乙酰硫酸肝素在造血系統及免疫系統中的作用

任紅英

(中國醫學科學院血液學研究所實驗血液學國家重點實驗室，天津300020)

乙酰硫酸肝素是一種線性多糖，廣泛存在于細胞表面和細胞外基質中，并在此與生長因子、生長因子結合蛋白、細胞外蛋白酶、蛋白酶抑制劑、化學物質和黏附蛋白相互作用。乙酰硫酸肝素在造血系統及免疫系統中的重要作用已引起了學者們的廣泛重視［1］，對乙酰硫酸肝素合成調控和功能研究有了很大進展。現將近年來對乙酰硫酸肝素在造血調控以及免疫學方面作用的研究進展綜述如下。

1 乙酰硫酸肝素的化學結構

乙酰硫酸肝素是一種線性多糖結構，由葡糖胺、糖醛酸和雙糖的重復單元構成，并帶有不同的硫化聚合物，長度由50～200個雙糖組成。乙酰硫酸肝素的生物合成由木糖黏附到特異的HSPG核心蛋白的絲氨酸殘基上引發，隨后形成葡糖醛酸—半乳糖—半乳糖—絲氨酸(GlcA-Gal-Gal-Xyl)的鏈狀結構。隨著該糖鏈合成的延長，一系列相關的酶參加了該反應。成熟乙酰硫酸肝素在結構上是高度特異性的，擁有能夠結合多種配體結合位點的結構基礎，發揮調節多種生物學功能的作用，包括細胞的增殖和分化［2］。最近研究顯示，乙酰硫酸肝素生物合成相關的基因敲除小鼠表現出不同的缺陷表型，包括早期發育缺陷(Ext1、Ext2敲除)、新生小鼠死亡(Ndst1敲除)及肝素合成受限(Ndst2敲除)［3］。利用攜帶Mx啟動子調控Cre(Mx-Cre)的轉基因小鼠或血管生成素受體2(Tie2)等條件性基因敲除小鼠模型，有助于研究乙酰硫酸肝素合成相關的Ext1、NDST等基因缺失后對骨髓造血和血管發育的影響。

2 乙酰硫酸肝素對骨髓造血微環境的影響

骨髓造血微環境主要由細胞和細胞外基質組成，造血干細胞在骨髓造血微環境中進行自我更新和分化，并接受來自造血微環境中的多種信號調節，維持和調節造血干細胞增殖與分化的平衡。乙酰硫酸肝素作為重要的細胞外基質成份，在幾種重要微環境成份包括血管龕、成骨龕以及基質細胞龕中起到橋梁和鏈接作用。

2.1 乙酰硫酸肝素與成骨龕 與骨發育有密切關系的骨髓成骨龕是骨髓造血微環境的重要組成部分，主要由成骨細胞組成，是造血干細胞存在和自我更新的重要場所。乙酰硫酸肝素蛋白多糖是骨的重要細胞外基質成份，在骨的模式、分化、生長和穩態中起著重要的調節作用。乙酰硫酸肝素缺失可引起成骨龕的破壞，導致骨髓造血異常［4］。

2.2 乙酰硫酸肝素與基質細胞龕 骨髓基質細胞能夠合成并表達乙酰硫酸肝素，而且乙酰硫酸肝素能夠與許多骨髓基質細胞分泌的相關生長因子相互作用，調節骨髓造血并促進多種造血因子分泌，起到造血支持作用。研究發現乙酰硫酸肝素在造血干細胞自我更新和歸巢中有重要作用［5］。乙酰硫酸肝素能夠結合與遞呈相關的生長因子及信號分子，作用于造血微環境調節骨髓造血。Ext1基因在乙酰硫酸肝素生物合成過程中O-位硫化之前發揮作用，該基因敲除后，乙酰硫酸肝素的硫化模式將受到影響，導致糖鏈無法正常延長，從而乙酰硫酸肝素失活。研究發現，通過條件性敲除小鼠骨髓中Ext1基因后，乙酰硫酸肝素失活，導致小鼠造血功能障礙。而且胚胎干細胞中EXT1基因缺失后將不能向造血細胞分化，補充可溶性乙酰硫酸肝素將恢復胚胎干細胞向造血細胞分化的能力。說明乙酰硫酸肝素在胚胎時期和成體骨髓造血中均有重要作用［6］。

3 乙酰硫酸肝素對造血干細胞自我更新、分化及歸巢的影響

乙酰硫酸肝素在造血干祖細胞黏附到細胞外基質上起著非常重要的作用，其表達變化影響造血干祖細胞同細胞外基質(ECM)結合的特異性，且乙酰硫酸肝素通過其受體與造血干祖細胞表面的黏附分子相作用，調節造血干細胞的歸巢和自我更新［7］。乙酰硫酸肝素還能夠通過造血相關的生長因子如干細胞因子(SCF)、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)、堿性成纖維細胞生長因子 (bFGF)及肝細胞生長因子(HGF)等介導造血干祖細胞與骨髓基質的結合，調節造血［8］。乙酰硫酸肝素可能與不同的細胞因子在骨髓微環境中形成了大分子復合物骨架，調節造血干祖細胞的自我更新和多系分化。化學因子CXCL12(基質細胞衍生因子-1)是造血干細胞一個主要的趨化因子［9］，CXCL12的配體趨化因子受體CXCR4在造血干細胞的歸巢和自我更新過程中扮演了非常重要的作用。研究發現，骨髓乙酰硫酸肝素失活可能導致SDF-1/CXCR4的表達降低及SCF、bFGF、黏附分子(CAMs)如血管細胞黏附分子1(VCAM-1)和細胞間黏附分子1(ICAM-1)的表達發生變化，進而影響造血干祖細胞的歸巢能力。此外，內皮細胞的乙酰硫酸肝素能夠向造血干細胞結合和遞呈SDF-1，影響造血干細胞歸巢。因此，骨髓中乙酰硫酸肝素的缺失，有可能導致骨髓微血管內皮細胞無法向造血干細胞遞呈SDF-1，從而影響造血干細胞歸巢。

