中性粒細胞跨內皮遷移機制

1、中性粒細胞跨內皮細胞遷移機制摘要：中性粒細胞的募集是感染以及炎癥性疾病的免疫反應過程中一個不可缺少的組成部分。中性粒細胞外滲過程包含一個通過緊密協調血管壁內皮細胞間的粘附作用的順序所安排的復雜的多步級聯反應。中性粒細胞和內皮細胞包含的粘附受體和信號分子可調節(jié)進入炎癥或感染部位的嗜中性粒細胞的募集。本綜述將集中講述嗜中性粒細胞募集的最后一步,也就是通過內皮細胞的中性粒細胞的遷移。 在血液和固有免疫的第一條防線中，短命的中性粒細胞是最豐富的白細胞。中性粒細胞可以通過特異性受體檢測到細菌組成成分如脂多糖（LPS）和fMLP；這些特異性受體包括Toll-樣受體和G-蛋白偶聯受體(1)。這個過程導致中性

2、粒細胞遷移活動的上調，使中性粒細胞在幾小時之內積聚到急性炎癥部位。除了對細菌和真菌病原體起到防御作用之外，中性粒細胞也是一種輔助性T型1細胞（Th1細胞）相關（2）炎癥浸潤的標志。中性粒細胞的釋放可能導致組織損傷的部位募集細胞毒性介質，從而促進自身免疫和慢性炎癥。中性粒細胞浸潤是類風濕關節(jié)炎，血管炎，炎性腸道疾病和慢性肺疾病的一種特征性標志（3; 4）。因此，中性粒細胞外滲到炎癥，血管損傷或感染部位需要有一個嚴密的調節(jié)過程。中性粒細胞的募集需要一個粘附和遷移的多級級聯反應，這個過程需要三種粘附受體，即選擇素，整合素和免疫球蛋白超家族黏附受體，所介導的。這些步驟是：（一）最初選擇素介導的軋制，（

3、二），趨化因子誘導激活（三）整合素依賴性的穩(wěn)定的粘附和隨后的跨內皮遷移（5-7）。然而，最近的證據已經促使原來的三步粘附級聯反應的擴展，包括新獨立的步驟，如整合素介導的緊隨中性粒細胞逮捕的血管內爬行。此外，跨內皮遷移（也稱為血細胞溢出）可發(fā)生在旁細胞和跨細胞活動中（10）。在炎癥組織中進一步的內皮下間質白細胞的遷移主要由1和2整合素家族成員介導，1整合素成員包括：與間質連接的11-，21和s1-整合素；2整合素成員包括：纖維蛋白原結合的Mac - 1（11-13）。白細胞相關膜結合蛋白酶或分泌蛋白酶以及粘多糖降解酶促進這一過程，這些酶幫助中性粒細胞浸潤細胞外基質（11; 14）。在介紹了中性粒

4、細胞內皮的相互作用的不同步驟之后，本綜述將集中在講述嗜中性粒細胞募集的最后一步，即跨內皮遷移。中性粒細胞募集的多步過程 在軋制過程中，中性粒細胞與內皮細胞表面之間經歷了一個短暫的相互作用，這可使作用慢下來。軋制相互作用的最后一秒是可逆的，由于它們受弱的選擇素結合的介導，如E -，P -或L型選擇素以及它們的碳水化合物配體和P -選擇素糖蛋白- 1(PSGL-1)，軋制相互作用的最后一秒是可逆的， (15)。內皮細胞選擇素的表達和曝露，如頂點內皮細胞表面的P -和E -型選擇素，是一個緊密調節(jié)過程。P -選擇素存儲在Weibel - Palade小體，而且可以迅速易位到由幾種刺激物激活的內皮細胞

