干扰素调节因子(interferon regulatory factor, IRF)最初被报道的生物学作用是参与调节IFN转录表达， 之后的研究显示该家族成员在调控固有和适应性免疫反应中均发挥广泛而重要的作用[1]。 目前， 已报道IRF家族包含IRF1—IRF10分子， 其中IRF10仅表达于鸟类和鱼类[2]。IRF家族中，IRF4是明星分子， 其免疫生物学功能尤为重要， 备受关注。

Irf4是一个极为古老的基因， 进化上可追溯到三亿多年前的海绵动物、 腹板动物等后生动物中的表达[3]。1996年， 编码人IRF4分子的cDNA被Yamagata等[4]通过分子克隆方法从多种T细胞白血病细胞系中发现。 人Irf4基因定位于6号染色体短臂(6p25.3),基因全长26 705bp,有10个外显子，5种转录本， 编码4种蛋白质； 小鼠Irf4基因定位于13号染色体短臂(13A3.2),基因全长为17 775bp,有9个外显子，4种转录本， 编码4种蛋白质。 利用BLAST分析发现人鼠Irf4 DNA序列相似性为90.1%,充分显示该基因在进化上高度的保守性和对生物体功能的重要性。 人鼠间Irf4 DNA序列存在9.9%的差异， 可能决定和区别了人鼠表观遗传特征和免疫生物学功能。

IRF4蛋白质是由451个(人)或450个(小鼠)氨基酸残基组成的1条多肽链， 包括4个结构域：高度保守的N端DNA结合域(DNA binding domain, DBD)、 可变的C端IRF关联域(IRF4 association domain, IAD)、 连接DBD和IAD的连接域(linker domain, LKD)和自调节域(autoregulatory region, AR)。DBD由5个相对保守且富含色氨酸的重复序列组成， 空间上形成了可与DNA结合的螺旋-环-螺旋结构；IAD是蛋白质-蛋白质相互作用域，IRF4可通过IAD形成同源二聚体或与其他转录因子结合形成异源二聚体；AR可直接与DBD结合并调控其与靶DNA的相互作用[5]。 此外， 目前已知IRF4蛋白质有8个磷酸化位点(Y37、Y121、Y124、Y176、Y180、Y191、Y427、Y439)[6,7]和1个小分子泛素相关修饰物(small ubiquitin-related modifier, SUMO)化位点(K349)[8],磷酸化激活IRF4促进其功能发挥，SUMO化增强IRF4核定位和稳定性。 图1所示为IRF4蛋白质的一级结构(图1A)和三级结构(图1B)。

基因进化上的保守性意味着Irf4有重要的生物学功能， 提示其突变将会对机体产生较为严重的后果。 由于IRF4在多种免疫细胞分化发育的多个关键阶段表达并参与分化调控[9,10,11,12,13],临床研究显示IRF4突变会导致严重的免疫缺陷， 如Fornes等[14]发现IRF4的频发杂合突变p.T95R导致联合免疫缺陷病， 该病患者IRF4转录活性降低、B细胞分化发育受损、 滤泡辅助性T细胞(follicular helper T cell, Tfh)和Th17及其分泌的细胞因子减少， 临床表现为对病原菌易感以及无丙种球蛋白血症； 除了IRF4单分子突变导致免疫缺陷，Li等[15]利用GWAS和SNP还发现IRF4联合其他分子突变可导致IgA肾病等自身免疫病；T、B淋巴瘤中也存在IRF4突变和过表达现象[16]。

图1 IRF4蛋白质的一级结构和三级结构 

1、IRF4调控固有免疫细胞谱系分化

在固有免疫系统中，IRF4是参与调控M2样巨噬细胞极化、 单核细胞衍生DC和cDC2分化的关键转录因子之一。

1. 1 IRF4调控巨噬细胞谱系分化

巨噬细胞是固有免疫系统的重要组成部分， 根据巨噬细胞极化后表面标志物和功能， 将其分为经典活化的M1样巨噬细胞和替代激活的M2样巨噬细胞[17]。 干扰素调节因子家族中，IRF1、IRF5和IRF8参与M1样巨噬细胞极化，IRF3、IRF4参与M2样巨噬细胞极化[13]。

