崔天盆 胡必成 (武漢市第一醫(yī)院臨床免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430022)
Ghrelin活化人T細(xì)胞翻譯起始分子通過(guò)m TOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路①
崔天盆 胡必成 (武漢市第一醫(yī)院臨床免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430022)
目的:探討Ghrelin活化人T細(xì)胞翻譯起始分子的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理。方法:采用微柱法分離人外周血T細(xì)胞,采用Western blot方法檢測(cè)mTOR信號(hào)通路分子和蛋白質(zhì)翻譯調(diào)控分子的磷酸化狀態(tài)和含量。采用mTOR抑制劑:雷帕霉素,PI3KⅠ抑制劑:LY294002,PI3KⅢ抑制劑:3-甲基腺嘌呤,Ghrelin拮抗劑:Des-Lys-3-GHRP6和AKT抑制劑:A443654和Ghrelin研究相應(yīng)信號(hào)通路。結(jié)果:①人T細(xì)胞表面有Ghrelin受體(GHSR1a)表達(dá)。②Ghrelin與GHSR1a結(jié)合后可活化mTOR。③Ghrelin磷酸化兩個(gè)mTOR下游靶分子4E-BP-1和P70S6K,P70S6K進(jìn)一步磷酸化核糖體S6蛋白。④Ghrelin磷酸化蛋白質(zhì)翻譯起始帽子結(jié)構(gòu)的兩個(gè)重要分子eIF4E和eIF4G。結(jié)論:Ghrelin促進(jìn)人T細(xì)胞mRNA翻譯起始的機(jī)理是活化mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。
Ghrelin;哺乳類(lèi)雷帕霉素靶蛋白;T細(xì)胞;蛋白質(zhì)翻譯
Ghrelin是由胃X/A樣內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的胃腸肽激素,饑餓時(shí)血中濃度最高,進(jìn)食1小時(shí)后最低。GHRP-6是最早發(fā)現(xiàn)的不與生長(zhǎng)激素釋放激素受體結(jié)合的促進(jìn)生長(zhǎng)激素分泌的多肽,隨后發(fā)現(xiàn)一系列肽類(lèi)和非肽類(lèi)促生長(zhǎng)激素分泌的化合物,稱(chēng)之為生長(zhǎng)激素促分泌素(growth hormone secretagogues,GHSs),1995年Howard[1]從垂體和下丘腦克隆到可與GHS結(jié)合的孤兒受體——生長(zhǎng)激素促分泌素受體1a(GH secretagogue receptor 1a,GHSR1a)。然而直到1999年Kojima[2]才從胃中克隆純化GHSR1a內(nèi)源性配體——Ghrelin。Ghrelin是含 28個(gè)氨基酸的多肽,Ghrelin氨基端第三位絲氨酸被辛烷化,且目前認(rèn)為辛烷化Ghrelin可與GHSR結(jié)合,是Ghrelin的活化形式。Ghrelin能促進(jìn)進(jìn)食和體重的增加,其促進(jìn)進(jìn)食的效應(yīng)強(qiáng)于目前已知的神經(jīng)肽Y(neuropeptide Y,NPY),而且長(zhǎng)期應(yīng)用Ghrelin能增加體重。此外Ghrelin/GHSR1a還有其他中樞和外周功能,如激素分泌、血糖穩(wěn)定、胰腺功能、生殖、胃腸蠕動(dòng)、心血管功能、細(xì)胞分化和生存、免疫和炎癥、骨代謝、記憶和睡眠等。Ghrelin的系列功能是通過(guò)Ghrelin與GHSR1a結(jié)合從而啟動(dòng)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
不同作者對(duì)Ghrelin與GHSR1a結(jié)合后啟動(dòng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理進(jìn)行研究[3,4]。發(fā)現(xiàn)一些信號(hào)分子參與Ghrelin的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。使用HEK293和CHO細(xì)胞表達(dá)GHSR1a,通過(guò)同位素結(jié)合分析、激光共聚焦顯微鏡分析,受體活化后胞內(nèi)Ca2+濃度升高。Ghrelin作用于豬生長(zhǎng)激素細(xì)胞通過(guò)AC/PKA、PLC/PKC和胞內(nèi)鈣通路轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)。除了Ghrelin介導(dǎo)的離子電流效應(yīng),Ghrelin通過(guò)MAPK介導(dǎo)細(xì)胞分化功能,采用CHO細(xì)胞穩(wěn)定表達(dá)GHSR1a模型,研究發(fā)現(xiàn)Ghrelin通過(guò)PLC、PKCε活化 ERK1/2通路。