自身反应性B细胞和干扰素在系统性红斑狼疮(SLE)的发病机制中起到关键作用,然而如何更好地理解其基本机制并应用于临床研究还需更深入的探讨。本篇综述发表于《Annual Review of Immunology》,重点介绍了患者遗传和免疫监测研究,系统性描述了影响内源性B细胞活化或干扰原核酸清除的基因新突变。线粒体通过多种作用机制成为SLE的诱导剂和/或放大器,导致先天性和适应性免疫细胞激活。非典型B细胞和新型滤泡外T辅助细胞亚群被认为有助于SLE自身抗体的产生。总体而言,这些新的见解为加深患者的免疫表型监测提供了机会,并为患者分层和个性化治疗打开了大门。
SLE是一种典型的自身免疫性疾病,女性患病较多,并会累及多个器官/系统。该病反复发作,随着病情加重会导致器官损伤累积。SLE的发病机制十分复杂,但有两个关键的免疫特征,即对核酸的耐受性丧失以及干扰素系统的激活。因此,抗核抗体,尤其是双链DNA抗体和RNA/RNA结合蛋白的抗体,以及血液和受累组织中的干扰素刺激基因(ISG)是SLE的诊断标志。
SLE:一种复杂的干扰素病
慢性自身免疫性疾病和炎症性疾病是基因与环境相互作用的结果。SLE遗传背景很复杂,有研究发现与单基因狼疮相关的基因中的杂合子、超罕见编码变异与常见风险等位基因之间的协同效应。除了遗传研究外,高通量免疫监测还揭示了导致SLE发病的细胞、转录途径和促炎介质。大量的单细胞转录谱证实ISG含量在SLE患者组织和血液中明显上升,然而,关于SLE中干扰素产生的诱导剂、传感器和细胞来源仍然存在许多问题,不同干扰素家族对疾病的贡献也难以评估。
SLE中细胞死亡与干扰素之间的复杂联系
双链DNA(dsDNA)是SLE中最早发现的自身抗原之一。核小体是基因组dsDNA的基本单位,盘绕在组蛋白核心周围,通常在细胞核内被分隔和屏蔽。将核小体暴露于免疫系统的一个主要机制是细胞死亡。细胞凋亡缺陷以及铁死亡和NETosis的发生率增加与SLE发病机制有关。
在细胞死亡的下游,含有核酸的残余物在吞噬细胞的溶酶体区室内被消化。溶酶体核酸内切酶DNASE2在红系祖细胞去核过程中产生的核酸清除过程中起核心作用。红细胞生成停止和通过 cGAS/STING 通路激活 I 型干扰素信号转导,其缺陷会导致致命性贫血。总之,与单基因干扰素病相关的大量分子途径和广泛的表型表现,强调了干扰素及其触发因素在人类炎症和自身免疫性疾病中的复杂致病作用。
线粒体在SLE中的多方面作用
传统上认为SLE患者对核酸的耐受性丧失与核源性核酸有关,但线粒体核酸正在成为该疾病中干扰素的抗原靶标和触发因素。线粒体在氧化磷酸化(OXPHOS)、代谢和细胞凋亡中发挥着重要作用,近年来,线粒体成分已被确定为损伤相关的分子模式(DAMPs)的主要来源。特别是具有类似细菌DNA的低甲基化CpG基序的环状线粒体基因组,当释放到细胞质或细胞外空间时,激活了大量的模式识别受体,包括TLR9、cGAS和炎症小体(NLRP3和AIM2),导致I型干扰素和IL-1β的产生。重要的是,针对一系列线粒体组分的抗体,包括线粒体DNA(mtDNA)、线粒体内膜(IMM)或线粒体外膜蛋白和脂质、基质组分和mtRNA已在SLE患者中报道。典型的SLE特异性抗原是心磷脂,这是一种在IMM上独特发现的磷脂。HSP60是一种参与线粒体蛋白转运的伴侣蛋白,也是SLE中的线粒体抗原。同样,针对 IMM 蛋白丝粒体融合蛋白1(MFN1) 的自身抗体似乎可以预测SLE疾病活动指数,并且与抗磷脂和抗dsDNA 抗体的存在有关。最后,在活动期SLE患者中也发现了针对整个线粒体的抗体。
线粒体是SLE中细胞外干扰性DNA的来源
与基因组dsDNA 一样,细胞外mtDNA是NETs的组成型组分。重要的是,由于SLE中性粒细胞释放的NET富含氧化的mtDNA (Ox mtDNA),因此具有干扰原性。在被髓系细胞或pDC内化后,这些NET分别通过cGAS或TLR9诱导I型干扰素产生。值得注意的是,低密度粒细胞是在SLE中扩增的独特促炎中性粒细胞亚群,自发释放出富含Ox mtDNA的 NET(图1和2)。