IRF4缺失导致巨噬细胞向M2样巨噬细胞极化受阻，Yu[18]等发现Irf4-/-小鼠与野生型小鼠相比，M2样巨噬细胞极化受到抑制且促炎因子表达增加；Sasaki等[19]发现巨噬细胞特异性敲除IRF4小鼠体内的M2样巨噬细胞减少并且其导致的缺血性损伤后肾纤维化减轻。IRF4调控M2样巨噬细胞标记基因的表达，Satoh等[20]发现Irf4启动子区组蛋白H3K27经Jmjd3去甲基化后，IRF4作为转录因子上调M2样巨噬细胞标记基因Arg1、Ym1、Fizz1、MR的mRNA水平。IRF4还促进M2样巨噬细胞激活过程中的糖酵解，Huang等[21]发现小鼠M2样巨噬细胞活化过程中IL-4和M-CSF通过mTORC2-STAT6通路诱导IRF4,从而上调糖酵解关键调节因子Slc2a1、Hk1、Hk2、Gpi1、Gapdh、Pfkp和Ldha基因表达(图2A)。

通过靶向IRF4调控M2样巨噬细胞极化或可用于治疗相关炎症， 如泛素结合酶E2Ubc9通过介导IRF4 SUMO化增强IRF4稳定性， 从而促进小鼠M2样巨噬细胞极化并抑制糖尿病早期胰岛炎[8]; 1,2,5-二羟基维生素D通过增加固有层单核细胞中的IRF4表达促进小鼠M2样巨噬细胞极化从而抑制结肠炎[22]。

1. 2 IRF4调控树突细胞谱系分化

DC是固有免疫中另一重要组成部分， 分为单核细胞衍生DC、 常规DC(conventional DC, cDC)、 浆细胞样DC、 朗格汉斯细胞[23]。 多个研究报道显示IRF4调控cDC亚群cDC2以及单核细胞衍生DC分化。

Ma[24]等对人外周血前体cDC、cDC1和cDC2进行单细胞测序时发现前体cDC可分为高表达IRF4和高表达IRF8的两群细胞， 并且由前体cDC分化的cDC1高表达IRF8, cDC2高表达IRF4[10,24,25],说明2个基因的差异表达在前体cDC阶段就已存在， 决定了前体cDC分化为cDC1和cDC2的命运。Yashiro等[26]发现小鼠cDC2中IRF4和PU.1组成的异二聚体通过结合Raldh2基因EICE区域从而激活Raldh2启动子，cDC2分泌RALDH2诱导Treg中叉头状蛋白3(forkhead box protein 3, Foxp3)表达， 由此可以推测IRF4在cDC2中发挥负向免疫调节作用。Zhang等[27]通过3种细菌感染(幽门螺杆菌、 柠檬酸杆菌、 牛分枝杆菌)模型以及结直肠癌(MC38)模型验证了这一观点， 他们发现模型中DC(CD11c+细胞)特异性敲除IRF4的小鼠体内细菌感染或肿瘤生长受到抑制。详见图2。

单核细胞衍生DC受IRF4调控，Goudot等[28]利用转录组学分析发现人单核细胞衍生DC高表达IRF4,在人单核细胞体外分化条件下使用shRNA慢病毒载体敲低IRF4,导致单核细胞衍生DC数量和比例显著减少。 此外， 真皮单核细胞衍生DC向皮肤引流淋巴结的迁移也受IRF4影响，Bajana等[29]发现皮肤炎症模型中Irf4-/-小鼠的真皮单核细胞衍生DC中CCR7转录受到抑制， 使得单核细胞衍生DC在真皮中累积， 无法迁移至引流淋巴结， 之后Majdoubi等[30]在黑色素瘤模型中的Irf4-/-小鼠体内也发现类似现象。详见图2。

