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alomone labs調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)
作者:Noemí Bronstein-Sitton,博士
免疫反應(yīng)是一個(gè)受到嚴(yán)格監(jiān)管的過(guò)程,任何違反這種嚴(yán)格監(jiān)管的行為都可能導(dǎo)致病理現(xiàn)象。除了更熟悉的免疫反應(yīng)成員之外,離子通道在免疫功能中的關(guān)鍵作用現(xiàn)在在研究中很明顯。在這里,我們討論了 K +通道 K V 1.3 和 K Ca 3.1 (IK Ca 1) 以及嘌呤能受體 P2X7 在調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的關(guān)鍵要素中的突出參與。
離子通道的意外作用
雖然不是很明顯,但免疫系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 之間有很多相似之處。這兩個(gè)系統(tǒng)都可以處理復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的輸入信號(hào),并產(chǎn)生適當(dāng)和及時(shí)的響應(yīng)。并且這兩個(gè)系統(tǒng)都使用極其復(fù)雜的機(jī)制來(lái)確保響應(yīng)與輸入信號(hào)匹配,從而防止?jié)撛诘膿p壞。因此,免疫學(xué)家現(xiàn)在使用術(shù)語(yǔ)“突觸"(或“免疫突觸")來(lái)描述抗原呈遞細(xì)胞 (APC) 和 T 淋巴細(xì)胞之間的密切接觸和相互作用是恰當(dāng)?shù)摹?/span>
然而,免疫系統(tǒng)的細(xì)胞最初被歸類為“電非興奮性",即沒(méi)有電壓門控離子通道產(chǎn)生動(dòng)作電位的細(xì)胞,這是中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞的標(biāo)志?,F(xiàn)在已經(jīng)確定免疫系統(tǒng)細(xì)胞確實(shí)表達(dá)了一系列顯著的電壓門控和其他類型的離子通道1。離子通道似乎在調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用,就像它們?cè)?/span> CNS 的背景下所做的一樣。
T細(xì)胞活化的調(diào)節(jié)
K V 1.3 和 K Ca 3.1 通道在 T 細(xì)胞活化中起關(guān)鍵作用。K V 1.3 屬于電壓相關(guān) K +通道的Shaker系列。該通道在造血起源的各種群體中表達(dá),如 T 和 B 淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和自然殺傷 (NK) 細(xì)胞2。T 淋巴細(xì)胞中的功能通道由四個(gè) K V 1.3 亞基組成,負(fù)責(zé)維持靜息細(xì)胞中的膜電位。K Ca 3.1 通道(也稱為 IK Ca 1 或 SK4)是 Ca 2+依賴的 K +具有中等電導(dǎo)的通道。該通道對(duì)電壓不敏感,并以亞微摩爾濃度的細(xì)胞內(nèi) Ca 2+開(kāi)啟。該通道通過(guò)其 C 端3與鈣調(diào)素(其 Ca 2+傳感器)緊密結(jié)合。K Ca 3.1 在靜息 T 細(xì)胞中以低水平表達(dá),但一旦 T 細(xì)胞被*激活4,5就會(huì)顯著上調(diào)。
當(dāng) T 輔助細(xì)胞 (T H) 淋巴細(xì)胞通過(guò)其*的 T 細(xì)胞受體 (TCR) 參與或激活(見(jiàn)圖 1)?;罨?/span> T 細(xì)胞隨后將增殖并隨后分化為適合處理特定病原體的細(xì)胞亞群(或效應(yīng)子)。入侵病原體引起的免疫反應(yīng)類型可分為兩類:主要針對(duì)細(xì)胞內(nèi)病原體和病毒的細(xì)胞介導(dǎo)(也稱為 Th1)反應(yīng)或抗體依賴性(或 Th2)反應(yīng)(通過(guò)抗體-產(chǎn)生 B 淋巴細(xì)胞)主要針對(duì)細(xì)菌和寄生蟲(chóng)。稍后,活化的 T 細(xì)胞分化為記憶細(xì)胞,該記憶細(xì)胞將提供持久保護(hù),防止同一病原體的反復(fù)感染。因此,