5、的細胞腔表面。截然不同的，E -型選擇素不是連續(xù)表達的，它是每隔幾個小時之后再重新合成的（15）。P -選擇素/PSGL-1相互作用主要參與了最初的共享（16），而緩慢的和更穩(wěn)定的軋制由E -選擇素介導（17）。有證據表明，最初的軋制和隨后粘附在功能上至少在兩個層面是相互關聯的：（一）有證據表明相關抗原- 1整合素，尤其是當它處于低親和力構象時，參加緩慢軋制粘連。隨后相關抗原- 1的活性構象促進軋制狀態(tài)的逮捕（18，19）。（二）第二，除了對于流動中性粒細胞來說的“剎車”功能之外，軋制作用允許中性粒細胞感覺到趨化因子的作用，與硫酸乙酰肝素蛋白多糖通過內皮細胞的細胞膜有關。該趨化因子衍生信號對啟

6、動強烈的粘附步驟（20）是至關重要的。 在激活步驟中，趨化因子包括白細胞介素- 8；化學刺激物包括補體C5a，白三烯LTB4，血小板活化因子和細菌的衍生的甲?；幕?，通過轉換低親和力，選擇素介導進入高親和力作用，整合素介導的強烈的粘附，誘導快速的中性粒細胞粘附（6;20; 21）。中性粒細胞粘附于血管內皮細胞是由整合素，VLA- 4（41）Mac - 1的（M2）和LFA- 1（L2）的相互作用介導的，作用于中性粒細胞的免疫球蛋白超家族成員如細胞ICAM- 1和ICAM-1和VCAM-1，或作用于內皮細胞表面的高級糖基化副產物受體（22）。這些內皮反受體是組成型表達（細胞ICAM- 1和ICA

7、M- 2，RAGE）或進一步上調（ICAM - 1，RAGE），或者被誘導（VCAM - 1）（22，23）。中性粒細胞外滲和免疫反應過程中整合素介導的粘附的重要性已由幾個從事小鼠一個或多個白細胞整合素缺陷（24-27），或白細胞粘附缺陷綜合征在男性中缺乏2整合素研究的研究人員所證明（22，28）。在外滲過程中，白細胞整合素的活動主要由構象變化和集群調節(jié)，然而白細胞整合素的表達只會受到輕微影響。通過“內至外”的信號激活整合素，這個過程主要受趨化因子介導，涉及幾條路徑，包括小GTP酶，（29），以及整合素的胞質尾巴的與肌動蛋白結合蛋白相互作用，從而誘導整合素構象的改變（30）。小GTP酶Rap1

8、調節(jié)調節(jié)相關抗原- 1親和力（32-35）。鳥嘌呤核苷酸交換因子(GEFs)，如CALDAG - GEFI（鈣anddiacylglycerolregulated GEFI）（36，37），VAV1（38），激活Rap1的參與調制白細胞整合親和力。CALDAG - GEFI缺陷導致在人類和小鼠體內趨化因子誘導的中性粒細胞的捕捉的減少（36，38）。此外，肌動結合蛋白如塔林蛋白（30; 39）或-輔肌動蛋白（40）以及14-3-3蛋白（41）已顯示以鏈為目標來激活整合素。塔林蛋白是一種包含兩個功能區(qū)，一個球狀頭部和棒狀域的細胞骨架蛋白。塔林蛋白的頭部被認為可誘導相關抗原L和2細胞質尾巴的分離以及

9、導致相關抗原- 1高親和力的構象的產生（42，43）。 中性粒細胞粘附到血管內皮細胞能通過整合素介導由外到內的信號進一步增強，該信號因整合素聚類和構象改變或因整合素結扎而發(fā)生。在起初的捕捉之后，兩個Src樣蛋白酪氨酸激酶可以介導相關抗原- 1和Mac - 1誘導粘附穩(wěn)定性，因為他們的抑制加速了處于流動條件下壁中性粒細胞（44）的分離。GEFs VAV1 and VAV3也有相似的功能（38）。此外，在Wiskott-Aldrich綜合征蛋白(WASp)缺陷中的中性粒細胞顯示肌動蛋白的缺陷，細胞骨架的缺陷和緊隨初始逮捕的整合素的積聚。只有在流動條件下，WASp-缺陷表型才可見(45)。被牽連到白

