吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬

吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬 彭黎明 细胞凋亡是目前生物医学的研究热点之一 。众多研究 二 、吞噬细胞识别凋亡细胞的机制 集中于细胞凋亡的发生及其调控 ,而对凋亡细胞是如何被识 ,吞噬细胞面至少有 4 类受体对凋亡 体内外研究表明 别和吞噬的机制知之不多 。现已知道 ,细胞凋亡不同于细胞 细胞进行识别 ,而凋亡细胞膜上也有相应标记 ,表明其“可噬 坏死最明显的特征之一就是前者不引起炎性反应和周围组 性”。这种“可噬性”信号主要来自于凋亡细胞膜表面成分的 织损伤 。其原因是 ,吞噬细胞或邻近组织细胞吞噬凋亡细胞 改变 ,而不是膜表面蛋白的重新合成 。通过各种动物 、细胞 而不造成其溶酶体 、线粒体及细胞膜破裂和 细 胞 内 涵 物 外 类型及实验方法证实了不同吞噬细胞对凋亡细胞的识别存 1 泄 ;并且这一过程不依赖于抗体或补体。究竟吞噬细胞对 在不同的机制 。 凋亡细胞是如何进行特异识别 ? 凋亡细胞又是如何将其“可 11 凝集素样受体与糖类的改变 : 凝集素样受体是最早 噬性”“告诉”吞噬细胞的 ? 现将目前的研究进展做一简述 。 证实存在于吞噬细胞并参与识别凋亡细胞的受体 。该受体 一 、吞噬细胞识别 、清除凋亡细胞的一般特征 可与凋亡细胞膜上改变的糖类结合 。这种结合作用受凝集 6 素所识别的单糖所抑制 。Duvall 等对糖皮 质 激 素 诱 导 凋 (Φ) 巨噬细胞 M是识别和吞噬凋亡细胞的“专职”细胞 。 Φ 亡的鼠胸腺细胞的机制进行研究时 ,发现鼠腹腔 M上凝集 此外 “, 半专职”吞噬细胞也可参与识别清除凋亡细胞 。在体 Φ 素样分子可介导 M识别凋亡的胸腺细胞 ;而 N2乙酰葡萄糖 1 ,2 内 ,不少 细 胞 可 充 当“半 专 职”吞 噬 细 胞。研 究 结 果 显 示 ,大多数组织细胞 在 发 生 凋 亡 后 1 , 2 小 时 即 可 被 吞 噬 。 在组织切片中 ,通常可以看到吞噬细胞内含有凋亡细胞 ,但2 ,3 胺和 N ,N’2二乙酰壳二糖可特异抑制这种识别与结合作用 。 看不见凋亡细胞被识别吞噬的过程。组织动力 学 实 验 也得到同一结论 :如能观察到很少的细胞凋亡即意味着已清 Φ Φ 当先用这些糖与 M作用 ,再加入凋亡细胞后发现 M对凋 Φ 除大量凋亡细胞 。然而 ,一旦这种识别吞噬机制受损 ,凋亡 亡细胞的结合减少 ,表明这些糖可特异地封闭 M表面的凝 细胞不能被吞噬细胞及时清除 ,就会肿胀 、裂解 、释放毒性内 Φ 集素样受体 。上述糖类对 M识别作用的抑制 ,提示凋亡细 容物 ,引起组织结构和功能的损害 。明显的例证就是用抗2 胞表面糖蛋白可能因失去终末唾液酸侧链而暴露 N2乙酰葡 Φ 萄糖胺 、N2乙酰半乳糖胺和半乳糖 ,以让 M表面的凝集素 Fas 抗体对鼠肿瘤进行治疗时 ,由于正常的肝细胞可表达 Fas7 受体 ,当服用抗2Fas 抗体后 ,可造成肝细胞广泛而迅速凋亡 , 样分子识别 。Morris 等以糖皮 质 激 素 诱 导 鼠 胸 腺 细 胞 凋 亡 ,将凋亡细胞与正常对照细胞用细胞微电泳法测定 ,结果 超过局部吞噬细胞的清除能力 ,使未能被吞噬的凋亡肝细胞 凋亡细胞的迁移率比非凋亡细胞小 ,提示凋亡细胞表面的负 发生裂解并释放大量毒性内容物进而导致实验鼠因肝组织 4 8 () 严重损害和肝功能衰竭而死亡。又如 ,未被吞噬的凋亡淋 电荷 唾液酸丢失 。Dini 等报道凋亡的鼠肝细胞表面与 巴细胞释放的寡聚核小体 DNA 可激活淋巴细胞 DNA 和免疫 荧光素标记的凝集素可选择性地结合成“细胞凋亡膜”,显示 ( ) 球蛋白 Ig的合成 ,产生相应的自身抗体 。这可能是某些自 凋亡细胞膜表面有唾液酸的丢失和糖类的暴露 。同时 ,正常 () 身免疫病如系统性红斑狼疮患者血中出现寡聚核小体 DNA 、 肝细胞表面的唾液酸核糖蛋白受体 ASGPR可识别凋亡的 5 肝细胞 ,其表面有 N2乙酰半乳糖胺等的暴露 。这种识别反 抗核抗体的原因 。 