長期以來,肥大細胞\\( mast cell,MC\\) 一直被認為是變態反應和機體抵抗寄生蟲入侵的關鍵效應細胞,但最新的研究發現 MC 不僅可作為效應細胞起作用,也可在免疫應答中起調節作用。本文現就這方面做一綜述。
1、 MC 的一般生物學特征
MC 起源于造血干細胞,其前體細胞通過血液循環主要進入與外界想通的組織,如皮膚、呼吸道、肺組織、胃腸道和呼吸系統,在這些部位 MC 前體發育成熟。MC 與單核細胞、巨噬細胞一樣是長壽命細胞,但在適當刺激下,可以進入細胞增殖周期而增生。MC 根據分布部位和顆粒中含有類胰蛋白酶、糜蛋白酶的不同,主要分為黏膜 MC 和結締組織MC 兩個亞群,前者顆粒中僅含類胰蛋白酶,主要分布在呼吸道和胃腸道黏膜組織; 后者類胰蛋白酶、糜蛋白酶都含有,主要分布在皮膚、呼吸道和胃腸道黏膜下組織。兩種亞群的 MC 不是固定不變的,在適當的微環境中可以相互轉化,如黏膜 MC 在SCF、NGF、IL-6、IL-4 存在情況下可以轉化為結締組織 MC。多做刺激物\\( 包括特異性抗原和 IgE 抗體\\)能通過 FcεRⅠ依賴和非依賴性\\( 如 c-Kit、TLR\\) 的方式激活 MC。激活的 MC 可以產生三種類型的效應分子: 第一類是已存儲在顆粒中的物質,如 5 - 羥色胺、組胺、肝素、類胰蛋白酶、糜蛋白酶等; 第二類是受刺激后新合成的物質如脂類介導物、前列腺素、白三烯等; 第三類是細胞因子,如 IL-1、3、5、8、10、GM-CSF、TNF-α、TGF-β、VEGF 等。正是因為產生這么多種類的效應分子,因此 MC 可以參加機體內多種生物學過程。
2、 MC 的激活
2. 1 FcεRⅠ依賴的 MC 激活 抗原依賴的 MC 激活是一個復雜的細胞內信號轉導事件,這一事件啟動于 FcεRⅠ的聚集。FcεRⅠ是由 α、β 鏈和兩條 γ鏈組成的四聚體,由 α 鏈負責結合 IgE。FcεRⅠ信號的起始是首先活化 Src 家族激酶 LYN,在脂筏中聚集的 FcεRⅠ與 LYN 的相互作用,使 FcεRⅠ成為磷酸化狀態。FcεRⅠβ 鏈和 γ 鏈 ITAM 基序中的酪氨酸一旦被 LYN 磷酸化后分別成為含 SH2 結構域的 LYN 和 ZAP70 相關的酪氨酸激酶 SYK 的停泊位點。SYK 結合 FcεRⅠ后通過磷酸轉移或自身磷酸化作用而獲得催化活性,進一步激活下游的跨膜銜接蛋白 LAT,通過 LAT 啟動下游兩條主要的信號轉導通路,一條是 PLCγ 介導的磷脂酰肌醇途徑,另一條是 Ras 蛋白參與的 MAPK 途徑。
2. 2 非 FcεRⅠ依賴的 MC 激活 除 FcεRⅠ可以啟動激活外,MC 還可以通過 c-Kit 等受體介導其活化。c-Kit 受體是一條單鏈跨膜蛋白,屬于Ⅲ型酪氨酸激酶受體,它的特異性配體是 SCF。c-Kit 胞外區包括 5 個 Ig 樣結構域,胞內部分包括 2 個酪氨酸激酶區。SCF 啟動的 c-Kit 激活在 MC 生長、分化、存活、歸巢中起到關鍵作用,因此體內 FcεRⅠ啟動的 MC 激活可能發生在 SCF 介導的 c-Kit 激活背景下。c-Kit 受體激活的主要下游信號包括 PI3K、Src激酶、MAPK、磷脂酶 C 和 D 途徑等。但與 FcεRⅠ介導的信號相比,c-Kit 啟動的信號要來的慢,強度也低,這也可能是為什么單獨 c-Kit 信號不足以導。TLR 介導的激活也是 MC活化的一種方式,MC 表達多種 TLR,人和嚙齒類動物在 TLR 表達和細胞分布上略有不同,人 MC 表達TLR1-9。同其他細胞一樣,MC 中 TLR 誘導的信號可以導致刺激物特異的轉錄激活和細胞因子的產生。運用 TLR 的激動劑預處理 MC,可以增強 IgE依賴的 FcεRⅠ介導的脫顆粒效應。除了這些受體外,MC 還可以通過補體受體、FcγR、細胞因子受體等激活 MC,體內 MC 的激活可能是這些受體啟動信號的一個整合效應。
