Notch信号传导在淋巴细胞发育中的作用

·294· J Chinese PLA Postgrad Med Sch 2010 Mar，31（3）军 医 进 修 学 院 学 报 Notch 信号传导在淋巴细胞发育中的作用 Role of Notch signal transduction in the development of lymphocyte 杜　宏　综述，于　力　审校 解放军总医院 血液科，北京　100085 摘要 ：Notch 信号旁路在调节造血系统的发育选择、分化和功能方面起着关键性的作用，尤其在胚胎发育时期，其调节造 血干细胞的产生并影响造血祖细胞的发育。本文就 Notch 信号对于 T 细胞系的定性和早期胸腺细胞的发育的作用作一综述。 关键词 ：受体，Notch ；信号传导 ；T 淋巴细胞 中图分类号 ：R 34　　文献标识码 ：A　　文章编号 ：1005-1139(2010)03-0294-03 1 Notch传导信号的概述 Notch受体及其配体是一类种系发生高度保守的跨膜 蛋白，其在发育和出生前阶段的细胞命运选择及调节方面 起着重要作用[1]。哺乳动物Notch受体由N1-N4四个基因编 码。每一个基因都合成单独的跨膜多肽，随后各自切割转 运到细胞面成为异源二聚体。其中包括由几个串联[2-3]表 皮生长因子(EGF)样结构构成的配体结合区。其胞内部分 为高变异性的短半胱氨酸尾。Notch配体分为两个配体家 族，其一是与果蝇同源的Serrate家族，有Jagged-1、-2两 个成员，其二是与果蝇同源的Delta家族，即Delta样(Dll) 配体家族有Dll-1、Dll-3和Dll-4三个成员。当结合受体的 细胞与其临近的表达配体的细胞相互作用时，Notch信号 被激活。这一激活由两个溶蛋白性裂解触发，从胞膜释放 其胞内部分(NIC)并转运至核，并在核内结合转录调节因子 CBF1/Su(H)/LAG-1(CSL)。 2 Notch信号在T淋巴细胞发育中的作用 近年多种证据证明Notch信号影响淋巴细胞发育中的 多个阶段的细胞-命运决定[4]，并在B和T淋巴细胞系的发 育中起关键性作用。 Notc在早期胸腺内淋巴细胞发育中的作用主要表现在 最初T细胞系定性的阶段，其中包括主要细胞系αβ/γδ 的选择及CD4/CD8分支点[5-6]，以及CD4/CD8T淋巴细胞的 成熟阶段，虽然在早期发育阶段缺乏Notch-1表达的胸腺 细胞中，并未干扰其后续的T细胞的成熟[6]。从另一角度来 看，Notch-1信号在鼠骨髓细胞中的激活可导致B淋巴细胞 的阻滞，同时促进T细胞在骨髓中的分化。相反，具有在 骨髓和胸腺中失活的Notch-1的转基因小鼠显示T细胞发育 的严重损伤，同时减慢B细胞在胸腺中的发育。以上发现 都能证明Notch信号可影响一般淋巴祖细胞向B或T/NK细 胞系的定性发育。 Notch的受体N1在调节T细胞在胸腺发育的后期阶段 中也起作用[7]，而N2则调节B细胞在脾脏的成熟[8]。CD4、 CD8双阴性(DN)胸腺细胞，经接受了前TCR信号后的T细 胞受体(TCR)-β基因座的结构内重排后，成熟为CD4/CD8 双阳性(DP)阶段。大部分DP细胞会死亡，但是那些表达适 合特定配体的αβ-TCR复合体的细胞会选择成为CD4或 CD8阳性的成熟T细胞。N1的活化关键性的调节前TCR的 表达或功能[8]。将表达前TCR的胸腺细胞和表达Dll-1-的 细胞共培养，则可在体外诱导他们的增殖和成熟[9]。一系 列研究证明N1对于CD4-/CD8-细胞的定性、存活、成熟有 重要意义[10]。 最近的研究表明造血祖细胞中Notch信号通路的抑制 对正常T细胞的发育也相当重要。逆转录病毒介导的Dll-4 在骨髓细胞中的表达可导致胸腺外CD4+8+的细胞并诱导淋 巴增殖性疾病[11]，这一研究表明在没有正常的Notch信号 和配体在胸腺中的相互作用的调节和诱导的机制下，造血 组织的前体细胞未成熟期暴露于Notch配体，可能导致T细 胞的发育异常。 3 T/B细胞系及CD4+/CD8+细胞系的定性 Notch-1信号在T细胞分化的后续阶段的生物相关性之 所以有争议，主要由于在Notch-1的过表达或定向缺失研究 结果的矛盾和在区分在胸腺多种表达的Notch家族成员和 其配体的活性方面的困难。Huang等[9]应用多克隆抗Notch 细胞外结构域的抗血清研究其在胸腺前体细胞中的表达， 发现从DN-2经不成熟的单阳性阶段到DP前有高水平的 Notch-1在细胞表面表达。Notch信号旁路(经Deltex1表达 水平读出)在DN淋巴细胞有高度活性。当活化的Notch转 基因、Notch1IC外生诱导入重组酶-活化基因2-缺乏的鼠 的胸腺细胞，其促进抗CD3治疗后无明显的前-TCR信号 的DP阶段细胞的增殖和发育，并且表达Notch配体Delta-1 的基质细胞系促进野生型DN3淋巴细胞在体外的扩增，这 些数据表明Notch-1在胸腺细胞成熟过程中从DN到DP阶 段的作用，并表明存在涉及Notch1IC原癌基因的胸腺细胞 的发育和维持的细胞机制。 