculosis.J.Med.Primatol.41,-(2).
[4]MushtaqAhmed,etal;Immunecorrelatesoftuberculosisdiseaseandrisktranslateacrossspecies.Sci.Transl.Med.12,eaay().
[5]R.Gopal,L.Monin,etal.SA8/A9proteinsmediateneutrophilicinflammationandlungpathologyduringtuberculosis.Am.J.Respir.Crit.CareMed.,-(3).
来源：防痨战士
作者：尹昭坤
责编：赵沐
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