辅助T细胞分化

1、Help T细胞的分化调控CD4 Th细胞激活后分化为功能不同的Th1和Th2效应细胞,Th1细胞分泌IL2、IFN vTNF。等介导细胞免疫应答、迟发型超敏反响和器官特异自身免疫性疾病在宿主抗胞内病原感染中 起重要作用。Th2细胞产生IL4、IL5、IL6、IL9、IL10、IL13等细胞因子介导体液免疫应答、 过敏性和感染性疾病在拮抗胞外病原体(如细菌、寄生虫)、B细胞增殖分化以及哮喘病等方面具有重要作用。近年来，人们对初始CD4 +T细胞分化为Th1或Th2细胞的机制进行了广泛而深入的研究，已取得一些共同的认识：双信号刺激活化CD4+T细胞，活化信号传向胞内、启动多条信号转导通路 ，激活

2、转录因子、继而转录因子结合到目的基因的启动子区、促 使原癌基因、细胞因子基因及其受体基因表达。细胞因子可经自分泌和旁分泌作用促使T细胞克隆扩增，之后分化为功能各异的Th1和Th2效应细胞，局部分化为记忆细胞。在Th细胞分化过程中，细胞因子被认为是最主要的因素。1、TCR和协同刺激信号1.1 TCR- CD3TCR与MHCU :抗原肽复合分子的结合为T细胞激活所需的第一信号。TCR2CD3激活后,CD3的免疫受体酪氨酸活化基序(Immune receptor tyrosinebased activation motifs , ITAM)可转导胞外刺激信号。研究发现，在无IL4和IL12的T细胞分

3、化早期,TCR活化信号影响Th1PTh2的 分化决定：MEKPERK敷活、Ca2+流增加驱使T细胞向Th1分化；PKC激活或钙调磷酸酶局部 阻断那么驱使T细胞向Th2分化。另外，弱TCR活化信号能激活Ca2 +流信号诱导IL4合成， 促使T细胞向Th2分化；强TCR活化信号可激活MAPK通路诱导IFN2冶成，促使T细胞向Th1分化。TCR触发时间的长短也影响Th细胞的分化；IL12存在时，短暂的TCR触发启动Th1分化，长时间的TCR触发那么启动Th2分化。1.2 CD4CD4为T细胞的辅助受体，在T细胞活化早期能与MHCII类分子结合，并通过蛋白酪氨酸 激酶LcK专导信号，LcK缺失的CD4

4、+T细胞可出现Th2分化障碍，Te微族激酶Rik和Itk (Lck下 游分子)在Th2分化过程中亦起重要作用。1.3 CD28 及其同系物CD28与活化APC上的B7.1 (CD80)或B7.2(CD86)的结合为T细胞活化提供第二个信号。IL4、IL5以及IL10的产生需要CD28协同刺激， CD28能增加胞内转录因子NF-AT2 (nuclear factor of activatedT cells 2)的累积，缺失时CD4 + T细胞仅分泌IFN乎B7分子敲除的APC实验研究亦证 实IL4的产生和Th2分化高度依赖于B7，而有实验发现CD28能导致膜脂质微小区域的重组 和持续的酪氨酸磷酸

5、化，但CD28介导Th2分化的分子机制目前尚不清楚。最近，Skapenk。等发现记忆T细胞CD28能启动IL4基因转录，并激活PI3激酶、JNK-SAP必及p38 MAP通 路，CD28-B7诱导Th2分化要依赖于IL4的表达、p38以及ERK-MAP通路的激活。因此，CD8可能可以放大诱导Th2分化的TCR活化信号。CTLA4是CD28的同系物，表达于活化T细胞，与B7结合的亲和力是CD28的10倍，缺乏CTLA4可出现多克隆T细胞激活增殖紊乱。CTLA4敲除T细胞能分泌高浓度IL4和IL5,提示CTLA4在Th2分化诱导中起下调CD28的作用。诱导性协作刺激因子(inducible cos

6、timulator，ICOS)是近来发现的CD28同系物，亦表达于活化T细胞。与CD28和CTLA4不同的是，ICOS不与B7结合，而与B7RP1 (B7的同系物之一)结 合。ICOS缺失小鼠T细胞分泌的IL4明显降低，而IFN丫未见异常。因此，ICOS能潜在地调节T细胞的分化开展。2、IL12众多来源的IL4能通过STAT6诱导Th2分化，但最初驱使分化的IL4源自何处，目前尚不清楚。IL4基因定位于11号染色体，此部位还有IL5、IL13基因。在IL4和IL13基因位点处发现了 与Th2分化相关的几个DNA酶I高敏感位点，提示:在Th2分化时伴随有这些Th2型细胞因子 基因位点的染色质重组

