輔助T細胞分化

1、Help T細胞的分化調控CD4+ Th細胞激活后分化為功能不同的Th1和Th2效應細胞,Th1細胞分泌IL2、IFN、TNF等介導細胞免疫應答、遲發(fā)型超敏反應和器官特異自身免疫性疾病在宿主抗胞內病原感染中起重要作用。Th2 細胞產生IL4、IL5、IL6、IL9、IL10、IL13等細胞因子介導體液免疫應答、過敏性和感染性疾病在拮抗胞外病原體(如細菌、寄生蟲) 、B 細胞增殖分化以及哮喘病等方面具有重要作用。近年來，人們對初始CD4 +T細胞分化為Th1或Th2細胞的機制進行了廣泛而深入的研究，已取得一些共同的認識：雙信號刺激活化CD4+T細胞,活化信號傳向胞內、啟動多條信號轉導通路,激活轉

2、錄因子、繼而轉錄因子結合到目的基因的啟動子區(qū)、促使原癌基因、細胞因子基因及其受體基因表達。細胞因子可經自分泌和旁分泌作用促使T細胞克隆擴增，之后分化為功能各異的Th1和Th2 效應細胞，部分分化為記憶細胞。在Th細胞分化過程中,細胞因子被認為是最主要的因素。1、TCR 和協同刺激信號1.1 TCR- CD3TCR與MHC：抗原肽復合分子的結合為T細胞激活所需的第一信號。TCR2CD3 激活后,CD3 的免疫受體酪氨酸活化基序( Immune receptor tyrosinebased activation motifs，ITAM) 可轉導胞外刺激信號。研究發(fā)現,在無IL4和IL12的T細胞分

3、化早期,TCR 活化信號影響Th1PTh2 的分化決定:MEKPERK激活、Ca2 +流增加驅使T細胞向Th1 分化；PKC激活或鈣調磷酸酶部分阻斷則驅使T細胞向Th2分化。另外，弱TCR 活化信號能激活Ca2 +流信號誘導IL4合成，促使T細胞向Th2分化；強TCR活化信號可激活MAPK通路誘導IFN2合成，促使T細胞向Th1分化。TCR 觸發(fā)時間的長短也影響Th細胞的分化；IL12存在時，短暫的TCR觸發(fā)啟動Th1分化,長時間的TCR觸發(fā)則啟動Th2 分化。1.2 CD4CD4 為T細胞的輔助受體，在T細胞活化早期能與MHC類分子結合，并通過蛋白酪氨酸激酶LcK轉導信號，LcK缺失的CD4

4、+T細胞可出現Th2分化障礙,Tec家族激酶Rik 和Itk (Lck 下游分子)在Th2分化過程中亦起重要作用。1.3 CD28及其同系物CD28 與活化APC 上的B7.1 (CD80) 或B7.2(CD86)的結合為T細胞活化提供第二個信號。IL4、IL5 以及IL10的產生需要CD28 協同刺激,CD28能增加胞內轉錄因子NF-AT2 (nuclear factor of activated T cells 2)的累積,缺失時CD4 + T細胞僅分泌IFN。B7分子敲除的APC實驗研究亦證實IL4 的產生和Th2分化高度依賴于B7 ,而有實驗發(fā)現CD28能導致膜脂質微小區(qū)域的重組和持續(xù)

5、的酪氨酸磷酸化,但CD28介導Th2分化的分子機制目前尚不清楚。最近,Skapenko等發(fā)現記憶T細胞CD28 能啟動IL4基因轉錄,并激活PI3激酶、JNK-SAPK以及p38 MAP通路,CD28-B7誘導Th2分化要依賴于IL4的表達、p38 以及ERK-MAP通路的激活。因此,CD8可能可以放大誘導Th2分化的TCR 活化信號。CTLA4是CD28的同系物,表達于活化T細胞，與B7結合的親和力是CD28的10倍，缺乏CTLA4可出現多克隆T細胞激活增殖紊亂。CTLA4敲除T細胞能分泌高濃度IL4和IL5，提示CTLA4 在Th2分化誘導中起下調CD28的作用。誘導性協作刺激因子( in