10、細胞后粘附增強過程中的另外一個因素是樁蛋白，它與4-整合鏈的細胞質功能區(qū)相互作用（46）。中性粒細胞跨內皮遷移 經過強烈的粘附反應之后，中性粒細胞爬過內皮細胞表面到最近的利用整合素Mac- 1和LFA - 1的交界處，這個過程被稱為運動（8）。最近，關于中性粒細胞在體內爬行已提出證據（9）?？鐑绕みw移主要以旁路方式發(fā)生，即在胞間交叉點處。特別是，三個細胞交界處，以及內皮交叉點處的地方基底膜表達較低水平的基質蛋白(48),已被提議作為遷移的中性粒細胞在體內的外滲優(yōu)先領域。此外，最近證據表明，中性粒細胞和其他的白細胞可能以一跨細胞的方式進入血管外組織，即通過內皮細胞（12，49，50）。事實上，當

11、血管內爬行在體內禁用時，跨細胞通路可能會變得更加突出（9）。體外研究結果指出了對于中性粒細胞來說，旁路途經占主導地位，然而，5的中性粒細胞被發(fā)現使用發(fā)跨細胞途經（49）。有趣的是，在中性粒細胞的遷移過程中，長壽命的TNF-預處理和ICAM - 1的超表達導致跨細胞途經的相對貢獻增加(51)。 對于旁通路，輪回中性粒細胞內皮交界處代表著主要障礙。至少有兩種類型的交界處都參與了輪回：（一）由能促進鈣依賴性的，同種細胞間的接觸維生素E -鈣粘蛋白形成的粘附交界處（zonula粘著）。細胞之間的膜相關VE -鈣粘蛋白和肌動蛋白細胞骨架的鏈接受細胞內連環(huán)的介導。（二）緊密連接（閉鎖小帶），最重要的交界處

12、，形成了密切的細胞間黏附和由三種類型的跨膜蛋白組成，occludin, claudins和交界處粘附分子(JAM)，這是與細胞內如閉鎖小帶- 1(ZO-1)的細胞骨架信號分子相鏈接的（52）。（1）維生素E-鈣粘蛋白 維生素E-鈣粘蛋白充當過路白細胞的看門人，在體內，抗體抵抗維生素E-鈣粘蛋白的抗體增加內皮細胞單層通透性和中性粒細胞率外滲（53），而在體外研究表明，在血球滲出過程中，維生素E-鈣粘蛋白的缺口瞬間形成（54）。不過，目前還不清楚，在中性粒細胞的遷移位點，維生素E-鈣粘蛋白是否從細胞交界處消失對于該過程或結果是不是一個先決條件的。一個可能的解釋是，中性粒細胞粘附血管內皮細胞導致由維

13、生素E-鈣粘蛋白的磷酸化調節(jié)的維生素E-鈣粘蛋白介導的粘附部分的減少。維生素E-鈣粘蛋白以及絲氨酸665的胞質尾的酪氨酸658 and 731的磷酸化已表明與維生素E-鈣粘蛋白的功能障礙有關(55;56)。最近，ICAM- 1介導中性粒細胞粘附內皮細胞可誘導維生素E-鈣粘蛋白酪氨酸磷酸化進而推進中性粒細胞輪回（57）。包括可以使-連環(huán)蛋白磷酸化的 GTP酶Rac1，活性氧，活性氧激活富含脯氨酸的酪氨酸磷酸化激酶2的其他途經已經被認為是信號傳導介質（58;59）。 有趣的是，中性粒細胞彈性蛋白酶的產生能夠降解細胞外部分的維生素E-鈣粘蛋白。因此，中性粒細胞可能參與這一機制，以便他們通過內皮細胞間

