【关键词】T淋巴细胞;细胞凋亡;系统性,红斑狼疮;信号
T淋巴细胞来源于骨髓中的淋巴样前祖细胞,在胸腺中发育成熟,具有介导细胞免疫应答并辅助机体产生体液免疫应答的功能。细胞凋亡(apoptosis)是程序性细胞死亡,机体通过凋亡机制清除衰老及异常细胞,在维持细胞数量平衡及正常功能方面有重要作用。T淋巴细胞功能异常和凋亡紊乱是自身免疫病的重要因素之一。早期研究表明辅助性T细胞(Th)亚群功能失衡是系统性红斑狼疮(systemic lupus erythe-matosus,SLE)发病机制中的重要环节,Th2细胞亚群功能亢进,导致B细胞过度活化,产生多种致病性自身抗体。近期大量研究发现T淋巴细胞凋亡异常在SLE发病机制中发挥了重要作用。目前对T细胞凋亡紊乱的研究主要集中在外源性通路(死亡受体途径)、内源性通路(线粒体途径)以及半胱氨酸蛋白水解酶(cysteine-aspartic proteases,Caspase)途径。本文对T淋巴细胞凋亡的经典通路和相关调控分子研究进展及其在SLE发病机制中的作用进行综述。
1 外源性通路(死亡受体途径)
细胞凋亡是一个主动的、信号依赖的过程,此过程可通过激活死亡受体而触发。死亡受体属于肿瘤坏死因子受体超家族,与相应的配体结合后,可将凋亡信号向细胞内部传递。死亡受体具有细胞内死亡区域(death domain,DD),这一区域是传导细胞凋亡信号所必须。死亡受体通过相应的天然配体(natural ligand)活化,死亡配体多为Ⅱ型跨膜蛋白,可被金属蛋白酶剪切产生可溶性形式。目前研究较多的有CD95(APO-1/Fas),TRAIL(TNF-related apoptosis-induced lignd,TRAIL)、TNFR1(CD
1.1 Fas/FasL蛋白,Fas又称CD95或凋亡蛋白-1(Apo-1)
Fas为I型跨膜蛋白,与同源性死亡区的Fas死亡相关性蛋白结合后,通过Fas受体胞内区的死亡结构域向细胞传递凋亡信号,激活Caspase,导致DNA片段化,阻断DNA的复制与修复,裂解细胞结构蛋白,导致凋亡细胞解体,形成凋亡小体。T细胞中的交叉连接的CD4分子(CD4XL)不仅可上调Fas,而且可引起CD4+T细胞在CD3刺激后表达FasL,提高T细胞在Fas诱导凋亡的敏感性。在加入抗CD3单克隆抗体刺激后的纯化CD4XL可以诱导CD4+和CD8+T细胞凋亡;CD4XL/CD3介导淋巴细胞凋亡可以被可溶性Fas或者FasL单克隆抗体阻断,Fas/FasL(CD95/CD
调节性T细胞(regulatory T cell,Treg)是不同于Thl和Th2细胞亚群的具有免疫抑制作用的T细胞亚群,在多种自身免疫疾病中起重要的调节作用。在BALB/c小鼠实验中,用抗CD3、CD28单克隆抗体诱导细胞凋亡后,CD4+CD25+T细胞Fas及其受体FasL表达显著上调,用抗小鼠的FasL中和抗体,可明显抑制BALB/c小鼠CD4+CD25+T细胞的凋亡,表明FasL参与了诱导CD4+CD25+T细胞的凋亡。
产生白介素17的CD4+T细胞(Thl7细胞)已经被认定为一种辅助性T细胞(Th)亚群。Th17细胞高水平表达的细胞型Fas相关死亡域样白介素-1β转换酶抑制蛋白(cellular Fas-associated death domain-like interleukin-1 beta-converting enzyme-inhibitory protein,c-FLIP)阻止了Fas介导细胞凋亡。异常上调的c-FLIP通过抑制FasL表达和抑制Fas信号来使Thl7细胞发挥抗活化诱导细胞死亡(activation-induced cell death,AICD)作用、导致凋亡减少,Thl7细胞抗AICD能力与各种生理和病理情况相关,也包括Thl7细胞介导的自身免疫疾病。