然而在3T3-L1前脂肪細(xì)胞,Ghrelin通過(guò)PI-3K/AKT和百日咳毒素敏感G蛋白(Gi/o)活化MAPK。在胰腺癌細(xì)胞也發(fā)現(xiàn)通過(guò)PI3-K/AKT通路。在人和大鼠腎上腺小球細(xì)胞(adrenal zona glomerulosa cells),Ghrelin促進(jìn)細(xì)胞分化通過(guò)ERK1/2,而不依賴(lài)PKA和PKC。在肝細(xì)胞,Ghrelin磷酸化IRS-1和結(jié)頭蛋白-生長(zhǎng)因子受體結(jié)合蛋白2及MAPK,因此在這種細(xì)胞GHSR的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與胰島素的信號(hào)分子交叉,Ghrelin和胰島素聯(lián)合應(yīng)用可增加IRS-1的磷酸化。
人T細(xì)胞和單核細(xì)胞表達(dá)Ghrelin和Ghrelin受體,Ghrelin通過(guò)Ghrelin受體特異性抑制前炎性細(xì)胞因子如IL-1β、IL-6和TNF-α的表達(dá)。Ghrelin以劑量依賴(lài)方式抑制瘦素誘導(dǎo)的前炎性細(xì)胞因子表達(dá)。用Ghrelin治療LPS誘導(dǎo)鼠內(nèi)毒素模型,發(fā)現(xiàn)Ghrelin有抗炎效應(yīng)。應(yīng)用Ghrelin或GHSR激活有助于改善疾病相關(guān)的惡液質(zhì)。
隨著年齡增長(zhǎng),胸腺表達(dá)Ghrelin和Ghrelin受體減低,用Ghrelin治療14月齡小鼠可顯著改善胸腺結(jié)構(gòu)和增加胸腺細(xì)胞數(shù)量,增加胸腺流出和改善外周T細(xì)胞TCR多樣性[5,6]。
本文旨在研究Ghrelin作用T細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理,由于Ghrelin的基本功能是調(diào)節(jié)機(jī)體進(jìn)食、代謝和能量平衡,因此我們選擇哺乳類(lèi)雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路作為研究對(duì)象。
1.1 研究對(duì)象 健康獻(xiàn)血者,年齡35~55歲,不吸煙,無(wú)過(guò)敏史。采集外周血200m l。
1.2 試劑 高純度人Ghrelin(純度=98.7%)購(gòu)自EZbiolab公司(EZbiolab Inc.Westfield,IN 46074,USA);(D-Lys3)-GHRP-6(純度>95%,Phoenix Pharmaceuticals Inc.Burlingame,CA 94010,USA)。PI3K 抑制劑—LY294002(Calbiochem,La Jolla,CA),雷帕霉素(rapamycin,Sigma-Aldrich,St.Louis,MO,USA)。3-甲基腺嘌呤(Sigma:M 9281);Akt inhibitor(2S)-1-(1HIndol-3-yl)-3-[5-(3-methyl-2H-indazol-5-yl)pyridin-3-yl]oxypropan2-amine(A443654,Invitrogen),RIPA緩沖液(Sigma R0278,Saint Louis,M issouri 63103),蛋白酶抑制劑(Protease inhibitor cocktail,Sigama P8340),磷酸酶抑制劑(Phosphatase inhibitor cocktail1,Sigma P8340和Phosphatase inhibitor cocktail2,Sigma P5726)。
1.2 研究方法
1.2.1 人T細(xì)胞分離 首先用Ficoll分離液分離人外周血單個(gè)核細(xì)胞(包括淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞),用R&D公司(R&D Systems,Minneapolis,Minnesota,USA)的T細(xì)胞富集柱(Cat#:HTCC-25)用高親和陰性選擇法分離T細(xì)胞,具體參照R&D公司的使用說(shuō)明書(shū),T細(xì)胞純度為95%。簡(jiǎn)言之,外周血單個(gè)核細(xì)胞通過(guò)抗免疫球蛋白包被的T細(xì)胞富集柱,B細(xì)胞通過(guò)BCR與抗體結(jié)合,而單核細(xì)胞通過(guò)Fc受體結(jié)合后留在富集柱上,用相應(yīng)緩沖液洗滌三次,得到純度大于95%的T細(xì)胞。
