中性粒细胞跨内皮迁移机制

中性粒细胞跨内皮细胞迁移机制摘要：中 性粒 细 胞 的 募 集 是 感 染 以及 炎症 性疾 病的 免 疫 反 应 过 程 中 一 个不可缺少 的组 成部 分 。中 性 粒细 胞外 渗过 程包 含一 个通 过紧 密协 调 血管壁内皮 细胞 间的 粘附 作 用的 顺序 所安 排的 复杂 的多 步级 联反 应 。中 性粒 细胞 和 内 皮 细 胞 包 含 的 粘附 受体 和信 号分 子 可 调 节 进 入 炎 症 或感染部位 的嗜 中性 粒细 胞 的募 集 。本 综述 将集 中讲 述嗜 中性 粒细 胞 募集的最后 一步 , 也 就是 通 过内 皮细 胞的 中性 粒细 胞的 迁移 。在血液 和固 有免 疫的 第 一条 防线 中 ，短 命的 中性 粒细 胞是 最丰 富 的白细胞 。中 性粒 细胞 可 以通 过特 异性 受体 检测 到细 菌组 成成 分如 脂 多糖（ lps ） 和 fmlp ； 这些 特 异性 受体 包 括 toll-样 受体 和 g- 蛋白 偶 联受体 (1) 。 这 个过 程 导致 中性 粒细 胞迁 移 活动 的上 调， 使 中 性粒 细 胞在几小时 之内 积聚 到急 性 炎症 部位 。除 了 对细 菌和 真菌 病原 体起 到 防御作用之 外 ，中 性 粒细 胞也 是一 种辅 助性 t 型 1 细 胞（ th1 细胞 ）相 关（ 2 ） 炎症浸 润的 标志 。中 性粒 细胞 的释 放可 能导 致组 织损 伤的 部位 募 集细胞毒性 介质 ，从 而促 进自 身免 疫和 慢性 炎 症。中 性粒 细胞 浸润 是 类风湿关节 炎 ，血 管炎 ，炎 性 肠道疾 病 和慢 性 肺疾 病的 一种 特征 性标 志（ 3; 4 ）。因 此，中 性 粒细 胞外 渗到 炎症 ，血 管损 伤或 感染 部位 需要 有 一个严密的 调节 过程 。中 性粒 细胞 的募 集需 要一 个粘 附和 迁移 的多 级 级联反应，这 个 过程 需要 三种 粘附 受 体，即 选择 素，整 合 素和 免疫 球 蛋白超 家族 黏附 受 体， 所介 导 的 。 这 些步 骤是 ：（ 一 ） 最 初 选 择素 介 导的轧制 ，（ 二 ），趋 化因 子诱 导激 活（ 三）整 合 素依 赖性 的稳 定的 粘 附和随后的 跨内 皮迁 移（ 5-7 ）。然 而，最 近 的证 据已 经促 使原 来的 三 步粘附级联 反应 的扩 展，包 括 新独 立的 步骤 ，如 整合 素介 导的 紧随 中 性粒细胞逮 捕的 血管 内爬 行 。此 外，跨 内皮 迁 移（ 也 称 为血 细胞 溢出 ）可发 生在 旁细 胞 和跨 细胞 活动 中（ 10 ）。 在炎 症组 织中 进一 步的 内 皮下间 质白 细胞 的 迁移 主 要 由 1 和 2 整 合素 家 族成 员介 导， 1 整 合 素 成员 包括 ： 与 间 质连 接的 1 1- ， 2 1 和 s 1- 整 合素 ； 2 整合 素 成员包括： 纤维 蛋白 原结 合 的 mac - 1 （ 11-13 ）。 白 细胞 相关 膜结 合 蛋白酶或分 泌蛋 白酶 以及 粘 多糖 降解 酶促 进这 一过 程 ，这 些酶 帮助 中 性粒细 胞浸 润细 胞 外基 质（ 11; 14 ）。 在介 绍了 中性 粒细 胞 内 皮的 相 互作用的不 同步 骤之 后 ，本综 述 将集中 在讲 述嗜 中性 粒细 胞募 集的 最 后一步， 即 跨内 皮迁 移 。素存储 在weibel - palade小 体 ，而 且可 以迅 速易 位到 由几 种刺 激 物激活 的内 皮细 胞 的细 胞腔 表 面 。 