6、ducible costimulator ,ICOS) 是近來發(fā)現的CD28同系物,亦表達于活化T細胞。與CD28 和CTLA4 不同的是, ICOS 不與B7結合,而與B7RP1 (B7 的同系物之一) 結合。ICOS缺失小鼠T細胞分泌的IL4明顯降低,而IFN未見異常。因此，ICOS 能潛在地調節(jié)T 細胞的分化發(fā)展。2、IL12眾多來源的IL4 能通過STAT6 誘導Th2分化,但最初驅使分化的IL4 源自何處,目前尚不清楚。IL4 基因定位于11號染色體,此部位還有IL5、IL13 基因。在IL4 和IL13 基因位點處發(fā)現了與Th2分化相關的幾個DNA 酶I高敏感位點,提示:在Th2分

7、化時伴隨有這些Th2型細胞因子基因位點的染色質重組。已證實核小體上組蛋白的高乙?；cIL4、IL5、IL13等基因相關,且這種Th2特異的高乙?；蕾囉赟TAT6 和GATA3 ,并伴隨IL4、IL13基因的轉錄表達。目前在IL13 基因位點上游1. 6kbp處, 發(fā)現了一段保守的GATA3 反應元件(GATA3 response element ,CGRE) 序列,它能與GATA3、組蛋白乙?；D移酶復合物以及RNA 聚合酶結合,并具有增強上述Th2 型細胞因子基因啟動子的作用。通過對IL4 基因啟動子的研究,亦發(fā)現多個與IL4 基因表達有關的轉錄因子,如NFAT2AP1、GATA3、c

8、maf 以及JunB 等。另外, IL13 能與IL4 受體鏈結合,調節(jié)Th2 分化； IL26 能上調細胞因子信號抑制分子1 ( suppressor of cytokine signaling1 ,SOCS1) 表達而抑制Th1 分化,同時促進活化CD4+T 細胞分泌IL4 誘導Th2 分化。3、轉錄因子 3.1 NF2ATNF2AT家族有5個成員:NF2AT1 (NF2ATp) 、NF2AT2 (NF2ATc) 、NF2AT3、NF2AT4、NF2AT5 ,均有高度保守的DNA 和鈣調磷酸酶結合位點。前4者位于胞漿中,NF2AT5 則位于胞核內。鈣調磷酸酶磷酸化介導NF2AT 的核內轉運

9、,而RasPRaf2MEK2ERK等蛋白激酶的激活使得NF2AT 與AP21 結合,形成NFAT2AP1復合物與DNA 結合。許多表達于活化T 細胞的基因啟動子或增強子處均存在NF2AT 結合位點,如IL2、IL4、IL25、IFN 等。敲除NF2AT2 的小鼠,IL4 等Th2 型細胞因子表達受抑制,呈現Th2 分化缺陷,敲除NF2AT1 或同時敲除NF2AT1 和NF2AT4 小鼠卻出現截然相反的結果。這說明NF2AT1、NF2AT2 能與IL4 啟動子的NFAT2AP1 位點結合,功能各異地調節(jié)IL24 轉錄。Porter 等報道, ERK1、JNK3、p38參與了NF2AT的磷酸化調節(jié)

10、,并能抑制NF2AT2的核轉運。3.2 GATA23GATA23 屬于GATA 家族,表達于初始CD4+ T 細胞和朝Th2分化的Th0細胞,是Th2 分化調節(jié)的重要轉錄因子。過度表達GATA23 的轉基因小鼠T 細胞能表達IL4、IL5、IL6、IL10 和IL13 等Th2 型細胞因子mRNA，通過反義技術抑制GATA3 表達,這些Th2 型細胞因子mRNA 的表達亦受抑制。然而,IL4 基因近側啟動子區(qū)并不存在GATA23 結合位點,因此有人認為GATA23 可能是一個Th2 特異的增強子,或是作為一個局部控制區(qū)域(如在IL4、IL5、IL13 區(qū)域) 存在。在STAT6 敲除的T 細胞

11、中, GATA23 亦能誘導Th2 型細胞因子表達,導致Th2 分化,并在IL4 基因定位處發(fā)現Th2 特異的DNA 酶I 高敏感位點;同時,GATA3 能與NF2AT 結合而誘導IL5 啟動子的活性。近來研究發(fā)現一種稱為FOG ( Friend of GATA) 的結構分子,該分子表達于初始Th 細胞,起抑制GATA23 的作用。3.3 c2mafc2maf 是基本區(qū)域P亮氨酸拉鏈(basic region/leucine zipper) 轉錄因子,特異表達于Th2 細胞,是最早被克隆的Th2 特異性轉錄因子。以往認為,c2maf激活后不影響其它Th2 型細胞因子的表達,只是通過選擇性地與I