3、 MC 的研究模型
關于人體內 MC 的研究,如果要控制其數量、表型及功能非常困難,因此研究者采取了較易控制的MC 動物實驗模型。如要分析 MC 的功能或其在某一生物學過程的作用,常采用 Kit 突變小鼠\\( WBB6F1-KitW / W-v或 C57BL/6-KitW-sh / W-sh\\) ,這種小鼠幾乎完全缺乏 MC。Kit 突變小鼠可以通過過繼轉移體外來源 MC 的方式恢復 MC 數目。為了進一步研究 MC 的功能,過繼轉移的 MC 可以不是野生型的,根據實驗需要可以進行基因修飾\\( 如通過RNA 干擾技術降低某種基因的表達\\) ,Kit 突變小鼠過繼轉移 MC 后稱為 MC 敲入型小鼠。C57BL/6-KitW-sh / W-sh型小鼠比 WBB6F1-KitW / W-v小鼠的應用更為廣泛,因為前者呈現較少的表型異常,如貧血、不育、骨髓和粒細胞數目減少等。這種小鼠遺傳背景的差異會影響研究的結論。如有研究證明自身抗體并不能誘導 WBB6F1-KitW / W-v型小鼠產生關節炎癥 狀,但 其 他 的研究卻報道MC缺陷的C57BL /6-KitW-sh / W-sh小鼠形成了自身抗體介導、中性粒細胞依賴的免疫復合物型關節炎,研究者把這種差異歸結于 WBB6F1-KitW / W-v型小鼠存在中性粒細胞的缺陷。
4、 MC 可作為抗原遞呈細胞 \\( antigen-presentingcell,APC\\)
MC 表達 MHCⅠ、Ⅱ類分子,體外實驗表明,MC能加工、遞呈抗原給 T 細胞,誘導抗原特異性 T 細胞克隆擴增。MC 也能通過 FcεRⅠ結合的 IgE增加抗原遞呈,但這種方式并非是 MHC 分子依賴性的,它源于 MC 凋亡后被其他 APC 吞噬后介導。
目前關于體內 MC 遞呈抗原的報道較少,Stelekati等人的研究報道體內抗原負荷的 MC 可以促進CD8+T 細胞激活增生產生 IL-2、顆粒酶 B 等效應分子。
5、 MC 的免疫調節作用
5. 1 MC 募集 T 細胞 MC 通過產生的不同化學因子控制著 T 細胞的遷移。MC 可以通過產生白三烯 B4\\( leukotriene B4,LTB4\\) 募集表達 LTB4 受體的CD4+Th1、Th2、CD8+效應 T 細胞\\( 但不包括 CD8+記憶性 T 細胞\\) 到達炎癥區域。MC 也可以通過產生的 TNF-α 上調內皮細胞 ICAM-1、VCAM-1、E-選擇素等黏附分子的表達,而有利于循環中的淋巴細胞進入炎癥區。最近,有報道稱,MC 表面 TLR3的激活能導致 CXCL10、CCL5 的表達上調,而有利于 CD8+T 細胞的募集。MC 分布在血管、神經周圍是有意義的,通過其釋放的血管活性胺類\\( 如組胺\\) ,MC 能調節血管的通透性而打開血 - 腦屏障,導致激活的 T 細胞進入腦組織,并且組胺與 PGE2一起能激活 DC 優先產生 CCL17 和 CCL22 而募集Th2 細胞。
