专题笔谈│Ⅰ型干扰素病研究进展
于仲勋，高思豪，马明圣
中国实用儿科杂志 2024 Vol.39（6）：444-448 Ⅰ型干扰素病（type I interferonopathy）是一组新型疾病，是由特定基因突变引起Ⅰ型干扰素的过度上调，从而导致全身多系统炎症反应。文章综述了近年来在Ⅰ型干扰素病发病机制、疾病种类和治疗进展方面的研究。重点介绍了核酸感知通路的异常等关键发病机制和ARF1缺陷、STAT2功能丧失突变、JAK1功能获得突变、ATAD3A突变和RELA突变等多种新的Ⅰ型干扰素病。尽管目前尚缺乏有循证医学证据的治疗方案，但糖皮质激素、抗白介素（IL）-1、抗IL-6、抗干扰素受体等疗法和JAK抑制剂等药物可部分缓解疾病进展。基金项目：国家重点研发计划（2021YFC2702001）；北京协和医院中央高水平医院临床科研专项（2022-PUMCH-B-079）
作者单位：中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院儿科，北京 100730
通信作者：马明圣，电子信箱：mamingsheng@pumch.cnⅠ型干扰素病（type I interferonopathy）是一组新型疾病，属于孟德尔遗传的系统性自身炎症性疾病，近十几年来备受关注。这一组疾病的特征是由于特定基因突变导致Ⅰ型干扰素（interferon，IFN）的上调，引起不同程度的自身免疫和自身炎症反应［1］。人类细胞产生的IFN分3种类型。Ⅰ型IFN主要由IFN-α和IFN-β组成，几乎所有核细胞都能产生且受体分布广泛。Ⅰ型IFN多在病毒感染诱导下产生，通过对固有免疫细胞的抗增殖和调节进而控制病毒感染。Ⅱ型IFN（IFN-γ）也有抗病毒作用，但主要调动T淋巴细胞和自然杀伤细胞。Ⅲ型IFN（IFN-λ）则主要在上皮细胞（感染的入口）产生并发挥抗病毒作用。由于IFNs在宿主免疫防御中起关键作用，已尝试用于治疗多种疾病，如慢性乙型/丙型肝炎等。然而，1980年首次发现对啮齿动物进行IFN治疗可能导致生长抑制、器官发育延迟以及肝脏和肾脏损伤，暗示了当Ⅰ型IFN出现不受控制的上调时，会出现新的疾病。风湿免疫病中，系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus， SLE）是第一个被发现与Ⅰ型IFN水平显著增高相关的人类疾病。随后，一种主要表现为神经系统受累且类似于先天性病毒感染的多系统疾病则被首次证实为呈孟德尔遗传的Ⅰ型干扰素病，即Aicardi-Goutières综合征（AGS）。自2011年提出此类疾病概念以来，遗传学和免疫学的进步带动了Ⅰ型干扰素病领域的发展，本文将对近年来的研究进展加以综述。1.1 DNA感知异常 DNA感知（DNA sensing）异常是干扰素病发病的重要机制之一。以下是目前已知的几种DNA感知异常：（1）病毒感染后，病原体的细胞外DNA和细胞内DNA分别由DNase I和DNase Ⅱ降解。若这些酶功能异常，会导致细胞质中非自身DNA（non-self DNA）增加。此外，细胞核中的反转录元件，尽管通常不会复制，但有时会在细胞质中发生逆转录，形成细胞质DNA；（2）在细胞核中复制自身DNA时，需由POL1A基因编码的DNA聚合酶-α合成初级核糖核酸（RNA）-DNA引物，并通过含有SAM结构域和HD结构域的SAMHD1蛋白来调节脱氧核苷三磷酸。若自身DNA复制异常或在因复制出错需要RNASEH2A/2B/2C进行修复的过程中出现问题，损伤的DNA便会泄漏到细胞质中；（3）由TREX1基因编码的3'-核酸修复外切酶1是一种细胞质DNase，若该酶失去功能会导致细胞质中非自身DNA、来自反转录元件的DNA以及损伤的自身DNA显著增加；（4）LSM11和RNU7-1基因的突变可能导致核DNA中组蛋白比例失调，从而被模式识别受体感知；（5）ATAD3A基因编码的线粒体膜蛋白突变可能导致线粒体部分加工的DNA泄漏到细胞质中。