14、交界處（60，61）。然而，因為彈性蛋白酶缺陷或MMP- 9缺陷中性粒細胞在無流動跨內皮遷移中沒有缺陷，使得中性粒細胞蛋白酶參與的維生素E-鈣粘蛋白的蛋白水解的重要性不是很清楚（62）。（2） JAMs和相關分子 JAMs是免疫球蛋白超家族成員，包括兩個細胞外免疫球蛋白樣功能區(qū)域（63，64），由于最后羧基端的二類PDZ結構域結合基序，他們在內皮細胞和上皮細胞緊密連接處被發(fā)現，這使他們與交界處相關的PDZ-功能區(qū)相連的分子預先發(fā)生相互作用（63，64）。包括血小板，中性粒細胞，單核細胞和淋巴細胞（65）在內的不同的循環(huán)血細胞中發(fā)現JAM-A，而JAM-B 和JAM-C的表達方式更多的限制表達在

15、血小板和B細胞亞群上的JAM-C（66-69）。除了通過細胞膜末端區(qū)域的保守序列使他們的傾向在同種交互方式中相互作用（70-72），JAM-A也擔任白細胞整合素的反受體：特別是，連接 LFA-1的JAM-A (73;74),與VLA-4相關的 JAM-B(75) 和與Mac-1相互作用的 JAM-C (68)。 在中性粒細胞溢出過程中，JAM-A假設性作用的第一證據來源于實驗，該實驗證明腦膜炎JAM-A的抗體抑制中性粒細胞募集（76）。在腹膜炎實驗模型中，JAM-A 缺陷的小鼠表現出中性粒細胞募集能力的下降。但是，在這種模型中，骨髓細胞/中性粒細胞上專一的JAM-A 在遷移過程中是必不可少的，

16、而發(fā)現并不需要血管內皮細胞上的JAM-A（77; 78）。截然不同的是，在灌注損傷模型肝模型中，內皮細胞JAM-A介導中性粒細胞的外滲（78）。 JAM-C 與 Mac-1的異嗜連接被發(fā)現可介導，特別是在低轉換速率的，強烈的血小板-中性粒細胞的相互作用（68）。此外，可溶性的JAM-C阻斷中性粒細胞穿過內皮細胞和上皮細胞（79-81）。在一肺部炎癥模型中中性粒細胞聚集受到針對JAM-C的阻斷抗體的抑制，內皮細胞特異性超表達的JAM-C可使積聚增加（81）。然而，這些JAM-C的功能可以和JAM- C的缺陷小鼠證實仍存在爭議（82; 83）。除了結合到Mac - 1，JAM- B的有效結合JAM

17、- B型（84），以及在血管內皮細胞間接觸過程中針對JAM-C的游離的JAM-C/JAM-B異性抗體，從而將易接近的JAM-C呈遞給整合素Mac - 1（85）。最近，我們展示了JAM- C的功能是可以調解意想不到的內皮細胞滲透性的增加。JAM- C的敲除可增加small GTPase RAP1在血管內皮細胞的活性，促進維生素E-鈣粘蛋白介導的內皮細胞之間的連接，提呈內皮細胞中緊密交界處于粘附交界處最初的功能的相互影響（72，86）。與此相反，JAM-A能促進上皮細胞RAP1的活性（87）。總之，在中性粒細胞輪回中JAM-C作用的潛在機制是相當的復雜。這還有待確定在體內中性粒細胞外滲中過程中起

18、到介導JAM- C的作用的其他途徑。 JAM-A相關的內皮選擇粘附分子(ESAM)與JAMs不同，她有一個較長的以型PDZ結構域結合基序（63）結束的胞質尾。在最近的一次研究中，ESAM缺陷小鼠顯示中性粒細胞減少，在硫乙醇酸鹽引起腹膜炎中延遲中性粒細胞的積聚，以及對腫瘤壞死因子-或IL -1的刺激（88）。一個可能的解釋是ESAM表達調節(jié)RhoA GTPase的活性，她參與調節(jié)內皮屏障和中性粒細胞輪回（89，90）。這是耐人尋味的，據推測，JAMs和相關的分子如ESAM調節(jié)內皮細胞內小GTPases的活性，從而參與中性粒細胞的輪回。然而，基礎機制的細節(jié)尚未定義和值得進一步研究。(3) 血小板內

