活性氧調(diào)控免疫應答的作用及機制,免疫學論文

活性氧調(diào)控免疫應答的作用及機制,免疫學論文活性氧〔Reactiveoxygenspecies,ROS〕是一群具有較強氧化能力的分子的總稱[1].生物體內(nèi)的ROS包括超氧陰離子〔O2-〕、羥自由基〔OH〕、過氧化氫〔H2O2〕、單線態(tài)氧〔O2〕.活性氧在免疫系統(tǒng)中主要來源于細胞膜的NADPH氧化酶復合體2〔Nicotinamideadeninedinucleotidephosphateoxi-dase,NOX2〕,并在淋巴細胞間的信號轉導發(fā)揮宏大作用[2].早在1980年人們就認識到ROS在固有免疫中作為主要武器對抗病原體的重要作用，現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)其在不同濃度的情況下在獲得性免疫中的重要調(diào)節(jié)作用。1ROS的功能之前的觀點以為ROS是一類細胞內(nèi)毒性物質(zhì)，到后來從被證明能夠激活胞漿內(nèi)的第二信使鳥苷酸環(huán)化酶〔cGMP〕開場，ROS在細胞信號轉導中發(fā)揮的作用越來越遭到人們的重視。O2-是線粒體產(chǎn)生ROS的前體，其他形式都是由生物體內(nèi)各種酶催化O2-而來。華而不實超氧岐化酶〔SOD〕能夠催化O2-轉化為H2O2.H2O2是ROS中最穩(wěn)定的形式且擴散能力較強，但是據(jù)資料顯示它的穩(wěn)定會遭到細胞內(nèi)的pH和氧化復原平衡影響[3].H2O2的強擴散力主要由于它能夠自由進出細胞膜，而近期證據(jù)表示清楚：過氧化氫可能通過細胞水通道蛋白優(yōu)先進入特定的細胞[4].H2O2主要通過氧化多種蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基〔-SH〕來實現(xiàn)信號轉導。它具有靶向可逆的氧化半胱氨酸的硫化物〔-SH〕為次磺酸〔-SOH〕.帶電的氨基酸能夠使正常的半胱氨酸殘基pKa8.5降低到pKa5下面，這種低pKa半胱氨酸能夠成為H2O2的氧化目的。這個發(fā)現(xiàn)支持過氧化氫能夠作為第二信使[13,14].H2O2能夠以模擬配體的方式來激活多種受體信號通路。它能夠直接激活部分受體或者激活含有蛋白質(zhì)酪氨酸激酶〔PTKs〕的通路。另一個通路是抑制蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶〔PTPs〕的激活。PTP主要在受體激活通路的信號傳遞中起抑制作用并且抑制PTK的活化。一些像染色體的張力蛋白〔PTEN〕和促分裂原活化激酶〔MAPK〕之類的磷酸酶可以以被H2O2所抑制[5].2免疫應答中ROS的來源在有氧呼吸經(jīng)過中，多數(shù)真核細胞都可產(chǎn)生ROS介入細胞間的轉導。線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞鏈是細胞內(nèi)ROS產(chǎn)生的主要部位。在線粒體內(nèi)膜呼吸鏈的5個復合物中，小部分電子由復合物Ⅰ、復合物Ⅲ漏出，使分子氧復原生成O2-.免疫系統(tǒng)中吞噬細胞是最早發(fā)現(xiàn)能夠產(chǎn)生ROS,隨著檢驗探測技術的發(fā)展，研究者用胞內(nèi)熒光探針如二氯熒光黃雙乙酸鹽〔DCFH-DA〕、二氫乙啶〔DHE〕、雙氫羅丹明〔DHR〕等，通過流式細胞分析儀檢測單個細胞合成的ROS已經(jīng)證明T、B淋巴細胞也能產(chǎn)生ROS.十分是T細胞受體TCR活化后的2~4min就有ROS產(chǎn)生，這提示ROS是TCR活化的經(jīng)過中的潛在作用分子[6].