Jaleco等 [12]观察到Notch的配体Delta-1可完全抑制人 造血祖细胞向B细胞系的分化，而促进具有T/NK表型的 收稿日期 ：2009-05-07　　　　　修回日期 ：2009-06-09 基金项目 ：首都医学发展科研基金 (2007-2040) Capital Medical Development and Research Foundation of Beijing(2007-2040) 作者简介 ：杜宏，博士。Email: iduhong@yahoo.com.cn 通信作者 ：于力，博导，主任医师，教授。Email: chunhuiliyu@ yahoo.com ·295·J Chinese PLA Postgrad Med Sch军 医 进 修 学 院 学 报 2010 Mar，31（3） 祖细胞的产生，但并不干扰B或T/NK细胞的发育。此外， 在Delta-1或Jagged-1存在的环境中培养的细胞可获得NK 细胞的表型，是Delta-1而非Jagged-1允许重头合成的共表 达CD4和CD8的细胞群的产生，表明不同的Notch配体可 能介导Notch信号的不同功能。 4 Notch信号和NK细胞的发育 Hare[13]等用OP9共培养体系研究发现不同水平的Notch 信号可抑制多向发育潜能细胞向T/NK细胞发育。在鼠胚胎 胸腺培养中也有类似的Notch抑制NK细胞发育的现象被发 现。在缺乏Notch信号的鼠模型中未见有NK细胞增殖的相 关报道，可能的原因一是此种胸腺不适宜NK细胞存活发 育，缺乏关键性的细胞因子如IL15；二是低的Notch水平不 利于有NK发育潜能的淋巴前体细胞的发育、增殖。 5 αβ和γδ细胞系的选择中Notch信号的作用 淋巴细胞向αβ或γδ细胞系的发育意味着第一次 TCR基因的重排，决定细胞系的选择。Notch1在αβ或 γδ细胞系发育中的作用是首次被Van den Brandt等发现 的[14]，它们构建了骨髓嵌合体Notch+/-和Notch+/+祖细 胞，在这些鼠的胸腺中，来自Notch+/-祖细胞的有αβ 发展趋势的细胞系在减少，而γδ细胞系的减少却很 少，说明Notch信号的高水平表达利于αβ细胞系。转基 因鼠lck-ICN1的胸腺显示CD8+TCRγδ+细胞而非CD4- CD8-TCRγδ+细胞数量的增多[15]。lck-ICN1转基因鼠与 TCRγδ转基因种系杂交显示出CD8+TCRγδ+大幅增加 而CD4-CD8-TCRγδ+细胞比例减少，这意味着增加的 CD8+TCRγδ+细胞可能实际来自于选择TCRγδ的αβ 系细胞，在TCRγδ缺乏的背景下的转基因的ICN1增加了 CD4+CD8+细胞表达TCRγδ，这表明Notch可以增加αβ 系细胞的增殖即使是在前TCR复合体表达缺乏以及αβ 系细胞选择表达TCRγδ的情况下。Tanigaki等 [16]报道显 性CSL/RBP-J条件性敲除鼠与lck-Cre杂交，在其中CSL/ RBP-J依赖活性的所有4种Notch家族成员都被破坏。这些 鼠的胸腺γδT细胞绝对数量大约2倍增加。BreU标记实 验显示所有的既有增加表现又有BreU+标记消失的细胞都 在敲除鼠，显示Notch信号的失活增加胸腺内γδT细胞的 产生和它们向外周血的迁移。这一双向效应也指出Notch旁 路的效应只通过在敲除鼠胸腺内γδT细胞的总数量来评 价可能会低估了。相反，在Notch1条件性敲除且与lck-Cre 杂交鼠有正常绝对数量的γδT细胞，这意味着Notch1本 身在调节这一细胞系选择中并不起关键性的作用。 6 Notch信号与前TCR关卡 前TCR关卡或称β选择是一高度调控的过程，这一 过程决定了TCRβ链的功能性表达并与pTα配对，这一 选择需要RAG介导的重组和独立的TCR信号。Notch1在 这一关卡的作用是被Karana研究组[17]在条件性Notch1敲 除lck-Cre杂交鼠中发现的。在模型中Notch1失活开始于 DN2期，DP细胞数量减少但未消失，胸腺中DN细胞比例 增加。在DN3-DN4过渡期表型较复杂，有一群不正常表达 的CD25bright DN3细胞和异常的下调CD25的细胞，表现为 DN4细胞，这些细胞几乎没有表达细胞内TCRβ，表明其 中多不是正常DN4细胞，这些CD25bright细胞的存在暗示这 是一种前-TCR功能缺乏的鼠种系如pTα-/-，TCRβ-/-， 或RAG-1-/-鼠。pTα水平正常但VDJ重排在DN3细胞中 减少，说明Notch可以影响TCRβ基因的重排及随后的前 -TCR表达。 Tanigaki等 [16]的研究也表明这一异常的DN4细胞群缺 乏细胞内的TCRβ或TCRγ表达，和Radtks的研究不同， Honjo没有发现TCRβ在DN3细胞中表达的减少，虽然有 异常的的CD25bright细胞群出现，但前-TCR复合物依然在 正常胞内CD3和TCRβ水平的DN3细胞中完整的出现，并 且pTαmRNA水平在整个DN细胞中没有变化，这一点增 加了Notch1在前-TCR关卡中的作用与前-TCR复合物缺乏 无关的可能性。