内毒素激活巨噬细胞的信号传导Word下载.docx
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类脂A是LPS的生物学活性组份,人工合成的类脂A具有LPS的所有生物学活性,因此,细胞对类脂A的识别必是LPS诱导细胞反应的起始步骤。
不同革兰氏阴性细菌来源的类脂A的化学结构高度保守,对其组成已了解得比较清楚。
然而,对LPS的三维结构及具有活性的构象知之甚少,对其与脂多糖结合蛋白和/或CD14结合时的构象更无研究。
因为是它们介导了激活细胞的信号传导,对这些复合物结构的研究会更有意义。
信号由CD14介导从胞外传到胞内后,最终将导致基因转录事件的发生,LPS至少使哺乳动物20种以上基因发生转录,只有充分认识此信号传导途径,才能综合利用各种手段控制由内毒素引起的不良反应。
1LBP的结构和功能
LBP的发现是近几年来研究LPS如何刺激细胞过程中最重要的突破。
1986年,Tobias等[1]首次从兔急性反应血清中分离纯化出LBP,酶联免疫吸附试验表明LPS通过类脂A与LBP结合,核心多糖和0-抗原对其无影响,结合比例为1:
1。
人LBP是由肝细胞合成的单链多肽,糖基化后以60KDa的糖蛋白进入血流,合成受细胞因子和类固醇激素的调节。
LBP与另外一种LPS/类脂A结合蛋白即细菌穿透增高蛋白具有较高同源性,氨基酸序列分析表明LBP和BPI与其它脂类载体蛋白具有部分相同序列,可以断定LBP是结合中级两性分子并在亲水环境中运输这类分子的蛋白家庭一员。
LBP最重要的生物学功能是使LPS与CD14结合。
它有两个功能域,一个与LPS结合,另一个介导LPS与CD14的相互作用。
BPI的LPS结合功能区位于氨基末端的25kDa片段,氨基末端的蛋白水解片段和切割突变片段都有结合LPS的功能。
在这启示下,现已发现LBP的氨基末端片段LBP1-197也显示出与LPS的结合能力,然而,LBP1-197缺乏提呈LPS与CD14的能力,并且不能代替LPS刺激THP-1细胞株产生TNF-α,但能有效抑制LBP依赖的LPS与CD14的结合及刺激腹腔巨噬细胞产生TNF-α。
虽然BPI与LPS结合的亲和力大于LBP,但它不能促进LPS与CD14的结合,说明BPI缺乏参与LPS提呈的功能域或LPS与CD14的较大亲和力抑制了此作用。
LBP能提高类脂A刺激腹腔巨噬细胞产生TNF-α的灵敏度和反应性,也能增强LPS诱导其它细胞因子和NO的产生。
去除血浆中的LBP能抑制LPS激活细胞的功能,体内实验也表明抗-小鼠LBP抗体能阻止LPS引起的小鼠死亡。
但另一方面,LBP在LPS或革兰氏阴性菌引起的免疫保护反应中起了至关重要的作用,LBP-/-小鼠对LPS或革兰氏阴性菌的抵抗力明显低于正常小鼠。
可见,LBP在对LPS免疫应答中的作用是双方面的。
2CD14介导细胞激活的信号传导
LPS-LBP复合物需进一步与CD14结合才能刺激细胞,使信号向胞内传递而表现出生物学活性。
作为LPS受体,CD14以两种形式存在:
①由甘油磷脂酰肌醇尾巴锚定在单核巨噬细胞表面,②缺乏GPI的可溶性CD14。
与GPI结合的CD14羧基端的具体位置尚未确定。
sCD14有多条生成途径,在磷脂酰肌醇特异的磷脂酶C作用下,CD14阳性细胞能释放此分子;
CD14也能通过蛋白酶从膜上降解;
一种磷脂酶D也能催化CD14的释放,但其作用还不清楚;
CD14还可以由髓系细胞直接分泌。
LBP作为一种调理素,促进LPS与髓系细胞的结合。
E-LPS和LBP混合,就和单核巨噬细胞形成玫瑰花现象,预先用抗-CD14单抗或磷脂酰肌醇特异的磷脂酶C处理细胞就能阻止玫瑰花的形成,并且,当抗-CD14单抗事先加入全血中,再加入LPS,在一定浓度范围内就无刺激产生细胞因子的能力。
虽然,LBP/CD14途径的阐明,是对LBP刺激细胞机制认识的一个飞跃,但同时也提出了许多目前无法回答的问题。
最根本的问题是:
象CD14这种GPI锚定的分子,本身并不直接与细胞内其它分子交换信息,是如何介导信号传导的?