淋巴細胞主要通過細胞質(zhì)膜上NADPH氧化酶復合體2產(chǎn)生，而NADPH氧化酶復合體2缺陷的小鼠T細胞ROS產(chǎn)生減少并且該小鼠獲得慢性肉芽腫性病〔Chronicgranulomatousdisease,CGD〕,充分講明NADPH氧化酶復合體2是免疫系統(tǒng)產(chǎn)生ROS的重要來源[7].3活性氧調(diào)控免疫應答的作用及機制3.1活性氧在先天免疫中的作用早在1980s人們就認識到中性粒細胞在病原體入侵機體時能夠產(chǎn)生大量的ROS來消滅病原體。ROS在先天免疫應答中不僅對病原體有直接殺傷作用，還能夠通過調(diào)節(jié)NK細胞活性來介入一系列抗菌活動。3.1.1活性氧的抗菌作用機體遭遇病原體入侵時，中性粒細胞、吞噬細胞呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量的ROS.由此產(chǎn)生的ROS為抵抗病原體的主要武器。缺乏NADPH氧化酶復合體2的患者先天免疫低下而易患各種感染。固然NADPH氧化酶復合體2主要產(chǎn)生超氧化物，但由于其相對于其他形態(tài)ROS的不活潑踴躍性，因而對超氧化物直接殺傷病原體的能力仍然存在爭議[2].反而由于其本身的不穩(wěn)定性，超氧化物會轉化成其他更穩(wěn)定的形式。在超氧岐化酶的催化下超氧化物歧化成H2O2,而H2O2能夠氧化靶蛋白的半胱氨酸殘基或構成二硫化物到達殺傷病原體的目的。H2O2和氯離子Cl-在髓過氧化物酶的作用下產(chǎn)生次氯酸〔HOCl〕.HOCl和H2O2能夠在局部聚集一定的濃度產(chǎn)生殺菌作用。然而，近期的研究結果表示清楚，ROS不僅直接用于殺死病原體，還發(fā)動其他抗菌策略。中性粒細胞是人體最多的免疫細胞，它是人體免疫的第一道防線，甚至細胞死亡后能夠構成中性粒細胞胞外網(wǎng)狀陷阱〔NETs〕.NETs包括DNA/組蛋白骨干和抗菌素肽。這些網(wǎng)狀構造能夠阻止病菌的擴散，而且來自中性粒細胞顆粒的抗菌蛋白具有殺菌作用。但是有NADPH氧化酶復合體2缺陷的病人則不能構成這種陷阱講明來源NADPH氧化酶復合體2的ROS在這一殺菌機制中有重要的作用[8].3.1.2活性氧調(diào)節(jié)自然殺傷細胞的活性不需要與抗原接觸，NK細胞是先天免疫系統(tǒng)的主要作用細胞能殺傷惡性細胞和已感染的細胞，并且NK細胞通過大量的細胞毒素對癌癥起到免疫監(jiān)視作用。1980年的研究揭示了NK細胞碰到癌細胞早期會促進ROS的產(chǎn)生并且這對NK細胞介導的細胞溶解是必需的。來自慢性肉芽腫性病患者的NK細胞在缺乏NADPH氧化酶復合體2的情況下，仍擁有正常的溶解功能，隨后實驗證明可能來自脂氧合酶途徑[6].有數(shù)據(jù)證明單核細胞能夠抑制NK細胞的活化、增殖、IFN-分泌和細胞毒性。而來自慢性肉芽腫性病患者的單核細胞卻不抑制NK細胞功能，表示清楚NADPH氧化酶復合體2產(chǎn)生的ROS在這里抑制中的主要作用因子[6].組胺與H2受體結合可產(chǎn)生解除單核細胞抑制NK細胞的作用，而單核細胞本身能夠抑制組胺的產(chǎn)生。IL-12最初能夠激活NK細胞，但延長IL-12的作用會誘導NK細胞的凋亡，并降低NK細胞的細胞毒性和IFN-的分泌。數(shù)據(jù)表示清楚延長IL-12的刺激作用會導致ROS的聚集，進而使細胞釋放細胞色素c,而高濃度的ROS會抑制NK細胞的細胞毒性并且誘導凋亡。3.2活性氧在獲得性免疫中作用ROS不僅僅是先天免疫的主要武器，而且從影響抗原提呈細胞的成熟分化到調(diào)節(jié)T、B細胞的活化、增殖、凋亡來調(diào)節(jié)獲得性免疫。