不同代谢产物对免疫细胞的调节作用,免疫学论文.docx
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1、不同代谢产物对免疫细胞的调节作用,免疫学论文摘 要: 12/15-脂氧合酶 (12/15-LOX) 是LOX的家族成员, 可通过对多不饱和脂肪酸的酶促氧化反响生成多种具有生物活性的脂质代谢产物, 如羟基二十碳四烯酸、脂氧素等。免疫细胞是免疫系统的重要组成部分, 主要发挥免疫防御、免疫自稳和免疫监视作用。越来越多的研究表示清楚, 12/15-LOX及其代谢产物通过调节多种免疫细胞的发育及生物活性, 在炎症和免疫反响中发挥重要作用。有大量报道在疾病 (腹膜炎、哮喘、糖尿病、心血管疾病等) 进展经过中, 12/15-LOX对固有免疫和适应性免疫均有调节作用。在不同的病理生理状态下, 12/15-LO
2、X对不同免疫细胞调控的详细作用及机制特别复杂且相互关联。 本文关键词语: 12/15-脂氧合酶; 免疫细胞; 免疫调节; Abstract: 12/15-lipoxygenase (12/15-LOX) are members of the LOX family, which mediate the enzymatic oxidation of polyunsaturated fatty acids, thereby contributing to the generation of various bioactive lipid mediators, like hydroxyeicosate
3、traenoic acids and lipoxins. Immune cells are an indispensable part of the immune system and play an important role in immune defense, immune homeostasis and immune surveillance. More and more studies have addressed the role of 12/15-LOX and its metabolites on inflammation and immunity by regulating
4、 the development and biological activity of various immune cells. There have been numerous reports indicating 12/15-LOX s regulatory effects on innate and adaptive immunity during different disease progression, such as peritonitis, asthma, diabetes, cardiovascular diseases, etc. However, the biochem
5、ical mechanisms by which 12/15-LOX regulates immune cell function are complex and interrelated under different pathological and physiological conditions. Keyword: 12/15-lipoxygenases; Immune cells; Immunoregulation; 人类有6种编码脂氧合酶 (lipoxygenase, LOX) 的基因, 包括花生四烯酸 (arachidonic acid, AA) 5-脂氧合酶 (arachido
6、nate 5-lipoxygenase, ALOX5) 、ALOX12、ALOX12B、ALOX15、ALOX15B、ALOXE3, 华而不实由ALOX15基因编码的15-LOX-1是人类脂类代谢的关键酶, 可将花生四烯酸 (arachidonic acid, AA) 、亚油酸 (linolenic acid, LA) 、二十二碳六烯酸 (docosahexaenoic acid, DHA) 及其他多不饱和脂肪酸 (polyunsaturated fatty acids, PUFAs) 转变为有生物活性的脂质代谢产物, 如脂氧素、保卫素、消退素、Maresins、12-羟基二十碳四烯酸 (12