应可被 ASGPR 的抗体 、糖类 ,如 N2乙酰半乳糖胺和 D2半乳糖 吞噬细胞不作用于正常细胞而只识别吞噬凋亡细胞是 1 及 ASGPR 的配体糖蛋白2乳糖化牛血清白蛋白和唾液酸胎球 这一机制的又一特征 。Newman 等建立了一种体外研究吞 蛋白所抑制 ,从而进一步支持了凋亡细胞表面有唾液酸的丢 Φ 噬细胞识别凋亡细胞的经典方法 ,即用单核细胞来源的 M 失或糖类的改变 ,并被吞噬细胞所识别 。 作为吞噬细胞 ,将新鲜分离的 PMN 和经培养 24 小时衰老的 ( ) 21 血小 板 反 应 蛋 白 受 体 TSPR与 TSP 结 合 成 分 : 即 ( Φ PMN 分别让 M识别吞噬 ,并通过髓过氧化物酶阳性鉴别βΦ αCD36 和整合素 , 是在人单核细胞来源 M对凋亡 PMN v3 Φ Φ M吞噬的 PMN 。结果 M只 识 别 吞 噬 衰 老 的 中 性 粒 细 胞Φ 的识别研究中被首先发现的 。随后发现 ,M或鼠骨髓来源 2 ( ) PMN,而不作用于新鲜分离的 PMN 。Savill 等和 体 内 研 Φ ( ) 的 M对凋亡的嗜酸性粒细胞 Eos和淋巴细胞等的识别也 究结果均证实这点 。而且 ,这一过程不引起炎症反应 ,不依 Φ αβ是同样的机制 。研究表明 ,M的和 CD36 在 识 别 凋 亡 v3 1 ,3 Φ 赖于抗体 ,M的 FC 受体和补体受体。体外实验证实 , Φ 细胞时起协 同 作 用 , 二 者 与 M分 泌 的 TSP 形 成 粘 连 复 合 Φ 单核细胞来源的 M可吞噬凋亡细胞 ,但不释放炎性介质如 Φ 物 ,在 M和凋亡细胞表面的 TSP 结合成分之间形成“分子 花生酸类 、粒酶或趋化因子 。 9 桥” 。TSP 是一个多功能 、三聚体式 ,并含有精氨酸2甘氨酸 () 2天门冬酰胺 Arg2Gly2Asp ,RGD的粘附糖蛋白 。许多细胞都 能分泌 TSR 并含有 TSPR ,或与其相关的受体如硫酸酯 、蛋白 ( )本课受国家自然科学基金资助 编号 39870296 聚糖 、整合素和 CD36 等 。氨基糖和碱性氨基酸可抑制 TSP 作者单位 :610041 成都 ,华西医科大学附属第一医院医学检验 Φ 的粘连特性 ,同时 ,抗 TSP 及 TSPR 的单抗能抑制 M对调亡 专业 ,检验科 3 βΦ αPMN 的识别。CD36 的 cDNA 转移到只表达和 TSP 的 别反应 ;用多聚次黄嘌呤核苷酸同 M预先孵育 ,可几乎完 v3 吞噬细胞内 , 可使“半专职”吞噬细胞的识别吞噬能 力 接 近 Φ 全抑制 M对凋亡细胞的识别 ;而且以“敲除法”去除 A 类净Φ “专职”吞 噬 细 胞 。同 时 , 抗 CD36 单 抗 可 抑 制 M对 凋 亡 Φ 化剂的基因后 ,M对凋亡细胞的识别吞噬至少减少 50 % 。 PMN 、Eos 和淋巴细胞的识别 ,故 CD36 可能在识别清除凋亡 细( ) 在 B 类净化剂受体 SRB的研究中 ,氧化损伤的人红细胞可 αβ胞中 起 较 大 作 用 。整 合 素 也 称 玻 璃 连 接 蛋 白 受 体 v3 Φ 通过 SRB 介导后受鼠腹腔 M的识别吞噬 ,这种识别机制不 () VnR,属于异二聚体型细胞膜表面受体家族中的一员 , 主 要 ( ) 参与细胞粘附于细胞外基质 ECM成分如核层素 、纤维连 接素 受乙酰化或天然 LDL 抑制 , 而受氧化型 LDL 的抑制 。由于 ( ) () Fn及玻璃连接蛋白 Vn。整合素在吞噬细胞识别凋 亡细胞βαCD36 可协同/ TSP 识别凋亡细胞 ,与 SRA 一样可以结合 v3 () 中的作用已经通过以下 3 个不同实验得到证实 。1阳离子化() 带负电荷的磷脂 如 PS,故有人认为净化剂受体可作为 PSR 合物氨基糖或碱性氨基酸可以电荷依赖的方式抑 制整合素与βα家族中的成员 。并且/ TSP、PSR 和 SR 之间似乎有密切的 v3 () 配体的结合 ,也可抑制吞噬细胞对凋亡细胞的识 别作用 ; 2吞 关系 。 噬细胞对凋亡细胞的识别与 p H 有关 ,并依赖 于二价阳离子 2 + 2 + ( ) ( ) αβCa和 Mg; 3Savill 等用抗 VnR 二个亚 基或的单抗51 吞噬细胞识别凋亡细胞的 其 他 分 子 ———61D抗 原 、 3 Φ Φ 可特异地抑制 M对凋亡 PMN 的识别吞噬 。 