巨噬细胞表面的主要模式识别受体研究进展.pdf

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1、族与疾病的相关性;它不但可以被应用于疾病的生物学治疗,还可以用于疾病的早期诊断、风险性评价、预防和治疗等方面。参考文献1K otenko SV.The family of IL2102related cytokines and their receptors:re2lated,but to what extentJ.Cytokine Growth Factor Rev,2002,13(3):2232240.2Conti P,Kempuraj D.IL210 subfamily members:IL219,IL220,IL222,IL224and IL226J.Immunol Lett,2003

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8、.Interleukin 24(MDA27MOB25)signals through twoheterodimeric receptors,IL222R1IL220R2 and IL220R1IL220R2J.JBiol Chem,2002,277(9):734127347.16Sarkar D,Su ZZ,Lebedeva IV,et al.mda27(IL224)Mediates selectiveapoptosis in human melanoma cells by inducing the coordinated over2ex2pression of the G ADD famil

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10、ilityJ.Genes Immun,2002,3(8):4702476.18Vandenbroeck K,Cunningham S.Polymorphisms in the interferon2gammainterleukin226 gene region contribute to sex bias in susceptibility to rheu2matoid arthritisJ.Arthritis,Rheum,2003,48(10):277322778.(收稿日期:2004-12-18)巨噬细胞表面的主要模式识别受体研究进展侯丽娜摘要 巨噬细胞表面表达一系列受体分子,这些受体分子

11、基本上都属于模式识别受体。它们能够与相应的病原体相关分子模式结合,介导巨噬细胞识别各种内源和外源抗原分子,是巨噬细胞发挥黏附,吞噬,调理,清除,杀伤和递呈功能,参与机先天性和获得性免疫应答的关键性环节。关键词 病原体相关分子模式;模式识别受体;巨噬细胞 文章编号 1001-103X(2005)04-0249-04 中图分类号 R392.12 文献标识码 A 基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(302031)作者单位:310006杭州,浙江大学医学院生物化学与分子生物学教研室(硕士研究生)审 校 者:浙江大学医学院生物化学与分子生物学教研室 赵鲁杭 病原体表面表达自身特定的分子结构,称为病原体

12、相关分子模式(pathogen2associated molecular pat2tern,PAMP),最具代表性的PAMP莫过于细菌的脂多糖(LPS)、脂蛋白(BLP)、肽聚糖(PG N)、脂磷壁酸(LTA)、未甲基化的CpG DNA、分枝杆菌的脂阿拉伯甘露聚糖(LAM)、酵母菌的甘露聚糖1。与之相应的,在天然免疫中识别PAMP的受体,即被称为模式识别受体(pattern recognition receptor,PRR)2。巨噬细胞是机体先天免疫的重要执行者,是所谓的专职性组织吞噬细胞。在它的表面表达了一系列PRR,这些PRR介导巨噬细胞识别那些微生物表面保守的,而在宿主中不存在的PAMP

13、,通过下游的信号途径,调节各种免疫反应基因的表达从而清除病原体。942国外医学免疫学分册2005年7月第28卷第4期 Foreign Medical Sciences Section of Immunology,July 2005,Vol 28.No.4对巨噬细胞PRR及其配体以及它们结合机制的深入研究是理解先天性免疫的关键环节,并可以为指导临床抗感染治疗提供重要依据。从广义上讲,巨噬细胞表面所有的受体分子,都可归属于PRR,本文就近年来研究的较多的巨噬细胞表面的几种主要的PRR的研究进展做一综述。1T oll样受体(T oll like receptor,T LR)T oll最初是作为一种参

14、与果蝇胚胎背腹轴形成的重要蛋白质被发现的。1997年Medzhitov3等率先报导了人类T oll蛋白的氨基酸序列,因其与果蝇T oll蛋白的结构同源性较高,故称之为T oll样受体(T olllike receptors,T LRs)。目前已发现的人类T LR家族的成员有11个。除T LR3只表达于DC细胞外,其余均可在巨噬细胞上表达。T LRs的识别谱涵盖了病毒、细菌、真菌、寄生虫等微生物上的多种保守的PAMP分子。如T LR5和T LR7可分别识别鞭毛蛋白与咪唑;T LR9识别含非甲基化CpG基序的细菌DNA序列;T LR2识别G+菌的肽聚糖(PG N)、脂磷壁酸(LTA)、细菌脂蛋白和