截 然不 同的 ， e- 型选 择素 不是 连 续 表达的 ，它 是每 隔 几个 小时 之后 再重 新合 成 的（ 15 ）。p - 选 择素 /psgl-1 相 互作 用主 要 参与 了最 初的 共享 （ 16 ）， 而 缓慢 的和 更稳 定 的轧 制由e - 选 择素 介导（ 17 ）。有 证据 表明 ，最 初的 轧制 和随 后 粘附 在功 能上至少在 两个 层面 是相 互 关联 的 ：（ 一 ）有证 据表 明相 关抗 原- 1 整 合素 ，尤其是 当它 处于 低亲 和 力构 象时 ，参加 缓 慢轧 制粘 连。随 后 相关抗 原-1 的 活性 构 象促 进轧 制状 态的 逮捕 （ 18 ， 19 ）。（ 二 ） 第 二， 除 了对于流动 中性 粒细 胞 来说 的“刹车 ”功能 之 外 ，轧 制 作用 允 许中性 粒 细胞感觉到 趋化 因子 的作 用 ，与 硫 酸乙 酰肝 素蛋 白多 糖通 过内 皮细 胞 的细胞膜有 关。该 趋 化 因子衍 生信 号 对启 动强 烈的粘 附 步骤（ 20 ）是 至关重要的 。在激活步 骤 中 ，趋 化因 子 包括 白细 胞介 素- 8 ；化 学 刺激物 包 括补体 c5a ， 白 三烯 ltb4 ， 血小 板活 化因 子和 细 菌的 衍生 的甲 酰化 肽基 ， 通过转 换低 亲和 力，选 择 素介 导进 入高 亲 和力 作用 ，整 合素介 导的 强烈 的粘 附， 诱 导快 速 的 中性 粒 细 胞粘 附 （ 6;20;21 ）。 中 性粒 细 胞 粘附于血 管内 皮细 胞 是由 整合 素， vla- 4（ 4 1 ）mac - 1 的（ m 2 ） 和 lfa- 1 （ l 2 ） 的相 互作 用介 导的 ， 作 用 于中性 粒 细 胞 的 免 疫 球 蛋 白 超 家 族 成 员 如 细 胞 icam- 1 和 icam-1 和vcam-1 ， 或 作 用于 内皮 细胞 表面 的 高级 糖 基 化副 产物 受 体（ 22 ）。这些内 皮反 受体 是 组成 型表 达（ 细胞 icam- 1 和 icam- 2 ， rage ） 或进一步 上调（ icam - 1，rage ），或 者被 诱导（ vcam - 1）（ 22 ，23 ）。中 性粒 细 胞 外 渗 和 免 疫 反 应 过 程中 整 合 素 介导 的粘 附的 重要 性 已 由几个从 事小 鼠 一个或 多 个白 细胞 整合 素缺 陷（ 24-27），或 白细 胞 粘附缺陷综 合征 在男 性中 缺 乏 2 整合 素研 究的 研究人员 所证 明（ 22 ，28 ）。在外渗 过程 中，白 细 胞整 合素 的活 动主 要 由构 象变 化和 集群 调节 ，然而白细 胞整 合素 的表 达 只会 受到 轻微 影响 。通过 “内 至 外 ”的 信 号 激活整合素 ，这 个过 程主 要受 趋化 因 子介 导，涉 及 几条 路径 ，包 括小 gtp 酶 ，（ 29 ）， 以 及 整 合素 的胞质 尾 巴的 与 肌 动 蛋白 结合蛋白 相互 作用 ， 从而诱 导整 合素 构象 的 改变（ 30 ）。小 gtp 酶 rap1 调 节 调节相 关 抗原- 1 亲 和 力（ 32-35）。鸟 嘌呤 核苷 酸交 换因 子 (gefs)，如 caldag - gefi（ 钙 anddiacylglycerolregulated gefi）（ 36 ， 37 ）， vav1 （ 38 ）， 激活 rap1 的参与 调制 白 细胞 整合 亲和 力 。 