图1 SLE中pDC激活核酸的来源
中性粒细胞和嗜酸性粒细胞也会释放出mtDNA,这是称为NETosis 的过程的一部分。在离体SLE血液中性粒细胞的线粒体内可以看到丰富的Ox mtDNA。除粒细胞外,血小板已成为SLE中细胞外mtDNA的来源。
线粒体是SLE中细胞内干扰核酸的来源
线粒体不仅是细胞外DAMPs的来源。事实上,据报道,多种线粒体应激源,包括环境损伤、氧化和蛋白毒性应激、自噬受损、mtDNA 突变和感染,会触发mtDNA释放到胞质溶胶中,并在细胞内源性产生I型干扰素和IL-1β,线粒体还含有dsRNA,这种线粒体dsRNA参与触发I型干扰素的MDA5驱动的抗病毒信号通路。有研究表明,线粒体通过RLR依赖性和RLR非依赖性 MAVS寡聚化,可能有助于SLE I型干扰素活性(图2)。
图2 SLE髓细胞激活核酸的来源
总体而言,导致线粒体完整性受损和区室化丧失的不同机制可能通过将线粒体核酸释放到细胞外空间或细胞质中而促进SLE的发病机制。在中性粒细胞的稳态中发生的氧化作用增强了mtDNA的促炎能力。这一过程不仅可能有助于放大干扰素生成环路,还可能使SLE下游的适应性免疫反应发生偏移。
SLE中的线粒体质量控制缺陷:与干扰素的联系
除核酸外,线粒体DAMPs中的线粒体活性氧(mtROS)也能激活先天免疫反应。然而,线粒体质量控制涉及的不同机制,例如线粒体自噬和线粒体衍生囊泡(MDV)的活性,以维持体内平衡并避免线粒体 DAMPs 的产生和释放。越来越多的证据表明,线粒体质量控制受损可能与SLE发病机制有关。重要的是,干扰素可以位于这些缺陷的上游或下游。
巨自噬(以下简称自噬)通过自噬体(一种双层膜结构)将细胞成分包裹起来,从而负责细胞成分的分解代谢。SLE中存在细胞特异性线粒体自噬缺陷。例如,SLE CD4 T细胞表现出线粒体功能障碍,线粒体自噬还控制CD8 T细胞的活化和功能。在SLE中, CD38负向调节CD8 T细胞线粒体适应性和细胞毒功能。
I型干扰素信号转导也影响骨髓细胞中的线粒体自噬。IRGM1是自噬体溶酶体降解所需的动力蛋白样免疫相关GTP酶(IRG)。它的缺陷会促进成纤维细胞中的溶酶体功能障碍,从而允许通过胞质 mtDNA 激活 cGAS-STING通路。在巨噬细胞内,IRGM1支持自噬体-溶酶体融合以降解线粒体 dsRNA,从而阻止内体TLR7的激活。
除了在线粒体质量控制中的作用外,线粒体自噬在特定细胞谱系的发育和分化过程中也起着重要作用。除了线粒体自噬之外,MDV(运输线粒体蛋白和脂质的小囊泡载体)也参与线粒体质量控制。
上述结果揭示了影响不同细胞类型的有缺陷的线粒体质量控制措施与SLE发病机制之间的重要联系。其中一些可归因于细胞内因子(即缺氧相关转录因子或线粒体自噬调节因子)的失调,而另一些则与细胞外源因子(如细胞因子,尤其是I型干扰素)和SLE特异性自身抗体有关。在没有直接遗传联系的情况下,这些改变可能代表疾病扩增现象,而不是SLE的上游原因。了解它们对个体患者疾病的影响可能是使患者分层至靶向治疗干预的基础。
线粒体代谢缺陷作为 SLE 的治疗靶点
线粒体通过维持ATP水平以及产生低水平的ROS来促进细胞稳态,这对细胞信号传导很重要。氧化应激增加和mtROS产生是SLE的特征,并已被视为治疗靶点。
I 型干扰素影响线粒体功能并增强多种细胞类型的氧化代谢。因此,用I型干扰素处理或从SLE患者血液中分离的CD8 T细胞表现出线粒体增大和备用呼吸能力降低,这与T细胞受体激动剂再次攻击时的细胞死亡有关。琥珀酸盐是三羧酸循环的中间体,在线粒体内的ATP生成中起着至关重要的作用。琥珀酸盐有助于SLE中的B细胞反应,从而在SLE中的I型干扰素、氧化应激和适应性免疫改变之间建立另一个联系。免疫代谢的最新进展表明了该研究领域的重要性,以及测试在免疫信号传导中发挥作用的三羧酸循环代谢物中间体是否可以靶向SLE 的潜力。例如,衣康酸盐是一种具有治疗潜力的免疫调节代谢物,当添加到SLE患者的PBMC中时,它会激活Nrf2信号转导并减少促炎细胞因子。
干扰素和SLE自身抗体:朋友还是敌人?
