Type I interferon production enhances susceptibility to Listeria monocytogenes infection

文献信息:
O’Connell RM, Saha SK, Vaidya SA, et al. Type I interferon production enhances susceptibility to Listeria monocytogenes infection. J Exp Med. 2004;200(4):437–445. doi:10.1084/jem.20040712

IFN(IFN-alpha/beta)是第一个被发现的干扰素,它的名称来源就是因为此细胞因子能够干扰病毒的复制。当宿主细胞检测到病毒入侵时,就会诱导宿主细胞IRF3的磷酸化,入核,激活IFN-beta基因的转录。IFN-beta与IFN-I受体(IFNAR由IFNAR1和IFNAR2两个亚基要合成)结合,导致转录因子STAT1alpha/beta的磷酸化,诱导IFN靶基因的产生。
研发也发现,细菌产物,例如LPS也能诱导IRF3依赖的IFN-I基因的表达。
当Listeria monocytogens进入巨噬细胞的细胞质中,它就会诱导高水平的IFN-beta,Ryan M. O’Connell的文章就是分析了IFN I系统中各种组分的缺失对Lm感染小鼠的影响。IRF3缺陷的小鼠对病毒感染易感,但对Lm感染有抗性。同时对Lm抗性的增强伴随着脾脏细胞的凋亡[1]。

Fig1A-Lm感染BMDM后,在4h后能够诱导强烈的IRF3转核。1h后NFkappaB活化(p65在核中能检测到)。
NF-κB在哺乳动物中该家族有5种蛋白,分别为:RelA(p65,这个是要进核的,因此要检测这个指标),RelB,c-Rel,p50和p52。它们的N端有着高度保守Rel同源区(Rel homology region,RHR),RHR由N端结构域(N-terminal domain,NTD)和C端结构域(C-terminal domain,CTD)连接而成,在CTD上有一个核定位区域(nuclear-localization sequence, NLS),负责与DNA结合、二聚体化和核易位。RelA(p65)、c-Rel和RelB的C端存在反式激活结构域(transactivation domain,TD)使得其激活目标基因。p50和p52只有RHR而缺乏TD,因此,p50和p52同源二聚体并不能激活基因转录,而是作为一种抑制分子存在,它们在细胞内通常各自以其前体p105和p100的形式存在。NF-κB二聚体的抑制蛋白家族(IκB)包含传统的IκB蛋白(IκBα,IκBβ,IκBε),NF-κB前体蛋白(p100,p105),以及核IκB(IκBζ , Bcl-3, and IκBNS)。IκB通过其C末端特定的锚蛋白重复序列(ankyrin repeat–containing domain ,ARD)与NF-κB结合,并覆盖NLS阻止NF-κB向细胞核内转移。细胞外信号因子与细胞膜上的受体结合,开启了一连串下游的反应。受体蛋白接受刺激后先活化IκB激酶(IKK)。IKK将细胞内NF-κB·IκB复合物的IκB亚基调节位点的丝氨酸磷酸化,使得IκB亚基被泛素化修饰,进而被蛋白酶降解,从而释放NF-κB二聚体。自由的NF-κB会进入细胞核,与有NF-κB结合位点的基因结合,启动转录进程。
Fig1B-MyD88,IRF3,IFNAR1的BMDM感染LM后,分析IFN-beta的表达(qPCR),MyD88,IFNAR1缺陷的BMDM正常分泌IFN-beta,但IRF3缺陷后,无法正常分泌IFN-beta。
Fig1C-IFN-I一旦生成,就会通过IFNAR来诱导STAT1的磷酸化(IFN-I和II都能激活下游的STAT1分子的磷酸化)。
MyD88对激活STAT1无影响,但是IRF3则参与STAT1的磷酸化。IFNAR是IFN-I的作用靶点,因此IFNAR的缺失也会导致STAT磷酸化的缺失。
Fig1中的数据说明,Lm与某些病毒一样,能够诱导IFN-beta产生,进而通过IRF3依赖的形式激活STAT1,而非MyD88依赖的途径。

Fig2A-IRF3敲除后,小鼠抵抗Lm增强;
Fig2B-IRF3敲除后,小鼠的肝脏,脾脏Lm下降;
Fig2C-IRF3敲除后,小鼠肝脏损伤程度降低。
Fig2的数据说明,IRF3的活化抑制小鼠抵抗Lm。

Fig3A-IFNAR1敲除后,小鼠对LM的抵抗增强;
Fig3B-野生鼠感染Lm,polyI:C(模拟RNA病毒感染,诱导IFN-I产生),LM+ polyI:C明显能增加小鼠的死亡;这说明IFN-I抑制了小鼠对抗Lm的能力;
Fig3C-野生型小鼠用poly I:C处理后,Lm含量上升;
Fig3的数据说明,polyI:C在感染过程中的干扰素能促进Lm感染。

Fig4A-IFNAR敲除后,对IL-6,IFN-gamma无影响;
Fig4B-IFNAR敲除后,对IP-10,TGTP,IRF1,IL-6无影响。但Mx1,PKR,TRAIL,Daxx有影响,它们的表达都降低,这说明这几个基因是IFN I的靶基因,其中TRAIL,PKR与Daxx是与促凋亡相关的靶基因。以前有研究发现,Im能诱导巨噬细胞通过IFN-I发生凋亡。由于脾脏中这几个细胞表达量有所下降,同时脾脏是由多种细胞构成的,作者研究了Lm感染巨噬细胞后,这些基因的变化。IFNAR敲除细胞的表现与脾脏的表现类似。

Fig5A-TUNEL是判断细胞凋亡的手段,TUNEL+在普通细胞中的明显升高,在IFNAR敲除的细胞中明显减少。在IRF3中同样如此。