caldag-gefi 缺陷 导 致在人类和 小鼠 体 内趋化 因 子诱 导的 中性 粒细 胞的 捕捉 的减 少（ 36 ，38 ）。此外， 肌动 结合 蛋白 如 塔林 蛋白 （ 30; 39） 或 - 辅肌 动蛋 白（ 40 ） 以及 14-3-3蛋 白（ 41 ） 已 显示 以 链 为目 标来 激活 整合 素。 塔林 蛋 白 是一种包 含两 个功 能区 ，一 个球 状头 部和 棒 状域 的细 胞骨 架蛋 白。塔 林蛋 白的 头 部 被 认为 可诱 导 相 关 抗原 l 和 2 细 胞 质 尾 巴的 分离 以 及导致相关 抗原 - 1 高亲 和力 的构 象的 产 生（ 42 ， 43 ）。中性 粒 细 胞 粘 附 到 血管 内 皮 细胞 能 通 过 整 合 素 介 导 由 外 到 内 的信号进 一步 增强 ，该 信号 因 整合素 聚类 和构 象改 变或 因整 合素 结 扎而中性粒细胞跨 内皮迁移经过强烈 的 粘附 反应 之后 ，中 性粒 细胞 爬过 内皮 细 胞表面 到 最近的利用 整合 素 mac- 1和 lfa - 1的 交界 处 ， 这 个过 程被 称为 运动（ 8 ）。最近，关 于 中性 粒细 胞在 体内 爬 行已 提出 证据（ 9 ）。跨 内 皮迁 移 主要以旁路 方式 发 生，即 在胞 间 交叉 点处 。特 别是 ，三 个细 胞交 界处 ，以及 内皮 交 叉 点 处的 地方 基底 膜 表达 较低 水平 的基 质 蛋白 (48),已 被 提议作为 迁移 的 中性粒 细 胞在 体内 的外 渗优 先领 域。此 外 ，最近 证 据表明 ，中 性 粒细 胞和 其 他的 白 细胞可 能以 一跨 细胞 的方 式进 入血 管 外组织， 即 通过 内皮 细胞 （ 12 ， 49 ， 50 ）。 事实 上， 当 血管内 爬行 在 体内禁用时 ，跨 细胞 通路 可能 会变 得 更加突 出（ 9 ）。体 外 研究 结果 指 出了对 于中 性粒 细 胞来 说， 旁路 途 经 占主 导地 位， 然 而， 5 的中 性 粒细胞 被发 现使 用 发跨 细胞 途经 （ 49 ）。 有 趣的 是， 在中 性粒 细 胞的 迁移过程中 ， 长 寿命 的 tnf- 预 处理和 icam - 1的 超表达 导致 跨细 胞 途经的相对 贡献 增加 (51) 。对于旁通 路 ， 轮 回中 性粒 细胞 内皮 交界 处代 表着 主 要障 碍。 至少有 两种 类型 的 交界 处都 参与 了轮 回 ：（ 一） 由能 促进 钙依 赖性 的 ， 同种 细胞 间的 接 触 维 生素 e - 钙粘 蛋白 形成 的 粘附 交界 处 （ zonula 粘着 ）。- 钙粘 蛋白 和肌 动蛋白细 胞骨 架 的链 接受细胞内 连环 的 介导 。（ 二） 紧密 连接 （ 闭锁 小带 ）， 最 重 要 的交 界处 ，形 成 了 密 切 的 细 胞 间 黏 附 和 由 三 种 类 型 的 跨 膜 蛋 白 组 成 ， occludin, claudins和 交 界 处 粘 附 分 子 (jam)， 这是 与细 胞内 如闭 锁小 带- 1 (zo-1)的细胞骨 架信 号分 子 相链 接的 （ 52 ）。（ 1 ） 维 生素 e- 钙粘 蛋白维生素e- 钙 粘 蛋 白充 当过路 白 细胞 的看 门人， 在 体 内， 抗 体 抵抗维 生素 e- 钙 粘 蛋 白 的抗 体 增加 内 皮 细 胞 单层 通 透 性 和 中 性粒 细 胞率外 渗（ 53 ）， 而在 体外 研究 表 明， 在血 球渗 出过 程中 ， 维 生 素e- 钙粘蛋 白的 缺口 瞬 间形 成（ 54 ）。 