1.2.2 免疫印跡(Western blot) 人外周血T細(xì)胞加入含青霉素、鏈霉素的RPMI,37℃5%CO2培養(yǎng)箱中,血清饑餓過(guò)夜。使用Ghrelin或適當(dāng)抑制劑,每10×106人外周血T細(xì)胞加入0.1 ml含蛋白酶抑制劑和磷酸酶抑制劑的RIPA緩沖液,T細(xì)胞RIPA裂解液置冰上15分鐘,4℃14 000 r/min離心15分鐘,上清轉(zhuǎn)入另一近潔凈EP管,采用BCATM(PIERCE,23227,Rockford,IL,USA)蛋白定量分析檢測(cè)蛋白含量。2~20μg蛋白采用Invitrogen公司的4%~12%梯度Bis-Tris聚丙烯酰胺凝膠電泳分離蛋白,電轉(zhuǎn)移到0.22μm PVDF膜。已轉(zhuǎn)印的PVDF膜置5%脫脂奶粉-TBST室溫中振蕩封閉 1小時(shí)。已轉(zhuǎn)印的PVDF膜置于適當(dāng)稀釋的第一抗體中4℃旋轉(zhuǎn)過(guò)夜;然后在室溫下用1×TBST洗膜三次,每次10分鐘;將膜置于適當(dāng)稀釋的含辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的二抗(horseradish peroxidase-labeled Goat anti-Rabbit IgG(H+L),Southern Biotech.Birmingham,Alabama 35209;或donkey anti-mouse IgG-HRP,Santa Cruz Biotech,sc-2096)的1×TBST中,室溫振蕩 1小時(shí);室溫條件下用1×TBST洗膜三次,每次10分鐘。最后采用ECLplus化學(xué)發(fā)光底物(ECLplus,Amersham Place,Little Chalfont,Buckinghamshire,UK),具體根據(jù)使用說(shuō)明書(shū)操作。用PIERCE公司X線膠片曝光記錄結(jié)果,使用Alpha Innotech Imaging system公司掃描。所用抗體如下:GHS-R1 antibody(D-16)(Santa Cruz Biotechnology Inc.sc-10362,Santa Cruz,CA95060).PhosphomTOR(Ser2448)antibody(Cell Signaling,#2971,Danvers,MA01923),mTOR antibody(Cell Signaling,#2972);Phospho-p70 S6 kinase(Thr389)rabbitmonoclonal antibody(Cell Signaling#9234),Anti-p70 S6 kinase antibody(Upstate,#06-926);Anti-phospho-ribosomal protein S6(Ser235)antibody(Upstate,#05-795),S6 ribosomal protein(54D2)mousemAB(Cell signaling,#2317),Phospho-4E-BP1(Ser65)antibody(Cell Signaling,#9451),4E-BP1 antibody(Cell Signaling,#9452);Phospho-eIF4E(Ser209)antibody(Cell Signaling,#9741),eIF4E antibody(Santa Cruz,sc-9976););Phospho-eIF4G(Ser1108)antibody(Cell Signaling,#2441),eIF4G antibody(SantaCruz,sc-11373)。
2.1 人T細(xì)胞表達(dá)GHSR1a T細(xì)胞富集柱分離的T細(xì)胞,采用免疫印跡法檢測(cè),人T細(xì)胞表達(dá)GHSR1a。具體見(jiàn)圖1。
2.2 Ghrelin與GHSR1a結(jié)合誘導(dǎo)mTOR磷酸化 哺乳類(lèi)雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)是保守的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶,在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中有重要作用,mTOR可調(diào)控正常細(xì)胞或癌細(xì)胞蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞分化和細(xì)胞體積增大。
100 ng/mlGhrelin誘導(dǎo)mTOR 2448位絲氨酸磷酸化和活化,10分鐘開(kāi)始活化,30分鐘達(dá)高峰,進(jìn)一步活化下游P70 S6激酶389位蘇氨酸磷酸化和活化;活化的P70 S6激酶進(jìn)一步活化更下游的核糖體S6蛋白的235位絲氨酸的磷酸化和活化,見(jiàn)圖2。雷帕霉素則抑制Ghrelin誘導(dǎo)的磷酸化和活化,見(jiàn)圖3,表明Ghrelin誘導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)依賴(lài)mTOR的活化。
2.3 Ghrelin誘導(dǎo)mTOR磷酸化通過(guò)GHSR1a、PI3K和AKT 人 T細(xì)胞與 1μmol/L Des-Lys-3-GHRP6(ghrelin拮抗劑),50μmol/L LY294002(PI3KⅠ抑制劑),4 mmol/L 3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine,PI3KⅢ抑制劑),1μmol/LA443654(AKT抑制劑),20 ng/m l雷帕霉素(mTOR抑制劑)37℃孵育1小時(shí);采用Ghrelin分別治療未處理和抑制劑處理人T細(xì)胞,37℃15分鐘。采用免疫印跡檢測(cè)mTOR 2448位絲氨酸磷酸化強(qiáng)度,見(jiàn)圖3。Ghrelin誘導(dǎo)mTOR 2448位絲氨酸磷酸化和P70S6激酶389位蘇氨酸磷酸化可被Des-Lys-3-GHRP6、LY294002、3-甲基腺嘌呤和雷帕霉素所抑制。