15、酵母聚糖等。其中对T LR4的研究最为深入。T LR4是生物医学工作者在寻找细菌脂多糖(LPS)受体过程中的一个极其重要的发现。在LPS相关病原学的研究中,人们首先发现了LPS结合蛋白(LBP),随后在单核巨噬细胞和其他LPS反应细胞中又发现了CD14,两者在LPS一起的信号途径中起关键性调节和增敏作用。然而CD14缺少跨膜区,这为深入解释LPS的信号传导途径设置了障碍。直到近期对T LR4研究的进一步深入,明确了T LR4就是负责将LPS信号传导入胞内的膜内受体,问题才得到初步完整的解释。然而LPS2LBP2CD14复合物如何活化T LR4,是直接的还是间接的,这些机制尚待研究。最近,一种称

16、为MD22的蛋白质在LPS信号传导中的作用日益收到重视。MD22是一种分泌性蛋白,能与T LR4的胞外域相结合,增强T LR4对LPS反应的敏感性。T LR4-MD22可能作为与巨噬细胞表面的LPS直接接触的部分,从而触发一系列胞内信号的传递4。除了LPS,T LR4还可识别其它的配体。Paserkamp5等发现,微修饰的低密度脂蛋白及其氧化的磷脂能够激活T LR4,从而上调包括MCP-1在内的许多趋化因子,促进动脉粥样硬化斑块的形成和发展。近年来的研究逐渐证实了T LRs是一种重要的信号受体。T LRs与同属于T LRIL21受体超家族的IL21受体的同源胞内段称为TIR(T ollIL21

17、 R)。目前比较明确的一条T LRs的信号途径是NF2 B途径。当病原体的PAMP分子与巨噬细胞表面的T LRs作用后,辅助分子髓样分化蛋白88MyD88(myeloid dif2ferentiaion primary2response protein88)C端的TIR同源区与T LRs的TIR区结合,启动MyD88依赖的信号途径,在下游信号分子,如IRAK(IL21 receptor2associatedkinase)、TAK1(transforming growth factor2 2activated ki2nase)、TAB1(TAK12bingding protein1)、TAB2、

18、TRAF6(TNF receptor2associated factor 6)、NIK(NF2 B inducingkinase)的参与下,最终激活NF2 B基因,启动细胞内炎症因子TNF2、IL26、IFN2 等的合成与释放,促进巨噬细胞的杀菌和吞噬活性。最近,研究者们又陆续发现了一些与MyD88一样的含TIR同源序列的分子,TIRAP(TIR2domain2containing adaptor protein)、TRIF(TIR2domain2containing adaptor protein in inducing IFN2)、TRAM(TRIF2related adaptor mol

19、ecule)。这些分子的发现很好的解释了不同PAMP激活T LRs之后引起的免疫反应基因表达的多样性,也赋予了先天免疫针对不同PAMP反应的特异性6。T oll样受体家族作为模式识别受体,介导了一个植物、昆虫、哺乳动物共有的高度保守的信号通路。越来越多的T LRs及其相关病原微生物配体正在不断被发现。T LRs是参与巨噬细胞炎症前反应的重要受体,在先天性免疫防御中发挥重要作用。2 清除剂受体家族清除剂受体(Scavenger receptor,SCRs)是巨噬细胞表面的糖蛋白,是一类传统的受体超家族,广泛分布于各组织器官巨噬细胞,有着相当广泛的配基识别谱。根据其结构和配基性质,一般认为该家族有

20、3个主要的类群SR2A、SR2B和SR2C。SR2A亚家族包括SR2A,SR2A 和胶原样结构巨噬细胞受体(macrophage receptor with collagenousstructure,MARCO)。SR2A和SR2A均含有胶原样结构域,SR2A和SR2A的胶原样结构域与MARCO的胶原样结构域具有同源性。SR2A 比SR2A 在胞外C端多出约110个氨基酸的一个富含半胱氨酸的结构域,称富含半胱氨酸清除剂受体结构域(Scavenger receptor cysteine2rich domain,SRCR)。SRCR的功能尚不完全清楚,至少在13种其它蛋白中也发现了这一序列,由此形