7、-hydroxyeicosate-traenoic acid, 12-HETE) 、15-HETE等, 进而影响细胞构造、代谢及信号转导。近年来, 将不同物种由ALOX15基因编码的产物统称为12/15-LOX, 它们构造不同但功能类似, 例如小鼠12-LOX、15-LOX和兔15-LOX-1等。尽管12/15-LOX与多种慢性炎性疾病的发病机制有关, 但它的生理功能包括强大的免疫调节特性, 在生理学上有助于消炎和去除炎症相关组织损伤, 代表产物为促炎症消退介质 (specialized pro-resolving lipid mediators, SPMs) , 这是一类具有类似促炎症消退作
8、用的12/15-LOX的代谢产物, 包括脂氧素、消退素、保卫素、Maresins1,2。可见, 12/15-LOX在免疫和组织稳态中的双刃剑作用, 免疫细胞在华而不实的作用不可忽视, 现就12/15-LOX代谢及其产物对免疫细胞的详细调控作用及机制予以综述。 1、 12/15-LOX及其代谢产物的关系 12/15-LOX的详细代谢经过, 如此图1所示: (1) 若代谢底物为DHA, 12/15-LOX可将其转化为氢过氧化衍生物17S-过氧化DHA (17S-hydroperoxy-docosahexaenoic acid, 17S-HpDHA) 和14S-HpDHA, 前者经进一步代谢可生成消
9、退素和保卫素, 后者主要构成maresins; (2) 若底物为AA, 12/15-LOX可将其催化为12S-过氧化二十碳四烯酸 (12S-hydroperoxy-eicosatetraenoic acid, 12S-HpETE) 和15S-HpETE的混合物, 不同物种两者比例不同。12S-HpETE和15S-HpETE可在磷脂氢谷胱甘肽过氧化物酶 (phospholipid-hydroperoxide glutathione peroxidase, phGPx) 的作用下分别转化为12S-HETE和15S-HETE, 且15S-HpETE可以经5-LOX的作用生成脂氧素; (3) 若代谢底
10、物为LA, 12/15-LOX可将其代谢为13S-氢过氧化十八碳二烯酸 (13S-hydroperoxy-9z, 11E-octadecadienoic acid, 13S-HpODE) , 后者在phGPx的作用下生成13S-羟基十八碳二烯酸 (13S-hydroxyoctadecadienoic acid, 13S-HODE) ; (4) 若底物为酯化PUFAs, 则在12/15-LOX的作用下生成对应的酯化代谢产物, 称为12/15-LOX源性氧化磷脂 (oxidized phospholipids, OxPL) , 如磷脂酰胆碱 (phosphatidylcholine, PC) 和磷
11、脂酰乙醇胺 (phosphatidyl ethanolamine, PE) 酯化产物:12-HETE-PC、15-HETE-PC、12-HETE-PE、15-HETE-PE等3。 图1 12/15-LOX及其代谢产物的关系 12/15-LOX:12/15-脂氧合酶;PUFAs:多不饱和脂肪酸;LA:亚油酸;AA:花生四烯酸;DHA:二十二碳六烯酸;OxPL:12/15-LOX源性氧化磷脂;13S-HPODE:13S-氢过氧十八碳二烯酸;13S-HODE:13S-羟基十八碳二烯酸;phGPx:磷脂氢谷胱甘肽过氧化物酶;12S-HpETE:12S过氧化二十碳四烯酸;15S-HpETE:15S过氧化
12、二十碳四烯酸;Hepoxilins:羟基环氧素;12-HETE:12-羟基二十碳四烯酸;15-HETE:15-羟基二十碳四烯酸;5-LOX:5-脂氧合酶;17S-HpDHA:17S-过氧化二十二碳六烯酸;14S-HpDHA:14S-过氧化二十二碳六烯酸;14-HDHA:14-羟基二十二碳六烯酸 2、 不同代谢产物对免疫细胞的调节作用 2.1、 脂氧素 脂氧素主要由脂氧素A4 (lipoxins A4, LXA4) 、脂氧素B4 (lipoxins B4, LXB4) 、阿司匹林诱生型脂氧素组成。脂氧素的合成需要12/15-LOX和5-LOX两种酶共同完成, 由于这两种酶不是总由一样类型的细胞表