2.4 Ghrelin誘導(dǎo)mRNA翻譯起始調(diào)控分子4E-BP-1、eIF4E和eIF4G磷酸化 Ghrelin誘導(dǎo)mTOR 2448位絲氨酸磷酸化和活化,進(jìn)一步磷酸化下游mRNA翻譯抑制因子—真核翻譯起始因子4結(jié)合蛋白-1(4E-BP-1),15分鐘開(kāi)始活化,30分鐘達(dá)高峰,4E-BP-1的65位絲氨酸磷酸化后,4E-BP-1與eIF4E的結(jié)合解除,4E-BP-1對(duì)eIF4E的抑制也解除,eIF4E與eIF4G和eIF4A組成復(fù)合物稱(chēng)之為eIF4F,eIF4F與mRNA帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合啟動(dòng)翻譯。
圖1 人T細(xì)胞表達(dá)Ghrelin受體Fig.1 Human T cells express GHSR1a
Ghrelin快速誘導(dǎo)eIF4E 209位絲氨酸磷酸化,5分鐘即達(dá)高峰,而eIF4G 1108位絲氨酸磷酸化15分鐘則達(dá)到高峰。eIF4E 209位絲氨酸磷酸化和eIF4G 1108位絲氨酸磷酸化也有助于蛋白質(zhì)翻譯起始,見(jiàn)圖4。
圖2 Ghrelin誘導(dǎo)人T細(xì)胞m TOR、p70 S6K和核糖體S6蛋白的磷酸化Fig.2 Ghrelin induces phosphorylation of m TOR,p70 S6K and S6 ribosomal p rotein in human p rimary T cells
圖3 Ghrelin誘導(dǎo)人T細(xì)胞m TOR,P70 S6K和核糖體S6蛋白的磷酸化依賴(lài)GHSR1a,PI3K,AKTFig.3 Ghrelin-mediatedm TOR P70S6 phosphorylation isGHSR1a,PI3K,AKT dependent
圖4 Ghrelin誘導(dǎo)人 T細(xì)胞4E-BP-1、eIF4E和 eIF4G的磷酸化Fig.4 Ghrelin induces phosphorylation of 4E-BP1,eIF4E and eIF4G
Ghrelin是28個(gè)氨基酸組成的多肽,其第3位絲氨酸在Ghrelin?;福℅OAT)作用下辛烷化,且3位絲氨酸的辛烷化對(duì)其發(fā)揮生物活性來(lái)說(shuō)是必需的[7]。到目前為止,Ghrelin被中鏈脂肪酸修飾在激素中是唯一的。血清中也存在去?;疓hrelin(Desacyl-Ghrelin),其含量遠(yuǎn)高于Ghrelin。正常人血清Ghrelin濃度是10~20 pmol/L,而總Ghrelin(包括Ghrelin和去?;疓hrelin)的濃度是100~150 pmol/L,短期饑餓情況下血漿Ghrelin濃度升高,進(jìn)食后血漿Ghrelin濃度降低。McCowen和Shiiya等研究表明口服或靜脈注射葡萄糖可降低血漿Ghrelin濃度;喝水則不改變血漿Ghrelin濃度。肥胖者Ghrelin濃度低而消瘦者高。腫瘤、心衰或慢性消耗性疾病所致惡病質(zhì)Ghrelin濃度升高。
免疫和神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)具有雙向調(diào)節(jié)作用,生長(zhǎng)激素和饑餓激素Ghrelin表達(dá)于不同的免疫細(xì)胞,如T細(xì)胞、B細(xì)胞、單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞;免疫細(xì)胞也有生長(zhǎng)激素受體和Ghrelin受體[8,9]。像Ghrelin作用于垂體細(xì)胞一樣,Ghrelin作用于免疫細(xì)胞表達(dá)生長(zhǎng)激素。然而調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞表達(dá)生長(zhǎng)激素分泌與其他作用于垂體不同,細(xì)胞因子和絲裂原促進(jìn)免疫細(xì)胞分泌生長(zhǎng)激素,Ghrelin的生物活性包括減輕內(nèi)毒素休克和抗炎作用,調(diào)節(jié)吞噬和增加胸腺生成。
mTOR是保守的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶,在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中有重要作用,mTOR可調(diào)控細(xì)胞蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞分化和細(xì)胞體積的增大[10]。mTOR對(duì)T細(xì)胞蛋白質(zhì)合成也有重要作用[11]。