有數(shù)據(jù)顯示提高胸腺細胞內(nèi)的ROS濃度會影響正常T細胞的發(fā)育而損害哺乳動物的獲得性免疫系統(tǒng)[15].3.2.1活性氧對抗原提呈細胞的作用樹突狀細胞〔Dendriticcell,DC〕是體內(nèi)最主要的抗原提呈細胞，能夠啟動一系列免疫反響。在體內(nèi)，當遭到外源病原體的刺激時，DCs捕獲大量的抗原并且把它們提呈給T細胞去引發(fā)抗原特異性免疫應答。當獲得功能性成熟型表型DCs將下調(diào)他們抗原捕獲能力而上調(diào)抗原提呈能力和協(xié)同刺激分子的表示出。H2O2能夠上調(diào)DC的HLA-DQ、DR分子和協(xié)同刺激分子CD40和CD86的表示出，同時下調(diào)CD32和CD1來誘導DC的表型和功能成熟，降低DC的抗原捕獲能力促進抗原呈遞作用[9].有實驗用蛋白水解酶阻斷MG-132預處理DCs,該物質(zhì)能夠阻斷NF-B活性，結果H2O2對處理后的DCs誘導其CD86上調(diào)的作用大大減弱。數(shù)據(jù)表示清楚H2O2能夠通過NF-B機制來誘導DCs的表型和功能的成熟。同時發(fā)現(xiàn)經(jīng)過H2O2處理后的DCs比正常的DCs更能誘導T細胞的增殖，該作用可被自由基去除劑N-乙酰半胱氨酸NAC所抑制。相反，有結果也顯示：膀胱癌患者中的ROS可能下調(diào)DC呈遞腫瘤抗原給CTL進而抑制CTL對膀胱癌T-24的殺傷能力，并且這種抑制作用隨濃度的降低逐步減弱。當前以為正常的機體處于氧化復原的平衡狀態(tài)，機體本身有強大的代償作用。當機體產(chǎn)生ROS時同時也會產(chǎn)生抗氧化物質(zhì)。當機體處于急性或慢性炎癥時氧化平衡點可能不同而ROS會顯示不同的作用。3.2.2活性氧對淋巴細胞的作用活性氧激活淋巴細胞如今已明確ROS十分是H2O2能作為第二信使介入淋巴細胞的活化。ROS能激活JNK-1通路進而引起IL-2的表示出，而IL-2是作為T淋巴細胞活化的第三信號[6].早期抑制NADPH氧化酶復合體2來阻斷該來源的ROS產(chǎn)生會抑制淋巴細胞的活化[20].T細胞在辨別抗原和活化經(jīng)過中需要和APC通過免疫突觸嚴密接觸。NADPH氧化酶復合體2是APCs膜的組成成分，并且由脂筏運輸?shù)矫庖咄挥|，在免疫突觸這局部微環(huán)境內(nèi)O2-歧化的H2O2能夠聚集足夠的濃度來氧化半胱氨酸，進而激發(fā)T細胞活化通路[17].蛋白酪氨酸激酶〔PTK〕和蛋白酪氨酸磷酸酶〔PTP〕是淋巴細胞活化和失活的兩大對立的含有半胱氨酸的酶系統(tǒng)，也是ROS的主要作用靶點。在抗原和病原體的刺激下，靜息狀態(tài)下的B細胞活化生成漿細胞并產(chǎn)生抗體。有實驗證明用過礬酸鈉〔PTP的抑制劑〕取代抗原與B細胞孵育，B細胞會產(chǎn)生更多的抗體。Ig和Ig尾端都帶有一個含有酪氨酸激活基序〔ITAM〕.靜息狀態(tài)下ITAM被活性PTP抑制而在BCR的活化中產(chǎn)生的ROS能夠抑制PTP進而解除對ITAM的抑制[11].有3個PTK〔Lyn、Syk和Btk〕和一個PTP〔SHP-1〕介入BCR的信號轉導。雙磷酸化的ITAM允許帶有SH2氨基末端的Syk和BCR相連，這刺激更多的Syk激活和產(chǎn)生。SHP-1則能夠抑制Syk的活性。更有實驗證明，ROS能夠通過氧化PTP的半胱氨酸殘基使之失活進而解除PTP對ITAM的抑制，ITAM活化后能夠激活Syk,Syk又能夠刺激更多的ROS產(chǎn)生進而放大刺激BCR的活化。而在T細胞內(nèi)，ROS十分是H2O2抑制PTP能夠促進細胞內(nèi)MAPK的磷酸化來促進T細胞的活化[12,14].