12、L24 近側啟動子結合,誘導IL24 表達促使Th2 分化。最近,哈佛醫(yī)學院的研究人員發(fā)現,c2maf 亦可通過IL22R(CD25) 介導但不依賴IL4 的途徑促使Th2 分化。c2maf 滅活或敲除時,Th2 分化和相應細胞因子分泌照常進行,推測可能與IL13的補償作用有關。3.4 T-betT-bet (亦稱T-box 21) 能激活IFN表達,是新近發(fā)現的Th1 特異性轉錄因子。T-bet 能誘導IFN-等位基因染色質重組和轉錄激活IFN-基因,亦能誘導IL12R2亞單位表達,促使Th1 分化。若將T2bet導入已分化的CD4 Th2 細胞,出現IFN2分泌增強,IL4、IL5 等Th

13、2 型細胞因子產生受阻,細胞朝Th1分化。研究發(fā)現,T2bet 誘導的Th1 分化不依賴于IL12-PSTAT4 或IL18 , 但受IL4-PSTAT6 的抑制。然而,STAT 與T2bet 之間的關系目前尚不清楚。3.5 CPEBP 和JunB與c2maf 類似,CPEBP 家族成員(如CPEBP) 亦能與IL4 啟動子結合,是內源性IL4 表達的潛在誘導因子。同時,CPEBP 亦能抑制IL22 和IFN-RNA 的合成,但不影響其它Th2型細胞因子。JunB 屬于c-jun轉錄因子家族,選擇性表達于Th2 效應細胞,能與AP21 特異結合,激活IL-4 轉錄。JunB 介導的IL-4 表

14、達需要JNK激酶和c2maf 的協作,并能誘導分化中的Th2 細胞產生IL-5、IL-6 和IL-10。4、Th 細胞分化中的信號通路4.1 JAK-STATJAK-STAT 是細胞因子受體介導的主要信號轉導通路。IL-12 能通過STAT4 介導Th1 細胞分化, IL-4 可通過STAT6 介導Th2 細胞分化。然而,STAT 介導的目的基因尚不清楚,在IL-4 啟動子附近亦未發(fā)現STAT 結合位點。盡管STAT4 或STAT6 基因敲除實驗顯示IFN-或IL-4 依然正常分泌,但缺少STAT信號時GATA23、T-bet 以及細胞因子的表達則大受影響。推測STAT 與GATA23、c2m

15、af 、T2bet 等轉錄因子密切相關,闡明這些內在的聯系有助于搞清Th 細胞分化的分子機制。Bcl26 由于能與STAT6 競爭相同的結合位點,被認為是Th2的負向調節(jié)因子。新近發(fā)現SOCS5 能通過與IL-4R 的相互作用,負向調節(jié)IL-4PSTAT6 通路,從而抑制Th2 分化。4.2 MAPK 哺乳動物的MAPK信號通路包括細胞外信號調節(jié)激酶(ERK) 、c-Jun N 端激酶(JNK)P應激激活的蛋白激酶(SAPK) 、P38MAPK 以及ERK5PBMK1 四條途徑。每條通路均通過保守的三級酶促級聯反應MAPKKKMAPKK(MKK) MAPK激活轉錄因子,調節(jié)特定基因的表達。ER

16、K位于癌基因Ras下游,Ras等不同激活信號通過Raf2MEK1 途徑激活ERK,通常稱Ras2ERK通路,包括ERK1 和ERK2。前已述及TCR 激活信號能激活MEKPERK,促使Th1分化。H2Ras 轉基因小鼠研究卻發(fā)現,Ras2ERK通路經非TCR 激活信號激活后,能上調JAK1激酶活性,促進STAT6 酪氨酸磷酸化,并提示Ras-ERK與JAK-STAT通路之間存在交叉?？梢?Ras2ERK通路與Th 細胞分化的確切關系尚待研究。p38蛋白有4種亞型:p38-、p38-、p38-和p38-。MKK3、MKK6 是其主要的蛋白激酶,應激或炎癥刺激等情況下可被激活。p38 激活后的直接