21、成了一个“富含半胱氨酸结构域的清道夫受体”超家族。SR2A 和SR2A基本上存在于巨噬细胞内,包括肝脏的Kupffer细胞、肺泡、腹腔、脾脏红髓和边缘区域以及具有旺盛清道夫功能的其他巨噬细胞。SR2A通过结合多聚阴离子配体如LPS和LTA,在宿主防御反应中起重052国外医学免疫学分册2005年7月第28卷第4期 Foreign Medical Sciences Section of Immunology,July 2005,Vol 28.No.4要作用。将SR2A基因敲除,可使小鼠清除LPS和病原微生物的能力降低,更易发生类毒素休克和李斯氏杆菌感染。已往的研究者们认为SR2A与LPS的结合并不

22、引起炎性反应,只在清除和降解LPS的过程中发挥作用。然而Jozefowski7最近在研究小鼠巨噬细胞时发现,SR2A不仅仅介导了内吞,而且还能够介导巨噬细胞产生诸如过氧化氢等炎症分子,并抑制IL22的释放,辅助病毒的清除和引发前炎症反应。此外,SR2A还是巨噬细胞上识别修饰的低密度脂蛋白(ace2LDL,ox2LDL)的特异性位点。修饰的LDL与SR2A结合,诱导巨噬细胞中脂质堆积,加上SR2A的抗凋亡作用,促进了巨噬细胞向泡沫细胞的转化,最终导致动脉粥样硬化斑块的形成8。在正常动物中,MARCO的表达局限于淋巴结、脾脏边缘区的巨噬细胞及腹腔巨噬细胞。在对MARCO基因敲除小鼠的研究中发现,脾

23、脏及淋巴结清除细菌的能力大大下降,提示MARCO对清除循环中的细菌非常重要。同时,MARCO基因缺陷小鼠对肺炎链球菌的清除能力及对其他吸入性颗粒的清除能力也大大减弱,说明MARCO在抵御肺部感染方面也起着重要作用9。CD36和SR2B 均为 型糖蛋白,二者都是阴离子磷脂受体,同属于SR2B亚家族。对CD36了解得比较深入的是其在促进疟原虫感染的红细胞对巨噬细胞的黏附方面的功能。除此之外,CD36还能介导巨噬细胞对氧化的低密度脂蛋白(ox2LDL)的大量吞噬,促进泡沫细胞的形成和动脉粥样硬化的发生。CD36与SR2A等协同作用,还可以帮助巨噬细胞清除凋亡细胞。近年来SR2B 在脂代谢方面发挥的功

24、能备受关注。大量实验证实,SR2B 在HDL代谢中具有重大意义。除了介导胆固醇的选择性吸收,参与HDL代谢和胆固醇逆转运,SR2B 还能促进游离胆固醇从血管壁流出,防止游离胆固醇在动脉壁中堆积。体外一系列的动物实验已经证实了SR2B 在抵御动脉粥样硬化和冠心病方面的重要价值,这使得SR2B 成为了一个非常引人注目的寻找治疗心脑血管疾病药物的新靶点10。越来越多的证据表明,作为一种受体,SR除了能介导配基进入细胞外,还在细胞内信号传导的过程中起着重要作用。有报道表明,SR2A与配基结合以后可诱导尿激酶型纤溶酶原活化因子的表达11。这一反应依赖于蛋白激酶途径。此外,SR还可以与其它受体协同参与信号

25、传递。例如,SR2A可与LBP、补体受体、T LR4一起介导LPS的内化和下游的信号传递。CD36可与CD47、低密度脂蛋白受体相关蛋白偶联,共同结合血栓素(TSP21),并介导其内化和信号传递。然而,目前对SR参与胞内信号传导的研究还很初步,许多机制还有待人们进一步发现。3 甘露糖受体(MR)和其它C类凝集素凝集素是一类能专一识别糖并与之非共价可逆结合的非酶非抗体蛋白质。动物中一些活性依赖Ca2+的凝集素称为C型凝集素。C型凝集素种类繁多,构成了一个庞大的超家族。根据其糖识别域(CRD)的一级结构,分为蛋白聚糖,型跨膜受体,胶原凝素,选凝素,自然杀伤细胞受体及多CRD 型跨膜受体等6个家族。

26、甘露糖受体是CRD型跨膜受体中的一个亚型,是一种分子量为180K D的跨膜蛋白,由5个结构域组成。从N端到C端依次为:富含半胱氨酸区(与蓖麻毒素B链具有同源性),型纤连蛋白重复区,8个连续的凝集素样糖识别域(CRD),跨膜区和胞浆内C端结构域。MR的每个CRD均可结合单糖分子,CRD的聚集则可高亲和力地结合多价分枝配体12。MR的CRD4和CRD5含有结合配体和钙离子所必需的残基,所结合的糖分子有甘露糖、岩藻糖、N2乙酰葡萄糖等。Jie Feng13最近发现,自然界第二大多聚物“几丁质”的部分脱乙酰化的产物-壳寡糖,由于是由氨基葡萄糖或乙酰化的氨基葡萄糖连接而成的寡聚体,很可能是通过MR被巨噬