1.2 TRAIL肿瘤坏死因子相关凋亡配体
肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)超家族成员在凋亡中发挥重要作用。肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TNF.related apoptosis-induced ligand,TRAIL)是TNF超家族一员,膜结合型与可溶型TRAIL(soluble,sTRAIL)与细胞膜上特异性死亡受体形成配体-受体三聚体,即死亡诱导信号复合体,募集和激活半胱氨酸蛋白水解酶前体(procaspase)再通过自身水解成为有活性的Caspase,进一步激活Caspase级联反应诱发细胞凋亡。在BALB/c小鼠实验中,用抗CD3、CD28单克隆抗体诱导细胞凋亡后,CD4+CD25+T细胞TRAIL的表达水平上调;用小鼠TRAIL单抗处理后的CD4+CD25+T细胞凋亡率下降。说明TRAIL参与了CD4+CD25+T细胞凋亡通路。CD137也是一种肿瘤坏死因子受体家族成员,被认为是既可促进早期活化的淋巴细胞增殖,又可诱导慢性活化的淋巴细胞凋亡,是调节细胞生存和死亡的关键共刺激分子。CD137可使CD4+T细胞表达FasL,促进靶细胞发生AICD。
2 内源性通路(线粒体途径)
内源性通路是通过改变线粒体膜电压和释放凋亡因子如细胞色素C与凋亡相关因子1(poptosis associated factor 1,Apaf1)结合后募集Caspase形成凋亡体,并启动线粒体下游的Caspase级联反应来实现细胞凋亡。Bcl-2家族,Siva,PRELI(a protein of relevant evolutionary and lymphoid interest,PRELI)以及促分裂原活化蛋白激酶(P38MAPK)参与了T细胞凋亡的线粒体途径。
2.1 Bcl-2家族
庞大的Bcl-2基因家族按功能主要分为两类功能相反的基因:一类是抑凋亡基因包括Bcl-2、Bc1-XL、Bc1-W、Bfl-1、Brag-1、Mc1-1和A1等;另一类是促凋亡基因如Bax、Bak、Bok、Bcl-XS、Bad、Bid、Bik、Blk和Hrk。Bcl-2和Bcl-XL是最重要的抗凋亡蛋白,它们是通过线粒体死亡途径而促进细胞存活。Bad是Bcl-2家族成员中含有BH3结构域的促凋亡蛋白,它偶联线粒体死亡信号、清除Bcl-2和Bcl-XL的保护作用而促进细胞凋亡。Bad磷酸化会使它的促凋亡作用失活。在CD4+CD25+T细胞,加入IL-15后,细胞凋亡减少,磷酸化Bad和Bcl-XL显著上调。推测IL-15抑制Treg凋亡的机制可能是通过上调的Bcl-XL的表达和Bad的磷酸化来实现的。
2.2 Siva-1
Siva-1是一种可以与CD27细胞质结构相结合的预凋亡蛋白,是TNF受体超家族成员。Siva-1由176氨基酸组成,富含半胱氨酸的N端螺旋区域(SAH),死亡区域(DDHR)以及C端锌指结构。Siva结构的N末端和C末端发挥协同作用使T淋巴细胞凋亡,在T细胞稳态中发挥重要角色。N末端和C末端在细胞内不同区域分布,C末端在细胞质和细胞核都有分布,可使Siva蛋白直接与细胞质区域CD27结合,N末端主要分布在细胞核,相当于Siva蛋白的效应区域。Siva蛋白N末端可诱导启始Caspase及效应Caspase活化。这个过程有Bid活化和细胞色素C的释放表明是通过线粒体途径的,并且受高表达的Bcl-2或Bcl-xl来调节。高表达Siva-1可活化Bid,改变线粒体膜的通透性,释放细胞色素c。