Caspase-8信號事件對免疫反應的活化調節作用

韓建華,竇亞玲

(北京協和醫院 檢驗科,北京 100730)

Caspase-8信號事件對免疫反應的活化調節作用

韓建華,竇亞玲

(北京協和醫院 檢驗科,北京 100730)

在機體的免疫系統中,抗原誘導淋巴細胞活化增殖并使其具備效應功能,而后生理性的死亡誘導信號活化并促使擴增的效應淋巴細胞通過凋亡而被清除,從而得以維持機體的免疫穩態。Caspase是介導細胞凋亡的關鍵蛋白酶,然而最近的一些研究顯示處于凋亡信號通路上游的caspase-8分子介導的信號事件卻在免疫細胞的增殖活化中發揮著重要作用[1-3]。

Caspase 8作為胞內蛋白酶分子,其信號的啟動與執行需要上游的信號分子DR(death receptor)和下游錨接蛋白分子FADD(Fas-associated death domain protein)、FLIP(Flice-like Inhibitory Protein)的共同參與,他們所構成的多分子復合體介導了caspase 8的胞內信號事件,并參與調節caspase 8的效應作用。本文將對caspase 8信號事件中的各相關分子的免疫活化調節效應一一綜述。

1 caspase-8分子的淋巴細胞活化效應

目前人們對于caspase的研究主要集中于其在細胞凋亡中的作用,但是最近的一些研究顯示處于凋亡信號通路上游的caspase-8分子對免疫系統的調節不止于此,其作為單個蛋白酶分子參與調節淋巴細胞增殖。

1.1 體外試驗 絲裂原刺激誘導的T細胞培養物中加入caspase抑制劑z-VAD-Fmk后發現,鼠或人的T細胞的增殖活性被抑制,其IL-2分泌以及CD25的表達水平降低[1,4-6],提示caspase參與介導淋巴細胞的增殖活化,此效應可能依賴于caspase 8的活化,因為T細胞在接受CD3單抗刺激后的4小時便可以檢測到低水平caspase-8而非caspase-3的活化,而且這些活細胞不會被AnnexinⅤ所結合[4,5]。Misra RS等的進一步研究顯示[7],在效應T細胞內caspase活化水平介于未刺激細胞和凋亡細胞之間,同時伴有caspase-3/8的部分活化,然而令人驚訝的是發現只有caspase-8的底物裂解,并無凋亡的執行者caspase-3底物的裂解。以上均提示caspase-8在介導T細胞的活化中發揮重要作用。

1.2 體內試驗 chun等[1]報道一對均患有淋巴腺病和脾臟長大的姐弟,同時出現反復的病毒感染,進一步研究發現他們的caspase-8基因發生純合性C-T突變,使其多肽鏈第248位的精氨酸轉化為色氨酸,并導致caspase-8失去酶解活性。而caspase-8變異的淋巴細胞無論接受TCR信號或PHA刺激均發生IL-2分泌缺陷和增殖障礙,同時患者外周血T細胞表面CD25、CD28、CD152、CD95的等細胞表面活化標志誘導表達障礙;提示caspase-8活性對于淋巴細胞的活化具有重要作用。而且Helen Su等[3]的進一步研究顯示Caspase 8的酶解活性也是TCR-NF-kappaB途徑正常活化淋巴細胞所必需的。

但是對caspase-8信號分子在淋巴細胞活化調節作用的確認仍需要 caspase-8缺陷模型的建立。由于caspase-8在鼠胚胎的發育中具有重要作用,Salmena等[2]使caspase-8僅在T細胞系中特異性缺陷,不影響胚胎的發育而成功構建出caspase-8缺陷的鼠模型。在這些鼠模型的胸腺中T細胞數目正常,但是其脾臟和淋巴結中成熟T細胞數目顯著降低,提示caspase-8參與成熟T細胞的存活增殖,但對T細胞的成熟分化作用不明顯。與此一致的是,caspase-8缺陷的小鼠不能發動有效的針對LCMV感染的毒性T細胞效應,而且在接受絲裂原刺激后caspase-8-/-T細胞的增殖活性顯著低于野生型T細胞。

2 caspase-8信號事件中其他分子對淋巴細胞增殖活性的調節作用

2.1 FADD介導的淋巴細胞活化作用 FADD敲除或表達變異FADD的T細胞不僅完全抵抗死亡受體Fas配體誘導的細胞凋亡,而且在接受絲裂原或抗原刺激后不能有效增殖,進一步的研究發現T細胞活化異常是由于這些細胞內部信號通路的缺陷而非IL-2產量、Ca2+的遷移、NF-kB的活化或MAPK信號通路的異常[8-10]。