抗核抗原的自身抗体是SLE的一个特征,但胞质、细胞表面和细胞外抗原也是该疾病的靶标。其中,只有少数抗体特异性发挥直接致病作用。然而,SLE自身抗体通过多种机制影响干扰原和促炎途径。此外,一系列经典和最近描述的自身特异性抗原模拟了与单基因干扰素病和狼疮相关的遗传缺陷。SLE自身抗体还可以靶向和中和干扰素家族成员。这说明了SLE自身抗体的复杂作用,超越了传统观点,即免疫复合物在靶组织中沉积后炎症的被动诱导剂。
SLE自身抗体通过FcγR介导的内吞携带和递送细胞内传感器(如内体TLR 和胞质cGAS)无法接近的核酸,从而促进干扰素系统的激活。例如,在体外,当PBMC或pDC与SLE血清、纯化的血清IgG或含有抗RNA、坏死或凋亡细胞物质的自身抗体的重组免疫复合物一起培养时,会诱导IFN-α和 ISG。这种作用会被Fcγ阻断或添加核酸酶所抑制,并且NA结合蛋白(如HMGB1或LL37)会增强这种作用,它们也是SLE抗原靶标。这些发现表明了SLE血液中这些自身特异性抗体的存在与I型干扰素特征之间的相关性。抗RNA/RNP自身抗体不仅携带能够诱导pDC产生干扰素的TLR7配体,而且还能触发中性粒细胞释放干扰源Ox mtDNA。
如前所述,红细胞和抗红细胞自身抗体在SLE中充当特洛伊木马。红细胞生成缺陷导致SLE患者亚群的成熟红细胞中线粒体滞留。髓系细胞内Mito RBC的调理化和Mito RBC衍生的mtDNA泄漏到胞质溶胶中导致cGAS/STING激活,从而触发I型干扰素的产生(图 2)。SLE自身抗体促进干扰素产生的另一种机制是干扰细胞外核酸降解。
SLE自身抗体也靶向干扰素通路。抗细胞因子自身抗体实际上是健康免疫库的一个组成部分,可以通过减少细胞因子的产生或延长其半衰期来调节细胞因子生物学。在SLE患者中,已报道针对多种细胞因子的自身抗体,事实上,高达27%的SLE患者的血清中存在针对I型和II型干扰素的自身抗体。虽然在近50%的具有抗 I 型干扰素自身抗体的SLE患者中,靶细胞因子被中和,但抗II型干扰素自身抗体不表现出阻断活性。正如预期的那样,中和抗I型干扰素自身抗体的存在与干扰素生物活性水平的显著降低和疾病活动度的降低有关。令人惊讶的是,非中和性抗IFN γ自身抗体与更大的疾病活动度、更高的抗dsDNA抗体和ISG表达增加相关。这是否是通过目标细胞因子的半衰期增加介导的,仍有待确定。
对SLE自身抗体起源的最新见解
自身反应性B细胞是SLE的标志。使用全基因组方法对新发或家族性SLE病例进行的遗传研究证实,内在B细胞缺陷会导致SLE。BLK是一种与B细胞受体(BCR)和I型干扰素下游信号传导相关的Src B激酶,GWAS研究表明其与多种自身免疫性疾病相关。最后,无论导致SLE的上游遗传途径是B细胞内源性还是外源性,针对自身抗原如dsDNA、和RNP产生自身抗体的现象是普遍存在的。这些自身抗体的产生所涉及的微环境和B细胞通路一直存在争议。T细胞依赖性B细胞活化始于次级淋巴器官的 T细胞-B细胞边界。然后,B细胞要么迁移到滤泡外病灶,迅速扩增,成为短寿命的浆母细胞,要么进入生发中心(GC),这是亲和力成熟和长期记忆以及浆细胞生成的主要部位。
图3 系统性红斑狼疮中滤泡外抗体生成的扩增
滤泡外B细胞区室作为SLE自身抗体的来源