T細(xì)胞做出的“決定",是否響應(yīng)、如何響應(yīng),是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程,受抗原性質(zhì)、與APC接觸時(shí)間長(zhǎng)短、微環(huán)境(細(xì)胞因子、趨化因子等)。正是在這個(gè)關(guān)鍵階段,K +通道 K V 1.3 和 K Ca 3.1 被認(rèn)為參與其中。目前理解 K +通道參與 T 細(xì)胞活化的模型意味著這些通道間接控制T 細(xì)胞增殖不可少的細(xì)胞內(nèi) Ca 2+信號(hào)。
抗原誘導(dǎo)的 TCR 激活后的最早步驟是幾種蛋白質(zhì)(如 Lck 和 PLCγ1)的酪氨酸磷酸化。后者將誘導(dǎo)的Ca 2+從細(xì)胞內(nèi)貯存釋放通過(guò)生產(chǎn)1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)的,并且隨后持續(xù)的Ca 2+從細(xì)胞外空間入口。細(xì)胞內(nèi)Ca 2+ 的升高水平必須保持相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間(幾個(gè)小時(shí))才能使活化的T細(xì)胞增殖。細(xì)胞外 Ca 2+根據(jù)其電驅(qū)動(dòng)力進(jìn)入細(xì)胞,從而使細(xì)胞膜去極化。這會(huì)引起 K V 1.3 通道的激活,該通道通過(guò) K +流出,有助于維持負(fù)膜電位,從而允許連續(xù)的 Ca 2+進(jìn)入。如上所述,T 細(xì)胞活化增強(qiáng)了 K Ca 3.1 通道的表達(dá),該通道響應(yīng)增加的胞質(zhì) Ca 2+而打開(kāi),從而進(jìn)一步使膜電位6,7超極化。
總之,K V 1.3 和 K Ca 3.1的協(xié)同作用允許細(xì)胞內(nèi) Ca 2+的持續(xù)升高,從而允許鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶和轉(zhuǎn)錄因子 NF-AT的 Ca 2+依賴性激活。與該模型一致,K +通道阻滯劑如Charybdotoxin和Margatoxin 可有效抑制抗原依賴性 T 細(xì)胞活化和 IL-2 分泌8,9,10。此外,K Ca 的特異性抑制劑3.1 能夠抑制先前激活的 T 細(xì)胞的激活,再次與模型一致,其中激活后這些通道的表達(dá)增加在隨后的抗原挑戰(zhàn)中發(fā)揮重要作用11。
此外,K V 1.3 通道抑制劑能夠抑制體內(nèi) T 細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng),例如對(duì)外來(lái)抗原12 的延遲型超敏反應(yīng)或抗體反應(yīng)。這些結(jié)果促使人們認(rèn)為 K +通道阻滯劑可用作有效的免疫抑制劑。例如,神經(jīng)炎癥是多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的主要誘因,并由小膠質(zhì)細(xì)胞的激活驅(qū)動(dòng)。在選擇性先天免疫的小鼠模型中,小膠質(zhì)細(xì)胞的促炎激活需要K v 1.3,因此 K v 1.3 阻滯劑可能是有價(jià)值的治療候選物,其中小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)毒性在發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用13。
盡管在過(guò)去幾年中 K +通道在免疫反應(yīng)中的參與取得了很大進(jìn)展,特別是 K V 1.3 和 K Ca 3.1的參與,但似乎有很多有待學(xué)習(xí)。例如,一項(xiàng)研究表明,主要 K V通道的寡聚組成可能在不同功能的淋巴細(xì)胞群中有所不同。例如,激活的 T 細(xì)胞(在刺激后無(wú)法增殖的活細(xì)胞)可能會(huì)表達(dá) K V 1.2、K V 1.1 或 K V 1.6 以及 K V1.3,表明響應(yīng) T 細(xì)胞所經(jīng)歷的實(shí)質(zhì)性生理和功能變化可能與 K V通道14的亞基組成和/或功能的變化平行。與這一想法一致,一份報(bào)告顯示,T 細(xì)胞暴露于缺氧(低氧可用性)會(huì)在蛋白質(zhì)水平下調(diào) K V 1.3 通道,這種效應(yīng)可以解釋先前描述的在缺氧條件下抑制 T 細(xì)胞增殖的原因15。
圖 1. K V 1.3 通道通過(guò)調(diào)節(jié) T 細(xì)胞活化來(lái)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。