不过 ， 目 前还 不清 楚， 在中 性 粒细 胞的迁移位 点 ，维 生素 e- 钙粘 蛋 白是否 从细 胞交 界处 消失 对于 该过 程 或结果是不 是一 个先 决条 件 的 。一 个可 能的 解 释是 ，中性 粒细 胞粘 附 血管内 皮细 胞 导 致 由 维 生素 e- 钙粘 蛋白 的 磷 酸化 调 节的 维生 素e- 钙 粘 蛋白 介导 的 粘 附部 分 的减 少。 维生 素e- 钙粘 蛋白 以及 丝氨 酸 665 的 胞质尾的酪 氨酸 658 and 731 的磷 酸化 已表 明与 维生 素e- 钙 粘蛋白 的 功能障碍有 关 (55;56) 。最 近 ， icam- 1 介导 中性 粒细胞粘 附内 皮细 胞 可诱导 维生 素e- 钙 粘蛋 白酪 氨酸 磷酸 化进 而推 进中 性 粒细 胞轮 回（ 57 ）。包 括可 以使 - 连 环蛋 白磷 酸 化的 gtp 酶 rac1 ， 活性 氧， 活性 氧 激活富 含脯 氨酸 的 酪氨 酸磷 酸化 激酶 2 的其 他途 经已 经被 认为 是信 号 传导介质（ 58;59 ）。有趣的是 ，中 性 粒细 胞弹 性蛋 白酶 的产 生能 够降 解细 胞外 部 分的维生素 e- 钙 粘蛋 白。因 此 ，中 性粒细 胞可能 参与 这 一机 制，以 便 他们通过内 皮细 胞间 交界 处（ 60 ，61 ）。然 而 ，因 为弹 性 蛋白 酶缺 陷或 mmp- 9 缺 陷中 性粒 细胞 在无 流动 跨 内皮 迁移 中没 有缺 陷， 使得 中性 粒 细 胞蛋 白 酶 参 与 的 维 生 素 e- 钙 粘 蛋 白 的 蛋 白 水 解 的 重 要 性 不 是 很 清 楚（ 62 ）。（ 2 ） jams 和相关分子jams 是 免疫球 蛋白 超家 族成 员 ，包 括两 个 细胞外 免疫 球蛋 白 样功能 区域 （ 63 ， 64 ）， 由 于 最后 羧 基 端的 二类 pdz 结构 域结 合基 序 ， 他们在内 皮细 胞和 上皮 细 胞紧 密连 接处 被发 现 ，这 使他 们与 交界 处 相关的pdz- 功 能区 相连 的分 子 预先 发生 相互 作 用（ 63 ，64 ）。包 括血 小板 ， 中性粒 细胞 ，单 核细 胞和 淋巴 细胞（ 65 ）在 内的 不同 的 循环 血细 胞中发 现jam-a， 而 jam-b和 jam-c的 表 达方 式更 多的 限制 表达 在 血 小板和b 细 胞亚 群上 的 jam-c（ 66-69）。 除了 通 过细胞 膜末 端区 域 的保守序列 使他 们的 倾向 在 同种 交互 方式 中相 互作 用（ 70-72）， jam-a也担任白 细胞 整合 素的 反 受体 ：特别 是，连 接lfa-1的jam-a (73;74),与vla-4相 关的jam-b(75)和与 mac-1相互 作用 的jam-c (68)。在中性粒 细 胞溢 出过 程中 ， jam-a 假设 性作 用的 第一 证据 来 源于实 验， 该实 验 证明 脑膜 炎jam-a 的抗 体抑 制中 性粒 细胞 募 集（ 76 ）。在 腹膜 炎实 验 模型 中， jam-a 缺 陷的 小鼠 表现 出中 性粒 细胞 募 集能力 的 下 降 。 但 是 ， 在 这 种 模 型 中 ， 骨 髓 细 胞 / 中 性 粒细 胞 上 专 一 的jam-a 在迁 移过 程 中 是必 不可 少 的， 而发 现并 不需 要血 管内 皮 细胞上 的jam-a （ 77; 78 ）。 截 然不 同 的是 ， 在 灌 注 损伤 模型 肝模 型 中 ， 内皮细 胞jam-a 介导 中性 粒 细胞 的外 渗（ 78 ）。