最近对滤泡外B细胞标志物的定义激发了人们对该途径在感染性和自身免疫性疾病的影响的兴趣。据报道,在SLE中,滤泡外B细胞的两个亚群在活动性疾病期间扩增。aNAV和DN2细胞与最初在小鼠中描述为衰老相关B细胞(ABC)的B细胞亚群共享表型标志物。ABC 过早扩增并在不同的小鼠狼疮模型中发挥致病作用。根据不同标志物在不同环境中的表达,已经描述了几种类似于ABC的人类B细胞亚群。此外,来自遗传性T-bet缺陷患者的B细胞的单细胞蛋白质转录组学显示不存在ABC样细胞,从而将T-bet确定为这些细胞发育的重要转录因子。尽管最近在它们的表型特征方面取得了进展,但人类 ABC样B细胞的滤泡外起源需要进一步阐明。在SLE中,大多数ABC样细胞位于DN2区室内。在SLE患者中aNAV和DN2细胞内体细胞超突变的频率处于初始记忆B细胞和转换记忆B细胞之间的中间水平,如果滤泡归巢标志物的最终丢失会阻止GC再循环和体细胞超突变的进一步积累,这仍然可以支持它们的GC起源。
SLE中滤泡外B细胞反应的T细胞依赖性
GC反应主要依赖于T细胞,但T细胞非依赖性GC已得到充分表征,并显示有助于长寿命记忆和浆细胞反应,滤泡外反应也可以依赖于或独立于T细胞。辅助性T细胞提供的基本B细胞存活信号是CD40L,与CD40L具有冗余下游信号的BAFF会诱导幼稚B细胞的DN2分化。重要的是,DN2诱导和进一步分泌抗体的细胞分化所需的细胞因子,如IL-21、IL-2和 IFN-γ主要来源于T细胞。
T外周辅助细胞在SLE血液中扩增。然而,最近的研究支持额外的T细胞亚群有助于SLE中的滤泡外B细胞帮助。作为外周辅助细胞,Th10细胞表达高水平的PD1,缺乏CXCR5表达,并表现出与Th1细胞相关的趋化因子受体 (CXCR3) 和转录因子(T-bet)。此外,Th10细胞由于反向电子转移而积累了代谢物琥珀酸盐。血液Th10和T滤泡辅助细胞(Tfh)在诱导幼稚B细胞和记忆B细胞分化为抗体分泌细胞方面同样有效。
在SLE的情况下提供滤泡外帮助的部位仍有待确定。从理论上讲,T细胞和B细胞之间的相互作用可以由趋化因子-趋化因子受体对介导,或者这些细胞类型可以彼此独立地被吸引到同一位置。
单基因狼疮与滤泡外反应有新的联系
滤泡外反应可能是SLE的主要或继发性致病事件,这两种可能性并不相互排斥。例如,pDC和I型干扰素在体外诱导Th10细胞的产生,因此可能位于SLE滤泡外B细胞帮助通路的上游。TLR7信号转导促进小鼠的GC反应,但它是最成熟的滤泡外反应相关通路之一。一种最近描述的TLR7Y264H系列早发性SLE患者的功能获得性突变支持TLR7信号转导在SLE滤泡外反应中的作用,B细胞群可能有助于得出关于滤泡外B细胞通路在疾病中的起源和作用的结论。除TLR之外,最近描述的与单基因狼疮相关的基因的功能表征为滤泡外途径对人类SLE的贡献提供了强有力的支持(图3)。如上所述,DNASE1L3 LOF突变会导致单基因狼疮。这种酶的缺乏会诱导微粒相关dsDNA的积累,并引发小鼠和人类中T细胞依赖性的普遍抗dsDNA反应,因此,由细胞外微粒相关dsDNA积累触发的抗dsDNA反应取决于滤泡外反应,并因TLR9信号传导和 I 型干扰素而增强(图3)。
总之,进一步剖析GC和滤泡外反应的潜在不同作用以及控制它们的机制需要更深入的研究。了解个体患者自身反应性T细胞和B细胞反应的上游途径和放大器将改进可用疗法的选择,并将指导针对这些途径的新疗法的开发。
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