图2 IRF4调控巨噬细胞、 树突细胞谱系分化及其部分功能基因表达  

2、IRF4调控适应性免疫细胞谱系分化

就适应性免疫系统而言，IRF4可从多个水平调控T细胞， 尤其是CD4+ T细胞的亚群分化。 除此之外，IRF4还可通过调控B细胞周期和浆细胞功能影响体液免疫。

2. 1 IRF4调控T细胞亚群的谱系分化

初始T细胞分化需要抗原刺激和细胞因子诱导，IRF4作为TCR信号通路下游分子[31],单独或协同其他转录因子调控初始T细胞分化。

2. 1. 1 IRF4参与Th1命运决定

Mahnke等[32]发现感染李斯特菌的Irf4-/-小鼠与野生型小鼠相比， 脾脏CD4+T细胞T-bet和IFN-γ表达水平降低， 机制研究显示IRF4可通过调控谱系特异性转录因子T-bet促进Ifng转录(图3A);细胞代谢在T细胞激活中发挥重要作用[33], Th1体外分化实验中发现Irf4-/-CD4+T细胞的葡萄糖类似物2-NBDG摄取、 氧化磷酸化、 有氧糖酵解均减少， 随后Kratchmarov等[34]在相同的Th1分化实验中发现Irf4-/-CD4+T细胞的线粒体总量和葡萄糖转运蛋白Glut1减少， 提示IRF4可通过影响细胞代谢调控Th1分化。 以上研究表明IRF4参与Th1命运决定。

2. 1. 2 IRF4参与调控Th2命运决定

IRF4在Th2分化中的作用在Irf4-/-小鼠多个相关研究中已明确。Th2特异性转录因子GATA3受IRF4调控[32]; IL-4是Th2的标志性细胞因子，IRF4与NFATc2形成复合体并协同增强Il4启动子活性从而显著增强IL-4表达[35]; IRF4也可与Il10基因的IRF4反应元件特异性结合， 从而诱导Th2亚群IL-10的高表达[36](图3B)。 此外，Guo等[37]利用USP4去泛素化来稳定293T细胞中IRF4表达， 亦能增强Il4启动子活性， 表明通过表观调控IRF4分子可促进Th2的诱导分化。

2. 1. 3 IRF4参与Th9命运决定

IRF4对Th9的分化至关重要。IRF4可直接结合Il9启动子[5], Tamiya等[38]发现SMAD2/3结合IRF4形成复合体后， 二者协同激活Il9启动子从而诱导Th9, Jabeen等[39]则发现BATF结合IRF4有同样效果(图3C)。IRF4单点突变L116R则显著促进Th9分化和IL-9表达[40]。 现已知Th9和IL-9与自身免疫病密切相关， 故通过靶向IRF4或其上游分子可抑制Th9分化， 或可防治相关疾病。Yu等[41]发现红斑狼疮患者与健康人相比， 外周血CD4+T细胞Bach2下调而IL-9上调， 体外Th9诱导条件下过表达Bach2显著抑制IRF4和IL-9蛋白表达水平， 因此IRF4有望成为红斑狼疮等自身免疫病的新型治疗靶点。

2. 1. 4 IRF4在Th17命运决定中的作用

Kang等[42]发现通过去掉C端AR区产生过度活化的IRF4,可促进Th17分化， 且效果强于其对Th2和Th9分化作用；Buchele等[43]发现Th17致病性结肠炎模型中，Irf4-/-小鼠Th17分化受阻，IL-17、IL-1β、IL-6、IL-23等表达均减少， 炎症减弱， 说明Th17分化与IRF4密切相关。 机制研究表明，IRF4与BATF形成复合体与STAT3、ROR-γt等Th17特异性转录因子共同促进Il17、Il12转录， 从而调控小鼠Th17分化[44](图3D)。 综上，IRF4在所有Th中均是参与命运决定的关键分子之一。

2.1.5 IRF4在CD4+Treg诱导分化中的作用

CD4+Treg具有负向免疫调节作用， 而IRF4在CD4+Treg诱导分化中发挥重要作用。CD4+Treg特异性敲除IRF4(IRF4-CD4+Treg)小鼠导致自身免疫病症状， 出现淋巴结肿大、 肺、 胃的炎性浸润等症状[45],人IRF4+CD4+Treg则表达CTLA-4、PD-1等多种抑制性分子， 并且IRF4+CD4+Treg与肺癌、 肝癌、 黑色素瘤的不良预后密切相关[46]。 小鼠CD4+Treg中IRF4诱导Blimp-1表达， 二者均诱导IL-10[47,48], IRF4还与Foxp3形成复合体， 结合Icos启动并激活其转录[49](图3E)。 在表观遗传调节方面， 小鼠CD4+Treg中因SUMO化缺失导致IRF4稳定性下降时，CD4+Treg的免疫调节功能也会受损[50]。