这些非自身核酸或损伤的自身核酸构成危险信号，被cGAS感知并产生环状GMP-AMP（cGAMP），从而激活干扰素基因刺激蛋白（stimulator of interferon genes， STING），促使信号蛋白从内质网转移到高尔基体。衣蛋白亚基-α（coatomer protein subunit alpha， COPA）介导蛋白质在内质网和高尔基体之间的反向转运。因此，COPA基因缺陷将导致STING转运异常，增加其在细胞质中的聚集，进而导致异常的干扰素信号通路的激活［2］。2023年发现的ADP核糖基化因子1（ADP-ribosylation factor 1， ARF1）也有稳定STING转运的功能［3］。当ARF1缺陷时，不仅STING激活后无法正常降解，线粒体DNA也释放入细胞质中激活cGAS。1.2 RNA感知异常 RNA感知异常也是Ⅰ型干扰素病的重要机制之一。研究发现，短RNA由RIG-I（DDX58编码）感知，而长RNA则由MDA5（IFIH1编码）感知。当细胞质中存在异常的RNA时，RIG-I和MDA-5会被激活，并启动线粒体抗病毒信号（mitochondrial antiviral signaling，MAVS）通路，导致干扰素及其他免疫调节因子的异常产生。此外，腺苷脱氨酶（ADAR编码）也在调节RNA感知过程中发挥重要作用。ADAR通过将腺苷转变为肌醇，阻止了双链RNA被RIG-I和MDA5感知。因此，ADAR的缺陷可能导致双链RNA被过度感知，从而导致Ⅰ型干扰素病的发病。此外，SKIV2L编码的RNA解旋酶也参与了RNA感知的调节。SKIV2L通过将RNA解旋成单链结构，使其无法被RNA感知受体（如RIG-I和MDA5）识别和激活，从而抑制了细胞质RNA的感知过程。这种机制有助于维持细胞内RNA的正常稳态，防止异常RNA的过度激活造成免疫炎症反应。1.3 核酸感知的共同通路异常 STING、TANK结合激酶1（TANK-binding kinase 1，TBK1）和干扰素调节因子3（interferon regulatory factor 3， IRF3）是核酸感知下游共同通路中的关键分子，它们共同参与干扰素信号传导途径。这些通路的异常会导致Ⅰ型干扰素病的发生。具体而言，当细胞内存在异常的核酸时，STING被激活并通过TBK1激活IRF3。激活的IRF3会进入细胞核并启动干扰素的转录，从而引发免疫反应。因此，当STING-TBK1-IRF3通路中的任何一个分子发生异常时，都可能导致干扰素信号通路的异常持续激活。此外，STING也通过IκB 激酶（IκB Kinase，IKK）直接影响核因子（NF）-κB表达，进而影响炎症反应［4］。1.4 细胞核内反应异常 细胞核内反应的异常也可能引发干扰素病。IRF3和NF-κB转移到细胞核内后，IRF3会诱导IFN-β和IRF7的转录，并释放IFN-α；而NF-κB则释放大量促炎细胞因子，如白介素（IL）-1、IL-6和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α， TNF-α）等。泛素特异性蛋白酶18（ubiquitin specific peptidase 18， USP18）可以负向调节干扰素刺激基因（interferon-stimulated gene， ISG）的转录，而干扰素刺激基因-15（ISG15）则具有稳定USP18的功能，因此，ISG15和USP18功能缺失，都会导致ISG的转录不受控制，进而导致干扰素病的出现。此外，骨桥蛋白（osteopontin， OPN）可以促进Ⅰ型干扰素的产生，而由ACP5编码的酒石酸抵抗酸性磷酸酶（tartrate-resistant acid phosphatase， TRAP）介导的酸性磷酸化作用会使OPN的这种功能失活，故ACP5基因缺陷亦可导致IFN不断产生［5］。NF-κB层面也有研究进展。