27、细胞吞噬,从而发挥抗微生物抗肿瘤作用的。MR主要表达在DC和组织巨噬细胞上,通过识别多种病原体上的特定糖基末端,以吞噬和吞饮两种方式内化病原体。现已知巨噬细胞可通过MR识别细胞壁的多糖成分,如酵母甘露聚糖、细菌荚膜、LPS和脂质阿拉伯甘露聚糖等,来内吞许多非调理素化的微生物,包括细菌、真菌、寄生虫、病毒等。而在高等真核生物中,甘露糖残基通常深埋于糖蛋白分子内,因而不能与MR结合。MR的表达水平与巨噬细胞的功能状态密切相关,并受免疫球蛋白受体、病原体极其产物等因素调节。另外,在巨噬细胞内有两种不同的甘露糖受体库,即循环受体与非释放受体库。循环受体库的受体将与配体保持结合,回到细胞表面;非释放受体

28、库的受体,在内体囊腔的酸性环境下,与配体解离。MR将信号从膜外传至膜内的机制,以及针对不同配体,受体是介导吞饮还是吞噬的机制还没有明确答案。最近,研究者发现小鼠腹腔巨噬细胞与过氧化物酶体增生物激活受体(PPAR)结合后,能诱152国外医学免疫学分册2005年7月第28卷第4期 Foreign Medical Sciences Section of Immunology,July 2005,Vol 28.No.4导MR的表达,增强巨噬细胞吞噬杀灭假丝酵母的能力。IL213也可通过PPAR信号传导途径起到类似的作用。这无疑使得PPAR的调节成为调节巨噬细胞MR表达的一个新的信号传导途径14。关于M

29、R功能的一个新的假说认为,MR能辅助巨噬细胞吞噬加工糖蛋白,并交给MHC2 类分子,即起到了抗原递呈的作用。然而近期的一些研究结果似乎不支持上述假说。Napper等12用核酸酶A(含甘露糖寡糖,是MR的配体)和核酸酶B(没有糖基末端,主要通过吞饮被摄入)分别作用于能共表达MR和MHC2 类分子的纤维原细胞,二者都引发了刺激核糖核酸酶特异性T细胞的作用,且作用效果几乎相等。据此Napper认为此前关于MR在递呈糖蛋白抗原方面发挥作用的结论还有待商榷15。越来越多的证据表明,MR还能与许多内源性分子结合,在维持机体内环境稳态方面发挥重要作用。研究者在利用鼠MR的CRD427与人IgG1的Fc段融合

30、产生的融合蛋白CRD427Fc识别正常鼠体内MR的内源性配体的研究中发现:巨噬细胞可通过MR捕获分泌的溶酶体酶,清除循环中的糖蛋白。近期,研究者还发现垂体前叶腺素和促甲状腺有类似硫酸化糖蛋白的结构,能通过MR被肝窦状隙细胞清除16。其他的C类凝集素,如甘露糖结合凝集素(MBL),表面活性蛋白A和D,也能通过钙离子依赖的结合来识别内,外源性配体,和MR及其它C类凝集素一起参与了清除、保持稳态、免疫调节、宿主防御等复杂的功能。4 问题与展望20世纪90年代开始,先天免疫识别研究进展很快,在脊椎和无脊椎动物中发现了多种模式识别受体和其所识别的PAMPs。这些模式识别受体的共同特征是配体的不专一性,一

31、种模式识别受体可以引起不同的免疫防御反应。PRRs可能不是简单地与PAMPs结合,可能会引起两者的某些构象变化,从而导致一系列的级联反应。RNA干扰技术对于鉴定模式识别受体的功能将是一个非常有用的工具。关于模式识别的研究还有待进一步深入,特别是有关巨噬细胞表面模式识别受体与其配体结合机制的研究,将是理解先天免疫的关键性环节,并可为临床治疗提供可靠的依据。参考文献1Janeway CA Jr,Medzhitov R.Innate immune recognitionJ.Annu RevImmunol,2002,20:1972216.2ONeill L.Specificity in the inn

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