实验还表明 ,MCD14 、ABC21 分子和 CED25 : 抗 61D的单抗可抑制人单核细 3 上 VnR 与配体的结合 依 赖 于 RGD 三 肽 序 Φ 胞来源的 M对各种凋亡细胞的吞噬 ,因此被认为在吞噬细 列 。含有 RGD 的蛋白 Fn 、Vn 和精氨酸2甘氨酸2天冬氨酸2丝 13 胞识别凋亡细胞过程中起一定作用 。最近 Devitt 等已克 (Φ Φ ) 氨酰胺 Arg2Gly2Asp2Ser ,RGDS均可通过 M的 VnR 抑制 M( ) 隆出 61D抗原 。其被认为是一种甘油磷脂酰肌醇 GPI2锚 3 () 对凋亡 PMN 的识别吞噬 ,而对照四肽 RGES Arg2Gly2Glu2Ser ( ) Φ 碇蛋白 CD14,相对分子质量为 75 000 ,限于单核吞噬细胞 却无抑制作用 ,表明上述物质是通过作用于 M而不是凋亡 9 的 PMN 来发挥作用的。 Φ 表达并可激活吞噬细胞的吞噬活性 。鼠 M表 面 的 ABC21 ( ) 31PSR 与磷脂酰丝氨酸 PS的暴露 : PS 是一种带负电荷 分子也参与了对凋亡细胞的识别吞噬 。ABC21 是细胞膜转 的膜磷脂 ,正常时位于细胞膜的内层 。目前认为 PS 暴露在 运系统中 ATP 结合超家族中的一员 。用 ABC21 的单抗既可 细胞膜外层出现于细胞凋亡早期 ,而且是吞噬细胞识别凋亡 Φ 抑制 M对凋亡细胞的识别 ,又可阻止 ATP 结合转膜 ABC21 细胞最有特征的标志 。因吞噬细胞膜上存在的磷脂酰丝氨 10 分子的胞质部分 。值得一提的是 ,ABC21 与线虫 ced27 位点( ) 酸受体 PSR可识别 PS 暴露的凋亡细胞 。Fadok 等首先 具有同源性 ,而 ced27 又是参与清除凋亡细胞的 7 个基因之 报道凋亡细胞因 PS 的暴露使细胞膜磷脂的不对称分布破坏 () 而被吞噬细胞识别 。用放射线 、地塞米松 DEX分别对胸腺 2 。最近的研究表明 ,线虫 ced25 基因编码蛋白在介导吞 一( ( ) ) 细胞和依赖白介素22 IL22的细胞毒 T 细胞 CTLL22进行凋 噬细胞识别吞噬凋亡细胞过程中具有重要作用 。CED25 与 亡诱导后 ,发现所有凋亡细胞失去膜磷脂的不对称分布 , PS 人细胞内 DOCK180 蛋白相似 , 主要参与吞噬细胞内细胞骨 在膜外层暴露增加 。这与我们利用荧光素标记的连接素 V 架的重组 ,在识别凋亡细胞时使吞噬细胞的 表 面 可 充 分 延 14 。 伸 61 凋亡细胞的其他可识别的信号 : 最近的研究表明 ,某 ( )些吞噬细胞可以识别氧化细胞表面结构 ,这与活性氧 ROS 在诱导细胞凋亡所起重要作用的观点一致 。实验还表明 ,抗 ( ) 细胞间粘附分子23 ICAM23的单抗可与凋亡 B 细胞膜表面 11( 的结果完全 ) FITC2Annexin V检测早期凋亡细胞 PS 暴露的 ICAM23 结合 ,从而抑制吞噬细 胞 对 其 识 别 , 提 示 ICAM23 10 Φ 一致 。Fadok 等的结果还表明 ,M对凋亡淋巴细胞的识可能是凋亡细胞的识别分子 。 () 别是通过 PS 特异介导 。因为 : 1PS 脂质体和水溶性 PS L2 三 、识别吞噬凋亡细胞的调控 对凋亡细胞识别吞噬的调Φ 同型物如甘油磷脂酰丝氨酸可竞争性地抑制鼠腹腔 M对 控复杂而又精细 。首先 ,在识 凋亡胸腺细胞或 CTLL22 细胞的识别吞噬作用 ,但含其他阴 别吞噬中 ,一类吞噬细胞中的不同个体可能使用不同的识别 ( ) 离子磷脂 的 脂 质 体 无 此 抑 制 作 用 ; 2PS 的 磷 酸 脂 的 衍 生 机制 ,或不同的吞噬细胞可以使用相同的识别机制 。识别机 Φ 物 ,如磷脂酰2L2丝氨酸可抑制 M对凋亡淋巴细胞的识别 , 而且 ,这种抑制作用呈剂量效应关系 ,但磷脂酰2D2丝氨酸无 制的使用取决于吞噬细胞中的特殊种群及细胞凋亡诱导剂 15 Φ 抑制作用 。表明这种抑制有立体特异性以及 M上可能存 的种类 ,而不取决于凋亡细胞的类型。其次 ,多种机制的 在特异的受体参与识别凋亡细胞表面暴露的 PS。 