13、示出, 所以从AA到脂氧素的转化不仅能够在同一类型细胞中发生, 而且能够通过不同类型细胞合作完成。脂氧素能够通过与2型甲酰肽受体2 (formyl peptide receptor 2, FPR2) , 又称脂氧素A4受体 (lipoxin A4 receptor, ALX) 结合触发各种细胞信号级联反响, 包括磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B (phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B, PI3K/Akt) 、细胞因子信号转导抑制分子、磷脂酶C、肌醇多磷酸5-磷酸酶、亚硝酸盐、RAS蛋白超家族、髓过氧化物酶 (myeloperoxidase
14、, MPO) 等。脂氧素对不同类型细胞产生不同效应: (1) 自然杀伤 (natural killer, NK) 细胞和2型固有淋巴细胞 (innate lymphoid cell 2, ILC2) 外表均表示出ALX/FPR2。对重症哮喘患者的临床分析及细胞实验表示清楚, LXA4通过与NK和ILC2细胞外表ALX/FPR2结合, 加强NK细胞对嗜酸粒细胞的促凋亡作用, 减少ILC2分泌IL-13, 罢了知IL-13在IgE介导的型变态反响中具有重要意义4。 (2) 急性肺损伤 (角叉菜胶、MPO及大肠埃希菌诱导) 小鼠模型中, 中性粒细胞首先被募集到感染部位, 阿司匹林诱导LXA4能够促进
15、中性粒细胞凋亡小体的构成, 防止中性粒细胞过度浸润, 促进炎症消退5。体外细胞实验与此结果一致, El Kebir等5观察到阿司匹林诱导LXA4促进MPO共孵育的人中性粒细胞的凋亡发现有关机制包括下调 M 2整合素 (macrophage-1 antigen, Mac-1) 的表示出;减弱MPO诱导的细胞外信号调节激酶的活化和Akt介导的Bcl-2相关促凋亡蛋白磷酸化;减少抗凋亡蛋白Mcl-1的表示出。 (3) 随着疾病进展, 巨噬细胞被募集到感染部位, 脂氧素可促进单核/巨噬细胞趋化和黏附, 通过快速激活巨噬细胞PI3K/Akt和胞外信号调节蛋白激酶/核转录因子2信号转导通路, 保卫细胞线粒
16、体功能, 强化抗氧化防御系统, 延迟巨噬细胞凋亡, 有助于巨噬细胞对中性粒细胞凋亡小体和病原体的吞噬, 促进炎症消退6。 (4) Tani等7在对酵母多糖诱导的腹膜炎小鼠模型的研究中发现, LXA4存在时, 嗜酸粒细胞促进巨噬细胞生成趋化因子CXCL13, 后者在抗炎经过中促使引流淋逢迎肿大和病原菌的吞噬。 (5) Ramon等8在对人和小鼠外周血B细胞及鸡卵白蛋白抗原刺激小鼠进行研究后发现, LXA4通过与B细胞外表ALX/FPR2受体结合, 发挥抗B细胞增殖及减少记忆B细胞抗体数量的作用。研究发现, 小鼠骨髓12/15-LOX能够调节体内B细胞数量和先天性免疫抗体水平, 12/15-LOX
17、基因剔除小鼠脾脏B细胞数量和肝、肺、血清中的总IgM显着高于野生型小鼠, 但详细调控机制未明, 可能也与脂氧素相关9。 (6) LXA4和白三烯B4 (leukotriene B4, LTB4) 能促使幼稚CD4+T细胞向T辅助滤泡细胞转化, 后者活化幼稚B淋巴细胞构成生发中心10。 (7) LXA4对树突状细胞的作用多样, 如LXA4不仅可抑制病原体刺激后树突状细胞的增殖和IL-12的产生, 还能够通过芳香烃受体和ALX上调细胞因子信号传导抑制因子2的表示出来阻断炎症信号11,12。 2.2、 保卫素 保卫素是一类由12/15-LOX催化DHA构成的脂质代谢产物, 具有抗炎和器官保卫效应。保
18、卫素可分为保卫素D1 (protectin D1, PD1) 、保卫素DX (protectin DX, PDX) 、阿司匹林诱生型PD1、反式阿司匹林诱生型PD1四类, 华而不实对前两种研究较多。PD1可由神经胶质细胞、中性粒细胞、巨噬细胞、T细胞、视网膜色素上皮细胞等产生, 在诸多炎症模型中被证实有抗炎作用, 如在缺血性脑卒中小鼠模型中发现PD1抑制白细胞浸润、核因子 B (nuclear factor kappa B, NF- B) 和环加氧酶2的产生13。在哮喘小鼠模型中减少气道嗜酸粒细胞和T淋巴细胞的招募、减少黏液分泌和促炎细胞因子产生, 可降低气道高反响性14。在脂多糖 (lipo