17、底物為MAPK激活的蛋白激酶(MAPKAPK)22P3 ,其目的基因啟動子中含有CRE 或能與CREBPATF 和AP21 家族相互作用敏感的反應元件。p382、MKK3P6等轉基因動物實驗發(fā)現抑制p38MAPK 通路的激活,IFN2水平明顯下降。由于IFN2啟動子近側和遠側功能性活化元件處存在c-junPATF2 結合位點以及一系列其它ATF結合位點,且近側IFN2元件攜帶c-junPATF2 結合位點, 呈現Th1 特異性。因此,p38MAPK通路可能通過激活IFN2 轉錄,促使Th1細胞分化。JNK亦是一種應激激活的蛋白激酶,包括JNK1P2P3。激活的磷酸化級聯反應為MEKK1 ,2

18、MKK4PSEK1 JNKPSAPK(MKK7 亦能激活JNK) 。JNKPSAPK能使c2jun、ATF22 等磷酸化并增加其轉錄活性,促進c-fos、c-Jun、ATF22 調節(jié)基因的表達。JNK2 基因敲除研究發(fā)現小鼠IFN2水平降低,Th1 免疫應答缺陷,但Th2 免疫應答不受影響。將IFN- 加入JNK2缺失的T 細胞中則能恢復上述缺陷,產生正常的Th1免疫應答。JNK1 敲除的小鼠呈現強烈的Th2 免疫應答,即使在Th1 條件下亦產生大量IL-4、IL-5 和IL10 等Th2 型細胞因子,進而發(fā)現JNK1 敲除小鼠核內NF-AT2 水平上升,提示JNK1 能負向調節(jié)核內NF2AT

19、2 的水平,從而影響Th2 型細胞因子產生。4.3 NF-BPI-B正常情況下,NF2B 與其抑制因子I-B 存在于胞漿中。隨著上游激酶(NF-B誘導激酶或MEKK1) 的激活,I-B 激酶活化并出現I-B 蛋白磷酸化,導致它們與NF-B 分離并降解,而游離的NF2B則轉入胞核內轉導激活目的基因。NF-B 因子在Th細胞分化中的作用研究目前剛起步。已有研究發(fā)現,抑制NF2B 活性可阻斷GATA23 表達和Th2 型細胞因子產生。5、 結語細胞分化過程本質上是細胞基因的按序表達和選擇性表達的結果,因此,細胞分化調控的基本規(guī)律就是基因表達調節(jié)。對于Th 細胞分化而言,最終表現為控制細胞應答的有關基

20、因的活化與表達,細胞信號轉導通路在此起了重要的中介作用。近幾年,Th 細胞分化機制研究進展迅速,已認識到TCR 活化信號、輔助受體以及細胞因子環(huán)境等因素共同介導了Th1PTh2 細胞的分化方向,并逐步深入到轉錄因子、信號轉導、基因調控水平。我們相信,Th 細胞分化的復雜性、調節(jié)的精確性以及信號通路和相關因子的交叉性等問題的最終闡明,必將給免疫性疾病的藥物治療帶來重大突破。相關通路指標：T-Cell Activation: Regulators of T-Cell Activation: CD2, CD276, CD47, DPP4, CD3D, CD3E, CD3G, CD4, CD7, CD

21、80, 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, RIPK2, TNFSF14. T-Cell Differentiation: ADA, APC, BCL2, BLM, CD1D, CD2, CD27 (TNFRSF7), CD4, CD80, CD86, EGR1, IL12B, IL15, IL2, IR

22、F4, NOS2 (iNOS), PTPRC, SOCS1. T-Cell Polarization: CCL3, CCR1, CCR2, CCR3, CCR4, CCR5, CD274, CD28, CD4, CD40LG (TNFSF5), CSF2 (GM-CSF), CXCR3, CXCR4, IFNG, IL12A, IL12RB1, IL12RB2, IL18R1, IL2, IL4, IL4R, IL5, TGFB1. Regulators of Th1 and Th2 Development: CD2, CD40 (TNFRSF5), CD5, CD7, CSF2 (GM-CS

23、F), IFNG, IL10, IL12A, IL13, IL3, IL4, IL5, TLR2, TLR4, TLR9. Th1 & Th2 Differentiation: CD28, CD40 (TNFRSF5), CD40LG (TNFSF5), CD86, IFNG, IL12A, IL12B, IL12RB1, IL12RB2, IL18, IL18R1, IL2, IL2RA, IL4, IL4R, IL6.B-Cell Activation: Antigen Dependent B-cell Activation: CD28, CD4, CD40 (TNFRSF5),

24、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,