这一假设最近被Ciofani等人所证实[18]。在 这项研究中，引入功能性TCRβ链或构成性活化下调的前 -TCR信号机制进入RAG缺乏而不足以恢复在缺乏Notch信 号的情况下向DP的发育的DN3细胞中，结果DN3细胞在 无Notch信号的培养环境中死亡，表明Notch有在发育阶段 作为存活因子的作用。这些结果提示Notch在β选择中可 以完全不依赖前-TCR信号，Notch和其他一些因子如E2A、 GATA-3[19]等的相互作用在其中很重要。 7 Notch信号与TCR信号 前-TCR信号对于大多数胸腺细胞亚型的发育是必要 的，对于转基因鼠模型和反转录病毒转导的干细胞的研究 显示，活化细胞内蛋白Notch1、Notch1IC的表达可调节胸 腺细胞的成熟、存活、增殖并调节TCR信号传导[20]。部分 学者发现Notch信号可减弱TCR介导的信号通路，因此认 为皮质上皮细胞可经表达Notch配体，诱导Notch靶基因在 DP胸腺细胞中的表达而介导阳性选择[21]。而在胸腺树突状 细胞中，可经强的TCR介导的阴性选择却缺乏Notch配体 的表达，因此Notch配体的表达可能是胸腺内皮细胞在对阳 性选择所需要的TCR介导信号弱表达时介导阳性选择，并 使其成为一项特有的功能。树突状细胞上Notch配体的低表 达可能是利于其不经减弱的效应而通过TCR信号介导阴性 选择。有趣的是，在DP胸腺细胞中经其与胸腺内皮细胞间 相互作用诱导的Notch信号传导可不依赖于TCR信号通路 起作用[21]，说明TCR信号通路对于Notch信号通路不是必 须的。目前的证据表明总体由TCR介导的信号强度在阴和 阳性的细胞选择及CD4/CD8细胞系选择的细胞分化中起重 要作用[22]。 8 Notch信号与B细胞的发育 Hare等 [13]研究发现，Delta-1可完全阻滞前体细胞向B 细胞的分化，而促进有T/NK细胞特征的细胞群的出现，相 反Jagged-1似乎并不干扰有向B/NK细胞发展潜能的原始细 胞，但只有培养基中加入IL-15、IL-7、Flt-3配体等细胞 因子后Delta-1阻滞的原始细胞仍可向NK细胞发育。 参考文献 1 Artavanis-Tsakonas S，Rand MD，Lake RJ. Notch signaling ：cell ·296· J Chinese PLA Postgrad Med Sch 2010 Mar，31（3）军 医 进 修 学 院 学 报 fate control and signal integration in development［J］. Science， 1999，284 ：770-776. 2 Stier S，Cheng T，Dombkowski D，et al. Notch1 activation increases hematopoietic stem cell self-renewal in vivo and favors lymphoid over myeloid lineage outcome［J］. Blood，2002，99（7）：2369-2378. 3 Varnum-Finney B，Brashem-Stein C，Bernstein ID. Combined effects of Notch signaling and cytokines induce a multiple log increase in precursors with lymphoid and myeloid reconstituting ability［J］. Blood，2003，101 ：1784-1789. 4 Izon DJ，Aster JC，He Y，et al. Deltex1 redirects lymphoid progenitors to the B cell lineage by antagonizing Notch1［J］. Immunity，2002，16 ：231-243. 5 Allman D，Punt JA，Izon DJ，et al. An invitation to T and more ： notch signaling in lymphopoiesis［J］. Cell，2002，109 ：S1-S11. 6 Wolfer A，Bakker T，Wilson A，et al. Inactivation of Notch1 in immature thymocytes does not perturb CD4 or CD8 T cell development ［J］. 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