7、。已证实核小体上组蛋白的高乙酰基化与IL4、IL5、IL13等基因相关，且这种Th2特异的高乙酰基化依赖于STAT6和GATA3并伴随IL4、IL13基因的转录表达。目 前在IL13基因位点上游1. 6kbp处，发现了一段保守的GATA3反响元件(GATA3 response element ,CGRE)序列，它能与GATA3组蛋白乙酰基转移酶复合物以及RNA聚合酶II结合,并具有增强上述Th2型细胞因子基因启动子的作用。通过对IL4基因启动子的研究，亦发现 多个与IL4基因表达有关的转录因子 ，如NFAT2AP1 GATA3cmaf以及JunB等。另外，IL13能 与IL4受体a链结合，调节

8、Th2分化；IL26能上调细胞因子信号抑制分子1 ( suppressor of cytokine signaling1，SOCS1)表达而抑制Th1分化,同时促进活化CD4+T细胞分泌IL4诱导Th2分化。3、转录因子3.1 NF2ATNF2AT家族有5个成员:NF2AT1 (NF2ATp)、NF2AT2 (NF2ATc)、NF2AT3 NF2AT4 NF2AT5，均有高度保守的DNA和钙调磷酸酶结合位点。前4者位于胞浆中，NF2AT5那么位于胞核内。钙调磷酸酶磷酸化介导NF2AT的核内转运，而RasPRaf2MEK2ERK等蛋白激酶的激活使得NF2AT与AP21结合，形成NFAT2AP1复

9、合物与DNA结合。许多表达于活化T细胞的基因启 动子或增强子处均存在NF2AT结合位点，如IL2、IL4、IL25、IFN丫等。敲除NF2AT2的小鼠，IL4等Th2型细胞因子表达受抑制 ，呈现Th2分化缺陷，敲除NF2AT1或同时敲除NF2AT1和NF2AT4小鼠却出现截然相反的结果。这说明NF2AT1、NF2AT2能与IL4启动子的NFAT2AP1位点结合，功能各异地调节IL24转录。Porter等报道，ERK1 JNK& p38a参与了NF2AT的磷 酸化调节，并能抑制NF2AT2的核转运。3.2 GATA23GATA23属于GATA家族，表达于初始CD4+ T细胞和朝Th2分化

10、的Th0细胞，是Th2分化调节 的重要转录因子。 过度表达GATA23的转基因小鼠T细胞能表达IL4、IL5、IL6、IL10和IL13等Th2型细胞因子mRNA,通过反义技术抑制GATA3表达，这些Th2型细胞因子mRNA的 表达亦受抑制。然而，IL4基因近侧启动子区并不存在GATA23结合位点，因此有人认为GATA23可能是一个Th2特异的增强子，或是作为一个局部控制区域(如在IL4、IL5、IL13区 域)存在。在STAT6敲除的T细胞中，GATA23亦能诱导Th2型细胞因子表达，导致Th2分化，并在IL4基因定位处发现Th2特异的DNA酶I高敏感位点；同时，GATA3能与NF2AT结合

11、而诱导IL5启动子的活性。近来研究发现一种称为FOG ( Friend of GATA)的结构分子，该分子表达于初始Th细胞，起抑制GATA23的作用。3.3 c2mafc2maf是根本区域P亮氨酸拉链(basic region/leucine zipper)转录因子，特异表达于Th2细胞，是最早被克隆的Th2特异性转录因子。以往认为，c2maf激活后不影响其它Th2型细胞因子 的表达，只是通过选择性地与IL24近侧启动子结合，诱导IL24表达促使Th2分化。最近，哈佛 医学院的研究人员发现，c2maf亦可通过IL22Ra (CD25)#导但不依赖IL4的途径促使Th2分 化。c2maf灭活或