X连锁凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein,XIAP)作为辅助因子参与细胞信号途径。XIAP与Siva-1结合后,Siva-1抑制XIAP以及转化生长因子B激活的蛋白激酶1(TAK1)与转化生长因子B激活的蛋白激酶1结合蛋白1(TAB1)介导的NF-κB的活化,同时Siva-1通过XIAP介导的c-jun氨基末端激酶(c-jun N-terminal kinase,JNK)活化,因此Siva-1通过与XIAP和TAK1的相互作用,减少NF-κB和提高JNK的活性促进细胞的凋亡。
糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体(glueocorticoid-induced tumor necrosis factor recpetor,GITR)属于肿瘤坏死因子受体超家族成员,人类和鼠类的GITR在效应性T细胞的静止阶段有基础水平的表达,在T细胞活化后,CD4+及CD8+T细胞上GITR的表达水平在几天之内显著提高,而GITR在Treg细胞上有高水平的组成性表达,因此被认为是Treg细胞上的一种分子标记。在小鼠实验中证实GITR的细胞质结构与Siva连接并活化Siva导致细胞凋亡。
获得性免疫缺陷综合征的特征是感染人类免疫缺陷病毒(HIV)的患者出现CD4+T细胞显著减少,Siva-1与CD4分子的细胞质结构结合,HIV结合在T淋巴细胞表面,诱导Siva-1参与CD4发起的凋亡信号途径。Siva-1增加了诱导凋亡T细胞的敏感性,Siva-1表达既增加了Caspase活性,也增加了线粒体通透性。HIV感染后触发了Caspase-8和Caspase-9以及效应Caspase-3的活化,同时也导致线粒体跨膜电位(△Ψ)的降低,使细胞色素c从线粒体中释放,Siva-1启动了线粒体途径介导的T淋巴细胞凋亡过程。
2.3 PRELI
CD4+辅助T细胞的不同的功能亚群Thl和Th2型细胞在人类过敏性和炎症性疾病发病机制中的起着核心作用。在人类初始辅助T细胞上表达的PRELI蛋白可以诱导氧化应激和线粒体凋亡途径。大多数细胞凋亡表现为线粒体跨膜电位消失,细胞色素c产生和Caspase-3活化,进而导致激活细胞凋亡过程。PRELI定位在CD4+T细胞的线粒体内,PRELI可减少辅助T细胞的线粒体跨膜电位(△Ψ)。在高表达PRELI细胞中,Caspase-3活性明显增高和线粒体跨膜电位明显降低,表明PRELI是通过线粒体途径来诱导人类辅助性T细胞凋亡的 。
2.4 丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK)
MAPK是一种丝氨酸/苏氨酸激酶,家族成员包括ERK1/2,JNK1-3,p38和ERK5,在信号传导中发挥重要作用,并调节增殖、分化和凋亡过程。
Nur77是一种核受体,是T细胞上的一个高度磷酸化的蛋白。实验证实其在T细胞受体诱导细胞凋亡发挥主要作用。ERK1/2 MAPK级联下游组件RSK使Nur77磷酸化,磷酸化Nur77可以易位至线粒体,触发线粒体途径 ,导致细胞凋亡。
促分裂原活化蛋白激酶(P38MAPK)早期被确定为具备激酶活性,与凋亡信号相关。在CD8+ T细胞线粒体中Bcl-2和Bc1-XL含量下降造成P38MAPK活化,活化的P38MAPK引起Bc1-2和Bcl-XL磷酸化和向线粒体外转移,阻止这些抗凋亡分子在线粒体上蓄积,导致细胞色素c释放和Caspase-9和Caspase-3活化。
3 Caspase