5. 2 MC 的正向免疫調節作用 MC 可以表達多種協同刺激分子,如 B7 家族成員、TNF-α 及其受體家族成員、CD28、CD40L 等。體外研究已證實MC 有協同刺激效應,如 Nakae 等的研究結果顯示,MC 表面的 OX40L 與 T 細胞表面 OX40 的相互作用對 T 細胞的增生與細胞因子的產生是必需的。
外周免疫器官中,B 細胞表面 CD40 與 T 細胞表面CD154 的相互作用對 Ig 的類別轉換及生發中心的形成是非常重要的。有報道稱 MC 系及某些組織中的 MC 可以表達 CD154,這些 MC 在 IL-4 或腺苷存在的情況下,可以與 B 細胞相互作用誘導 IgE 的產生,這種效應完全是在 T 細胞不存在的情況下發生的。大鼠 MC 也能在 IL-4 和 LPS 存在的情況下,增加 B 細胞 IgE 和 IgG1 的產生。另外 MC 還可通過產生 IL-4、IL-5、IL-6、IL-13 等細胞因子影響 B 細胞的發育。DC 作為體內能激活初始 T 細胞的APC,在啟動適應性免疫應答中起到了重要作用。
現在有很多證據表明,MC 及其產物可以調控 DC 的遷移、成熟和功能。MC 起源的 IL-16、IL-18、CCL5、PGE2 能促進 DC 募集到免疫反應局部,而別的分泌物像 TNF-α、IL-1 除有利于 DC 的遷移,還可以通過上調 α6β4、α6β1 整合素、CD80、CD86、CD40、MHCⅡ類分子,而促進其功能成熟。MC 產生的組胺可以通過 H1、H2 受體增加 DC MHCⅡ類分子和協同刺激分子的表達促進其發育成熟。MC 的另一個分泌產物 CCL20 可以募集 DC 前體從血管遷移到感染局部,擴大了免疫反應中的 DC 群體。在Th2 相關的免疫反應中,MC 通過產生的 TSLP、IL-25 可以調控 DC 的功能,IL-25 可以促進特定亞群的DC 產生 IL-4、IL-5、IL-13,而 TSLP 能促進 DC 成熟和產生可以誘導 Th2 細胞遷移的 CCL17。
現在的研究表明,MC 對于病原微生物感染模型動物的存活至關重要。Orinska 小組證明 MC 在保護膿毒癥模型小鼠的存活中起到了重要作用,他們的研究結果顯示 MC 起源的糜蛋白酶通過誘導產生中性粒細胞趨化因子在這一現象中起到了關鍵作用,而 MC 胞內存在的 IL-15 可以陰性調節糜蛋白酶的表達而負反饋控制這一現象。在大腸桿菌感染的動物模型中,MC 起源的 TNF-α 對淋巴結的增生是必須的,在這個過程中一方面攜帶有特異性抗原信息的 DC 進入淋巴結,另一方面淋巴細胞滯留,MC 增加了淋巴細胞對特異性抗原應答的可能性,因此野生型小鼠比 MC 缺陷型小鼠針對大腸桿菌的特異性抗體滴度增加。MC 起源的蛋白酶 6\\( MCP-6\\) 也被證明能促進宿主防御,Thakurdas等的研究結果顯示,MCP-6 缺陷型小鼠肺炎克雷伯菌感染后,死亡率明顯增加并且感染局部中性粒細胞浸潤減少,而 Shin 研究小組則發現 MCP-6 可以通過募集嗜酸性粒細胞在抵抗旋毛蟲感染中起到重要作用。
現已證明,繼發淋巴器官存在寄居的 MC,并且在炎癥因子的調控下 MC 前體可以遷移到脾、淋巴結等外周免疫器官,而 T 細胞的分化主要發生在繼發淋巴器官,在這些部位 MC 與 T 細胞的相互靠近允許 MC 可以影響 T 細胞的極化狀態,例如 MC 來源的組胺可以通過 H1 受體促進 Th1 細胞的極化。