12、敲除时，Th2分化和相应细胞因子分泌照常进行，推测可能与IL13的补偿作 用有关。3.4 T-betT-bet(亦称T-box 21)能激活IFN丫表达,是新近发现的Th1特异性转录因子。T-bet能诱导IFN-丫等位基因染色质重组和转录激活IFN-丫基因，亦能诱导IL12R3 2亚单位表达，促使Th1分化。假设将T2bet导入已分化的CD4 Th2细胞，出现IFN2丫分泌增强，IL4 IL5等Th2型细胞因 子产生受阻，细胞朝Th1分化。研究发现,T2bet诱导的Th1分化不依赖于IL12-PSTAT4或IL18 ,但受IL4-PSTAT6的抑制。然而,STAT与T2bet之间的关系目前尚不

13、清楚。3.5 CPEBP 和 JunB与c2maf类似,CPEBP家族成员(如CPEBP )亦能与IL4启动子结合，是内源性IL4表达的潜 在诱导因子。 同时,CPEBP亦能抑制IL22和IFN-丫RNA勺合成， 但不影响其它Th2型细胞因子。JunB属于c-jun转录因子家族，选择性表达于Th2效应细胞，能与AP21特异结合，激活IL-4转 录。JunB介导的IL-4表达需要JNK激酶和c2maf的协作，并能诱导分化中的Th2细胞产生IL-5、IL-6和IL-10。4、Th细胞分化中的信号通路4.1 JAK-STATJAK-STAT细胞因子受体介导的主要信号转导通路。IL-12能通过STAT

14、4介导Th1细胞分化，IL-4可通过STAT6介导Th2细胞分化。然而,STAT介导的目的基因尚不清楚，在IL-4启动子 附近亦未发现STAT结合位点。尽管STAT4或STAT6基因敲除实验显示IFN-丫或IL-4依然正 常分泌，但缺少STAT言号时GATA23 T-bet以及细胞因子的表达那么大受影响。推测STAT与GATA23 c2maf、T2bet等转录因子密切相关，说明这些内在的联系有助于搞清Th细胞分化的分子机制。Bcl26由于能与STAT6竞争相同的结合位点，被认为是Th2的负向调节因子。 新近发现SOCS5能通过与IL-4R的相互作用，负向调节IL-4PSTAT6通路，从而抑制T

15、h2分化。4.2 MAPK哺乳动物的MAPK信号通路包括细胞外信号调节激酶(ERK)、c-Jun N端激酶(JNK)P应激激活的蛋白激酶(SAPK)、P38MAPK以及ERK5PBMK1四条途径。每条通路均通过保守的三级酶 促级联反响*MAPKKKMAPKK(MKK)MAPK破活转录因子，调节特定基因的表达。ERK位于癌基因Ras下游,Ras等不同激活信号通过Raf2MEK1途径激活ERKfl常称Ras2ER涎路，包括ERK1和ERK2前已述及TCR激活信号能激活MEKPERKB使Th1分化。H2Ras转基因小鼠 研究却发现,Ras2ERKB路经非TCR激活信号激活后， 能上调JAK1激酶活性

16、， 促进STAT6酪氨 酸磷酸化， 并提示Ras-ERS JAK-STA瑾路之间存在交叉。 可见,Ras2ERK路与Th细胞分化 确实切关系尚待研究。p38蛋白有4种亚型:p38- a、p38- $p38-丫和p38- &MKK3、MKK6是其主要的蛋白激酶 ，应 激或炎症刺激等情况下可被激活。p38激活后的直接底物为MAPK激活的蛋白激酶(MAPKAPK)22P3，其目的基因启动子中含有CRE或能与CREBPATFF AP21家族相互作用敏感的反响元件。p382a、MKK3P6等转基因动物实验发现抑制p38MAPK通路的激活,IFN2平明显下降。由于IFN2丫启动子近侧和远侧功能性活

17、化元件处存在c-junPATF2结合位点以及一系列其它ATF结合位点，且近侧IFN2丫元件携带c-junPATF2结合位点，呈现Th1特异性。 因此,p38MAPK通路可能通过激活IFN2丫转录，促使Th1细胞分化。JNK亦是一种应激激活的蛋白激酶，包括JNK1P2P3激活的磷酸化级联反响为MEKK1 ,2r MKK4PSEK1 JNKPSAPK(MKK7能激活JNK)。JNKPSAP催使c2jun、ATF22等磷酸化并 增加其转录活性，促进c-fos、c-Jun、ATF22调节基因的表达。JNK2基因敲除研究发现小鼠IFN2冰平降低,Th1免疫应答缺陷，但Th2免疫应答不受影响。将IFN-丫