Caspase在细胞凋亡中是最经典的途径,也是各种中间信号分子引起细胞凋亡的终末途径。根据在细胞凋亡中的作用,Caspases分为两大类:启始Caspase(Initiator):包括-2,-8,-9,-10等,对细胞凋亡的刺激信号作出反应,启动细胞的凋亡过程;效应Caspase:包括-3,-6,-7等,是在细胞凋亡过程中的具体执行者,完成对特定蛋白底物的水解。
间充质干细胞被用在控制人类移植物抗宿主疾病。体外培养下的间充质干细胞可以减少活化T细胞的生存,揭示了间充质干细胞可以触发早期活化T细胞的凋亡。间充质干细胞诱导的凋亡是通过切割Caspase-2和Caspase-9以及Caspase-3的酶原形式来分别激活Caspase最终完成T细胞凋亡过程。
4 T淋巴细胞凋亡与SLE
有研究证实SLE患者中CD4+T细胞和CD8+T细胞表面Fas的表达率增加,并且胞质中活化的Caspase-3的表达率均增加,提示Caspase-3是Fas介导的凋亡信号途径的关键效应蛋白酶。在SLE患者的T细胞凋亡中,Fas/FasL信号途径起了主要作用。
白介素10(IL-10)几乎所有的淋巴细胞均能合成,体内最重要的来源是单核巨噬细胞和T辅助细胞。IL-l0可以直接作用于T细胞,抑制CD4 T细胞的增殖和细胞因子合成,包括抑制Thl细胞产生IL-2和IFN-γ ,以及抑制Th2细胞产生IL-4和IL-5 。研究发现SLE患者高水平的IL-10诱导T细胞亚群高表达Fas/FasL,随IL-10浓度增高,T细胞的凋亡增多。尤其是CD4+T细胞亚群高表达FasL,使高表达Fas的CD4+T细胞亚群发生AICD,导致CD4+T细胞比例下降、CD4+/CD8+比值降低、T细胞免疫功能缺陷,促进了SLE疾病的发展。体外实验发现SLE患者外周血单个核细胞的培养中加入FasL抗体可显著抑制T细胞亚群凋亡;加入IL-10抗体后,CD4+T细胞亚群凋亡明显抑制,揭示SLE患者中IL-10可以通过Fas/FasL途径诱导T细胞凋亡。
SLE患者外周血单个核细胞(PBMC)的TRAIL mRNA表达显著增加,并且Caspase-3酶活性显著增加并与疾病活动性正相关,激活后Caspase-3直接裂解胞内各种底物蛋白,细胞解体并形成凋亡小体释放到血液,SLE患者TRAIL能通过活化Caspase-3的信号传导途径来传递凋亡信号。塞来昔布是选择性环氧化酶-2抑制剂(cyclooxygenase-2,COX-2),可以增加人类狼疮患者T细胞的凋亡,在BXSB小鼠(SLE模型)实验中用Caspase抑制剂z-VAD-fmk,可以有效抑制塞来昔布诱导的小鼠狼疮T细胞凋亡,研究表明塞来昔布是通过活化Caspase加速狼疮鼠T细胞凋亡。
SLE患者淋巴细胞凋亡增加,这可能是增加了自身抗原负载而增加了致病性。有研究表示SLE患者的T淋巴细胞凋亡率高,并且T细胞凋亡与疾病活动度成正比。白介素2低水平情况下,蛋白磷酸酶
血清中出现多种自身抗体是SLE的主要特征,特别是抗核成分。SLE的一个重要发病机制是核成分暴露,穿孔素和颗粒酶B使自身抗原结构发生改变触发细胞凋亡。SLE患者CD8+T细胞可产生自身抗原引起组织损伤。研究发现SLE患者CD8+T细胞表达穿孔素和颗粒酶B比正常人高,并且升高比例与SLE活动度评分成正比。提示在SLE发病机制中颗粒酶B参与了CD8+T细胞凋亡过程。SLE患者外周血单个核细胞特别是T淋巴细胞凋亡增加,活化T细胞清除率降低,促进了疾病进展。
5 结语
Fas、TRAIL、Siva、Bcl-2家族,是T细胞凋亡通路中重要的信号分子,这些信号分子的异常表达与多种自身免疫疾病的发生有着联系,尤其是SLE。研究T细胞凋亡通路中各种信号分子,对探究SLE的发病机制有重要意义。虽然SLE发病机制复杂,但从研究T细胞凋亡紊乱着手无疑是一条重要的途径。
(潘云,王俐,李向培,T淋巴细胞凋亡信号途径与系统性红斑狼疮[J]安徽医药2012年6月第16卷第6期:726-728)