Viral infection switches non-plasmacytoid dendritic cells into high interferon producers

Nature 424, 324 – 328, 2003

    在一個致病原感染的過程中，身體的免疫反應可以大致分為兩種：先是非專一型免疫，再來才是專一型免疫，在病毒感染的情況下，第一線的非專一型免疫通常扮演了非常重要的角色，其中又以第一型干擾素（Type I Interferon）的功能最為重要。

    第一型干擾素（Type I Interferon）主要由淋巴細胞、樹狀突細胞（dendritic cells）和纖維細胞（fibroblasts）所分泌，干擾素顧名思義其功能就是干擾病毒在宿主體內感染與複製，為較慢產生的專一型免疫爭取時間，干擾素已知主要透過以下幾個機制來干擾病毒：第一，活化細胞內的protein kinase使細胞內的translation initiation factor 2磷酸化並失去活性，使細胞大量減少translate出protein的量，當然其中也包含病毒本身的protein，病毒的繁殖便受阻；第二，interferon會活化細胞中的oligoadenylate synthetase，使細胞產生大量的2`,5`-Oligo A，此物質會活化細胞內的EndoRNase將細胞內病毒的RNA水解掉；第三，interferon會啟動細胞內RNA editing的機制，使病毒的RNA中的：U配對變成I：，使病毒的RNA帶的遺傳訊息產生錯誤，便無法成功轉譯出正確的protein。

    在人體中在受到病原體入侵後，產生最多interferon的細胞就是dendritic cells，dendritic cells又分為Plasmacytoid DCs（PDCs）和Non-Plasmacytoid DCs（NPDCs），過去認為PDCs受病原體刺激後主要是分泌interferon，而NPDCs則是IL-12，但是，作者在前人一篇有關LCMV的研究中讀到：即使已經把PDCs從老鼠體內去除，老鼠體內仍會有大量的interferon產生，作者於是乎懷疑這interferon的來源會不會是由NPDCs來的？於是作者進行了本篇的實驗。

    作者首先利用兩種不同特性的LCMV病毒感染老鼠，並在感染後三天將老鼠體內的NPDCs取出測量其interferon的產生量，可以發現clone 13 LCMV病毒確實可以造成NPDCs大量產生interferon，而這株clone13 LCMV證實是可以感染NPDCs的；一般相信DCs會產生大量的interferon是因為病毒繁殖過程中的dsRNA刺激所造成，於是接下來的實驗作者為了避免病毒的其他組成成分也會促使interferon大量分泌這樣的可能，他只利用人工合成的dsRNA類似物：PolyI:C來進行實驗，一開始只加入PolyI:C時並不能引發interferon的分泌，作者想到病毒感染時dsRNA應該是存在於細胞質內，因此，作者利用電擊法將PolyI:送入NPDCs的細胞質後可以很明顯的測到interferon大量的表現，作者另外利用lipofectamin將PolyI:送入NPDCs時同樣可以看到這樣的情形，而這次實驗用的NPDCs是由骨髓幹細胞引導分化成的，是為了避免分離細胞不純有可能會有PDCs污染，以上的實驗作者初步證實了NPDCs經過刺激確實有能力產生大量的interferon。

    接下來作者想進一步研究室透過什麼機制讓NPDCs產生interferon的，作者在此次實驗用了TLR3 knock out，MyD88 knock out的老鼠以及利用一種特殊peptide去阻止TIRAP這條訊息傳導路徑，以這三種方法來測試所有的Toll like receptor的訊息傳導路徑，作者發現Toll like receptor的訊息傳導路徑並不參與這樣的細胞反應中，反而看到另一種PKR knockout的老鼠其NPDs的interferon分泌的現象消失了，於是作者發現PKR跟此種現象息息相關，作者為了更進一步確認這樣的結果，作者在接下來的實驗利用NS基因有無突變的兩種influenza病毒來做實驗，NS1 protein已知可以包裹住病毒的RNA使宿主的PKR system無法辨識到病毒的RNA，interferon的分泌機制便無法啟動，實驗結果可以明顯的看到，NS1正常的病毒感染NPDCs並不會造成interferon的分泌，但NS1突變的病毒就會造成interferon的大量分泌，於是作者更確認了interferon的分泌是需要PKR system功能正常作用的。

    作者在本篇最重要的新發現就是推翻了以往認為PDCs受病原體刺激後主要是分泌interferon，而NPDCs則是IL-12這樣的觀點，作者用本篇實驗證明當dsRNA存在於NPDCs的細胞質中時，NPDCs也可以大量分泌interferon，而且是透過PKR system來辨識病毒RNA的。

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