活性氧與淋巴細胞分化、增殖和信號轉導實驗表示清楚淋巴細胞的分化和增殖伴隨著ROS濃度的增加。體外用分裂素刺激B淋巴細胞實驗中，最初2hROS的濃度僅輕度增加，而24h后則增加明顯，伴隨著抗氧化物質(zhì)的明顯增加[19].ROS能夠直接或間接作用于多種轉錄因子如：p53、jun、Akt等介入調(diào)控MAPK和NF-B等信號通路來介導淋巴細胞分化、增殖和信號轉導。MAPKs對氧化復原十分敏感并且與細胞的增殖、分化、凋亡密切相關。該信號系統(tǒng)主要包括細胞外信號調(diào)節(jié)激酶〔ERK〕、c-JunN端激酶JNK和P38MAPK三條途徑。通常ERK主要接受生長因子的刺激，活化后激活轉錄因子活化蛋白-1〔AP-1〕來介導細胞增殖和分化。而JNK和P38MAPK激酶介導細胞凋亡[11].NF-B是最早發(fā)現(xiàn)的與細胞氧化復原狀態(tài)密切相關的轉錄因子。NF-B由P50、P65和抑制亞基I-B組成。I-B的磷酸化后被蛋白綴合酶降解，NF-B活化入核進而發(fā)揮其作用。ROS通過加強蛋白綴合酶的活性來促進I-B的降解進而加強NF-B的活化。活性氧與淋巴細胞凋亡ROS不僅能夠促進淋巴細胞的活化和增殖，還能夠調(diào)節(jié)淋巴細胞的凋亡。在免疫應答晚期，僅小部分的T細胞轉變成記憶細胞而存活，大部分的T細胞發(fā)生凋亡來維持機體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。淋巴細胞的凋亡可分為活化誘導的細胞凋亡〔AICD〕,及活化T細胞的自發(fā)死亡〔ACAD〕.ROS主要通過調(diào)控Fas〔CD95〕的表示出來調(diào)節(jié)AICD.當T細胞處于靜息狀態(tài)CD95處于低水平，當T細胞活化后ROS通過調(diào)控NF-AT、NF-B轉錄因子來上調(diào)CD95的表示出[7].當Fas與相應配體FasL〔CD95L〕結合后，F(xiàn)as受體三聚化而活化，激活的受體與FADD結合，與Caspase-8互相作用使后者激活，構成死亡誘導信號復合物，再激活一系列的Caspase-1,3,7等，促進Fas蛋白所在細胞的凋亡發(fā)生[11].ACAD又稱受體饑餓性細胞凋亡或者線粒體途徑凋亡。華而不實Bcl-2家族是ACAD的主要作用因子。華而不實抗細胞凋亡的Bcl-2家族成員的表示出水平對細胞存活起決定性作用[18].ROS通過下調(diào)抗細胞凋亡的Bcl-2〔BH-3only〕分子來增加線粒體膜的通透性，增加線粒體通透性轉運孔道〔MPTP〕開放。ROS可氧化通透性轉換蛋白來影響線粒體的陰離子通道。當線粒體暴露于H2O2,線粒體膜電位下降，細胞色素C釋放。而細胞色素C的釋放又會導致更多的ROS產(chǎn)生，這樣的正反應放大經(jīng)過加速細胞的凋亡。ASK1是JNK的上游激酶，生理情況下ASK1處于相對復原的狀態(tài)。ROS的增加能夠使ASK1得酶活性恢復，激活下游的JNK途徑[4],并且ROS能夠直接通過抑制GSTp的磷酸化使其與JNK分離來恢復JNK的活性促進細胞的凋亡。不難發(fā)現(xiàn)ROS調(diào)節(jié)淋巴細胞作用存在濃度差異，低濃度的增高產(chǎn)生正性信號有助于淋巴細胞的活化、增殖、分化；而高濃度的增高則產(chǎn)生負性信號，促進淋巴細胞的凋亡。4結束語隨著我們對ROS了解的不斷深切進入，ROS從無足輕重的氧化呼吸副產(chǎn)品轉變成細胞間信號轉導的重要成分。甚至在機體免疫中也發(fā)揮著不可忽視的作用，在先天免疫中不僅僅是主要殺傷病原體的武器還能夠調(diào)節(jié)自