更為有趣的是FADD缺陷的T細胞和caspase-8缺陷的T細胞增殖能力的減退相似[2,11],而且在這兩種鼠模型中,由Go期向S期的細胞分裂似乎存在缺陷,然而一旦細胞進入分裂周期,FADD和caspase-8的功能對于細胞的增殖則是可有可無的了,這些均提示在參與介導淋巴細胞的增殖活化中caspase-8和FADD可能共用同一信號通路。

2.2 接頭蛋白FLIP對淋巴細胞的活化調節作用

哺乳動物FLIP基因由于不同的剪接方式可以產生兩種不同的蛋白:FLIPs(FLIPshort)和FLIPl(FLIPlong),前者只包括兩個DED結構域;而FLIPl不僅包含兩個DED結構域,同時含有與caspase-8類似的p20和p10結構域,但是卻不具酶的活性。

2.2.1 體外試驗 傳統上認為FLIP在DISC(deathinducing signaling complex)中被裂解并抑制caspase-8的活化與招募,從而阻滯死亡受體介導的凋亡信號傳導。但是有趣的是FLIP的缺失卻產生了與caspase-8或FADD缺失相類似的胚胎致死事件[12]。而且新近的報道顯示高水平的FLIPl能夠抑制死亡受體介導的細胞凋亡,而低水平的FLIPl則會促進caspase-8的活化[13],提示FLIPl對caspase-8活性的調節具有雙向性。FLIP的不同剪接變異體在淋巴細胞的活化調節中似乎發揮著不同的作用,Oehme等[14]顯示FLIPs的過度表達可以顯著降低活化誘導的T細胞增殖,但是金葡菌外毒素B刺激后,體內的Vβ8+記憶性T細胞數目增加,此提示FLIPs在體內可能參與維持再刺激T細胞的狀態。

2.2.2 體內試驗 為了進一步驗證FLIP在機體免疫調節中的作用,研究者們構建出c-FLIP高表達的轉基因T細胞,但是卻得到不同的結果。

Lens SM等[15]在T細胞系高度表達c-FLIPL后,不僅使T細胞能夠拮抗FasL誘導的細胞凋亡,而且c-FLIPL轉基因鼠來源的T細胞其接受抗CD3單抗或抗原刺激后的增殖活性顯著增強,提示c-FLIPL在體內可降低T細胞活化的閾值而參與調節T細胞的增殖。

同時c-FLIPL-Tg(Tg,transgenetic)CD8+T細胞接受同類抗原或低親和性抗原變異體刺激后其CD25表達增高使得這些細胞的增殖反應和IL-2反應性增強;活化細胞分泌的細胞因子呈現Th2型極化,而且此效應可能是通過對caspase-8的活性調節而實現的[16]。

Tseveleki V等[17]所構建的FLIPL-Tg鼠在接受T細胞依賴抗原刺激后其IgG1產量增加,對過敏原的接觸超敏反應增強,也提示c-FLIPL的組成性高表達可以驅使效應T細胞反應發生Th2極化。

但是Van Parijs等[18]用表達FLIPL的腺病毒轉染骨髓細胞,再將這些骨髓細胞植入經致死性放射處理的小鼠體內后發現,高表達FLIPL的T、B細胞能夠抵抗抗Fas抗體誘導的凋亡,使這些小鼠體內B、T細胞聚集并發生自身免疫性疾病。但要注意的是此研究顯示FLIPL高表達對絲裂原誘導的淋巴細胞增殖反應毫無作用。

這些高表達c-FLIPL研究結果之間的差異可能是由于不同研究之間其FLIPL表達水平的差異,或者是由于FLIPL過度表達的細胞系不同。Van Parijs等的研究中FLIPL在所有血細胞類型中均高表達,然而其他所構建的轉基因鼠模型中,FLIPL僅在T細胞中過度表達。

為了更加明確c-FLIP對淋巴細胞的調節作用,Chau H等[19]通過將Rag-/-的母細胞和c-FLIP缺陷的胚胎干細胞重組獲得c-FLIP缺陷的T細胞。這些Rag嵌合變異小鼠(rcFLIP-/-)的T細胞能夠發育成熟,但是其胸腺、淋巴結和脾臟中的T細胞數目顯著降低。與FADD或caspase-8缺陷的T細胞相似,rcFLIP-/-T細胞由TCR介導的增殖反應受損,提示T細胞的存活以及TCR信號通路介導的細胞增殖需要c-FLIP的作用。