19、皮細胞粘附分子-1（PECAM- 1）和CD99 PECAM-1是含有六個Ig功能區(qū)的免疫球蛋白超家族成員，在血管內皮細胞間的邊界處還有血小板，中性粒細胞，單核細胞和某些T細胞（91，92）上表示。PECAM-1的Ig功能區(qū)的兩個氨基末端參與了同種抗原的相互作用，該作用被認為在中性粒細胞跨內皮遷移過程中發(fā)生。阻塞PECAM-1的同種抗原相互作用抑制體內和體外的中性粒細胞的跨內皮細胞遷移（93-97），并在PECAM 1 -依賴的步驟，阻斷白細胞仍然附著在血管內皮細胞的頂面。內皮細胞PECAM 1在細胞質膜的交界處于亞交界處之間循環(huán)，以活性白細胞輪回（97）區(qū)域為目標。在小鼠品系C57BL /

20、6中PECAM-1敲除小鼠中性粒細胞的募集量沒有減少（98），但是，養(yǎng)殖成不同的品系小鼠出現在腹膜發(fā)炎部位募集的中性粒細胞數量的減少現象（99）。有趣的是，我們發(fā)現PECAM-1缺陷影響IL-1，但對腫瘤壞死因子-誘導的炎癥無影響（100）。 除了陽離子獨立免疫球蛋白域1和2依賴同種約束力的粘附分子1，由免疫球蛋白域6的分子介導的陽離子依賴粘附分子-1異嗜性相互作用已被指出參加中性粒細胞外滲的最后一步，即通過基底膜的遷移（94）。在這個方面，我們最近發(fā)現了Ly-6家族的一員，CD177,作為一種新的異型合子PECAM-1的結合的合作伙伴。CD177是長度為58 - 64 kDa的糖基磷脂酰肌醇

21、（GPI）的錨定糖蛋白，它在中性粒細胞上專一性表達，但在其他血細胞上不表達。與此相反的同種PECAM-1的相互作用，CD177和PECAM-1之間的異嗜性相互作用能被抗PECAM-1的Ig區(qū)域的抗體阻斷。此外，我們證明了中性粒細胞跨內皮細胞遷移過程中的異噬性相互作用功能（101）。 另一個有趣的發(fā)現是，PECAM-1同種連接導致遷移中的中性粒細胞的層粘連蛋白受體61-整合素的上調從而增強了的中性粒細胞基底膜隨后滲透性。因此，應對抗61-整合素抗體的中性粒細胞被困在內皮細胞和基底層之間（102）。這些調查結果還指出一個事實就是PECAM-1作為一種信號受體。PECAM-1包含兩個免疫受體酪氨酸抑

22、制堿基序列，這些序列參與含有磷酸酶的Src-同源-2介導的信號，如SHP-1 和SHP-2 (103-105)。此外，PECAM-1的抗體交聯已顯示可上調中性粒細胞和其他白細胞中1- 和 2-整合素的活性（106，107）。 CD99是一種在中性粒細胞和其他白細胞和內皮細胞間交界處表達的高度O型糖化分子，它以同種方式進行調解中性粒細胞的輪回（108）。它控制血細胞外滲的一個步驟，該步驟有別于和朝向PECAM-1介導的步驟，阻斷在CD99相關步驟的細胞在穿越內皮細胞交界的中途被捕捉（108; 109）。最近，克隆出小鼠CD99和抗小鼠CD99的抗體抑制抗原特異性T細胞的募集到皮膚的炎癥部位和水腫的形成（110）。此外，我們發(fā)現內皮細胞CD99蛋白參與體內中性粒細胞的外滲（110）。CD99L2是最近確定表達在白細胞和含有32氨基酸的VD99蛋白的內皮細胞的