作为NF-κB复合物的一个重要亚单位，RELA突变也能导致干扰素信号通路的过度激活。当RELA出现显性负效（dominant negative， DN）突变时，这些突变与野生型RELA蛋白形成二聚体，影响了正常蛋白的功能，从而在细胞中引发Toll样受体7（toll-like receptor 7， TLR7）依赖的Ⅰ型干扰素信号通路的持续激活，造成机体炎症损伤［6］。1.5 Ⅰ型干扰素功能异常 Ⅰ型干扰素作用在Ⅰ型干扰素受体（IFNAR）上，进而发挥功能。由于受体的功能和下游信号分子的异常造成干扰素功能持续扩大或增强也是Ⅰ型干扰素病的发病机制之一。IFNAR有两个亚单位，IFNAR1（干扰素α/β受体1）和IFNAR2（干扰素α/β受体2）。它们在细胞表面形成受体复合物，是干扰素信号通路的启动者。而Janus激酶（JAK）-信号转导和转录激活因子（STAT）途径则进一步传递了干扰素信号。途径中涉及JAK1、STAT1、STAT2等多种分子。研究显示，JAK1功能获得性突变可有Ⅰ型干扰素病表现。STAT2不仅有信号传递的功能，还有限制JAK-STAT通路过度激活的功能，故STAT2功能丧失性突变可出现严重的全身多器官炎症反应［7］。除了STAT2，USP18可通过去泛素化的方式调控IFNAR的稳定性，阻止IFN信号的持续传递，从而限制了免疫反应的过度激活。1.6 线粒体相关机制 由于线粒体核酸（mtDNA）具有诱发免疫反应的潜力，因此细胞内需要一套机制来确保线粒体稳态和免疫平衡。这套机制包括由PNPT1降解mtdsRNA、由ATAD3A等分子维护mtDNA和线粒体结构，以及由RNASET2和TRNT1等蛋白负责代谢mtRNA。此外，还有一些线粒体质量控制机制，如线粒体自噬和线粒体蛋白酶的作用等［8］。如果这些过程出现缺陷，可能会导致线粒体疾病和Ⅰ型干扰素病的发生［9］。实际上，已有研究证实PNPT1［10］和ATAD3A［11］突变引起Ⅰ型干扰素病。除了线粒体功能失调外，这些患者存在IFN通路的显著上调。作为一组炎症性疾病，Ⅰ型干扰素病临床表现多样，如早发性皮肤表现：冻疮样皮疹、网状青斑、皮下脂肪萎缩等；中枢神经系统受累：脑病、发育迟缓、癫痫等；间质性肺疾病；脑血管疾病：中风、脑血管炎等［12］；自身免疫特征：SLE和皮肌炎样表现等；内分泌代谢系统紊乱；血栓事件等。不同的疾病之间可有一定的共性表现，但多数都有相对特异的特点。例如相较于其他疾病，STING相关婴儿期起病的血管病（STING-associated vasculop-athy with onset in infancy， SAVI）间质性肺疾病的表现更加突出。除了SAVI，像AGS、腺苷脱氨酶2缺乏症（deficiency of adenosine deaminase 2， DADA2）、脊椎软骨发育异常伴免疫调节异常（spondyloenchondrodysplasiawith immune dysregul-ation， SPENCDI）等均有不少国内中心报道，本文不再赘述。接下来将主要介绍近几年新发现的Ⅰ型干扰素病。
2.1 ARF1缺陷 该病首次报道于2023年，主要表现为皮疹、手足冰冷、发育落后、ISG升高的临床特点。深入研究发现：ARF1的R99C、R99H突变影响了激活状态下STING蛋白的正常回收，使得细胞质中处于激活状态下的STING增多，从而引起了Ⅰ型IFN信号的持续激活。此外，ARF1突变体影响了线粒体融合，导致线粒体核酸外漏至细胞质，引发后续炎症通路激活［3］。2.2 STAT2功能丧失突变 该病首次报道于2019年，可婴儿期起病，表现为反复发热、肝脾重大、中枢神经系统病变（颅内钙化、脑白质病、脑萎缩、痉挛性瘫等）、皮肤溃疡、肾脏病变等［13-14］。STAT2R148位点的纯合错义突变（如R148W/Q）与严重的Ⅰ型干扰素病表型相关。这些STAT2R148突变破坏了STAT2对USP18（Ⅰ型干扰素信号的负调节因子）的调节功能，导致Ⅰ型干扰素信号异常持续激活。