2.3 Caspase-8相關細胞表面受體誘導淋巴細胞的活化作用 caspase-8和FADD介導的信號事件能夠促進T細胞的增殖,但是位于其上游的信號分子仍不明確,經典的Caspase 8活化信號為細胞表面死亡受體的交聯。有報道顯示在非最佳濃度抗CD3刺激時Fas可以給T細胞提供共刺激信號促其活化增殖[4,26],而且Fas對幼稚CD4+T細胞的共刺激活化作用依賴于 caspase的活性以及NF-kappaB的活化[20]。但是Fas缺陷的lpr(lymphoproliferation)鼠來源的T細胞接受絲裂原刺激卻能正常增殖[11],同時CD95缺陷的Ⅰ型ALPS患者并未發生免疫缺陷[21]。同時也有報道TNF-R1可以傳導細胞增殖信號[22,23],但是缺乏這種死亡受體的T細胞仍然能夠正常增殖[24,25]。這些與死亡受體相關的體外、體內試驗間的差異可能是由于成熟的T細胞可以表達幾種不同但功能重疊的死亡受體,某一個受體的缺乏不會導致細胞增殖的缺陷,因為其他的死亡受體仍然能夠為FADD和caspase-8提供啟動活化信號。

另一方面,FADD和caspase-8可能在TCR/CD3復合體等免疫識別受體下游參與誘導淋巴細胞的活化,因為caspase-8純合性變異患者的淋巴細胞無論接受TCR信號或PHA刺激均發生IL-2分泌缺陷和增殖障礙,但是可以跨過細胞表面抗原識別受體而直接活化PKC的PMA/ionomycin(佛波酯/離子霉素)刺激則可以恢復caspase-8缺陷T細胞IL-2的分泌[1];然而 caspase-8缺陷鼠的T細胞接受PMA和ionomycin刺激卻仍然呈現增殖障礙[2]。而他們之間結果的矛盾可能是由于人與鼠之間的種間差異,然而也有可能是由于所研究的caspase-8缺陷的患者數目有限;或者是由于小鼠缺乏caspase-10,而人體內存在的caspase-10由于其結構上的同源性可以部分替代caspase-8的功能;也有可能是因為患者所有類型的細胞均發生caspase 8的變異,而鼠模型中其變異僅局限于T淋巴細胞。

3 小結

目前有大量證據顯示caspase-8信號事件不僅參與死亡受體介導細胞死亡,同時對正常T細胞的增殖也具有重要作用,但是對于caspase-8選擇性裂解哪些底物以及采用哪些具體的信號通路而參與介導淋巴細胞的增殖活化有待于進一步研究,這對深化了解機體免疫穩態調節以及自身免疫性疾病的發生發展等均有重要作用。同時明確caspase 8信號事件在淋巴細胞增殖存活或死亡中的分子開關作用,可為多重免疫相關疾病的治療找到新的治療靶點。

[1]Chun HJ,Zheng L,Ahmad M,et al.Pleiotropic defects in lymphocyte activation caused by caspase-8mutations lead to human immunodeficiency[J].Nature,2002,419:395.

[2]Salmena L,Lemmers B,HakemA,et al.Essential role for caspase 8 in T-cell homeostasis and T-cell-mediated immunity[J].Genes&Dev,2003,17(7):883.

[3]Su H,Bidere N,Zheng L,et al.Requirement for caspase-8 in NF-kappaB activation by antigen receptor[J].Science,2005,307(5714):1465.

[4]Kennedy NJ,Kataoka T,Tschopp J,et al.Caspase activation is required for T cell proliferation[J].J Exp Med,1999,190(12):1891.

[5]Alam A,Cohen LY,Aouad S,et al.Early activation of caspases during T lymphocyte stimulation results in selective substrate cleavage in nonapoptotic cells[J].J Exp Med,1999,190(12):1879.

[6]Falk M,Ussat S,Reiling N,et al.Caspase inhibition blocks human T cell proliferation by suppressing appropriate regulation of IL-2,CD25,and cell cycle-associated proteins[J].J Immunol,2004,173(8):5077.

[7]Misra RS,Jelley-Gibbs DM,Russell JQ,et al.Effector CD4+T cells generate intermediate caspase activity and cleavage of caspase-8 substrates[J].J Immunol,2005,174(7):3999.