目前普遍认为LPS受体是多种分子的聚合体,而mCD14只是其中的配基结合亚单位,跨膜信号的传递由其它亚单位来执行。
现已有不少证据支持这一假说。
Hazio等发现,LPS诱导铜蓝蛋白、LBP等急性时相反应蛋白的表达并不需要CD14的存在。
但当LPS通过非CD14依赖途径发挥生物学功能时,通常需要超一定剂量的高浓度。
抗-CD14单抗对LPS激活髓系细胞的抑制功能只有在低于一定浓度的LPS条件下有效。
有人研究了表达GPI锚定的或膜整合形式的CD14的70Z/3细胞,LPS对这两种细胞都有激活功能,因此,GPI本身对CD14参与信号传导并不重要,只使CD14与胞膜整合。
对sCD14的研究较少,一般认为它在LPS刺激内皮细胞、上皮细胞等本身无mCD14的细胞中起了一定作用。
3内毒素激活巨噬细胞的胞内信号传导
在内毒素刺激细胞的胞内信号传导途径中,研究最多的是丝裂原活化蛋白激酶,多种因素都能激活此途径,尤其是多肽生长因子。
LPS与CD14的结合导致蛋白酪氨酸激酶的活化,从而激活下游的MAPK。
一些实验表明,PTK抑制剂能抑制LPS诱导巨噬细胞产生TNF-α、IL-β及其杀瘤细胞活性。
Src酪氨酸激酶家族成员p53/56Lyn能被LPS激活,并导致其自身磷酸化一过性减少而后增加。
其它被LPS激活的酪氨酸激酶包括p58/64hck和p59c-fgr等。
但最近,Meng等发现hck-/-fgr-/-lyn-/-小鼠来源的腹腔和骨髓巨噬细胞对LPS刺激产生IL-1,IL-6和TNF-α的反应皆正常,他们认为,LPS可能是激活了其它酪氨酸激酶如p72syk等。
Raf-1能和ras直接作用而激活MAPK,通过ras依赖或非依赖途径,巨噬细胞受LPS刺激导致Raf-1的快速磷酸化而活化,而酪氨酸磷酸化抑制剂,抑制Raf-1/MAPK的活化,表明它们的激活发生在PTK之后。
介导LPS信号传导的另一种途径是神经酰胺,它是由神经鞘磷脂酶催化神经鞘磷脂水解而生成。
神经酰通过神经酰胺激活的蛋白激酶而传递信息。
CAK也能激活Raf,这又提供了一条进入MAPK途径的通道。
LPS直接激活神经酰胺信号传导途径的依据有:
①类脂A和神经酰胺结构相似,②神经鞘磷脂酶和透细胞性的神经酰胺类似物能诱导巨噬细胞对LPS的部分反应,③LPS依赖于CD14而激活CAK,④来源于C3H/HeJ小鼠的腹腔巨噬细胞对神经酰胺无反应。
另外,PKC、C蛋白等信号传导途径在内毒素激活细胞中也起重要作用[6,10]。
但由于内毒素生物学效应的多样性、细胞来源的不一致性、检测传导途径指标的不同及各种传导途径相互联系,致使对其研究显得十分困难。
4与内毒素激活细胞有关的转录因子和反应元件
转录因子家族Ets由三十种以上蛋白质组成,存在于多种生物,DNA结合部分为位于羧基末端含85个氨基酸残基的高度保守序列。
Ets通过识别富含嘌呤的10对碱基对而调节目的基因的转录,TNF-α、IL-1β等多种LPS诱导的基因启动子中存在Ets结合位点。
目前已证实Ets-2、Elk-1可由LPS诱导,而它们恰好又是MAPK信号传导途径的作用点[11],酪氨酸激酶抑制剂genestein能阻止LPS导致其磷酸化[12]。
Ets家族的另一成员只表达在巨噬细胞和B淋巴细胞[13],因此,有可能是介导巨噬细胞特异基因表达的转录因子。
许多LPS反应基因都有κB/rel转录因子家族识别的位点,核转录因子NF-κB通过识别保守序列5′GGG5CC3′在许多细胞中诱导多种基因的转录。
NF-κB是调节转录活性的多基因家族,其成员包括NF-κB1、NF-κB2、RelA、c-rel和relB。
保守区域rel控制其与DNA结合、二骤化和核移位。
在静息细胞中,NF-κB与其抑制因子IκB形成无活性的胞浆复合物,生长因子、丝裂原等使IκB磷酸化而使NF-κB释放出来并进入核内,LPS激活巨噬细胞也是如此。
IκB也是多基因家庭,至少包括MAD3/IκBα、IκBγ和bcl-3,它们与rel的结合有特异性。
但仅是NF-κB的激活对内毒素刺激细胞的信号传导是不够的,LPS能激内毒素刺激细胞的信号传导是不够的,LPS能激活内毒素反应正常和内毒素耐受小鼠来源巨噬细胞的NF-κB,但只能使内毒素反应正常小鼠的巨噬细胞表达TNF-α和iNOS。
最近,Xie[14]报道LREAA结合蛋白的激活在LPS刺激巨噬细胞产生iNOS是必需的。
其它转录因子,如NF-IL6等在LPS刺激细胞中的作用也有涉及,但其具体细节不清。
5结语
由于LPS发挥生物学效应的配基的复杂性、新受体的发现、不同巨噬细胞反应的不同及与其它信号传导途径相互联系,以至于对其激活细胞的信号传导机制研究的进展并不令人满意。
许多信号传导途径并非LPS激活细胞所特有,而往往与其它信号传导途径相互交叉。
目前迫切的任务是找到LPS激活细胞特有的信号传导途径,但如果巨噬细胞的基因调节是由多条途径相互作用,这种努力也许将最终失败。
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