4 乙酰硫酸肝素對B淋巴細胞發育和功能的影響

以往研究顯示，許多與淋巴細胞增殖、分化和抗原遞呈相關的生長因子、細胞因子和化學趨化物質都包含乙酰硫酸肝素結構域，提示乙酰硫酸肝素在淋巴細胞功能方面具有重要作用。例如，IL-3、IL-8、GM-CSF、HGF均有乙酰硫酸肝素結合的結構域，可以與HSPG相互作用，調節造血和淋巴細胞增殖與分化［10］。T淋巴細胞表面有硫酸類肝素蛋白多糖-2和4(Syndecan-2和4)的表達，而且Syndecan-4具有明顯的T淋巴細胞抑制效應。包含乙酰硫酸肝素結構域的 Syndecan-1、Syndecan-4、CD44-HS以及集聚蛋白(Agrin)等在B淋巴細胞發育和功能方面有重要作用［11］。Syndecan在B淋巴細胞的不同分化階段表達，而且Syndecan-4對B淋巴細胞與骨髓基質細胞的黏附有顯著影響。由于Glce基因能夠控制乙酰硫酸肝素糖鏈的柔韌度，從而該基因缺失影響乙酰硫酸肝素同配體的結合。研究發現，葡糖醛酸C5表異構酶(Glce)缺陷可導致B淋巴細胞成熟障礙，血中漿細胞對增殖誘導配體介導的增殖信號反應降低，進一步引起外周血中漿細胞數量減低以及免疫球蛋白水平下降。研究發現，前B細胞受體(Pre-BCR)和IL-7相互作用能夠調節早期B細胞發育，而乙酰硫酸肝素能夠同二者相互作用，有可能發揮調節骨髓早期B細胞發育的功能［12］。因此，通過敲除乙酰硫酸肝素相關的基因，有可能在抗體制備和細胞治療以及免疫療法方面發現新的突破點，產生新的治療方法。

5 乙酰硫酸肝素對樹突細胞生物學特性和功能的影響

乙酰硫酸肝素能夠調節樹突細胞分化、成熟和凋亡，并且在樹突細胞抗原遞呈功能方面也有重要作用。研究發現，乙酰硫酸肝素糖鏈能夠促進未成熟小鼠樹突細胞表達 I-A、CD40、CD54、ICAM-1、CD80(B7-1)、CD86(B7-2)等成熟樹突細胞的表型，并具備分泌腫瘤壞死因子-a(TNF-a)、IL-1b和IL-6的功能，從而促進樹突細胞表型和功能成熟［13］。值得注意的是，攜帶有HSPG結合域的許多蛋白同IgG抗體的Fc段融合后能夠引起免疫抑制效應，誘導樹突細胞DC凋亡。You等的研究結果表明，樹突細胞受體3(DcR3)結合到樹突細胞的蛋白聚糖上能夠促進樹突細胞凋亡，認為HSPG通過 Fc段受體(FcR)促進樹突細胞凋亡和抑制免疫。而且，樹突細胞相關的乙酰硫酸肝素整合素配體(DC-HIL)和Syndecan-4相互作用抑制了T細胞的活化［14］。但是，HSPG能夠協助抗原遞呈細胞主要組織相容性復合體-Ⅱ(MHC-Ⅱ)類分子相關的抗原遞呈作用。目前關于乙酰硫酸肝素對免疫系統的抑制還是促進作用不太確切，可能同HSPG的種類和乙酰硫酸肝素的空間結構相關。由于樹突細胞同腫瘤中治療有密切關系，從而乙酰硫酸肝素在腫瘤發生和轉移過程也扮演了重要角色［15］。

6 乙酰硫酸肝素對腫瘤細胞浸潤與轉移特性的影響

乙酰硫酸肝素作為基底膜的重要組成部分，在腫瘤浸潤和轉移過程有重要作用［16］。而且乙酰硫酸肝素與成纖維細胞生長因子、HGF、血小板衍生的生長因子、表皮樣細胞生長因子、血管內皮生長因子、胎盤生長因子2以及轉換生長因子等多種因子結合后能夠調節細胞生長，從而在腫瘤生長和轉移方面有重要作用［17］。但是HSPG對機體的腫瘤免疫功能是促進還是抑制，尚存在爭議。有研究發現，在乳腺癌、肺癌、前列腺癌中往往伴隨乙酰硫酸肝素總量下降，存活率降低的頭頸部鱗癌、惡性間質瘤、肝癌患者往往出現黏結蛋白聚糖S1表達的丟失［18］。體外實驗證明S1能夠增強wnt-1誘發小鼠乳腺癌作用，在胰腺癌和多數卵巢癌浸潤細胞中也發現S1高表達［19］。另一方面，S1有抑制腫瘤生長的作用，其過度表達可完全抑制bFGF的細胞增殖反應，骨肉瘤細胞釋放的S1可以誘導同種異體移植的骨肉瘤的SCID小鼠腫瘤細胞的凋亡［20］。

綜上所述，乙酰硫酸肝素在造血調控以及免疫學方面具有重要作用，其將為臨床免疫治療方法提供理論和實踐基礎。

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