抗原呈遞細(xì)胞如樹(shù)突狀細(xì)胞 (DC) 和巨噬細(xì)胞吞噬和消化入侵的病原體如細(xì)菌。病原體(抗原)的選定肽被“呈遞"給 T 輔助 (T H ) 細(xì)胞。只有具有適當(dāng) T 細(xì)胞受體的 T H才能增殖并被激活。活化的T ?現(xiàn)在能刺激效應(yīng)器機(jī)制,例如漿細(xì)胞分泌的抗體和T細(xì)胞毒性細(xì)胞(T c ^),這將有助于包含所述入侵病原體。最后,活化的 T H要么因細(xì)胞凋亡而死亡,要么分化為長(zhǎng)壽命的記憶細(xì)胞。
控制炎癥:P2X7 的核心作用
P2X7 受體是配體門控離子通道大家族的成員,這些通道響應(yīng)細(xì)胞外 ATP 開(kāi)放。該家族包括 7 個(gè)成員 (P2X1-7),它們的氨基酸序列具有 40-50% 的同一性。所有 P2X 受體的激活導(dǎo)致膜對(duì)小陽(yáng)離子(Na +、K +和 Ca 2+)的滲透性增加,而 P2X7 受體的持續(xù)刺激導(dǎo)致產(chǎn)生越來(lái)越大的膜孔,可滲透低分子量有機(jī)陽(yáng)離子16.功能性 P2X 通道是多聚體,但與其他 P2X 亞基相比,P2X7 無(wú)法形成異聚體通道16. P2X7 受體的另一個(gè)不尋常特征是它需要非常高的 ATP 濃度(在毫摩爾范圍內(nèi))才能變得活躍。這促使人們推測(cè) P2X7 受體可能存在另一種內(nèi)源性配體。
P2X7 受體在整個(gè)造血譜系中廣泛表達(dá)。該受體已在 T 細(xì)胞和 B 細(xì)胞、樹(shù)突細(xì)胞 (DC)、巨噬細(xì)胞和肥大細(xì)胞中發(fā)現(xiàn),并與多種生理活動(dòng)有關(guān)。盡管在哮喘和動(dòng)脈粥樣硬化等病理情況下經(jīng)常提到炎癥,但它實(shí)際上是旨在處理組織損傷和感染的復(fù)雜機(jī)制的重要組成部分。炎癥通常在組織損傷(例如由入侵細(xì)菌引起)開(kāi)始分泌化學(xué)信號(hào)時(shí)開(kāi)始,這些信號(hào)招募不同的細(xì)胞群,例如中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。這些細(xì)胞構(gòu)成了第一道防線,一方面通過(guò)吞噬作用攻擊入侵的細(xì)菌(巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞),另一方面招募負(fù)責(zé)*病原體的細(xì)胞(T 細(xì)胞)。在參與炎癥過(guò)程的所有細(xì)胞上表達(dá)的 P2X7 受體已被確定為炎癥調(diào)節(jié)的關(guān)鍵參與者(見(jiàn)圖 2)。
P2X7 在免疫系統(tǒng)中最令人驚訝的作用之一是它在分泌生物活性白細(xì)胞介素 1β (IL-1β) 中的關(guān)鍵作用。IL-1β 通常被認(rèn)為是主要的促炎細(xì)胞因子,因?yàn)樗軌騿?dòng)來(lái)自不同細(xì)胞類型的各種促炎反應(yīng),范圍從金屬蛋白酶的上調(diào)到 IL-6 的分泌17. IL-1β 由被激活的巨噬細(xì)胞大量表達(dá),例如感染部位存在細(xì)菌 LPS。然而,活化的巨噬細(xì)胞只產(chǎn)生無(wú)活性的原多肽形式,在它變得活躍之前必須被 caspase-1 切割。值得注意的是,激活的巨噬細(xì)胞需要第二個(gè)刺激(獨(dú)立于 LPS)來(lái)激活 caspase-1,從而產(chǎn)生成熟的 IL-1β。在這種情況下,*大的信號(hào)之一是通過(guò) P2X7 受體18 的細(xì)胞外 ATP 。
P2X7 在 ATP 介導(dǎo)的 IL-1β 成熟中的核心作用在從 P2X7 敲除小鼠中分離的巨噬細(xì)胞中得到證實(shí)。這些細(xì)胞無(wú)法產(chǎn)生成熟的 IL-1β,即使它們響應(yīng) LPS 產(chǎn)生大量 proIL-1β 19。P2X7 在免疫反應(yīng)中的其他已知功能包括白細(xì)胞和淋巴細(xì)胞中 L-選擇素的脫落、ATP 介導(dǎo)的增殖和凋亡、殺死細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌以及激活細(xì)胞內(nèi)炎癥相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,例如 NF-B 易位至單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中環(huán)加氧酶-2 (COX-2) 的細(xì)胞核或上調(diào)20,21,22. 