jam-c与mac-1的异 嗜 连接 被发 现 可 介导 ， 特 别是 在低 转 换速率的，强 烈 的血 小板 - 中性粒细 胞的 相 互作用（ 68 ）。此 外，可 溶 性的jam-c阻断 中性 粒细 胞 穿过 内皮 细胞 和上 皮细 胞（ 79-81）。在 一 肺部炎症模 型中 中 性粒细 胞 聚集 受到 针对 jam-c的 阻断 抗体 的抑 制 ，内 皮细 胞特 异性 超 表达 的jam-c可使 积聚 增 加 （ 81 ）。 然 而 ， 这 些jam-c 的功能 可以 和jam-c的缺 陷小 鼠证 实仍 存在 争议 （ 82;83 ）。 除 了结合到 mac-1 ， jam-b 的 有效 结合 jam-b型（ 84 ）， 以 及在血 管 内皮细 胞间 接 触 过 程 中 针 对 jam-c的 游 离 的 jam-c/jam-b异 性抗 体 ， 从而将易 接近 的jam-c呈 递给 整合 素 mac - 1（ 85 ）。最 近 ，我 们 展 示了jam-c的 功能 是 可以调 解 意想 不 到的内 皮 细 胞渗 透 性的 增加 。jam- c的 敲除 可增 加 small gtpase rap1在 血管 内皮细 胞 的活 性， 促 进 维生素e- 钙粘 蛋白 介导 的 内皮 细胞 之间 的连 接 ，提 呈内 皮细 胞中 紧 密交界处于 粘附 交界 处最 初 的功 能的 相互 影 响（ 72 ，86 ）。与 此相 反 ，jam-a 能促进 上皮 细胞 rap1的活 性（ 87 ）。总 之 ，在 中性 粒细 胞 轮回 中jam-c 作用的 潜在 机制 是相 当 的复 杂 。这 还有 待确 定 在体内 中性 粒细 胞 外渗中过程 中起 到介 导 jam- c的作 用的其他 途 径 。jam-a 相 关的 内皮 选择 粘附 分子 (esam) 与 jams 不同， 她 有一个较长 的以 型 pdz 结构 域结 合 基序 （ 63 ） 结 束的 胞 质尾。 在 最近的一次 研究 中， esam 缺 陷小 鼠显 示中 性粒 细 胞减 少 ，在 硫乙 醇 酸盐引起腹 膜炎 中 延迟 中性 粒细 胞的 积聚 ， 以 及对 肿瘤 坏死 因子 - 或 il-1 的 刺 激（ 88 ）。一 个可 能 的解 释是 esam 表达 调节 rhoa gtpase的活性 ， 她 参与 调节 内 皮屏 障和 中性 粒细 胞轮 回（ 89 ， 90 ）。 这是 耐人寻味 的，据 推 测， jams 和相 关的 分子 如 esam 调 节 内皮细 胞 内小gtpases 的 活 性 ，从 而 参 与 中 性 粒 细 胞 的 轮 回 。 然 而，基 础 机制 的细 节尚未定义 和值 得进 一步 研 究 。(3) 血小板内皮细胞粘附分子 -1 （ pecam- 1） 和 cd99pecam-1 是含 有六 个 ig 功能 区的 免疫 球蛋 白超 家族 成员 ， 在血管内皮 细胞 间 的边界 处 还 有血小 板 ，中 性 粒 细胞 ，单 核 细胞 和某 些 t 细胞（ 91 ， 92 ）上 表示 。pecam-1 的 ig 功 能区 的两个氨 基末 端 参与了同种 抗原 的 相互作 用 ，该 作 用被 认为 在中 性粒 细胞 跨内 皮迁 移 过程中发生 。 阻 塞 pecam-1 的 同种抗 原相 互作 用抑 制体 内和 体外 的 中性粒细胞 的跨 内皮 细胞 迁 移 （ 93-97 ）， 并在 pecam 1 -依 赖的 步 骤，阻断白 细胞 仍然 附着 在 血管 内皮 细胞 的顶 面。 