18、参加JNK2缺失的T细胞中那么能恢复上述缺陷，产生正常的Th1免疫应答。JNK1敲除的小鼠呈现强烈的Th2免疫 应答，即使在Th1条件下亦产生大量IL-4、IL-5和IL10等Th2型细胞因子，进而发现JNK1敲 除小鼠核内NF-AT2水平上升，提示JNK1能负向调节核内NF2AT2的水平，从而影响Th2型细 胞因子产生。4.3 NF-KBPI-KB正常情况下，NF2EB与其抑制因子I-EB存在于胞浆中。随着上游激酶NF-EB诱导激酶或MEKK1的激活,I-EB酶活化并出现I曲白磷酸化，导致它们与NF-E盼离并降解，而游 离的NF2EB那么转入胞核内转导激活目的基因。NF-KB因子在Th细胞分

19、化中的作用研究目前刚起步。已有研究发现，抑制NF2EB活性可阻断GATA23表达和Th2型细胞因子产生。5、结语细胞分化过程本质上是细胞基因的按序表达和选择性表达的结果，因此，细胞分化调控的根本规律就是基因表达调节。对于Th细胞分化而言，最终表现为控制细胞应答的有关基因的活化 与表达，细胞信号转导通路在此起了重要的中介作用。近几年,Th细胞分化机制研究进展迅速已认识到TCR活化信号、辅助受体以及细胞因子环境等因素共同介导了Th1PTh2细胞的分化方向，并逐步深入到转录因子、 信号转导、基因调控水平。我们相信,Th细胞分化的复杂性、 调节的精确性以及信号通路和相关因子的交叉性等问题的最终说明，必

20、将给免疫性疾病的药物治疗带来重大突破。相关通路指标：T-Cell Activation:Regulators of T-Cell Activation:CD2, CD276, CD47, DPP4, CD3D, CD3E, CD3G, CD4, CD7, CD80,CD86, CD8A, CD8B, FOXP3, ICOSLG, IRF4, LAG3, LCK, MAP3K7 (TAK1), MICB, NCK1, TNFSF14,VAV1.T-Cell Proliferation: CD28, CD3E, ICOSLG, IL1B, IL10, IL12B, IL18, NCK1, RIPK

21、2, TNFSF14.T-Cell Differentiation: ADA, APC, BCL2, BLM, CD1D, CD2, CD27 (TNFRSF7), CD4, CD80, CD86, EGR1, IL12B, IL15, IL2,IRF4, NOS2 (iNOS), PTPRC, SOCS1.THYMUSSeledionHQ MH CT-Cell Polarization: CCL3, CCR1, CCR2, CCR3, CCR4, CCR5, CD274, CD28, CD4, CD40LG (TNFSF5), CSF2 (GM-CSF),CXCR3, CXCR4, IFNG

22、, IL12A, IL12RB1, IL12RB2, IL18R1, IL2, IL4, IL4R, IL5, TGFB1.Regulators of Th1 and Th2 Development:CD2, CD40 (TNFRSF5), CD5, CD7, CSF2 (GM-CSF), IFNG,IL10, IL12A, IL13, IL3, IL4, IL5, TLR2, TLR4, TLR9.Th1 & Th2 Differentiation:CD28, CD40 (TNFRSF5), CD40LG (TNFSF5), CD86, IFNG, IL12A, IL12B,IL12

23、RB1, IL12RB2, IL18, IL18R1, IL2, IL2RA, IL4, IL4R, IL6.B-Cell Activation:Antigen Dependent B-cell Activation:CD28, CD4, CD40 (TNFRSF5), CD40LG (TNFSF5), CD80, FAS(TNFRSF6), FASLG (TNFSF6), IL10, IL2, IL4.Other Genes involved in B-Cell Activation:ADA, CXCR5, ICOSLG, IL6, IL7, MS4A1, TGFB1.B-Cell Proliferation: BCL2, CD27 (TNFRSF7), CD40 (TNFRSF5), CD81, IL10, IL7, PTPRC.B-Cell Differentiation: ADA, AICDA, BLNK, CD27 (TNFRSF7), IL10, IL11, IL4, RAG1.Other Immune Cell Activation:Macrophage Activation:IL13, IL4, TLR1, TLR4,TLR6.Neutrophil Activation:IL8.Natural Killer Cell Activation:CD2, I