[8]Zhang J,Cado D,Chen A,et al.Fas-mediated apoptosis and activation-induced T-cell proliferation are defective inmice lacking FADD/Mort1[J].Nature,1998,392:296.

[9]Newton K,Kurts C,Harris AW,et al.Effects of a dominant interfering mutant of FADD on signal transduction in activated T cells[J].Curr.Biol,2001,11:273.

[10]Mack A andH?cker G.Inhibition of caspase or FADD functionblocks proliferation but not MAP kinase-activation and interleukin-2-production during primary stimulation of T cells[J].Eur J Immunol,2002,32:1986.

[11]Newton K,Harris AW,Bath ML,et al.A dominant interfering mutant of FADD/Mort1 enhances deletion of autoreactive thymocytes and inhibits proliferation of mature T lymphocytes[J].EMBO J,1998,17:706.

[12]Yeh WC,Itie A,Elia AJ,et al.Requirement for Casper(c-FLIP)in regulation of death receptor-induced apoptosis and embryonic development[J].Immunity,2000,12:633.

[13]Chang DW,Xing Z,Pan Y,et al.c-FLIPLis a dual function regulator for caspase-8activation and CD95-mediated apoptosis[J].EMBO J,2002,21:3704.

[14]Oehme I,Neumann F,Bosser S,etc al.Transgenic overexpression of the Caspase-8 inhibitor FLIP(short)leads to impaired T cell proliferation and an increased memory T cell pool after staphylococcal enterotoxin B injection[J].Eur J Immunol,2005,35(4):1240.

[15]Lens SM,Kataoka T,Fortner KA,et al.The caspase 8 inhibitor c-FLIP(L)modulates T-cell receptor-induced proliferation but not activation-induced cell death of lymphocytes[J].Mol Cell Biol,2002,22(15):5419.

[16]DohrmanA,Kataoka T,CueninS,et al.Cellular FLIP(long form)regulates CD8+T cell activation through caspase-8-dependent NF-kappa B activation[J].J Immunol,2005,174(9):5270.

[17]Tseveleki V,Bauer J,Taoufik E,et al.Cellular FLIP(long isoform)overexpression in T cells drives Th2 effector responses and promotes immunoregulation in experimental autoimmune encephalomyelitis[J].J Immunol,2004,173(11):6619.

[18]Van Parijs L,Refaeli Y,Abbas AK,et al.Autoimmunity as a consequence of retrovirus-mediated expression of c-FLIP in lymphocytes[J].Immunity,1999,11:763.

[19]Chau H,Wong V,Chen NJ,et al.cellular FLICE-inhibitory protein is required for T cell surival and cycling[J].J Exp Med,2005,202(3):405.

[20]Maksimow M,Soderstrom TS,Jalkanen S,et al.Fas costimulation of naive CD4 T cells is controlled by NF-{kappa}B signaling and caspase activity[J].J Leukoc Biol,2006,79(2):369.

[21]Jennifer M,Puck MD,Stephen E,et al.Somatic Mutations-Not Just for Cancer Anymore[J].N Engl J Med,2004,351(14):1388.

[22]Mackay F,Rothe J,Bluethmann H,et al.Differential responses of fibroblasts from wild-type and TNF-R55-deficient mice to mouse and human TNF-a activation[J].J Immunol,1994,153:5274.

[23]Yamada Y,Kirillova I,Peschon JJ,et al.Initiation of liver growth by tumornecrosis factor:Deficient liver regeneration in mice lacking type I tumor necrosis factor receptor[J].Proc Natl Acad Sci,1997,94:1441.

[24]PfefferK,Matsuyama T,Kundig TM,et al.Mice deficient for the 55 kd tumor necrosis factor receptor are resistant to endotoxic shock,yet succumb to L.monocytogenes infection[J].Cell,1993,73:457.

[25]Rothe J,LesslauerW,LotscherH,et al.Mice lacking the tumournecrosis factor receptor 1are resistant to TNF-mediatedtoxicity but highly susceptible to infection by Listeria monocytogenes[J].Nature,1993,364:798.

[26]Kataoka T,Budd RC,Holler N,et al.The caspase-8inhibitor FLIP promotes activation of NF-kB and Erk signaling pathways[J].Curr Biol,2000,10:640.

1007-4287(2010)03-0462-03

韓建華(1980-),女,在讀碩士,北京協和醫院檢驗科。

2009-02-14)