内皮 细胞 pecam 1 在细胞质 膜的 交界 处于 亚 交界 处之 间循 环，以 活 性白 细胞 轮回（ 97 ）区域为目 标。 在 小鼠品 系 c57bl / 6 中 pecam-1 敲除 小 鼠中性 粒 细胞的 募集 量没 有 减少 （ 98 ）， 但 是， 养殖 成不 同的 品系 小鼠 出 现在 腹膜发 炎部 位募 集 的中 性粒 细胞 数量 的减 少现 象（ 99 ）。 有趣 的是 ， 我们发 现 pecam-1 缺 陷影 响 il -1 ，但 对肿 瘤坏 死因 子- 诱 导的炎 症 无影响（ 100 ）。除了 阳 离 子 独立 免 疫球 蛋 白 域 1 和 2 依 赖 同 种 约 束 力 的粘 附 分子1 ，由 免疫 球蛋 白域 6 的分 子介 导的 阳离 子依 赖粘 附 分子 -1 异嗜 性 相互作用已 被指 出 参加 中性 粒细 胞外 渗的 最后 一步 ，即 通 过基 底膜 的 迁移（ 94 ）。在 这 个方 面，我 们最近 发现 了 ly-6 家族 的一 员，cd177, 作为一种新 的异 型合 子 pecam-1 的 结 合的 合作 伙伴 。 cd177 是长 度为 58- 64 kda的 糖基 磷脂 酰 肌醇 （ gpi ） 的 锚定 糖蛋 白， 它在 中性 粒 细胞上专一 性表 达 ，但 在其 他血 细胞 上 不表 达 。与 此相 反的 同种 pecam-1 的 相 互 作 用 ， cd177和pecam-1之 间 的 异 嗜 性 相 互 作 用 能 被 抗pecam-1的 ig区域 的抗 体阻 断。 此外 ， 我 们证 明了 中性 粒细 胞 跨内皮细胞 迁移 过程 中的 异 噬性 相互 作用 功能 （ 101 ）。另一个有 趣 的发 现是 ，pecam-1 同 种连 接导 致迁 移中 的中 性 粒细胞的层 粘连 蛋白 受体 6 1- 整 合素 的上 调从 而 增强了 的中 性粒 细 胞基底 膜随 后渗 透 性。 因此 ， 应 对抗 6 1- 整合 素抗 体的 中性 粒细 胞 被困在内皮 细胞 和基 底层 之 间（ 102 ）。这些 调查 结果 还指 出一 个事 实 就是pecam-1 作为 一种 信 号受 体 。 pecam-1 包 含两 个免 疫受 体酪 氨 酸抑制碱基 序列 ，这 些序 列参 与含 有磷 酸酶 的 src- 同源 -2 介 导的 信号 ，如shp-1 和 shp-2 (103-105) 。 此外 ， pecam-1 的抗 体交联 已显 示 可 上 调 中 性 粒 细 胞 和 其 他 白 细 胞 中 1- 和 2- 整 合 素 的 活 性（ 106 ， 107 ）。cd99 是一 种在 中 性粒 细胞 和其 他 白 细 胞和 内 皮 细 胞 间交 界 处表达 的 高 度 o 型 糖 化 分子 ， 它 以 同 种 方 式 进 行 调 解 中 性 粒 细胞 的 轮 回（ 108 ）。 它 控 制 血 细 胞 外 渗 的 一 个 步 骤 ， 该 步 骤 有 别 于 和 朝 向pecam-1 介导 的步 骤 ，阻 断 在 cd99 相 关步 骤的 细胞 在 穿越内 皮 细胞交 界的 中 途 被 捕 捉 （ 108; 109 ）。 最 近， 克隆 出小 鼠 cd99 和 抗 小鼠cd99 的 抗 体 抑 制 抗 原特 异 性 t细 胞 的 募 集 到皮 肤的 炎症 部位 和 水肿的 形成 （ 110 ）。 此 外， 我们 发现 内皮 细 胞 cd99 蛋白 参与 体 内中性 粒细胞的 外渗（ 110 ）。cd99l2 是最 近确 定表