STAT2无法将USP18招募至Ⅰ型干扰素受体复合物是导致该干扰素病中Ⅰ型干扰素信号失控的关键机制。由于STAT2分子本身也是抵抗病毒感染过程的关键分子，故STAT2功能丧失相关的干扰素病中亦可能存在严重感染的表现［7］。2.3 JAK1功能获得突变 早在2017年，就有研究揭示JAK1功能获得性突变（A634D）与哮喘、嗜酸粒细胞增多、特应性皮炎等相关，但未进一步探究其干扰素水平特征［15］。2020年的研究则揭示，与A634D不同，JAK1的S703I突变是一种位于JAK1假激酶域（JH2）的获得性功能突变，可以导致STAT1、STAT2、STAT3、STAT4和STAT5在没有细胞因子刺激的情况下也持续磷酸化激活，引起JAK-STAT通路的失控。此外该变异具有单等位基因表达的特点，不同的免疫细胞具有不同的突变频率。患者可出现全身多系统炎症性疾病特征，如皮肤损害、胃肠道受累、膜性肾病、哮喘、过敏等［16］。2.4 ATAD3A突变 ATAD3A是一种线粒体蛋白，参与mtDNA维护和细胞代谢。ATAD3A突变导致mtDNA释放到细胞质，激活干扰素信号通路，引发干扰素病。2016年，Harel等［17］发现ATAD3A的R528W突变可导致Harel-Yoon综合征，出现神经系统症状和肥厚性心肌病。2021年，Lepelley等［18］ 报告了G355D和R528W突变，患者表现出神经系统、眼部和自身免疫的症状。目前已报道60余例［19］。2.5 RELA突变 NF-κB包括RelA、RelB、c-Rel、NFκB1和NFκB2等5个蛋白成分［20］。RelA蛋白在NF-κB典型通路中起着重要作用。首次报道RELA单倍剂量不足相关的自身炎症性疾病是在2017年［21］，至今已有20余例。通常在婴儿期发病，主要表现为口腔和生殖器区域的慢性皮肤黏膜溃疡，严重者可能伴有反复发作的急性脑炎。2018年，Comrie等［22］报告了1例患者，表现为中性粒细胞减少、血小板减少、脾肿大和淋巴结炎。2023年的研究显示，除了上述表现外，显性负效突变的患者还可能有周期性发热、炎症性肠病和幼年特发性关节炎等，伴ISG表达水平显著升高。突变较多，主要包括：p.R329*，p.Q389*，p.Y349*，p.R246*，p.Y349Lfs*13，p.E473Rfs*18和p.H487Tfs*7等［6］。由于缺乏高质量临床试验数据，干扰素病目前暂无一致推荐的治疗方案。糖皮质激素、IL-1和IL-6拮抗剂、TNF-α拮抗剂等均可部分缓解炎症反应。近年来文献中较多出现应用JAK抑制剂治疗干扰素的病例报道［23］，尽管例数仍较少，但仍充满前景。不过，JAK抑制剂无法逆转既有的靶器官损害（如肺纤维化、脑白质病等），且当抗炎效果不佳时仍需联合其他药物治疗［24］。JAK抑制剂的疗效也与部分疾病类型的变异类型和严重程度相关。另一个进展是阿尼鲁单抗（anifrolumab）的开发，它是一种针对Ⅰ型干扰素受体亚单位1的人源单克隆抗体。阿尼鲁单抗已在Ⅲ期临床试验中进行评估，如TULIP-1试验，该试验表明其在SLE患者中有降低疾病活动度的潜力［25］。故应用阿尼鲁单抗治疗干扰素病的相关临床试验亟需开展，目前有1例治疗DNAseⅡ缺陷患者的报道［26］。其他治疗进展还包括使用逆转录酶抑制剂治疗AGS等［27］，其中TPN-101已进入Ⅱ期临床试验。
Ⅰ型干扰素病涉及核酸感知通路、Ⅰ型干扰素的产生和表达及其受体的激活以及功能的调控等多个环节。在这些环节中，任何一个步骤的异常都可能导致Ⅰ型干扰素病的发生。随着研究的深入，Ⅰ型干扰素病的疾病谱和临床表型日益扩大，为临床医生提供了新的挑战与机遇，需要不断更新知识，以跟上这一领域的最新诊治方法和研究进展。精准医学在Ⅰ型干扰素病的诊断和治疗中扮演着关键角色，加强对Ⅰ型干扰素病机制的研究，将对提高诊治水平、改善患者预后产生重要意义。
参考文献 (略)
（2024-04-06收稿）