2. 1. 6 IRF4在Tfh分化中的作用

IRF4还参与Tfh的转录调控。 已知IL-21是Tfh发育的关键细胞因子，IRF4不仅是Il21启动子的反式激活因子[51],还可与STAT3结合Prdm1基因的相同位点协同促进其转录[52](图3F)。 近期研究发现临床治疗实体器官移植术后排斥的免疫抑制剂， 如他克莫司、 硼替佐米均可通过靶向IRF4抑制Tfh增殖和分化， 从而缓解免疫排斥反应[53,54]。

2. 1. 7 IRF4在CD8+T细胞诱导分化中的作用

IRF4在CD8+效应T细胞的分化和功能方面发挥重要作用。Zou等[55]在小鼠皮肤移植模型中发现T细胞特异性敲除Irf4的小鼠的CD8+T细胞丧失分化为终末效应细胞的能力， 几乎不产生细胞毒性分子， 这有利于异体皮肤免疫耐受； 在李斯特菌感染模型中，Irf4-/-小鼠CD8+记忆T细胞增殖和效应功能也受损[56];在黑色素瘤模型中，IRF4过表达促进肿瘤中过继转移的CD8+ T细胞发挥抗肿瘤功能[57]。 机制研究表明，IRF4增强Blimp-1和T-bet表达并维持Ifng和Gzmb启动子的激活状态， 从而增强CD8+效应T细胞功能[58]。

2. 2 IRF4参与调控B细胞谱系分化

IRF4在生发中心B细胞之外的其他B细胞亚群中表达， 并且主要调控前体B细胞和浆细胞分化。

IRF4对前体B细胞的作用主要为调控细胞周期，IRF4、IRF8通过抑制前B细胞BCR表达从而将处于细胞增殖状态的大前体B细胞转换为处于细胞静止状态的小前体B细胞， 保证了前体B细胞正常分化发育[59]。IRF4对浆细胞的主要作用为调控细胞功能，IRF4缺失导致浆细胞凋亡、 代谢紊乱以及IgG和IgM分泌显著减少，RNA-seq和ChIP-seq结果表明IRF4直接结合并激活Xbp1、Igf1r等调控浆细胞存活和功能的基因转录[60]。

通过靶向IRF4从而调控B细胞的谱系分化和功能， 可影响B细胞相关慢性疾病的进展及结局。Wang等[61]在小鼠心脏移植模型中发现在B细胞中特异性敲除Irf4后， 受鼠浆细胞及针对供者特异性抗体显著减少， 可避免慢性排斥的发生； 在Asslaber等[62]构建的小鼠慢性淋巴细胞白血病模型中， 在B细胞中特异性敲除Irf4则导致B细胞抗原加工递呈下调和T细胞共刺激分子减少， 促进肿瘤免疫逃逸。 目前该领域仅使用小鼠模型进行研究， 临床研究尚属空白， 仍待研究人员进行进一步探索。

图3 IRF4通过协同其他转录因子调控初始CD4+T细胞向不同细胞亚群分化 

3、结语

综上，IRF4进化上高度保守， 可从多个层次参与调控固有和适应性免疫细胞的谱系分化， 尤其在T细胞亚群间的可塑性调控方面具有重要作用， 提示IRF4是决定免疫细胞命运的关键分子之一。 换言之， 可通过干预IRF4分子的表达调控病理条件下T细胞各亚群的诱导、 分化， 从而维持机体免疫稳态与平衡。 目前尚需深入探究影响IRF4分子表达和激活的上下游信号、 表观遗传调节、 及如何协同其他多个转录因子的调控机制等； 除此之外， 在真实世界的临床疾病及各类动物疾病模型中， 不断加深我们对IRF4信号强度对免疫细胞各亚群分化及谱系命运影响程度异同点的认识显得尤为重要。 以上一系列关键科学问题的解答， 将有助于通过干预IRF4分子调控固有和适应性免疫反应， 并为开发靶向药或细胞治疗手段等有效治疗相关临床疾病的发生、 发展提供新思路。

基金资助:国家自然科学基金面上项目(82071856,81671579,31370904);国家重点研发计划重点专项项目(2020YFA0113101,2017YFA0104600);上海市“科技创新行动计划”港澳台科技合作项目(22490760400);上海市卫生健康委员会中医药科研项目(2020JP009);上海市教育委员会“曙光计划”项目(16SG14);

文章来源:王雪,路丽明.IRF4:调控多种免疫细胞谱系分化及命运决定的关键分子[J].现代免疫学,2024,44(02):89-95.