活性氧与淋巴细胞内调节免疫功能的分子机制

活性氧与淋巴细胞内调节免疫功能的分子机制

过去，活性氧（ros）只能诱导细胞损伤。近年发现,ROS还是基因活化、细胞增殖和凋亡等信号转导通路的内生性调控物质。研究显示,早先在成纤维细胞和上皮细胞中发现的信号转导的组分及通路,在淋巴细胞对抗原的免疫应答中,也发挥相同作用。1ros的产生和代谢ROS不仅是先天性免疫的效应分子,还是抗原特异性免疫的潜在调节分子。以下证据表明ROS作为信号转导分子参与淋巴细胞功能调节:①胞外配体作用时,胞内有ROS产生;②外源性氧化刺激在一定程度上能模拟抗原刺激引起的胞内生化反应(如蛋白磷酸化)或调节某些转录因子,其效应依刺激强度及细胞状态而不同;③胞内ROS被抗氧化酶或渗透入细胞的抗氧化剂清除后,细胞就减弱甚或失去了对生长因子和细胞因子的反应;④ROS具有典型的第二信使所应有的特征,如活性强、半衰期短、含量受抗氧化酶系统严密控制等;⑤膜结合的NADPH依赖的氧化酶、脂氧合酶和线粒体氧化呼吸链可能是受配体作用后胞内ROS的生成位点。2ros参与正性信号转导2.1抗原刺激引起的淋巴结邵明酶活性需要ros的参与2.1.1ros的诱导表达T细胞抗原受体(Tcellantigenreceptor,TCR)和CD28共交联,可引起人T细胞内H2O2增加;在随后的NF-kB的活化和IL-2基因的转录中起关键作用。小鼠胸腺细胞经ConA刺激后,胞内ROS含量明显增高,ROS清除剂预处理可彻底阻断增殖反应。EB病毒转染的人B淋巴细胞在数个膜表面抗原发生交联反应后,膜NADPH氧化酶活化、胞内ROS增加;抗氧化剂可显著降低抗原受体反应引起的胞内酪氨酸磷酸化,阻碍BCR抗体交联引起的B细胞的增殖。2.1.2植物血凝素b在TCR和CD28对人T细胞的共刺激中,如只有TCR单独参与,只产生少量ROS,并且与NF-κB上调或T细胞增殖无关。植物血凝素能使TCR复合物与T细胞表面其它分子共交联,可诱导产生大量ROS。B细胞中ROS的增加也是在CD19/CD21分子或其它膜表面抗原或BCR发生交联反应后出现的。2.2氧化应激法外源性氧化剂会引起T细胞蛋白酪氨酸磷酸化、激活蛋白酪氨酸激酶等活化表现,用低浓度的H2O2短暂刺激能诱导T细胞进入细胞周期。氧化应激导致丝-苏氨酸残基磷酸化,引起NF-κB的结构性抑制蛋白(I-κB)降解,NF-κB激活,并迁移到核内。同型半胱氨酸(其巯基自氧化可产生ROS)可促进ConA刺激的小鼠脾T细胞及B细胞产生ROS,促进增殖反应,抗氧化剂可抑制上述作用。2.3rac-1和其他共刺激受体的作用与T细胞活化有关的ROS的生成需要小GTP酶Rac-1的活化。Rac-1是中性粒细胞NADPH氧化酶的一个组分,与非吞噬细胞细胞因子刺激后胞内ROS的短暂增加有关。作为抗原活化T细胞信号级联反应中一个重要成分及共刺激信号下游的关键转换分子,Rac-1在T细胞中起着关键作用。Vav是TCR-CD28的底物,Rac-1在Vav下游发挥作用,它激活JNK-1激酶,而JNK-1激酶受植物血凝素的激活有赖于胞内ROS的产生。因此,可得出这样一个模式,即在CD28和其他共刺激受体下游,Vav,Rac-1和氧自由基作用于同一条依赖ROS的信号通路。这条通路的活化将导致T细胞内受氧化还原调节的系列反应,如NF-κB转位至胞核、JNK-1活化,最终引起IL-2基因的表达。3ros参与负信号格致传输3.1hiv感染的ca2+内流的机制虽然淋巴细胞的生理活化需要胞内ROS参与、适量氧化剂可激活淋巴细胞,但持久的强氧化环境会削弱淋巴细胞功能。淋巴细胞暴露于巯基敏感的化合物或H2O2下,引起TCR或BCR反应减弱。细胞的氧化阻止了抗原受体反应引起的胞内钙离子的增加。HIV感染的淋巴细胞中,线粒体SOD和胞内GSH的含量降低,胞内ROS增多,淋巴细胞对有丝分裂原不应答、活力降低。经N-乙酰半胱氨酸处理后,上述变化部分恢复。用药物抑制谷胱甘肽合成,降低胞内氧化还原潜能,即模拟HIV感染的CD4+T细胞中的状况,可显著削弱TCR诱导Ca2+内流的作用。T细胞正常活化必须有Ca2+的内流,提示强氧化刺激对T细胞的有害作用不容忽视。3.2抗氧化作用机制淋巴细胞抗原识别受体活化引起的生理反应,在细胞的不同发育阶段有不同的表现。抗原刺激时,成熟细胞发生增殖,而未成熟细胞则出现生长停止并最终凋亡。这一步是通过“克隆清除”或自体反应细胞的外周“去能”实现的,在免疫系统的形成中至关重要,ROS作为一重要的信号分子参与其中。