19、polysac-charide, LPS) 诱导的急性肺损伤小鼠, PD1可加快中性粒细胞凋亡, 加速炎症的消退15。Ariel等16通过体外细胞实验 (人外周T淋巴细胞) 证实, PD1减少T细胞分泌肿瘤坏死因子 (tumor necrosis factor, TNF) 和 干扰素 (interferon, IFN) , 促进T细胞凋亡, 促凋亡机制与PD1诱导细胞膜脂筏聚集和CD59聚集有关, 两者共同介导T细胞凋亡的信号转导。PD1不仅直接促进巨噬细胞对凋亡中性粒细胞的非炎症性吞噬, 还可上调中性粒细胞和T细胞外表C-C趋化因子受体5 (C-C chemokine receptor 5,
20、 CCR5) 的表示出, 均有利于凋亡中性粒细胞的快速去除17,18。PDX是PD1的同分异构体, 在术后肠梗阻小鼠、LPS诱导的急性肺损伤小鼠及脓毒症小鼠均观察到PDX减少中性粒细胞浸润, 增加巨噬细胞比例, 发挥抗炎与器官保卫作用19,20,21,22。除此之外, PDX还能够促使腹腔巨噬细胞向抗炎型M2型转化, 加强巨噬细胞的吞噬功能, 转化机制与过氧化物酶体增殖物激活受体 (peroxisome prolifera-tor-activated receptor gamma, PPAR ) 信号通路激活有关21。体外细胞实验发现, PDX减少人中性粒细胞活性氧类 (reactiveoxy
21、gen species, ROS) 的产生, 抑制复原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的激活和MPO的释放23。 2.3、消退素 消退素包括E类消退素 (E-seriesresolvins, RvE) 即RvE1-RvE3、D类消退素 (D-seriesresolvins, RvD) 即RvD1-RvD6、阿司匹林触发消退素 (aspirin-triggered lipoxin, AT-Rv) , 华而不实RvE3和RvD的合成与12/15-LOX密切相关。Isobe等24初次分离并报道RvE3, 嗜酸粒细胞中的12/15-LOX催化二十碳五烯酸生成中间代谢产物17, 18-diHEPE, 1
22、7, 18-diHEPE有两种立体异构体, 均能够进一步生成RvE3。细胞和动物实验均表示清楚, RvE3对中性粒细胞的炎性浸润有强大的抑制作用。RvD1、AT-RvD1、RvD3、AT-RvD3、RvD5均能够通过G蛋白偶联受体32 (G protein-coupled receptors 32, GPR32又称RvD1受体) 激活靶细胞发挥生物学作用25,26,27。GPR32蛋白是一种G蛋白偶联受体, 主要在人外周血中中性粒细胞、活化CD+8T细胞、CD+4T细胞、Th17细胞、组织巨噬细胞、小气道上皮细胞和脂肪组织中表示出28,29,30。RvD1还能够通过G蛋白偶联受体FPR2/AL
23、X发挥抗炎作用31。RvD1对免疫细胞的调节作用多样, 如抑制中性粒细胞趋化, 降低巨噬细胞Toll样受体介导的巨噬细胞活化, 降低脓毒症小鼠胸腺CD3+T淋巴细胞的凋亡率, 抵消脓毒症对免疫细胞的部分抑制作用32。另据报道, RvD1不仅能够直接抑制人B细胞产生IgE, 还可抑制幼稚淋巴细胞向分泌IgE型B细胞转化, 机制为RvD1特异性阻断IgE的重链基因 (εGLT) 的表示出, 这种抑制作用在哮喘和过敏性疾病中对机体有重要的保卫作用33。研究发现GPR18为RvD2的一种G蛋白偶联受体, 在人中性粒细胞、单核巨噬细胞均有表示出, RvD2通过与GPR18结合抑制中性粒细
24、胞浸润, 加强巨噬细胞对细菌的吞噬作用, 促进炎症快速消退34。有研究表示清楚, RvD1和RvD2在器官再灌注损伤经过中发挥器官保卫作用, GPR18缺陷小鼠的RvD2保卫作用显着降低, 可能与抑制中性粒细胞浸润有关34,35,36。RVD1和RVD2还能够抑制促炎因子释放, 增加抗炎因子产生。Gu等37发现, RVD1、RVD2与相应受体结合后均可通过PI3K-Akt-糖原合成酶激酶3 (glycogen synthase kinase 3 , GSK3 ) 发挥抗炎作用, 被PI3K激活的Akt通过磷酸化GSK3 强有力地抑制GSK3 的促炎作用, 磷酸化的GSK3 可抑制促炎细胞因子
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