在髓磷脂堿性蛋白\\( MBP\\) 誘導的實驗性自身免疫性腦脊髓炎\\( EAE\\) 中,MC 能增加疾病的發病率和嚴重性。MC 起源的分子,如蛋白酶類、氧自由基在這一過程中起到關鍵作用。這些產物能降解髓磷脂成分堿性蛋白,導致脫髓鞘,引起大量炎癥細胞的浸潤,產生局部炎癥; 組織破壞的產物進一步激活 MC,導致更多的產物釋放、組織破壞、大量炎性細胞的浸潤和持續的炎癥。MC 缺陷型小鼠 EAE 病情程度降低,并且進入 CNS 的自身反應性 CD4+、CD8+T 細胞數目減少,而這種小鼠過繼轉移 MC 后,CNS 出現明顯加重的炎癥和大量自身反應性 T 細胞的浸潤。
總之,MC 有正向的免疫調節作用,表現為淋巴結或炎癥局部的 MC 通過表面的協同刺激分子或產生的介質、細胞因子增加宿主的防御反應或促進疾病的發生。
5. 3 MC 的負向免疫調節作用 MC 可以正向調節免疫應答,但在一定條件下,它也可以阻止免疫反應。近來的報道稱 MC 具有維持外周耐受和阻止過量炎癥反應的重要作用。在膀胱感染時,MC 針對大腸桿菌的激活信號在啟動前炎癥反應時,也伴隨著產生免疫抑制分子 IL-10,促使膀胱炎癥消退。除了 IL-10,MC 也可通過產生 TGF-β 抑制體內 DC 和巨噬細胞的功能,對于巨噬細胞來說,TGF-β 減少了 TLR 激活的 TNF-α 和 CCL3 等細胞因子的轉錄,其也可通過阻止 iNOS 的表達減少 NO的產生。
現已有報道表明,MC 可以降低免疫反應的規模、大小和持續時間。Hart 等在小鼠的接觸性皮炎模型中,證明 MC 介導了紫外線 B 誘導的系統性免疫抑制,MC 有這種負向免疫調節作用要歸結于其產生組胺的緣故。Grimbaldesto 研究小組則在小鼠變應性接觸性皮炎模型中意外發現,MC 持續地限制了模型小鼠病變局部粒細胞、巨噬細胞、T 細胞的浸潤及表皮的水腫、壞死,MC 的這種效應是由于其產生的 IL-10 介導的抗炎及免疫抑制作用。
MC 也可在其他動物模型起免疫抑制作用,Lu 等人證明 MC 在 Treg 細胞依賴的同種異體移植耐受中起關鍵作用,并且激活的 Treg 細胞通過產生大量的IL-9 募集與激活 MC 介導了局部的皮膚移植耐受。Huang 等的報道稱 SCF 激活的 MC 通過釋放腺苷和增加局部微環境中浸潤 Treg 數目,而抑制T 和 NK 細胞的功能,從而加重腫瘤微環境的免疫抑制。
血清素通常被認為是一種神經遞質,但近來發現它也參與了免疫反應。有研究認為血清素能促進 T 細胞增生,被認為是 T 細胞激活的輔助信號。
MC 可以表達血清素特異的轉運蛋白,因此可以吸收和存儲血清素。因此在免疫反應中,MC 的存在有可能導致局部微環境血清素的減少,從而不利于T 細胞的激活和增生。除了分泌具有免疫抑制效應的分子外,MC 也被報道其表面表達具有抑制功能的協同刺激分子 PDL1、PDL2,因此 MC 也可能通過直接接觸抑制表達 PD1 分子 T 細胞的功能。
6、展望
在這篇綜述里,我們討論了 MC 在免疫反應中既可具有正向也可具有負向的免疫調節作用。如何利用 MC 這種雙向免疫調節作用的特點,對于臨床上開展以 MC 為靶點的治療非常重要。對于腫瘤、感染性疾病,可以采用 MC 疫苗佐劑的方法,在疫苗接種的同時,激活 MC 釋放 TNF 及其他產物以增強抗原特異性免疫應答; 而對于變態反應、自身免疫性疾病,如何有效誘導 MC 產生 IL-10 或 TGF-β分子可能會是一個好的方案。關于這兩方面的研究都將是未來研究的重點。