T细胞杂交瘤的生长特性类似于非成熟T细胞,TCR活化后胞内产生ROS,使凋亡诱导分子Fas和Fas配体的表达上调,最终介导了T细胞死亡。BCR受刺激后,非成熟的WEHI231B细胞也以ROS-依赖及Bcl-2敏感的方式发生凋亡。尽管目前尚不知细胞内ROS产生的确切部位,但至少抗氧化剂可调节Fas、CD95L、CD95及bac-2等的表达,抑制凋亡。此外,糖皮质激素及其它氧化物诱导的淋巴细胞凋亡也是由ROS介导的,抗氧化剂处理有预防作用。抗氧化剂还可降低人体外周淋巴细胞的凋亡率12。4胞液氧化应激+应激激活蛋白激酶从以上报道可以看出,ROS在T或B细胞抗原受体下游的信号分子中,因免疫细胞的发育阶段不同或氧化应激的强度不同,它的作用也是多样的,可分别参与调节“正性信号”和“负性信号”的转导。这种矛盾作用可能是由于不同时期细胞的氧化还原需求不同造成或者与酪氨酸磷酸酶的复杂作用有关。核因子的转录活性有赖于还原状态的核内环境,但是胞液氧化应激可激活Jun-NH2末端激酶/应激激活蛋白激酶,这种激酶可使Jun蛋白丝氨酸磷酸化,引起转录活性上调。这一结果提示,同一信号通路可能因其通过不同的胞内区域而有不同的氧化还原需求。4.2氨基酸磷酸酶的复杂作用4.2.1ptp的激活作用细胞被激活或受到氧化刺激后,蛋白酪氨酸残基发生磷酸化,是胞内信号级联反应中的重要环节,由酪氨酸激酶(PIK)和酪氨酸磷酸酶(PTP)两个作用相反的酶调节。因此,诱导蛋白酪氨酸的磷酸化可能是氧化剂影响细胞增殖的关键机制。许多实验证实在哺乳动物细胞中,ROS直接作用于PTP,而非PTK。位于PTP催化关键部位的半胱氨酸残基很易被氧化,因此容易受ROS作用而失活。某些PTP主要发挥抑制功能,如胞液中的SHP-1和SHP-2,它们与B或T细胞抗原受体物理联结,或者与受体相联的共刺激分子联结,生理性下调受体激发后的淋巴细胞反应。然而,另一种重要受体样PTPCD45,能促进抗原受体引起的信号反应,参与受体激活后引发的Ca2+内流。因此,ROS作为T细胞共刺激的内源性信号分子的证据与强氧化环境削弱TCR信号反应的矛盾现象,可能是由于PTP这类对氧化还原敏感的酶的复杂作用引起的。4.2.2cd45的氧化刺激试验与强氧化剂作用或去除GSH引起细胞的严重氧化不同,T细胞在配体作用后,胞内ROS轻微而短暂增加,仅影响胞浆内磷酸酶,对胞膜上丰富且合成活跃的CD45并无作用或仅有轻微影响。但如氧化刺激强度增加,则CD45也受抑制。这种看法与以下现象一致,即用低剂量的H2O2短暂刺激处于还原环境中的T细胞,导致增殖反应,剂量增大则作用消失。4.2.3t细胞中的磷酸酶最近发现在T细胞活化过程中,在特定区域的细胞质膜面形成富集鞘糖脂GP-1的“脂筏”,其上集中有信号转导的关键成份,如TCR、CD28、酪氨酸激酶和信号转换分子LAT,而另一些分子包括CD45则被排除在外。最初的信号反应可能发生在膜“脂筏”区,因此推测,与强氧化剂刺激引起整个细胞变化不同,T细胞受刺激产生的ROS也可能集中在该区,其作用目标就是与“脂筏”相联的磷酸酶,如SHP-1。在T细胞活化过程中,尽管目前尚没有SHPs在“脂筏”和非“脂筏”区分布的资料,SHP-1的一个底物LAT在“脂筏”区浓集且与SHP-1相联,支持上述推测。5免疫活性的提高ROS参与调节淋巴细胞应答,这个概念使我们对许多有趣的生物现象有了新的理解。例如,激活的中性粒细胞内的ROS泄露到胞外形成氧化环境,根据氧化的程度,或通过降低激活阈值,易化T或B细胞的激活;或损伤信号分子直至通常由自体抗原传递的细胞抑制性信号也受抑制。上述两种情况可得出同一结论,即过度炎症可促进自身免疫疾病的发生。与实验或临床发现相一致。与此相反,缺氧组织细胞内ROS生成减少,T细胞免疫功效降低,处于“失能”状态。渗透入氧供差的巨大肿瘤内的T细胞就是这种情况。同样考虑,在老年人,细胞内抗氧化能力的进行性下降,会削弱免疫机能,增加自体免疫性疾病的发生。T细胞因其表达不同的膜受体,胞内信号反应也可能有不同。与此相一致,AIDS病人的T细胞反应主要表现为TH2型。由此推测,T细胞应答是以TH1还是以TH2方式出现,可能是免疫机能受氧化还原调控的另一重要方面。这种类型的细胞免疫机制目前尚不完全明了。最后,针对淋巴细胞活化中对氧化还原敏感反应部位,可设计新型高效无毒的免疫抑制剂。已有大量实验和临床资料支持这种可能。4.1胞内谷胱甘肽和t细胞在不同的细胞发育阶段,抗原受体受激活后的生理反应有不同。这种现象反映了不同时期细胞氧化还原需求的改变:在接受胞外信号的早期,需要ROS来促进胞内信号的早期转导;而在随后为适