协同作用 可 使 识 别 吞 噬 作 用 加 强 , 如 CD36 可 协 同 并 增 强12 ( ) Φ 41 净化剂受体 SR: SR 最初用于描述存在于 M表 αβ / TSP 的识别作用 ;表达凝集素样受体可使多种细胞如纤v3 面结 合 经 化 学 修 饰 的 化 合 物 , 如 氧 化 型 低 密 度 脂 蛋 白 维母细胞等成为“半专职”吞噬细胞 ; 某些吞噬细胞 表 面 受 体 ,如 PS 凝集素样受体 、61D等可能参与识别并“擒获”凋亡 () 3 LDL,正常时参与清除体内结构发生改变的蛋白质 。现已 知有 A 、B 二类 SR ,其分别参与含有乙酰 LDL 和氧化型 LDL 细胞 ,然后将其“转交”给耗能并启动吞噬的受体如 ABC21 , ( ) 的凋亡细胞的识别与清除 。A 类净化剂受体 SRA与其他大 从而完成吞噬凋亡细胞的全过程 。识别吞噬的另一特点是 多数细胞表面受体不同 ,它可和一系列不同配体有高亲合力 存在于吞噬细胞上如此多的受体似乎组成一个识别吞噬体 Φ Φ 系 ,相互分工与合作 ,并各司其职 ,在细胞凋亡的不同阶段发 的结合 。有实验表明 ,SRA 参与鼠胸腺 M或腹腔 M对凋 亡细胞的识别吞噬 ,因为抗 SRA 单抗 2F8 可特异抑制这一识 挥作用 。PSR 可能识别细胞凋亡最早期的变化 ,而其他受体 undergoing apoptosis. Immunology Today ,1993 ,14 :1312136 . 参与识别细胞凋亡的中晚期变化 ,如凋亡细胞膜蛋白的糖基 4 Ogasawara J , Watanabe 2Fukunaga R , Adachi M , et al . Lethal effect of 化或乙酰化可通过 SR 依赖的识别清除机制 。这样可保证在 the anti2 Fas antibody in mice . Nature , 1993 ,364 :8062809 . PS2依赖性机制缺乏或失去作用的情况下 ,实现凋亡细胞的 5 Casciola2Rosen LA , Anhalt G , Rosen A. Autoantigens targeted in 识别与完全清除 ,并避免凋亡细胞“逃逸”引起的组织损伤和 systemic lupus erythematosus are clustered in two populations of surface 细胞坏死 。 structures on apoptotic keratinocytes. J Exp Med , 1994 , 179 : 13172 Φ αβ有结果显示 ,M的粘附状态可调节/ TSP 的识别机 1330 . V3 6 Duvall E , Wyllie AH , Morris RG. Macrophage rocognition of cells () 制对凋亡 PMN 的清除能力 。环磷酸腺苷 cAMP的增加可快 () undergoing programmed cell death apoptosis. Immunology ,1985 ,56 : 速并特异地抑制对凋亡 PMN 的识别 。其作用是 cAMP 可能 3512358 . Φ 7 Morris RG , Hargreaves AD , Duvall E , et al . Hormone induced cell 通过改变 M骨架蛋白如肌动蛋白和 talin 等的分布而影响death. 2 . Surface changes in thymocytes undergoing apoptosis. Am J Φ M的粘附作用 。此外 ,某些微环境因素也可影响识别吞噬 Pathol , 1984 ,115 :4262436 . 机制 ,如低 p H ,含有 RGD 蛋白片段增加可抑制吞噬细胞对 8 Dini L , Autuori F , Lentini A , et al . The clearance of apoptotic cells in the liver is mediated by the asialoglycoprotein receptor . FEBS Lett , 凋亡细胞的识别 。同时 ,人们注意到凋亡细胞的识别与清除12 1992 ,296 :1742178 . 