事實(shí)上,在炎癥性關(guān)節(jié)炎小鼠模型中,缺乏 P2X7(P2X7 敲除)的小鼠的疾病嚴(yán)重程度顯著降低,這提示 P2X7 可能是抗炎藥物的有吸引力的靶點(diǎn)23。盡管如此,很難將這些發(fā)現(xiàn)與非常高濃度的細(xì)胞外 ATP 是激活 P2X7 所必需的事實(shí)相協(xié)調(diào),因?yàn)檫@些 ATP 濃度似乎不符合生理學(xué)。一項(xiàng)特定的研究可能有助于解開(kāi)謎團(tuán)。作者表明,煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD) 可作為 ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶 2 (ART2) 的底物,這是一種催化 ADP-核糖與受體蛋白(在本例中為 P2X7 24)連接的胞外酶. ART2 介導(dǎo)的 ADP 核糖基化可以激活 P2X7 和所有已知的下游信號(hào),例如 Ca 2+動(dòng)員和 L-選擇素在沒(méi)有 ATP 的情況下脫落。為了產(chǎn)生這些效果,只需要相對(duì)較小濃度的細(xì)胞外 NAD(在微摩爾范圍內(nèi))。因此,P2X7 生理激活的推定模型是,通過(guò)死亡細(xì)胞的裂解在炎癥部位釋放的細(xì)胞外 NAD(作為細(xì)胞外 ATP)被在炎癥細(xì)胞的細(xì)胞膜上表達(dá)的 ART2 分解代謝。位點(diǎn),因此激活這些細(xì)胞上的 P2X7 通道。
圖 2. P2X7 通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)的表達(dá)來(lái)控制炎癥。
細(xì)菌通過(guò)細(xì)胞膜中的特定受體激活巨噬細(xì)胞?;罨木奘杉?xì)胞分泌大量炎癥介質(zhì),包括趨化因子、細(xì)胞因子和其他有助于募集和激活其他免疫細(xì)胞的物質(zhì)。
其他功能,其他渠道
上面對(duì) K V 1.3、K Ca 3.1 和 P2X7 參與免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)的說(shuō)明并沒(méi)有概括離子通道對(duì)免疫反應(yīng)的總體貢獻(xiàn)。相反,有許多離子通道已經(jīng)被觀察到,它們的功能對(duì)免疫反應(yīng)同樣重要。
主要示例是 Ca 2+通道。如上所述,細(xì)胞內(nèi) Ca 2+濃度的升高對(duì)于淋巴細(xì)胞(T 細(xì)胞和 B 細(xì)胞)和白細(xì)胞(巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞)的激活至關(guān)重要。刺激后細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存的Ca 2+的釋放得到了很好的表征。然而,介導(dǎo)隨后從細(xì)胞外介質(zhì)進(jìn)入Ca 2+的通道的分子身份仍然難以捉摸,該通道是導(dǎo)致 Ca 2+水平升高的主要原因。不確定性始于用于描述質(zhì)膜 Ca 2+通道的術(shù)語(yǔ)。名稱 Ca 2+釋放激活的 Ca 2+通道 (CRAC) 和存儲(chǔ)操作的 Ca 2+通道 (SOCC) 可互換使用,盡管這兩種通道的生物物理特性可能存在差異。CRAC 通道分子特性的主要候選者是 TRP 基因超家族的成員。TRPC3 和 TRPC6 已經(jīng)在 T 細(xì)胞中進(jìn)行了研究,盡管目前最喜歡的是 TRPV6 (CaT1) 25,26。
在淋巴細(xì)胞中也觀察到Cl -通道,它們的作用是在滲透壓力1 后減少細(xì)胞的體積。此外,Cl-通道阻滯劑已被證明可抑制淋巴細(xì)胞活化和增殖27。在 CRAC 通道的情況下,Cl -通道的分子身份尚不清楚,盡管已在幾個(gè)造血細(xì)胞系中檢測(cè)到來(lái)自 CLC3 通道的 mRNA 28。
最后,已在免疫系統(tǒng)細(xì)胞中鑒定出幾種離子通道,但尚未對(duì)其功能進(jìn)行*研究。這一組包括上皮細(xì)胞的Na +淋巴細(xì)胞通道(ENaC的)29,水通道蛋白9在嗜中性粒細(xì)胞30,和煙堿乙酰膽堿受體在B淋巴細(xì)胞31,32。
毫無(wú)疑問(wèn),在接下來(lái)的幾年里,進(jìn)一步的研究將揭示離子通道在免疫反應(yīng)中的新的,也許不是那么出人意料的作用。
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