本文研究發(fā)現(xiàn)人T細(xì)胞表達(dá)Ghrelin受體,Ghrelin通過(guò)GHSR1a活化T細(xì)胞mTOR通路。Ghrelin誘導(dǎo)mTOR和P70 S6磷酸化可被Des-Lys-3-GHRP6、雷帕霉素、LY294002、3-甲基腺嘌呤和A443654所抑制,表明Ghrelin活化T細(xì)胞mTOR通路是通過(guò)GHSR1a、mTOR、PI3K I和 Ⅲ以及AKT。
Ghrelin誘導(dǎo)mTOR 2448位絲氨酸磷酸化和活化,進(jìn)一步磷酸化下游mRNA翻譯抑制因子—真核翻譯起始因子4結(jié)合蛋白-1的65位絲氨酸磷酸化后,4E-BP-1與eIF4E的結(jié)合解除,4E-BP-1對(duì)eIF4E的抑制也解除,eIF4E與eIF4G和eIF4A組成復(fù)合物稱(chēng)之為eIF4F,eIF4F與mRNA帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合啟動(dòng)翻譯。eIF4E 209位絲氨酸磷酸化和eIF4G 1108位絲氨酸磷酸化也有助于翻譯起始。因此Ghrelin活化T細(xì)胞mTOR通路有助于蛋白質(zhì)翻譯起始。
總之,Ghrelin促進(jìn)人T細(xì)胞mRNA翻譯起始的機(jī)理是活化mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,這也是第一個(gè)報(bào)道Ghrelin可在細(xì)胞水平活化mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,將細(xì)胞代謝與免疫聯(lián)系起來(lái)。
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[收稿2009-09-03 修回2009-11-29]
(編輯 許四平)
Ghrelin activates translation initiate factor in human T cells through m TOR pathway
CUITian-Pen,HUBi-Cheng.LaboratoryofClinicalImmunology,WuhanNo.1Hospital,Wuhan430022,China
Objective:Ghrelin is a brain-gut peptide with GH-releasing,apetide-inducing and anti-inflammation activities and with widespread tissue distribution.Ghrelin is the endogenous ligand of GH secretagogue receptor(GHSR),and both ghrelin and theGHSR are expressed in T cells.We therefore examined the effectofGhrelin on human T celland its signal transduction.Methods:Ghrelin-activatingmTOR pathway in human primary T cellwas studied using immunoblotting and inhibitors of the PI3K(LY294002,3-Methyladenine)ormTOR(rapamycin)and antagonistof GHSR1a(Des-Lys-3-GHRP6).Results:The results showed thatGHSR1a was expressed on T cells.Ghrelin caused a significant increase in the phosphorylatedmTOR,P70S6K,S6K,4E-BP-1,eIF4G,eIF4Eby immunoblotting.While the phosphorylatedmTOR,P70S6K were abolished by themTOR inhibitor rapamycin and PI3K inhibitor LY294002,3-methyladenine and alsoantagonistof GHSR1a,Des-Lys-3-GHRP6.Conclusion:The data document thatGhrelin activates translation of T cells throughmTOR pathway.
Ghrelin;mTOR;T cell;Translation
R392
A
1000-484X(2010)03-0205-05
①本課題為武漢市人事局留學(xué)回國(guó)人員創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)資助
崔天盆(1967年-),男,博士,副主任技師,主要從事臨床免疫學(xué)研究,E-mail:Tianpencui@hotmail.com。