可参与炎症的发生 、发展过程 。Fadok 等的研究表明 , 没 Savill J , Dransfield I , Hogg N , et al . Vitronectin receptor mediated 9 Φ Φ 有前述识别机制的 M对凋亡后 期 细 胞 的 识 别 可 能 与 Mphagocytosis of cell undergoing apoptosis. Nature ,1990 ,343 :1702173 . ( ) 释放的炎性前细胞因子 CK如 GM2CSF 和 TNF 等有关 。CK 10 Fadok VA , Voelker DR , Campbell PA , et al . Exposure of Φ Φ 对 M的调节可能通过吸引并激活更多的 M,改变或增强 phosphatidylserine on the surface of apoptotic lymphocytes triggers Φ 对凋亡 PMN 的识别能力 ,从而终止炎症反应 。反之 ,若 Mspecific recognition and removal by macrophages. J Immunol , 1992 , 不能完全吞噬凋亡的 PMN ,就可导致慢性炎症反应 。然而 , 148 :220722216 . βα也有 PSR 、/ TSP、凝集素样受体不参与的识别吞噬机制 , v3 彭黎明. 用 Annexin 法定量分析淋巴瘤细胞凋亡与坏死 ,中华医 11 因为当单独或同时阻止上述识别机制时仍不能完全抑制吞 学检验杂志 ,1998 ,21 :53627 . Krieger M , Herz J . Structure and functions of multiligand lipoprotein 12 噬细胞对凋亡细胞的识别吞噬作用 。几乎在所有实验中 ,没 receptors : macrophage scavenger receptors and LDL receptor2related 有一种单一机制能完全解释对凋亡细胞的识别吞噬 ,这就意 () protein LRP. Annu Rev Biochem , 1994 ,63 :6012637 . 味着对凋亡细胞的识别机制值得进一步探索和研究 。 Devitt A , Moffatt OD , Raykundalia C , et al . Human CD14 mediates 13 recognition and phagocytosis of apoptotic cells. Nature ,1998 , 392 : 5052 509 . Savill J . Apoptosis. Phagocytic docking without shocking. Nature ,1998 , 14 392 :4422443 . 参 考 文 献 Fadok VA , Savill J S , Haslett C , et al . Different populations of 15 macrophages use either the vitronectin receptor or the phosphatidylserine 1 Hart SP , Haslett C , Dransfield I. Recognition of apoptotic cells by receptor to recognize and remove apoptotic cell . J Immunol , 1992 ,149 : phagocytes. Experientia , 1996 ,52 ;9512956 . 402924035 . 2 Savill J . Recognition and phagocytosis of cells undergoing apoptosis. Br ( )收稿 :1998212220 修回 :1999204216 Med Bull ,1997 ,53 :4912508 . 3 Savill J , Fadok V , Henson P , et al . Phagocyte recognition of cells ()本文编辑 :霍临明